3d列印的概念、原理和應用：完整認識即將改變世界的新製造科技

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越來越多人想要更了解３Ｄ列印是甚麼？能做甚麼？因此市面上相關的課程、演講與書籍等資訊越來越多。筆者拜讀完水野操先生的這本著作後覺得內容淺顯易懂，從３Ｄ列印原理、製作使用流程等基礎知識，到未來商業應用模式都有廣泛完整的敘述與中肯的建議，非常適合對３Ｄ列印有興趣者閱讀。──佳世達公司設計經理 陳人鳳

３Ｄ列印堪稱為第三次工業革命乃因其具有現階段人類科技的製造方式瓶頸提供可能解決方案，不論是列印人體器官抑或是列印食品，皆足以撼動未來的生活型態，透過具有想法的自造者持續的投入與探索，更多的應用層面與啟發不斷的迸出，盼本書可引領您更了解３Ｄ列印的相關知識，進而孕育更多的自造者一同「改變」！──國立臺北科技大學機械系副教授 汪家昌



推薦序

３Ｄ列印實現未來無限可能

　　從二○○六年起，我們公司就開始使用３Ｄ列印機在設計開發過程中，當時除了臺北設計中心以外，在慕尼黑、北京也都各有一臺３Ｄ列印機，三地的設計師除了經常email設計圖檔即時遠距檢討之外，也會在各自的辦公室內使用３Ｄ列印機即時印出一：一模型同步檢討設計提案。從過去到現在實體模型製作在設計過程中一直是不能缺少的步驟，因為電腦螢幕裡的設計圖無論多麼吸引人，終究還是需要實體模型來做進一步確認；例如檢討一支手機的設計時，我們雖然可以從螢幕中看到外觀造型，卻無法真實感受它握在手裡的感覺，也無法確認使用起來有沒有問題、按鍵會不會被誤觸、會不會太寬不好握等。因此使用我們辦公室裡那臺可以列印彩色模型的Zcorp Printer，只要上傳檔案按下列印按鍵後一小時就能製作完成，做出來的模型雖然不比ＣＮＣ製作的精緻，但是製作快速且操作簡單，可以說真是設計師們的好幫手。

　　雖然３Ｄ列印技術已經有三十年歷史，但是在過去二十幾年之間大多只在特定專業領域使用，而且因為機器昂貴，動輒上百萬甚至上千萬臺幣，所以一直無法普及，以致於許多一般大眾誤以為這是個過去沒有的新技術。直到最近這幾年有些專利到期，許多便宜的熱熔成型（ＦＤＭ）機器開始在市場上普及，越來越多人有能力購買３Ｄ列印機來實現自己的創意，同時也越來越多人想要更了解３Ｄ列印是甚麼？能做甚麼？因此市面上相關的課程、演講與書籍等資訊越來越多。筆者拜讀完水野操先生的這本著作後覺得內容淺顯易懂，從３Ｄ列印原理、製作使用流程等基礎知識，到未來商業應用模式都有廣泛完整的敘述與中肯的建議，非常適合對３Ｄ列印有興趣者閱讀。

　　近二、三年來３Ｄ列印在全球非常火紅，這個在過去只有專業領域人士才知道的技術，隨著電視媒體的頻繁報導，例如３Ｄ列印可以印房子、飛機、槍、人體器官、義肢、食物、客製化商品……等無所不印，以及世界各國政府如何看中並且積極發展這項技術，所有日新月異的新聞都讓一般大眾都對這項技術充滿好奇。不論在日常生活的食衣住行育樂或是醫療、軍事、航太等高端領域的應用，今日３Ｄ列印正扮演著跨時代的推動者角色，從過去只在特定領域使用到現在百花齊放，這一刻我們正在見證科技的力量，人們對這無所不印的科技充滿想像與期待。雖然有時我也覺得媒體的報導稍嫌誇張，但是３Ｄ列印的重要性與未來的發展是不需懷疑的，它就像是已經開始向前行駛的火車，沒有意外的話是不會中途停下來的，不管時間長短，它都是朝著目的地前進著。

