挑戰傳統製造與設計思維的3D列印

佳世達科技設計經理陳人鳳。

3D列印技術及應用的出現，對現有的製造與設計體系的思維，都已構成一定程度的衝擊。佳世達科技設計經理陳人鳳指出，不管是美國總統歐巴馬或經濟學人等專業刊物，都非常看好3D列印未來的發展；不管是傳統製造或設計領域的業者，都有必要對3D列印可能帶來的改變，做好準備。

如果從發明家Charles Hull生產出第一台3D印表機算起，3D列印技術發展其實已經超過30年了。陳人鳳指出，3D列印在發展的前20年，主要都是用在專業領域，因此一般消費者並不熟悉，而她自己也已經用了8、9年的時間，但多半是在產品設計開發的過程中，作為模型開發使用。

3D列印之所以會在現在迅速普及，陳人鳳認為，主因在於專利到期，產品價格大幅下滑，3D列印設備現在的價格，確實較過去要更接近消費市場。不僅如此，3D列印的應用範圍，也比過去廣泛許多，從印製一個人的衣服穿著，到身體器官，從內到外，幾乎已經是無可不印。

3D列印技術的意義及價值，對不同行業而言，其實也有著各種不同的觀點。陳人鳳從設計師的角度來觀察，3D列印其實是一種快速成型技術(Rapid Prototyping)，是一種藉由軟體把3D模型分成很多層(layer)，再以雷射、熱熔、噴膠等技術，把材料一層層結合成型。

相較於傳統切削或鑽孔的加工製作方式，3D列印因為是將材料一層一層累積成立體造型，因此也被稱為積層製造或加法製造(Additive Manufacturing)。3D列印技術種類相當多樣，陳人鳳認為，從設計人或創意者來看，有4種技術最常使用，分別是熱融沉積成型(FDM)、立體光固成型(SLA)、雷射燒結成型(SLS)及膠水固化噴印成型(PP)。

FDM是將塑膠加熱成半固體狀後，再經由噴嘴將材料擠出，使用材料有ABS、PLA、PC等，層厚為0.05mm/0.1mm/0.2mm。陳人鳳認為，FDM的精緻度雖然較差，但成本相對低廉，市面上甚至可能只要1萬多元就可以買得到硬體設備。

SLA是最早的3D列印技術，原理是將紫外線照射在感光性樹脂上，讓樹脂硬化成型，層厚為0.01mm/0.1mm。陳人鳳指出，SLA使用的材料，具有透明效果的特性，因此常常會用在燈具製作等使用透明材質的產品上。

SLS是以高功率雷射燒結粉狀物質，形成固體形狀，層厚為0.06mm/0.1mm/0.12mm/0.15mm/0.18mm。陳人鳳指出，SLS主要的特性，在於可以選擇的材質非常多，包括尼龍、不鏽鋼、低碳鋼、鈦、彈性材質等等，相對可以製造的產品類型也變得更多。

至於3DP，是用噴頭噴出黏合劑在石膏粉末上，將其一層層黏合成型，層厚為0.089？0.102mm。陳人鳳指出，3DP的優點是可以列印全彩外觀，缺點則不是很堅固，因此主要用途是用來製造模型，比較少拿來做成成品，但目前市面上有一些公仔或模型，也已經開始使用3DP來製作成品。

使用3D列印來製作產品，目前雖然單價成本較大量生產產品高，但是不需要昂貴的模具費且開發時間短，適合應用在大量客製化、個性化商品，陳人鳳以手機座為例，此產品設計概念是以網狀結構構成一個環狀造型(Doughnut)，象徵透過虛擬網絡聯結，讓人們的情感更圓融美滿，就像現在的人與人之間的情感，往往需要靠手機聯繫。數可科技利用3D列印技術製造並且已經在市場銷售，局部外觀可針對不同客戶需求量身客製。

因此，想要掌握3D列印的價值，就一定要瞭解3D列印的特點。陳人鳳認為，3D列印的特點，包括：1.量產不用模具，零庫存，製作速度快；2.少量多樣，生產彈性高，多種材質選擇；3.一次成型，不須工廠生產線。

至於3D列印目前可以應用的領域，陳人鳳認為，雖然台灣還在起步階段，放眼國際，雖然也不是很成熟但正在快速成長中，應用到的領域已經愈來愈廣，包括醫療、交通、模具、建築、食品等，都已經有應用3D列印製作產品的案例。陳人鳳在2013年荷蘭設計週觀察到，3D列印已經成為會場的注目焦點。她更指出，從荷蘭設計週展出的設計，就可以看到許多設計師已經跳脫傳統大量製造思維框架，展現更多元的設計想法與商業模式。

