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2019/01/18 3D列印技術

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假設熊熊去日本,看見一隻花瓶非常漂亮,回台後,想要仿製,但是這隻花瓶的瓶身曲線非常的特殊,是3D自 由曲面,拿到製作模具的工廠要求製作模具,問題來了,這麼複雜的曲面如何仿製,要是一般的科學研究單位,先用逆向工程解析它的自由曲面的方程式,切削刀具 於切削材料時是否產生干涉,切削參數、振動、精度、刀具運動模式、受力等,在機械研究所學理上,涉及動力、製造、設計、控制、量測、材料等,要偷取別人的 東西仿製,倘是軍事科技,這可要大費周章的請上述研究單位破解,這就是工業或軍事精密工業的重要一環。每次要破解高精密科技,總是要大費周章,動用這麼多 領域研究單位的人力與經費,但是現在若是僅要複製一支曲面優美的花瓶而已,沒有精密度可言,只要像原品即可,要縮短作業時間,這在機械研究領域稱為快速原 型(Rapid Prototyping),簡稱R.P.,它又稱無模成型(Freeform fabrication),也稱層製造(Layer Manufacturing),利用雷射光的照射將光聚合樹脂分層硬化的加工方式,現在更發展到雷射照射粉末與各種光照射成型方式,簡單的說,就是經光的照射液態樹脂或粉末逐層硬化堆疊而成,它的主要元素有光、光感液態樹脂或粉末等。
快速成型系統是利用電腦輔助設計之產品資料或其他數位資料藉由快速高自動化的製程而可直接製作三維的立體物件,突破傳統之加工觀念。
原本仿製一支3D自由曲面的花瓶,耗時約3星期,經R.P.製成,僅需幾小時就能完成。過去這些機器全用在研究單位或工業界實驗室,現在逐漸普及化,也就是俗稱的3D列印機。

究竟3D列印會對我們的哪些行業產生影響呢?
這項技術嚴格說起來並不是什麼太特別的發明,最近會紅起來最主要的原因是由於當初的專 利保護漸漸過期,所以大家開始嘗試應用這項技術在不同的領域當中。的確,許多新技術的問世通常一開始由於受到專利保護,所以大多在實驗室或少數的人手裡把 持著,直到專利保護結束後才被各界廣泛應用。而3D列印現在也走的是同樣的路線,當購置設備和材料的成本逐漸降低到一個門檻之後,就看哪些行業的人有足夠 的想像力去轉換成商機。

最主要的影響「生產流程改變」

原本我們要將設計概念商品化需要經過打樣,測試,鑄模,生產的流程,這讓整個商品生產 的流程相當冗長並且需要耗費大量的時間、資金、人力等。而3D列印的技術出現,讓打樣變得更容易,也讓設計者更能夠快速看到設計概念的實際原型,加速了設 計的流程。知名運動鞋品牌NIKE就在引進了3D列印的技術之後,生產週期從原本的28-42天大大降低為1-2天,不僅加速了生產流程,也節省了許多人 力成本。
那麼,接下來會有哪些行業可能會因為3D列印而產生改變,讓編輯部為大家做個小小的預測。

一、製造業

談到影響,製造業肯定首當其衝。例如說「汽車業」、「機車自行車業」、「傢俱業」等等行業,「客製化」的趨勢一定會逐漸興盛,針對特定客戶的需求,小量生產的模式會佔有一席之地。
延伸閱讀–>用3D列印打造更複雜的客製化機車

二、醫療生技業

用3D列印的方式打造複雜的人體器官或者是精緻化的義肢則是一個正在發生的趨勢,原本單調的義肢可以變得更加精緻多樣,讓使用者能夠更大方地展現自己的一部份。而複雜的人體器官透過3D列印的技術來完成,就可以幫助完成某些難度高的手術。
另外,牙醫們應該也可以列印人造牙齒,這會不會比現在製作牙齒來的更便宜呢?
延伸閱讀–>3D列印如何救人一命 、 3D列印讓義肢有不同的藝術風貌

