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新顯學3D列印 神秘基地在台南

2013-04-01  TCW
 

最近一個月,政大科技管理研究所教授溫肇東已經遇到四個人跟他談論「3D Printing」(3D列印)。

一位對技術狂熱的朋友e-mail給他,說這是台灣製造業翻身的機會;法律與創投專家徐小波提供相關文章給政大EMBA學生閱讀;新創公司負責人陳彥宇興奮的向他展示公司剛買進的3D機器;以及遠流出版社董事長王榮文計畫要在經營的華山文創園區開設一家3D咖啡館。

就在溫肇東被這個話題包圍之際,坐落在台南烏山頭水庫附近的工研院南分院的「積層製造與雷射應用中心」也很熱鬧。

此處是台灣3D列印技術的研發重鎮,自從二○一二年成立「雷射積層製造產業群聚」一直到現在,國外內的訪客絡繹不絕,包括了德國設備領先廠商EOS、日本機械大廠松浦(Matsuura)、機密工業鴻海、車燈大廠堤維西等都來拜訪。

有多火紅?《經濟學人》兩次深度報導

3D列印確實是個熱議題。《經濟學人》(The Economist)在十四個月中,連用了兩次封面故事的規格,報導了這項新科技,稱它將掀起「第三波工業革命」。美國總統歐巴馬(Barack Obama),在今年二月十二日的國情咨文中說,這是美國未來領導全球生產與製造業的技術革新。

《連線》雜誌(Wired)總編輯安德森(Chris Anderson)更為它改變職涯,去年底出版最新力作《Makers》隨後辭職,全力投入自創公司3D Robotics執行長一職,為美國科技圈投下一顆震撼彈,因為安德森說,3D列印的影響力將超過網路,他想參與這波革命。「現在,3D列印是一門顯學,世界各國無不想要參一腳!」工研院南分院積層製造與雷射應用中心總監曾文鵬說。

這是國內第一,也是唯一一座金屬3D列印實驗室。早在○五年南分院成立,原雷射製造研究中心便一直研究3D列印技術。從技術面來看,這間僅二十三人實驗室當然還得向歐美領先廠商學習,但已促成日本松浦和台灣神基聯盟,正籌備「台灣積層製造公司」(TAMC),台日合作,準備搶攻3D列印的高端模具商機。

有多厲害?可同時製作兩百顆牙齒

由於應用廣泛,最近也開始有藝術界與設計界人士造訪,3D列印已經悄悄在產業界遍地開花,而這間小實驗室就是授粉之處。

走進實驗室。首先,映入眼簾的是三台造型各異的「印表機」,只見工程師在電腦上打開小狗圖檔,啟動一台和義式咖啡機差不多大小的機器,十五分鐘後,一隻長、高三公分,寬一公分半的橘色小狗就拿在手上把玩了,和圖檔一模一樣。

桌子上還擺著白色小椅子、黃色造型的卡通角色「皮卡丘」等。這台神奇的機器,可以複製出任何東西,只是材料從過去的紙張變成塑膠,從平面變成立體。在此之前,你可以用3D軟體自行設計,或是把實物放進數位掃描機掃描,十分鐘到四十分鐘內,就可以得到一模一樣的東西。

實驗室的另一端,是一台金屬材料的高端印表機,利用雷射燒結金屬粉末的方式,正在「列印」一盤牙齒。隔著透明玻璃,看到機器在長寬各二十五公分、高三十二公分的空間裡,不斷重複鋪鈦合金粉末、雷射光束燒結出每一顆牙齒的輪廓兩個動作,十個小時後,這些牙齒就會進行人工精雕,之後送到牙醫那為顧客安裝。

「這就是客製化量產的最佳示範,」曾文鵬說,傳統一個技師一次只能加工一顆假牙,時間可能是三小時,3D印表機雖耗時十小時,但最多可同時製作兩百顆牙齒,這就是競爭力所在。

不管是橘色小狗,還是牙齒,都是用材料一層一層堆疊出來的,這種製造方式專業稱為「加法製造」(Additive Manufacturing,又稱積層製造),事實上,這項技術由Charles Hull在一九八四年發明至今,已有近三十年歷史,但會在這兩年爆發,主因是數位環境成熟、基礎技術專利到期,以及價格降低三大因素。

曾文鵬舉假牙市場為例,現在只要用數位口腔掃描,就能取得患者精準的牙齒圖檔,之後「印」出假牙,兩至三天後,患者就能裝上;有別傳統假牙像是手工藝產業,必須由牙醫讓患者咬模,再將齒模送到牙技中心製作,之後醫生還是要用手工再幫患者修整牙齒表面,以達到最佳的咬合狀態,全程可能得花費七天。

「現在的牙科醫院簡直像是科技公司,什麼都數位化。」成功大學前瞻醫療器材科技中心致力成為醫材的數位中心,中心主任蘇芳慶指出,其利用3D列印技術,已經幫助過醫生進行下顎修補手術,「先製作出精準的模型,讓醫生在開刀前預判,病人會得到更好的醫療品質。」

不過,這項外科手術的應用目前僅少數醫生採用,還在實驗室階段,尚未在外科普及。反倒是假牙應用已在中國開始商品化,台灣則還在推廣中。

模具、醫材,以及文創藝術,是工研院點名未來台灣採用3D列印最具潛力的產業,而歐美則有波音公司(Boeing)與賓利汽車(Bentley)用來製造飛機與汽車零件。3D列印有一個特色,它能讓既有優勢產業提升附加價值,讓追求客製化的精密產業有機會量產,但不至於讓追求規模的製造業消失。

有多廣泛?專利到期,人人都能製作

如果台灣製造業想要再提高附加價值,3D列印,等於替台灣開了一道門。

但,其他國家也早已開始布局。因為影響3D列印最重要的專利,即將在二○一五年到期。目前,3D列印的專利主要掌握在美國兩家上市公司3D Systems和Stratasys,以及德國的EOS(未上市)共三大巨頭,掌握全球九成市占。

曾文鵬表示,從南非、澳洲到中國等都以國家政策開始在二○一一年布局,「這是second run(第二輪)的競爭,比的是創意的應用與服務。」當專利到期,未來個人化的印表機降到一台一千或數百美元,「人人都是製造者(maker),」溫肇東在一九九六年於麻省理工學院Media Lab看過這項技術,終於在十七年後,看到這個應用將滿地開花。只要你有創意,在家裡也有機會「印」出屬於自己的手機殼或是喜歡的公仔。

老技術,新應用,這次台灣能不能領先,就要看創意夠不夠好,反應速度是否快到能在浪頭上卡到一個好位子。

【延伸閱讀】技術超猛!突破客製化量產限制

傳統方式:全人工、靠經驗、手工雕刻、單一客製化,3-7天完成流程:印模→灌石膏模型→填蠟雕刻→澆鑄→精修拋光→上釉髿燒→成品台灣假牙年產量約240萬顆,產值約180億元,但卻是個手工藝產業,製作效率不佳、耗費人力。

新型方式:快速、尺寸精準、客製化量產,2天完成流程:3D照相取模→3D Printing製造→精修→堆瓷→成品一台3D印表機開機10小時,可以同時印製一盤約200顆的牙齒,即服務了200位客戶。

資料來源:工研院積層製造與雷射應用中心

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資料來源:Wohlers Associates

顯學 3D 列印 神秘 基地 在臺 臺南
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