3D打印引导大量定制化制造趋势

台北科技大学机械工程系副教授汪家昌。

虽然自从3D打印技术出现后，不少人提出3D打印堪称是第三次工业革命，但台北科技大学机械工程系副教授汪家昌指出，其实第三次工业革命应该是「数码制造」与「在地制造」，但不可否认的是，3D打印技术确实在其中扮演相当重要的角色。

汪家昌回顾不同阶段的工业革命重点，指出第一次工业革命的重点，是因为蒸气机发明后，带动纺织工业发展，自此导入大量生产的观念；第二次工业革命的重点则是内燃机，带动汽车工业等制造业领域的发展；第三次工业革命的重点，其实是绿色能源及绿色制造，由于希望减少能源消耗，运输需求也能尽量减少，在地制造的趋势因此兴起，也让3D打印有更大的发展的机会。

3D打印之所以会在2013年开始火红，其实与美国总统欧巴马的国情咨文演说，有相当大的关系。欧巴马在演说中提出，将投资制造业以创造就业的计划，希望透过推动先进制造创新，使美国企业更具竞争力，重振美国的制造业，并将工作带回美国。

他提出以一次性10亿美元的投资，在全国成立一个由15个制造创新研究院组成的网络。凭藉特定区域的优势，各制造创新研究院将汇集企业、大学和社区学院资源，与政府合作投资开发世界领先的制造技术和能力，使总部设在美国的制造商可以应用在生产上。在此之后，媒体就开始大幅报导3D打印，也形成一股潮流。

回顾3D打印历史，汪家昌指出，其实在1989年，3D Systems提出的名称是快速成型RP(Rapid Prototyping)，其他名词还有MIT一样在1989年提出的3DP(Three Dimensional Printing)、1990年被称为实体自由制造SFF(Solid Free-form Fabrication)，但正式的学名应该是美国材料与试验协会(ASTM)在2009年提出的积层制造AM(Additive Manufacturing)，但从2011年之后，3D打印(3D Printing)已经成为广为人知的称呼了。

至于究竟是谁发明3D打印？包括美国Blanther、3M公司、日本东京大学的中川威雄教授、日本的小玉秀男、英国的Bill Masters in Greenville，都宣称发明了3D打印技术。汪家昌认为，除了要拥有发明与专利外，如果从能够将3D打印技术商品化的角度来看，3D Systems其实才是发明3D打印的主要角色。

但由此也可看出，3D打印技术发展非常的早(在1984年开始)，因此在现今主要的专利都已过期，所有的业者都能做，现在甚至已经可以看到新台币1万多元的3D打印机，在大陆等市场，更可看到3D打印机的销售，出现爆炸性的成长。

但汪家昌认为，由于3D打印机的价格降得太快，导致机器生产者难以获利，因此不管是产品或品牌的寿命都很短，而且许多3D打印机使用的技术，是很久以前的专利，生产品质未必良好，但想要改良产品，并不容易，因为许多3D打印关键专利虽已过期，仍会有人持续改良，仍有可能会衍生出新的专利，业者一样要小心不要抵触。

因此，3D打印技术未来仍有可能会不断推陈出新。汪家昌指出，ASTM目前将3D打印分成7大类型，其中最有代表性的是光聚合固化技术(Vat Photopolymerization；VP)，最便宜的主流技术是材料挤制成型技术(Material Extrusion；ME)，其他5种技术则分别是材料喷涂成型技术(Material Jetting)、黏着剂喷涂成型技术(Binder Jetting)、粉体熔化成型技术(Powder Bed Fusion)、叠层制造成型技术(Sheet Lamination) 与指向性能量沉积技术(Directed Energy Deposition)，但未来甚至有可能会有第8种。

事实上，如何进行3D打印，虽然仍是主要的3D打印专利发展方向，但汪家昌也指出，3D打印可以用来做什麽，也是可以申请专利，相关业者要注意，未来有关3D打印的专利布局，将会愈来愈没有发展空间。

富比士(Forbes)曾提出对于3D打印和制造业未来发展的报告(3D Printing and the Future of Manufacturing)，报告中指出，3D打印将会成为工业能力的必要手段，也会开始进入生物医疗领域，定制化商品将成为常态，让产品创新速度变得更快，更会有新公司以3D打印开发出创新的商业模式，3D打印商店也将会走入卖场，关于知识产权的争议也会开始浮现，但整体而言，3D打印将可让我们看到以前无做不到的产品，赋予工厂新的生产能力，更可深入校园，让更多学生可以在学校使用3D打印，实际做出成品。

