挑战传统制造与设计思维的3D打印

佳世达科技设计经理陈人凤。

3D打印技术及应用的出现，对现有的制造与设计体系的思维，都已构成一定程度的冲击。佳世达科技设计经理陈人凤指出，不管是美国总统欧巴马或经济学人等专业刊物，都非常看好3D打印未来的发展；不管是传统制造或设计领域的业者，都有必要对3D打印可能带来的改变，做好准备。

如果从发明家Charles Hull生产出第一台3D打印机算起，3D打印技术发展其实已经超过30年了。陈人凤指出，3D打印在发展的前20年，主要都是用在专业领域，因此一般消费者并不熟悉，而她自己也已经用了8、9年的时间，但多半是在产品设计开发的过程中，作为模型开发使用。

3D打印之所以会在现在迅速普及，陈人凤认为，主因在于专利到期，产品价格大幅下滑，3D打印设备现在的价格，确实较过去要更接近消费市场。不仅如此，3D打印的应用范围，也比过去广泛许多，从印制一个人的衣服穿着，到身体器官，从内到外，几乎已经是无可不印。

3D打印技术的意义及价值，对不同行业而言，其实也有着各种不同的观点。陈人凤从设计师的角度来观察，3D打印其实是一种快速成型技术(Rapid Prototyping)，是一种藉由软件把3D模型分成很多层(layer)，再以雷射、热熔、喷胶等技术，把材料一层层结合成型。

相较于传统切削或钻孔的加工制作方式，3D打印因为是将材料一层一层累积成立体造型，因此也被称为积层制造或加法制造(Additive Manufacturing)。3D打印技术种类相当多样，陈人凤认为，从设计人或创意者来看，有4种技术最常使用，分别是热融沉积成型(FDM)、立体光固成型(SLA)、雷射烧结成型(SLS)及胶水固化喷印成型(PP)。

FDM是将塑胶加热成半固体状后，再经由喷嘴将材料挤出，使用材料有ABS、PLA、PC等，层厚为0.05mm/0.1mm/0.2mm。陈人凤认为，FDM的精致度虽然较差，但成本相对低廉，市面上甚至可能只要1万多元就可以买得到硬件设备。

SLA是最早的3D打印技术，原理是将紫外线照射在感光性树脂上，让树脂硬化成型，层厚为0.01mm/0.1mm。陈人凤指出，SLA使用的材料，具有透明效果的特性，因此常常会用在灯具制作等使用透明材质的产品上。

SLS是以高功率雷射烧结粉状物质，形成固体形状，层厚为0.06mm/0.1mm/0.12mm/0.15mm/0.18mm。陈人凤指出，SLS主要的特性，在于可以选择的材质非常多，包括尼龙、不锈钢、低碳钢、钛、弹性材质等等，相对可以制造的产品类型也变得更多。

至于3DP，是用喷头喷出黏合剂在石膏粉末上，将其一层层黏合成型，层厚为0.089？0.102mm。陈人凤指出，3DP的优点是可以打印全彩外观，缺点则不是很坚固，因此主要用途是用来制造模型，比较少拿来做成成品，但目前市面上有一些公仔或模型，也已经开始使用3DP来制作成品。

使用3D打印来制作产品，目前虽然单价成本较大量生产产品高，但是不需要昂贵的模具费且开发时间短，适合应用在大量定制化、个性化商品，陈人凤以手机座为例，此产品设计概念是以网状结构构成一个环状造型(Doughnut)，象徵透过虚拟网络联结，让人们的情感更圆融美满，就像现在的人与人之间的情感，往往需要靠手机联系。数可科技利用3D打印技术制造并且已经在市场销售，局部外观可针对不同客户需求量身定制。

因此，想要掌握3D打印的价值，就一定要了解3D打印的特点。陈人凤认为，3D打印的特点，包括：1.量产不用模具，零库存，制作速度快；2.少量多样，生产弹性高，多种材质选择；3.一次成型，不须工厂生产线。

至于3D打印目前可以应用的领域，陈人凤认为，虽然台湾还在起步阶段，放眼国际，虽然也不是很成熟但正在快速成长中，应用到的领域已经愈来愈广，包括医疗、交通、模具、建筑、食品等，都已经有应用3D打印制作产品的案例。陈人凤在2013年荷兰设计周观察到，3D打印已经成为会场的注目焦点。她更指出，从荷兰设计周展出的设计，就可以看到许多设计师已经跳脱传统大量制造思维框架，展现更多元的设计想法与商业模式。

