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歐巴馬與郭台銘都在關注的最新趨勢3D列印入侵

2013-04-01  TWM
 
 

 

科幻片中常見的「無中生有」場景已在現實生活裡一一實現!

只要一台電腦、一部3D印表機,獨一無二的iPhone機殼、F1賽車、槍枝,甚至是人體器官……,未來隨手自製各種生活用品都不再是神話。

歐巴馬在今年2月的國情咨文上提到3D列印,希望重拾美國製造業風光;鴻海董事長郭台銘也下令旗下各事業部主管展開3D列印探訪之旅。

第三次工業革命正啟動中......。

撰文‧李洵穎、陳翊中、賴筱凡 研究員‧蔡曜蓮「午安!」一走進店裡,店員笑吟吟地送上問候,周一中午的上班時刻,店裡泰半座位都被坐滿了。這家位在日本東京澀谷的FabCafe咖啡廳,空氣中飄著咖啡香,一切看起來就跟一般咖啡廳沒兩樣。然而,這家咖啡廳在過去兩個月裡,受到許多科技部落客關注,甚至連美國頗具盛名的科技網站「The Verge」都特地撰文介紹。究竟FabCafe特別在哪裡?

就像「The Verge」報導開頭寫著,在東京,實在不缺咖啡廳,但是這家FabCafe,卻有著那麼一點不同。店裡頭擺著大大的一台雷射切割機、不算小的投影螢幕,這些可能讓你摸不著頭緒。但是,我們把時間倒退回到一個月前的西洋情人節,FabCafe推出了一項特別的服務:做一個人像巧克力。

如果每到情人節,你都得傷腦筋要送什麼禮物給另一半,或許,你可以嘗試FabCafe的這項特別服務,只要掃描你的臉部,FabCafe就能為你量身打造一個擁有你臉部表情的人像巧克力,送給情人,保證讓你的情人驚喜萬分。

街角的咖啡工坊 讓更多人一起玩科技聽起來很科幻、很瘋狂,但是三月二日,FabCafe再推出第二個驚喜,這次,他們要掃描全身,替你做一個全身的人像軟糖。短短兩天內,就有超過五十個人報名,卻只有九個幸運兒可以體驗這項服務。

想知道FabCafe怎麼辦到的?那你就得好好認識這項被喻為可能開啟第三次工業革命的新技術——3D列印。為了一睹FabCafe如何走在趨勢前端,本刊採訪團隊親自飛到日本,專訪FabCafe背後團隊。

「一年前,這裡其實是我們的會議室。」有著透明的大面玻璃窗,坐落在街角最顯眼的位置,日本設計公司Loftwork創意專案協調師鈴木真理子說,作為一家具有實驗特性的設計公司,他們時常舉行大大小小的「工作坊」,邀請朋友來體驗。「那時同事說,為什麼我們不把這裡改成咖啡廳,讓更多人可以跟我們一起玩?」就是這個靈光一閃,讓Loftwork的老闆們決定要開一家具有實驗性質的咖啡廳。一開始,店裡只提供雷射切割服務,不論是牆上擺的木頭雕刻,或是高掛有著精緻雕花的牛仔褲,只要消費者提前預約,就能在FabCafe玩雷射切割服務。

去年十一月,他們有了更多新點子,LoftWork找來3D印表機經銷商iGUAZU與3D列印顧問公司K’s Design Lab合作,希望透過體驗的方式,讓3D印表機走入消費群眾,「不再只是大公司才能玩3D列印,一般人也可以玩。」K’s DesignLab執行長原雄司透露,近五個月來,超過五百人參加K’s Design Lab與FabCafe一起推的workshop,裡頭就有五個消費者下訂購買3D印表機回家做。

為了讓更多人認識3D列印的魅力,他們要有不同的作法,「我們就想,在西洋情人節這天,能不能用3D列印來做一點特別的事情。」鈴木真理子口中說的,正是FabCafe針對女性消費者提供的服務,只要掃描臉部,就能打造專屬的人像巧克力。

一個扭腰、一個俏皮的動作,統統都可以把你的肢體動作掃描起來,這些3D數據全進了電腦後,透過一些設定,3D印表機就能印出擁有這些動作的模具。「有了這些模具,你可以把糖漿倒進去,做一個獨一無二的人像軟糖,你也能做一個人像冰塊。」鈴木真理子不諱言,實驗工作坊成功打開了人們對3D列印的想像。

