引领制造浪潮 3D打印推动产业数码化

台湾科技大学工程学院院长郑正元。

3D打印被视为未来制造的主流，生产方式将由传统的加工方式，转变为数码建模与积层制造，针对此一趋势，DIGITIMES特于六福皇宫举办「3D打印与智能制造研讨会」，邀请各领域指标性讲师，深入剖析3D打印的技术趋势与市场发展。

3D打印技术颠覆了传统制造思维，将「制造权」由资本雄厚的企业下放至资源有限的中小、微型企业，甚至是个人手上，其实就技术面来看3D打印并非新技术，早在30年前就已被研发出来。

不过近年来多项专利陆续过期，吸引多家厂商投入，再加上周边如绘图、材料等技术均已成熟，让3D打印一时之间风起云涌，甚至被视为颠覆现有制造业，成为下一代智能制造的主流，针对此一趋势，DIGITIMES举办了「3D打印与智能制造研讨会」，从各环节的技术角度，深入探讨3D打印的发展。

制造数码化  颠覆传统思维

在开场的「3D打印推动产业数码化」台湾科技大学工程学院院长郑正元从产业面探讨3D打印与产业数码化的发展，他提出几个概念解释3D打印为何被称为第3次工业革命？同时点出在此波浪潮下，未来哪些产业最具发展潜力？

他指出3D打印又称为积层制造，是透过运算将物品形状切为数层的虚拟型态，再以各类材料层层堆叠出产品，这与传统制造的「减法」模式不同，减法制造模式是从固体材料中，逐步去除不要的部分，最后才形成产品，例如一个产品，利用五轴加工机，沿着设计图中产品外观的路径、曲面进行加工，这类作法工具会与制品有一定的互动关系，必须选择适当的工具，否则不是刀具断裂就是材料崩落。

与这类传统的制造方式相较，3D打印则是采数码化方式制造，前面提到，3D打印又称为积层制造，也就是用数码方式将产品的类比式信号切为每一小块，判断每一小段的信号为0或1？每一小段组成一个2D面状，再由每个面层层堆叠出一个3D产品，这种作法不用担心物品材料与刀具之间的互动关系，因此这种方式会比传统制程更为简单，3D打印因为所有的产品数据数码化，因此也让制造不受地域限制，可将数据传送至线上的3D打印设备，生产出品质相同的产品。

不像传统集中式制造，需要经过模具、特定机具加工参数调整，制造出工件，3D打印则可经由数码与网络，将生产数据分散至各制造点，这类数码制造就是线在业界这几年在谈的「智能制造」、「工业4.0」的核心概念之一。

再回到3D打印本身，郑正元指出，打印技术的英文「Printing」亦即印刷术，中古时期印刷术的发明，让人类知识迅速普及、扩散，进而催生了近代文明，随着技术的进展，「Printing」的概念也不断进化，近年来数码技术成熟，「信息数码化」成为这30年来科技业共同努力的方向。

当年电脑初问世时，2D打印在信息数码化中，扮演了极其重要的角色，此一技术不但协助了信息数码化的的传递工作，同时也让信息具备了复制与分散的特色，让知识更快速的普及，然而随着IT技术的进步，2D打印机的作用逐渐被移动设备、投影机等终端显示装置取代，紧接着郑正元再谈到3D打印，他指出「3D打印」既然被冠上「打印」之名，必有其物理意义存在，2D打印是将信息做分散传递，3D打印则是实体数码化后的输出。

从快速成型到3D打印

3D打印将产品设计数码化，目前制造过程初期，都会先行绘出制品的尺寸、形状，这阶段属于产品的信息数码化，而非产品数码化，所谓的产品数码化，应是3D立体模型数码化，两者的差异在于前者有平面的尺寸形状，后者则为具有空间感的3D立体形状，因此要推动产品数码化，必须先具有产品完整建模的技术。

3D打印的基础始于早期的快速成型技术(Rapid prototyping；RP)，也就是现在3D打印或称积层制造的始祖，不过既然名词不同，其物理意义也不同，也就代表这是两种不同的技术，快速成形型的机器性能，要达到一定程度的工业水准，设备与耗材成本考量相对宽松，3D印列设备则要求有一定速度、精度可忍受些微误差，但设备价格必须便宜。

从快速成型到3D打印，其方法、目标都不同，虽然都是逐层堆叠的积层制造方式，只不过快速成型不使用3D打印的投影技术，但快速成型只是3D打印技术的进化过程之一，因此快速成形不等于3D打印，同样的，3D打印也不全然等于积层制造技术。

在技术方面，目前的3D打印都必须先行建模，不过近来有几个3D技术则略过此一程序，有厂商以手动进行光固化，另外甚至有厂商推出手持式笔状设备，在笔内填充材料，以手持方式挤压出材料，便可拖曳围绕出一个立体产品，这类产品与现行3D打印设备，最大的差异在于软件，需要先行建模的3D打印，其产品精细度无疑远高于这类手动的立体制造设备，这也就凸显了3D打印产业链的价值高低，郑正元指出，未来此一产业链价值最高者并非硬件设备，而是建模软件。

放眼现在的网络技术之先进，让绝大多数人的养成了信息倚赖习惯，有任何信息需求，查找引擎总是第一选择，但当未来3D打印成熟后，使用者若需寻找打印图档，查找引擎恐怕会另大家失望。

郑正元表示，查找引擎只能进行信息查找，但无法查找3D实体模型，因为3D实体模型是一连串的数据、程序，举例来说，若使用者要3D打印出一只狗形状的公仔，在Google上查找关键字「狗 3D」，顶多只能查找到照片，但无法查找到狗公仔的3D建模档，原因在于Dog这3个字是藏在建模档中深处的某个程序角落，因此难以被Google寻获。

3D打印创造全新经营型态

因此未来3D打印产业，需要专为其建模档设计的特殊查找引擎，而到了此一地步，软件会从「有价」转变为「无价」，例如以前要使用AutoCAD软件，必须从Autodesk获得授权，但是现在AutoCAD中已有许多WebCAD是免费，由此可见绘图软件公司的经营模式，已从以往的收费授权方式，转变为社群经营，绘图工具成为免费，但当模型绘制完成后需要储存，则需购买储存空间。

由于3D打印的建模档数据量相当庞大，因此也会需要大量的储存空间，而若使用者意欲将图档储存自有空间，则绘图软件公司将强制收取授权费，方可另行储存。

除了绘图软件公司经营型态的改变外，3D打印也会带动更多服务商机，例如前述的3D建模档，现在已有收费网站以图片方式呈现作品，使用者可挑选图片，付费(500美元)取得该图的3D模型档，由此可以看出，3D打印的建模确有其商业价值，而这也代表实体智能化在未来的3D打印领域中，将会占有相当重要的地位。

3D打印在软硬两端都不能轻忽，就像过去的电脑技术刚起步时，微软提供了完整的软件，Intel与其他PC周边厂商则提供了丰富的硬件设备，再加上Google的查找引擎，产业的所有环节都强大无比，未来3D打印产业链也必然形成同等完善的产业生态系统，而以目前态势来看，此一生态系统都仍在发展中，台湾厂商可尽早卡位，借此获取最大商机。