而在市场价值上，3D打印也已经有实绩可供参考。如「Endless Chair」的售价可达840欧元，陈人凤指出，这张椅子使用回收的塑胶废料并且用3D打印技术制造，不仅造型独特且环保，设计师创新的想法开启新的制造方式，也让这张椅子具有收藏价值，而且就这种兼具新时代意义及艺术品味的产品而言，Endless Chair的价位其实算是合理，也证明只要能符合消费者需求，3D打印一样可以做出具有商业价值的产品。

如飞利浦已经推出3D打印艺术灯产品，这系列产品属于飞利浦Hue智能灯泡的延伸，售价约4500美元，飞利浦与WertelOberfell 、Strand+Hvass设计工作室合作合作推出Entity和Tempest二系列灯具，具备1,600万种色彩变化效果，并支持智能应用控制，用户可以根据一天中的不同时段和个人喜好，进行照明设置。

而将3D打印技术用在模具制造上，不同于传统制造有拔模的限制而使无法做出最佳化的水路设计，3D打印的加法制造方式能够做出CNC无法加工的造型，因此可以制作最佳化的模具水路，以达到更好降温效果以缩短大量生产时间提高效率与品质，德国EOS公司与台湾业者已经有许多这样的成功案例。

而在医疗用途方面，陈人凤指出，目前也已有牙医师会利用3D打印技术制作牙套，但目前是送到国外去制造。而在大型手术方面，应用3D打印技术也已有实例，如2010年因为遭菲律宾匪徒挟持枪击的香港旅客易小玲，因为子弹贯穿她的脸与颈部，造成下颚骨及周围组织严重伤害，经33次手术治疗都未成功，致口唇、下巴及下脸部外观变形，更形成功能障碍。直到长庚外科医师应用创新3D打印技术，制作出根据电脑断层影像所重组的3D模型，提供做为矫正下颚骨严重位移及制作钛金属重建骨板塑型之用，并统合医疗团队进行术前模拟，大大缩短手术的时间，也可减少术后的失败风险。

而在建筑领域方面，荷兰建筑师Dus Architects已在阿姆斯特丹北部运河边的一处空地上，展开以3D打印为主的建筑计划，先打印出建筑的各个构件，形成房间模块后，再将这些大块模块的房间组装成总计 13个房间的「Canal House」。

类似的技术也已在上海出现，其中最大的一栋两层建筑长10米，宽6米，高4米，一天就能打造出10栋小房子，在上海张江高新青埔园区已经可以看到成品。

但3D打印技术的出现，陈人凤认为，对于设计思考的冲击最为明显，例如大量生产的产品价格低廉但利润也越来越低，许多业者生存也越来越困难，甚至已经到了不得不做改变的时刻，所以业者可以从大量生产的红海，转变到大量定制化以更好的服务创造更高的经济价值。

大量生产的方式成本虽然低，但消费者选择有限，这样的模式已经不能满足追求独特、个性化的现代人，而小规模的定制化，也很难养活一家有规模的企业，因此企业可以思考大量定制化模式，以网络与全世界广大的消费者实时沟通，了解消费者需求，并以更有弹性、更能缩短生产时间的方式制造，以满足不同消费者各种不同的需求，实现大量定制化的目标并创造更高经济价值。

许多产品都相当适合大量定制化，如Bespoke Innovations为残缺的人们量身订制属于他们独一无二假肢，让他们找回更多的自信，或是配合消费者的耳多形状，推出专属消费者的耳塞式耳机的Normal，以及提供定制化公仔的makies等，国际上已经有这类型的公司成功案例值得我们参考。

陈人凤强调，3D打印同时也开启了自造者时代，除了人人都可以买得起的桌上型3D 打印机让更多人也可以成为制造者外，国际上可以提供一般大众使用的Work Space也越来越多，台湾大同大学设计学院的工厂，也提供电子、机械、车缝、金工、陶瓷和3D打印等设备，给校外人士使用。3D打印在自造者时代扮演重要角色，也让我们知道3D打印技术必须要与设计创意紧密结合，才能创造出更高的经济价值。