3D打印开源平台 挑战无限可能

台湾欧特克资深技术经理蔡进忠。

随着制造科技的迅速发展，一波波的工业革命也随之而来。台湾欧特克资深技术经理蔡进忠认为，第一次工业革命，本质上是生产力的提升，关键在于用机器取代人力；第二次工业革命，则是制造效率的提升，关键在于用电脑取代人工，许多作业都已电脑化；第三次工业革命的重点，则是注重定制化，追求个性化商品的制造，相关科技如3D打印也因此应运而生。

促成第三次工业革命的因素，首先是巨量数据分析技术的出现，虽然巨量数据技术并非崭新的技术，但近年来因为相关软硬件的成熟，终于可以让企业完整的记录客户的行为，包括喜欢买什麽或是做什麽，然后做进一步的应用；其次则是物联网的出现，可以让物物相联，应用在工厂制造，可以让工厂生产的元件信息彼此互通，最后也是最重要的，就是3D打印。

3D打印会成为制造业新的潮流，追溯本源，首先是从2012年10月Shapeways在纽约成立，提供在线3D打印服务开始，然后在2013年1月，美国总统欧巴马在国情咨文提出「3D打印可以振兴工业」后，业界便开始纷纷投入3D打印的技术研发或产品制造上。

如Nike公司在2013年2月积极投入3D打印，并用于开发新款运动鞋，目前已经有部分鞋款的鞋底，确实已经在用3D打印制作，尤其是针对需要特殊设计如扁平足的鞋款，更是需要使用3D打印技术；微软在2013年7月宣布Windows 8.1支持3D打印输出功能；NASA在2013年8月试射装有3D打印制造零件的火箭引擎；Amazon及其他知名的网络商场，也都在2013年陆续开始行销3D打印设备。

3D打印会在这麽短的时间迅速崛起，与3D打印的专利解禁，有着相当密切的关系。蔡进忠指出，3D打印技术在1980年代即已出现，从第一代的快速原型，到模具及工具的发展，进而发展到数码制造及个人自造的产业趋势，促成更多厂商投入，降低3D打印成本，使用的人也就愈来愈多，更因此激发出大量生产以外的商机，3D打印的产业趋势可说已经具体成形。

3D打印的基本概念，其实跟打印机相当类似，只是打印机在印出一般文件时，打印时只能印出一层墨水，但3D打印则是使用多层打印技术，一层一层的堆叠起来，而制造出产品。

3D打印的技术可以从材料来分类，也因此在不同的时期会有不同的名称，使用固态材料的技术有LOM，使用半固态材料的技术则有FDM，使用液态材料的有SLA、DLP及SGC，半液态材料技术则称为MJM，最后则是使用粉末材料技术的SLS及PGP，但不管是使用哪一种材料，3D打印最常见到的称呼方式，主要就是积层制造(Additive Manufacturing)及快速原型(Rapid Prototyping)这两种说法。

3D打印对于工业制造最大的影响之一，就是改变产品及模具的开发流程。蔡进忠指出，有了3D打印技术，包括产品打样、可动样品等，都可在模具开模前完成，确定产品外观及机构动作的方式。

早期由于3D打印成本高，所以应用在前述产品开发流程的机会，并不是很大。近年来包括材料及制程技术的改进，投入的厂商愈来愈多后，目前的3D打印技术，从创意概念的形成，到产品建模，确认造型、机构及电子设计后，就可以上传模型，执行3D打印，进而直接生产成品，模具开发的流程可以整个省略掉。

但不是所有的产品都可以这麽做，蔡进忠指出，3D打印只适合个性化的小量生产，不能取代大量制造。以个人电脑的组成为例，其中电路板、铁件，目前的3D打印技术都做不出来，只有塑件还有一点可能。

3D打印不能取代大量制造的瓶颈，主要原因就是3D打印成品是采积层制造，无法像射出成形技术一样，做出表面很光滑、组织很密实的商品，可以说是积层制造技术的宿命。此外，带有金属镶件的产品如手机外壳，3D打印目前做不出来。还有轻薄短小的产品为了加强韧性常使用玻纤材质，也无法以3D打印生成。

此外，3D打印的成型周期时间比较长，如果使用射出成型填充一个塑胶件，可能只需要几秒钟。但如果使用3D打印，可能需要几小时打印成型。但3D打印技术虽然有很多技术瓶颈，但在个性化、小量制造(不需要开模)、不需要进行产线规划的领域，仍然有很大的商业发展空间。

3D打印技术能够顺利用于产品设计上，蔡进忠认为有两个重要的里程碑，首先就是1986年，3D System推出全球第一台RP设备SLA1，让3D打印技术走出实验室，开始商业化，成为真正的商品。

另外则是MakerBot公司推出硬件开源平台，让3D打印技术细节公开，激发更多的厂商积极参与3D打印设备开发；2014年5月，欧特克(Autodesk)宣布启动SPARK开源专案，希望能用类似Google Android的软件开源平台授权方式，让厂商可以取得3D打印关键技术，让3D打印更普及化。

欧特克3D打印开源平台可以分为平台授权、设计建模、模型后制及硬件蓝图4个部分，开源平台将会针对硬件制造厂商，免费授权使用平台架构，并提供正向或逆向建模，以实现设计美好的创意。提供打印成型前网格模型的转位、修补及建立支撑，也会提供3D打印设备的硬件技术范本及API，让厂商可以迅速应用欧特克已经测试过的技术及材料，切入3D打印设备制造领域。

欧特克3D打印开源平台，采用专利已经解禁的SLA光固化成型技术。SLA的制程是先用雷射光聚焦，被照射的地方就会凝结，透过积层制造技术，就可让凝结的材料一层一层的堆叠成所需要的产品。

但3D打印就像一部音箱，如果没有好的音乐媒体，就很难展现出好音箱的价值。因此除了要掌握3D打印设备制造技术，更重要的是如何将3D打印融入产品创作流程。市场上虽然有许多3D打印设备已经开始行销，但如果没有好的创意、好的软件以建立产品的3D模型，再好的3D打印设备，也是英雄无用武之地。

因此，欧特克针对3D打印的典型创作流程，推出Autodesk 123D应用软件。提供产品设计建立3D模型及输出成STL网格，提供CAD技术。例如Autodesk 123D Catch可以让个人利用云端运算的强大能力逆向建模，也就是将既有的成品照相，上传自动转换为立体的3D模型，也可以下载回来后再做修正。

另外Autodesk 123D Sculpt，可以让使用者在iPad上雕塑和描绘3D创意作品，就像在真实世界捏黏土一样，用作捏塑创意，然后输出至3D打印以完成创作。

针对某些创作品可能无法以3D打印生成，例如陀螺的外型无法直接以积层方式制作，因为生产过程陀螺无法保持直立。这类模型在3D打印生产前需要做调整、切片建支撑，才能如预期地被制造生成。使用Autodesk Meshmixer能重新调整、组合不同模型，建立积层制造成型时所需的切片及支撑，可用作模型后制处理。

虽然目前3D打印技术仍有很多瓶颈需要解决，欧特克公司希望可以透过3D打印软件开源平台建立社群，让各方英才集思广益，共同测试新材料、探索新制程、建立行业标准，相信只要大家一起努力，3D打印科技的明天将会更加美好。