「過去,Fab代表的是遙不可及的工廠、大量製造,可是,FabCafe是一個開放的『工場』。我們要的是小量、有價值的產品,讓每個人都可以參與其中。」鈴木真理子說,有別於二次工業革命大量製造的主流,他們認為,未來的工業革命將更重視每個人的差異,科技也將不再遙不可及,而是在每個人的生活裡。

就在FabCafe推出3D列印實驗工作坊後,FabCafe迅速在全球暴紅,每天都有接不完的電話,就是想複製FabCafe的商業模式。「我們想要傳達這種實驗性質的概念,讓更多人可以一起玩。」鈴木真理子說,所以,FabCafe很早就確立第二家店不會在日本的策略,而是要拓展到其他國家去。

台北街頭即將出現3D列印設計公司與東京擁有類似消費氛圍的台北,看準開店成本相對低,香港出身的建築師黃駿賢成功說服了LoftWork團隊,要將FabCafe複製到台北華山園區。「最快五月,台北也能有一家FabCafe,到時面也會有3D列印服務可以玩。」鈴木真理子說。

不只是日本,3D列印技術在全球各地的應用更是五花八門,幾乎所有的物品都可以透過它來製造。有人用3D列印技術設計立體時裝;運用3D列印技術建造的建築物即將在荷蘭出現,預計明年完工;Urbee汽車是世界第一款3D列印汽車,其中除了最重要的引擎與底盤之外,大部分零件都是3D列印而來;也有人從網路下載槍枝構造圖,就此「印」出槍枝;還有人「印」出會飛的遙控飛機;甚至有一家名為Modern Meadow的公司,宣稱用生物3D列印技術,造出全世界第一片可食用的「人造肉」。

一夕之間,圍繞在這個新潮的機器,產生了大量有趣的應用方式。

看到這裡,是不是更覺得3D列印很不可思議?其實這項技術已存在近三十年,直到最近幾年才重獲注意。《經濟學人》雜誌認為,繼十九世紀瓦特發明蒸汽機,以及二十世紀流水線生產之後,3D列印將會掀起「第三次工業革命」。

然而,3D列印受到熱烈討論,更重要的推手是美國總統歐巴馬。他在今年二月十二日的國情咨文中,特別提到計畫建設十五座製造創新中心,以專注研究3D列印等新興技術,最終希望能以3D列印技術全面提升美國製造業。

中美大國已列為戰略性產業歐巴馬在國情咨文中說:「工人們在這裡學習使用3D列印,學習這項有可能顛覆工業的新技術。革命一定會在這裡發生,我們要確保這波製造業革命發生在美國。」美國政府傾全力為這場「第三次工業革命」鋪陳,在最近兩、三年裡,鼓勵全國的小學將3D印表機納入到工藝課的課程內容,希望從初等教育起就告訴孩子們,今後的生產流程會是什麼樣子。

科技趨勢大師凱文.凱利(Kevin Kelly)同樣也呼應歐巴馬的看法,他說:「在自動化設備與3D印表機快速發展下,將會加速製造業回流美國。」因為美國昂貴的勞工成本,將不再是問題。

中國工信部副部長蘇波也在「二○一二年增材製造技術論壇」上宣示將推動3D列印產業化,並制定3D列印路線圖與中長期發展策略,G2兩大強國紛紛將3D列印納入戰略性產業。

事實上,3D列印技術也開始受到台灣與韓國三星的關注。在這波3D列印風潮中,製造代工大廠鴻海自然也不能置身事外。鴻海集團董事長郭台銘在去年看到相關報導,便下令各事業部主管深入研究3D列印技術與流程。於是來自鴻海,共有四到五批人馬,一次約有四到五位主管加工程師,前往3D列印相關廠商了解。據廠商研判,鴻海可能計畫自行開發3D印表機台,以降低成本與縮短生產時間。

三星去年內部改組時,就已將印表機部門獨立出來,加以整頓。今年三月初,三星又向夏普提議收購其印表機部門,但遭夏普拒絕。三星在印表機領域上動作頻頻,據傳就是為了搶攻3D列印的商機。

3D列印技術,簡單地說,使用者透過電腦繪製零件或物品的3D設計圖,或是掃描現有物件,將3D圖檔輸入3D印表機後,印表機噴頭將材料逐層噴出,像是砌磚牆似地層層堆疊,最終形成完整的堅固物件。這個流程又稱為「快速成型」(Rapid Prototyping)。