而在市場價值上，3D列印也已經有實績可供參考。如「Endless Chair」的售價可達840歐元，陳人鳳指出，這張椅子使用回收的塑膠廢料並且用3D列印技術製造，不僅造型獨特且環保，設計師創新的想法開啟新的製造方式，也讓這張椅子具有收藏價值，而且就這種兼具新時代意義及藝術品味的產品而言，Endless Chair的價位其實算是合理，也證明只要能符合消費者需求，3D列印一樣可以做出具有商業價值的產品。

如飛利浦已經推出3D列印藝術燈產品，這系列產品屬於飛利浦Hue智慧燈泡的延伸，售價約4500美元，飛利浦與WertelOberfell 、Strand+Hvass設計工作室合作合作推出Entity和Tempest二系列燈具，具備1,600萬種色彩變化效果，並支援智慧應用控制，用戶可以根據一天中的不同時段和個人喜好，進行照明設置。

而將3D列印技術用在模具製造上，不同於傳統製造有拔模的限制而使無法做出最佳化的水路設計，3D列印的加法製造方式能夠做出CNC無法加工的造型，因此可以製作最佳化的模具水路，以達到更好降溫效果以縮短大量生產時間提高效率與品質，德國EOS公司與台灣業者已經有許多這樣的成功案例。

而在醫療用途方面，陳人鳳指出，目前也已有牙醫師會利用3D列印技術製作牙套，但目前是送到國外去製造。而在大型手術方面，應用3D列印技術也已有實例，如2010年因為遭菲律賓匪徒挾持槍擊的香港旅客易小玲，因為子彈貫穿她的臉與頸部，造成下顎骨及周圍組織嚴重傷害，經33次手術治療都未成功，致口唇、下巴及下臉部外觀變形，更形成功能障礙。直到長庚外科醫師應用創新3D列印技術，製作出根據電腦斷層影像所重組的3D模型，提供做為矯正下顎骨嚴重位移及製作鈦金屬重建骨板塑型之用，並統合醫療團隊進行術前模擬，大大縮短手術的時間，也可減少術後的失敗風險。

而在建築領域方面，荷蘭建築師Dus Architects已在阿姆斯特丹北部運河邊的一處空地上，展開以3D列印為主的建築計畫，先列印出建築的各個構件，形成房間模組後，再將這些大塊模組的房間組裝成總計 13個房間的「Canal House」。

類似的技術也已在上海出現，其中最大的一棟兩層建築長10公尺，寬6公尺，高4公尺，一天就能打造出10棟小房子，在上海張江高新青埔園區已經可以看到成品。

但3D列印技術的出現，陳人鳳認為，對於設計思考的衝擊最為明顯，例如大量生產的產品價格低廉但利潤也越來越低，許多業者生存也越來越困難，甚至已經到了不得不做改變的時刻，所以業者可以從大量生產的紅海，轉變到大量客製化以更好的服務創造更高的經濟價值。

大量生產的方式成本雖然低，但消費者選擇有限，這樣的模式已經不能滿足追求獨特、個性化的現代人，而小規模的客製化，也很難養活一家有規模的企業，因此企業可以思考大量客製化模式，以網路與全世界廣大的消費者即時溝通，了解消費者需求，並以更有彈性、更能縮短生產時間的方式製造，以滿足不同消費者各種不同的需求，實現大量客製化的目標並創造更高經濟價值。

許多產品都相當適合大量客製化，如Bespoke Innovations為殘缺的人們量身訂製屬於他們獨一無二義肢，讓他們找回更多的自信，或是配合消費者的耳多形狀，推出專屬消費者的耳塞式耳機的Normal，以及提供客製化公仔的makies等，國際上已經有這類型的公司成功案例值得我們參考。

陳人鳳強調，3D列印同時也開啟了自造者時代，除了人人都可以買得起的桌上型3D 印表機讓更多人也可以成為製造者外，國際上可以提供一般大眾使用的Work Space也越來越多，台灣大同大學設計學院的工廠，也提供電子、機械、車縫、金工、陶瓷和3D列印等設備，給校外人士使用。3D列印在自造者時代扮演重要角色，也讓我們知道3D列印技術必須要與設計創意緊密結合，才能創造出更高的經濟價值。