應用百花齊放 3D列印引領客製化浪潮
- DIGITIMES企劃
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3D列印的快速製造特色，將取代傳統製造業的部分市場，成為少量多樣應用領域中首要製造技術。美國3D System公司在1987年生產出第一台光固化成型的積層製造設備SLA250，揭開了3D列印的序幕，此一技術是利用雷射照射紫外線感液體聚合物，使其薄層發生固化，這是全球第一個可實際應用於商業生產的3D列印裝置。
沒多久，日本也有所動作，日本的CMET與Sony/D-MEC分別在1988年和1989年，將立體光固化技術以另外的形式商業化，德國光電公司EOS在1990年賣出了他們第一套立體光固化系統，1991年後，又有3項快速成型製造技術投入商業生產，分別是Stratasys公司的溶化成型製造、Cubital公司的立體固化技術和Helisys的疊層式製造，但Cubital與Helisys如今都已不在業界，由此可見3D列印的市場競爭之激烈。
90年代之後，3D列印的發展開始加速，產業與學界都陸續研發出新技術，不但有新材料，而且新裝置也快速出現，尤其從2008年開始，3D列表機的價格，隨著新產品的問世不斷下滑，牙醫市場此時開始大量應用3D列印，直接金屬燒結？熔融在生物醫學和航太市場，一直被視為可行度極高的技術，之後3D列印的應用與創意，可說是遍地開花，目前在工業設計、醫療、首飾、航太等產業，3D列印都已交出亮眼成績。
工業設計
積層製造最初被稱為快速原型製造，其目的就是快速生產出零件的原型，許多日常生活的新產品，急需快速獲得顯示外觀或包含部分功能的原型，投放到市場接受檢驗，3D列印與工業設計的結合，正可填補廠商在此環節的缺憾。
3D列印的優勢在於不需要工廠進行設計與製造，就可快速列印出設計者精巧縝密構思的製件，從小零件、小物品至汽車車身、引擎等大物件，乃至於整車模型，都可快速完成。
由於列印精度高，列印出來的模型，除可表現出外型曲線、曲面的光滑平順，零件的精細結構與運動套件的接合部位也可完全展現，如果列印出3D的機械裝配圖，則齒輪、軸承、拉桿等都可正常活動，而腔體、溝槽等型態特徵位置足夠準確，可以滿足裝配要求。
2013年的行動世界大會(MWC)中，Nokia就展出利用3D列印所製作的Lumia手機外殼，後來Nokia又進一步發布了Lumia 820的3D列印開發套件，讓Lumia手機使用者可以自主使用3D印表機製作手機外殼。另外，大陸已有多家3D列印廠商為多款手機提供外殼設計的列印服務，讓消費者可以自行設計製造個性化造型。
首飾業
首飾製造業的原模製作，長年以來都是使用手動起版方式，不但耗工耗時，技術過難的設計，常會遇到找不到設計師的窘境。由於手動繪製的手勢設計草稿常常不會、也不可能在所有部位標記精確尺寸，許多部位(尤其是關節部位的尺寸和比例)常常是設計師在深入揣摩和感受設計圖樣時，結合個人體驗和經驗進行實際版樣的製作，因此必然存在一定的主觀誤差。
但在3D列印中，由於設計圖樣由3D輪廓資料組成資料陣列，因此製造首飾的原版，不僅精度更高，而且也更忠實於原設計者的意圖，降低設計師的工作難度和成本，同時也加快上市速度。
以戒指設計為例，使用3D列印的的步驟如下：1.購買者從店家的目錄中挑出屬意的戒指圖樣；2.廠商根據購買者的選擇，把戒指圖樣轉為3D資料，並將資料進一步轉換成數位圖樣，讓使用者精確確定戒指的各種細節；3.廠商會與購買者充分互動，就3D列印製造技術與工藝流程深入討論，直到購買者滿意為止；4.雙方談定戒指價格，簽訂合約；5.利用3D列印技術製造出戒指原型；6.利用精密鑄造製程，經過複雜且多工序的後製過程完成戒指。
由戒指的製程工序來看，3D列印在客製化需求極高的首飾業應用十分合宜，與其他應用相較，首飾品的精度並不高，目前各類3D列印技術均可作到，不過雖然精度需求不高，但「精緻度」要求卻遠比其他應用高出一節，因此首飾業者應用3D列印時，必須與後端工序如打磨、拋光結合，方能符合購買者所需。
生物醫學
3D列印在生物醫學領域的應用，主要包括體外醫療模型與醫療器械客製化製造、永久植入物客製化製造、組織工程支架積層製造、細胞積層製造等4部分。
體外醫療模型與醫療器械是以CT、MRI等生物醫學影像，產生積層製造用CAD模型，應用於外科整形、手術規劃和客製化義肢設計等領域；永久植入物客製化製造，則是以仿生為基礎的多尺度生物複雜結構設計，製造出可植入人體的替代和修復體；組織工程支架積層製造，為人體組織支架(Tissue Scaffolds)和類別組織結構(Tissue Precursor)的生物製造技術；細胞積層製造，是利用積層製造技術製造客製化且具功能性的人工器官與組織。
這4大應用中，體外醫療模型與醫療器械客製化製造，是3D列印目前在生物醫學領域中最成熟的應用，此應用積層製造的零件無須植入體內，所用的材料不需考慮生物相容性的問題，而體外醫療器械一般也只考慮所用材料的力學和理化效能。目前美國已將此應用納入醫療保險範圍，特別在大型或高風險手術，體外模型已經成為正常手術步驟，醫生需透過此步驟進行手術規劃，並與其他醫師討論手術相關的重要問題。
航太領域
3D列印具有無模具、快速、自由成型的製造特色，對航太製造業帶來相當大的衝擊，航太領域的產品要求使用壽命長、可靠度高、環境適應力強，同時又要能滿足高強度、輕量化的需求，因此結構通常都較為複雜，對金屬材料加工技術的要求也越來越高，這也使得航太產品的研發製造週期都較長。
3D列印的出現，特別是高性能金屬零件直接以積層技術製造的特點，讓航太產品從設計、模型、原型開發、零件生產和產品測試，都有了新的技術途徑和思維，使其產品研發和生產週期大為縮短。
以空心渦輪葉片為例，空心渦輪葉片是高性能航空引擎的核心零件，傳統的製造方式為精密鑄造，加工工序相當複雜，從草稿到成品，一般要經過40？60個工序，多工序造成產品良率降低。
而採用3D列印的雷射成型技術，可直接製造渦輪葉片，良率也相當高，與鑄造葉片相比，其零件效能也獲得改善。目前美國太空總署(NASA)已計畫2017年時，開始使用3D列印技術製造用於太空站的部分零件。
3D列印衝擊中小企業
除上述發展較為成熟的領域外，3D列印在文創、家電、服飾，甚至是食物方面，都已有所進展，雖然多數案例都仍處實驗階段，商用化還要等一段時間，不過由此已可看出此一技術的發展性。
根據研究機構Gartner的預估，2015年3D列印機的價格將會開始下跌，3D列印或許不會普及到每個家庭中都有一台，但無疑將衝擊現有製造產業，尤其是少量多樣的客製化設計。
由於台灣製造業以中小企業為主，而中小企業向來倚靠高彈性、少批量的準客製化製造為市場競爭力，因此面臨3D列印，所受的影響也會最大，如何因應此一浪潮，調整自己腳步，台灣廠商必須深思。