有了3D印表機,無論是在家還是在辦公室,你可以使用各種材料製造玩具、零件、工具。在電腦上簡單地新建、修改或者下載你想要的3D圖檔,然後點擊「列印」,一個實物即出現在你的眼前。可能某一天早上起床之後,你突然想要用一個不同造形的杯子,這時可以按下印表機,「印」出一只杯子,這不是科幻小說裡的情節,3D列印讓這一切成為真實。

諸多管理學與經濟學的理論將被顛覆波士頓諮詢集團(BCG)高級合夥人太田直樹預測:「蘋果公司遲早會採用3D列印方式,來製造符合顧客喜好的手機等產品。」「也許終於有一天,iPhone手機可以從蘋果手機連鎖店,或是乾脆從消費者家裡的印表機直接『印』出來。」也就是說,未來的產品生產,將會像用印表機一樣方便。

不僅如此,未來的工廠變得完全不一樣,同一個工廠的3D印表機可以既生產茶杯,又能製造汽車零組件,以及量身訂製的醫療產品,這將顛覆管理學與經濟學的諸多理論。

過去,3D印表機整體技術不成熟,且能夠使用的材料主要是樹脂,因此使用者被局限於打樣等冷門領域。但如今各項技術的進步,且金屬、陶瓷、尼龍,甚至用於打造人體器官的「生物墨水」都成為可以使用的材料。因此,目前已能生產須具高精密度與強度的汽車與飛機零組件。

3D列印所帶動的技術革新是典型的「破壞式創新」,儘管3D列印主要適用於小量生產,但是其列印的產品,可以遠遠優於傳統製造業生產的產品,更輕便、堅固、客製化,可直接組裝成形且成本更低。

波音工程師麥克.海耶斯(Michael Hayes)表示,在採用3D列印一體成形技術製造零組件後,由於不再需要用傳統的螺絲組合零組件,可將零件的重量降低三○%,且其牢固程度遠遠超過傳統方法。

3D列印研究機構Wohlers Associates指出,3D列印市場快速成長,尤其自己動手做(DIY)市場蓬勃發展。該機構初估,二○一二年銷售達十六億美元,一三年應可突破二十億美元,預估到了一九年整體市場將達六十五億美元。換言之,3D列印全球產值將在七年內成長三倍。

趨勢一:製造業回流先進國家一旦3D列印被廣為接受,那麼對世界的意義會是什麼?

英國拉夫堡大學3D列印專家理查海格(Richard Hague)表示,3D列印對經濟有深遠的影響,企業再也用不著把各種商品堆積在倉庫中,再將其配送出去,因為,產品可以按照用戶需求在當地列印出來。這種類型的3D列印模式,不但大規模減少倉儲需求,也削減運輸成本。

他並認為,3D列印還可以幫助美國將製造業從海外遷回,「海外製造已經沒有任何優勢,只會導致運費增加。」目前,蘋果公司的產品,幾乎全在鴻海中國工廠裡的數萬條生產線上組裝,員工數十萬人。但如果3D列印技術進一步發展,不用將生產基地集中在人工便宜的中國,也能將產品送到全世界顧客手中。

波士頓諮詢集團認為,到二○年,一○%~三○%由中國進口的物資,將改由美國製造,美國一年將增加二○○億到五五○億美元的經濟產出。

趨勢二:機器即工廠 人人都是創業家3D列印技術讓產品設計到製造之間只有一個「列印」按鈕的間隔,第三次工業革命將會由大規模製造轉向個人化生產,打破跨國代工產業鏈。

3D列印設備龍頭廠3D Systems,在今年發表消費型3D印表機Cube,售價五萬新台幣有找;這種消費型的印表機可以製造如小玩具、棋子等簡單的產品。已有網站Cubify幫消費者客製化小型產品,例如茶杯、公仔等。這將掀起客製化的工業革命,未來五金行也可能會放一台3D印表機,提供各式各樣的零件,以滿足不同客戶需求。

趨勢三:產品創新速度加快從《長尾理論》到《免費》,再到《創客:新工業革命》的作者克里斯.安德森(Chris Anderson)說,當製造一個產品,與製造一萬個產品的固定成本幾乎一樣時,任何人都可以成為製造業的創業家。

隨著3D印表機價格迅速下降、設計軟體越來越強大,以及更多的列印材料推陳出新,意味著設計人員能更方便地使用3D印表機,使他們在設計過程中,就能隨時列印出原型產品進行修改,有助於加速創新。

例如,當一○年蘋果首次推出iPad後,四天之內,就有人利用3D列印代工服務商Shapeways所提供的代印服務,在四天內生產出保護套,整整比其他競爭對手快了一個月,自然是大發利市。