三、時尚服飾業

求新求變的時尚業現在已開始在嘗試應用這項技術來生產一些不同的造型和材質,透過3D列印能夠讓服飾有更多超乎想像的可能性。
延伸閱讀—>全世界第一件用3D列印製作的時尚服問世 、 NIKE推出首款3D列印運動鞋

四、設計業

相信這一定是許多設計師們所期待的吧!只要有一台3D列印機,自己就能夠是一個小型的製造工廠。不管是人偶公仔,還是模型文具,只要設計師具備3D繪圖的能力以及對於3D列印材質和原理的掌握,就能夠生產自己的商品,或者是幫客戶打樣。
延伸閱讀—>用3D列印複製一個逼真的自己 、 美金297元擁有一部小巧可愛的3D列印機 、 買不起真版的,就用3D列印蒐集經典好椅吧!

五、建築業

用3D列印來蓋房子,也許要蓋一棟別墅不是那麼容易,因為這需要相當巨大的列印設備才 有可能完成。不過,如果是將3D列印拿來輔助建築設計的話,可能就會讓建築物呈現更多不同的形狀。另外一種可能,就是用來在災區搭蓋臨時庇護所的話,可以 節省運送建材的時間物力,也是一個可以發展的方向。
延伸閱讀—>用3D列印蓋房子已經不是夢!?

六、食品業

用3D列印來印食物,對於到處都是美食的台灣而言可能並不是那麼重要,畢竟食物最根本的就是要好吃,而機器列印出來的食物可能好看,但有沒有辦法跟廚師親手烹飪的食物相比,目前還沒有人做這樣的實驗。不過,拿3D列印來做些噱頭肯定是會有用的。
延伸閱讀—>你會嘗試用3D列印來製作有設計感的蛋糕嗎?

七、其他

至於還有沒有可能有其他領域也會受到3D列印的影響,也許還有很多等著我們去發現。或許你現在所處的行業正在處於一個轉型的階段,或許跟3D列印會有什麼讓人驚艷的火花也不一定。
但是有一點最讓人肯定的是,我們現在絕對是在一個時代的轉捩點上,抱持著一顆開放的心來思考我們的社會如何改變,透過新的技術讓我們的文明再邁向下一個階段是絕對必要的!

3D列印聽來似乎相當奇妙,但我們可以只把它稱為3D添加製造嗎?在一般情況下,一台可自行印刷的機器只能製造出比機器本身小的複製品──就像母親生出小嬰兒一樣。一些採用特殊拓墣的情況不在此列,例如能擠壓出香腸形子機器的環形機器。
但在傳統與一般情況下,我們可以看到可自我複製的機器並不是真的採用3D 列印技術。 3D 印刷機可複製出一款元件的複製品,但仍需要其它機器或透過人力來進行組裝,才能製造出全尺寸的複製品。
即使這忽略了一個重要的考慮因素:用於 3D 列印的原料通常與控制原料(即3D印刷機的材料)的材質不同。所以,3D印刷機通常用金屬與塑料製造,而製造出塑料製成的元件。最後,3D列印的方便性通常會因為材料的強韌度與耐久性而折衷。
3D列印技術能產生出吸引人的產品模型以及 3D 可視化,甚至是工具箱、齒輪、槓桿等元件,但它也不是萬能的。對於大部份工業應用中昂貴的全金屬模具以及高強韌度的專用材料製造,仍然需要採用經驗證可靠的方法才行。
在製造模型、小型元件、輕型機器與原型方面,3D列印非常有幫助,而且能讓學術領域以及具有某種愛好的人也能負擔得起小量生產一些複雜形狀的元件。但根據我們對於幾百年來發展出的材料科學的瞭解,工程學是一門複雜的學科,3D列印還不至於使這個產業完全轉型。


編譯:Susan Hong

(參考原文:Taking the Hype out of 3D Printing,by Peter Clarke, European News Director)