　　從世界各國３Ｄ應用的案例我們可以看到科技與人文結合所創造出的驚人價值，例如在醫療方面，不論是為人量身訂作義肢、人工關節、人體器官、牙齒矯正器等等，都發揮３Ｄ列印可以高度客製化的特性來造福人類。在汽車航太方面，應用雷射燒結３Ｄ列印技術不但可以製作出複雜、精密、高強度、輕量化的零件，而且可以縮短傳統繁複製造方式的時間。在模具開發製造方面，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，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公司與臺灣數可公司已經有許多這樣的成功案例。在時尚方面，過去幾年有許多國際時尚設計師嘗試應用這個技術產生許多大膽且令人驚豔的設計，另外，Nike、New balance等國際球鞋大廠不約而同推出能夠提升運動員速度的３Ｄ列印球鞋。在建築方面，各國專家都在嘗試應用此技術列印出快速而且成本便宜的房子，今年在上海公開展示十棟只花二十四小時就列印完成的兩層樓房子，可以說顛覆了傳統建造模式。

　　運用３Ｄ列印來製造產品，就一定要瞭解３Ｄ列印的特點。特點包括：一、量產不用模具，零庫存，製作速度快；二、少量多樣，生產彈性高，材質選擇多；三、結構複雜也可以一次成型，不須工廠生產線。目前雖然３Ｄ列印的產品單價較大量生產產品高，但是不需要負擔昂貴的模具費而且開發時間短，很適合應用在開發大量客製化、個性化商品，例如可以上網訂製個人專屬公仔的Makies，以及可以配合消費者耳朵形狀推出專屬的耳塞式耳機的Normal。另外，具有高藝術價值與收藏價值的設計商品也越來越多，如ＭＧＸ的從上述這麼多的應用案例看來，已經有越來越多應用３Ｄ列印這種有彈性的製造工藝形成大量客製化商業模式。過去工業革命開啟了大量生產的時代，大量生產模式有效降低家具與燈具作品都是一時之選。

　　產品成本，可以滿足消費大眾的基本需求，但是今日大量生產的產品利潤越來越低，許多企業生存越來越困難，甚至已經到了不得不做改變的時刻，許多業者開始思考如何從大量生產低利潤的紅海，轉變到以更好的服務創造更高經濟價值的大量客製化模式。對消費者而言，大量生產的產品雖然價格低，但可以選擇的有限，這樣的模式已經不能滿足追求獨特、個性化的現代人。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、創造更高經濟價值。

　　隨著３Ｄ列印技術的快速發展，未來將有更多新的商業模式、新的設計思考與新的可能發生，各位讀者你準備好了嗎？

陳人鳳

現為佳世達公司設計經理。設計過許多3C產品、知名品牌燈具。

曾服務於大可意念、明基電通公司、屢獲國內外設計競賽大獎、受邀擔任許多設計競賽評審、演講、臺灣首場３Ｄ列印設計展策展人，有多年３Ｄ列印使用經驗與作品。

　　猶如科幻電影「鋼鐵人」男主角在片中全自主設計及開發的情節，現今已在真實社會中發生，透過３Ｄ列印的技術可實現許多不可能的任務。自從二○一三年初春美國總統歐巴馬的演講開始，大量的文摘報導蜂擁而出，片面而未消化過的資訊讓普羅大眾對３Ｄ列印的無所不能感到驚奇。同時市場上亦出現低價一入手的３Ｄ列印設備，更讓許多人誤以為「３Ｄ列印即是如此」！

　　本人自一九九八年開始進行３Ｄ列印的相關研究工作，迄今已逾十載，看著此一加工技術突然於近年躍昇為顯學感到喜悅，更殷切的期盼能有淺顯易懂且完整介紹３Ｄ列印的科普讀物能出現以饗讀者大眾。拜讀本書後深感本書將工程內容以易讀的文字呈現予讀者，而讓一般大眾得以對３Ｄ列印有正確的認知；同時本書對因３Ｄ列印而異軍突起的「Maker」自造者運動，亦有相當介紹！

　　３Ｄ列印堪稱為第三次工業革命乃因其具有現階段人類科技的製造方式瓶頸提供可能解決方案，不論是列印人體器官抑或是列印食品，皆足以撼動未來的生活型態，透過具有想法的自造者持續的投入與探索，更多的應用層面與啟發不斷的迸出，盼本書可引領您更了解３Ｄ列印的相關知識，進而孕育更多的自造者一同「改變」！──國立臺北科技大學機械系機電整合研究所副教授‧３Ｄ技術特色實驗室負責人 汪家昌