趨勢四:少量多樣 個性化商品更為風行第三次工業革命將使消費者變得更挑剔,他們不只要便宜好用的一般商品,更渴求創新、高技術商品,好打造他們獨特的生活品味。裝上翅膀的鞋子、復刻一九六○年代的老爺車,換言之,個性化、客製化商品正是消費者想要的。

以往,若要請工廠幫你製作客製化商品,若沒有一定的數量,開模、打樣的成本肯定不划算;但有了3D列印,就變得易如反掌。未來專業代印服務勢必逐漸普遍,就像以前三五步就一家相片沖印店般,可以隨時應你的需求列印商品,甚至只要到便利商店就可以實現你的需求。

麥肯錫的研究報告指出,這股自造者(自己製造產品)產業化的趨勢,將改變製造業的未來:未來十五年內,將有超過十八億消費人口,加入這股新製造產業價值鏈中。

趨勢五:門檻降低 創意設計才是王道3D列印技術能為工業設計領域帶來新的活力,打破傳統加工的枷鎖。在3D列印的新世界裡,「只有想不到,沒有做不到」!創意才是獲得財富的不二法門。

3D列印代工服務商Shapeways執行長彼得.威蕭森(Peter Weijmarshausen)認為,3D列印一層一層把材料堆疊起來的製造方式,讓一些無法開模製造的特殊產品,也有機會被製造出來。因此,3D列印普及後,製造業門檻降低,產業價值鏈將加快由製造端位移至設計端。

雖然現在3D列印還無法完全取代傳統大量製造的商品;然而,忽略3D列印的影響力,不跟著進步,漠視即將發生的顛覆性革命,就像當年王安電腦等大型電腦主機廠商,無視個人電腦的出現,最後如侏羅紀的恐龍般,消失在歷史的洪流中。

如今在醫學界,客製化的助聽器、齒模已經逐漸為醫界使用,甚至以鈦粉打印,經由特殊設計,更容易與人體緊密結合的人工骨骼、關節,已有很多手術成功案例。

趨勢六:3D醫療為健康帶來新革命此外,位於英國愛丁堡的赫瑞瓦特大學,研究人員透過3D列印技術,成功製造全世界第一個肝臟組織。美國的Organovo公司,則製造出全世界第一台商業化3D生物印表機,以自體幹細胞生成原料後一層一層堆疊成血管壁,已成功長出靜脈血管。未來若有一天,腎臟、心臟等大型臟器能被製造出來,且實驗證明不會有後遺症,器官移植將變得很容易,人類的壽命可能大大延長。

雖然不久的將來,3D列印將為人類創造許多好處,但是伴隨這個趨勢發展所帶來的負面效應也不容小覷,例如:槍枝管制。其中,最大的挑戰將會是||如何保護智慧財產權。一旦所有實體物品都能轉化成3D數位圖檔,它們就會變得容易複製與傳播,盜版的風險相當大。而如果盜版成風,就沒有人願意花重金投入研發設計。

不能否認地,3D列印想要拓展到消費市場,並不是沒有它的限制性。3D列印技術對一般人而言門檻仍高。依照現階段的技術水準來看,數萬新台幣的消費級3D印表機,幾乎只能製造出結構簡單的產品。

不過,近期已有3D列印代工服務,提供消費者下單訂製商品,新創企業如德芮達科技、貝特資訊出現,有助於提升民眾對3D列印的接受度。

破壞式創新的歷史已經證明,3D列印不會停止腳步。隨著時間推移,所有的困難點與阻礙都會被克服。

一旦顛覆開始萌芽,它被接納的速度遠遠超過任何人的想像。或許哪一天,我們就可以住在自己列印的房子裡,吃著自己列印的糖果,穿著自己列印的衣服,開著自己列印的汽車,這一切看似不可思議,但它卻悄悄地發生了……。

小辭典

3D列印是什麼?