因此，汪家昌认为，现在的3D打印趋势，重视的是输出的结果，已经可以作为最终产品，而不只是样品的概念。业者要了解不同的3D打印市场特性，可以用来做什麽。如兴趣爱好及工业生产的需求导向，就完全不同，如在2013年一份针对消费者为什麽要使用3D打印的调查中发现，得到最多同意的其实是「好玩」，得到最少同意的是「能赚到钱」，但后者对企业而言就相当重要，而工业等级的3D打印生产的成本虽高，但现在也已经渐渐摆脱泡沫期，其主要也是因为找到可以发挥的市场舞台。

至于消费性的3D打印主要是用来印什麽，从下载档案分类来看，发现打印数量最多的产品类别，其实是用来把玩的产品居多，如公仔、手机壳等，真正应用性不高，打印的结果，品质也往往让人失望，都会影响3D打印未来的市场发展。

汪家昌认为，处于萌芽期的3D打印，要想出正确的发展策略，才能跨越市场鸿沟，如大型企业应可着重开发系统与技术，中型企业则是设法导入现有技术，小型企业则是应用现有设备与材料，还要有具前瞻性的企业，努力寻找全新的应用模式，唯有结合核心技术及核心知识双引擎的进步动力，配合有系统的教育训练与认证架构，培育出核心竞争力，并配合可大量复制的模式，以及市场可接受的解决方案，才能吸引产业资源投入，进而形成产业生态系统。

所以要掌握3D打印未来的发展趋势，汪家昌认为，要先了解制造行为是如何发展。在50年代时，工厂制造的产品种类并不多，甚至只需要生产一种产品即可，如南侨肥皂，只需要少数且固定的原物料，生产机器也单纯许多，能够压低成本的大量制造技术，自然成为制造业最重视的技术。

但到了60年代，市场开始重视品质，以肥皂为例，市场会希望能销售不同味道的香皂，此时不见得要大量生产，而是要批量生产，而且不同的批量跟批量在交换时，因为有可能会出现浪费，如何加快交换的速度，就促成70年代出现的弹性制造技术。

而到了2000年之后，开始强调的是大量定制化，至于2010年之后，强调的就已经不是单纯的大量定制化，而是要在地制造，制造商品的店面不用大，生产的商品，外型也将是很重要的因素。

汪家昌强调，3D打印只是工具，而不是核心，如何设计3D物件，产品是否符合市场需求，都需要加以注意，否则就算拥有3D打印技术，很可能也只是造成「垃圾进、垃圾出(Rubbish in, Rubbish out)」的结果。

汪家昌认为，O2O(Online to Offline)模式，是3D打印可以发展的模式，可以应用的领域，包括艺术、车用零组件、医学辅具等。但汪家昌强调，重点不是做什麽，而是怎麽做。业者可以透过Online的环境，提供消费信息给消费者，消费者也可以直接下单付款，除了可以迅速累积大量年轻族群消费者外，还可追踪消费者信息，业者再透过Offline的实体店，提供Online无法取代的面对面服务，品牌价值也因为可以跟消费者面对面，而更容易传递，需要那些知识，才是能够创造价值的地方。

为了能够提供消费者量身定制的服务，汪家昌认为业者应该要具备：检(量测技术)、验(分析技术)、配(建模技术)、制(制造技术)、证(实证认证)5种能力。如过去要配眼镜时，因为不知道是否适合自己的脸型、戴起来舒不舒服，往往要一副一副换，但透过3D打印技术，就可能设计消费者个人专用的眼镜。

但另一方面，也有人诉求用两周的时间，就可以用3D打印技术做出假肢，但却忽略了，以现在的技术根本不需要这麽多时间，设计师也不见得会用数码技术。

事实上，谁来做3D数码设计，谁能满足大众需求，才是3D打印未来的发展关键。汪家昌强调，后端的制造技术其实已经准备好，但谁能将其知识加入并满足高效的3D设计，才是价值的所在。现在缺少的不只是设计者而已，还需要满足特定目的及好上手的3D设计软件，也是3D打印趋势未来发展，值得关注的方向。