透過電腦輔助軟體,建立物品的3D數位檔案,再運用金屬粉末或塑料等耗材,以一層一層堆積的列印方式來形成物品。過去應用在模具製造、工業設計等領域,以製造模型為主,現正逐漸用於產品的直接製造。

3D印表機使得消費者也可以是製造者,並大為縮短產品開發週期,產品將可就近消費地進行生產,不受土地取得、廠房面積大小的限制。

第三次工業革命

正在啟動中

第一次工業革命

時間:1730年~1870年

特點:發明蒸汽機

機器取代傳統手工業

第二次工業革命

時間:1870年~1914年

特點:流水線生產

發明電報與無線通訊系統等新科技;福特汽車導入流水線,提升生產效率

第三次工業革命

時間:1980年~

特點:3D列印技術興起

革命性技術,可做出傳統工藝做不出來的商品

生產流程大進化

傳統製造業

1 鍛造

利用壓力改變金屬形狀,使它符合後續製程的要求。

2 磨床

利用磨具研磨,以獲得所需的形狀、尺寸,或使表面精密化。

3 鑽孔

用鑽針鑽出後續製程所需的定位孔、零件孔等。

4 組裝

整個製程經過上述步驟,最後經由生產線組裝。

3D列印

1 3D繪圖

將想要製造的物品利用3D CAD繪圖軟體或掃描輸入電腦,形成3D數位檔案。

2 數位切片

電腦軟體會再將上述3D數位檔案中的物體,進行2D「數位切片」,物體會被「切」成一層一層的數據資料。

3 傳送到

印表機

將數據資料傳送到3D印表機內。

4 輸出產品

就像2D印表機列印平面檔案一樣,此時3D印表機噴嘴會依據數據資料噴出材料,一層一層地堆疊出立體物品。

無所不「印」 全面入侵 你的生活

1休閒

印出來的跑鞋

2012年倫敦奧運後,一名倫敦皇家藝術學院學生Luc Fusaro宣稱,以3D列印技術量身訂做的單片跑鞋,重量僅96公克,讓運動員在百米賽跑中增速0.3秒。

2服裝

印出來的立體時裝

荷蘭女服裝設計師Iris van Herpen運用3D列印技術,打造立體感的時裝設計,無論是用透明材質做出水花飛濺效果的禮服,還是猶如人體骨骼般細膩複雜結構的立體服飾,令人嘖嘖稱奇。

3軍事

印出來的一把槍

美國Wiki Weapon團隊,從網路上下載了槍枝的構造圖,並使用3D印表機列印出了AR-15的下機匣。經過多次改良,目前該團隊已研製出可連續發射600發子彈的下機匣。

4醫療

印出來的人工骨骼

2011年6月,一位83歲的女性骨髓炎患者在荷蘭接受手術,成為3D列印顎骨的第一位受惠者。這個下顎骨採用高精密雷射層層融合鈦粉製成,沒有使用膠水或黏合劑,在金屬中植入晶格狀的天然骨骼內部結構,易與病人自身的骨骼接合。

印出囚籠,關住細胞荷蘭達爾特大學(University of Twente)奈米研究院採用被稱為「邊角平面印刷」(Corner Lithography)的奈米級3D列印技術,印出可以裝下一個軟骨細胞的「金字塔囚籠」,未來可望應用在癌症治療,用此概念鎖住癌細胞。

5 交通

印出來的飛機

航空龍頭波音公司研究利用3D列印技術,將機翼逐層印出,然後接合成形,包括787夢想飛機所用的32種組件。波音宣稱,3D列印可以降低30%的零組件重量,進而節省燃油成本。

印出來的跑車

比利時的Formula Group T團隊以一種名為「巨獸級3D列印」的技術打造塑膠材質外殼,創造一輛叫作Areion的單座跑車,最高時速可達140公里。

6 住宅

印出來的建築物

荷蘭建築師Janjaap Ruijssenaars使用一種名為D-Shape的巨型3D印表機,列印6公尺乘以9公尺的零件,再用這些零件拼接成建築物,並命名為「景觀房(Landscape House)」,實體建築將於2014年竣工。

7食物

印出來的人造肉

美國Modern Meadow公司使用生物3D列印技術,以活細胞構成的「生物墨水」為原料,成功生出長2公分、寬1公分、厚度小於0.5公分的可食用人造肉品。

一台機器等於一座工廠

——適合小資創業或個人工作室的3D機台機型 價格 特色 設備商ZPrinter 450 220~230萬元全彩、適用於辦公室環境,製作個性商品,例如公仔、吊飾、小飾品 美商3D Systems Cube 4~5萬元單色、適用於製作簡單小物品,例如小杯子或小碟子 美商3D Systems Afinia 4~5萬元單色、適用於製作簡單小物品,例如:茶杯、小公仔 陸商太爾科技資料來源:代理商 製表:李洵穎

「自造者」急速增加

——歷年消費型3D印表機的銷售量

2007 66

2008 355

2009 1816

2010 5978

2011 23265台

巴馬 與郭 郭臺 臺銘 銘都 都在 在關 關註 註的 最新 趨勢 3D 列印 入侵
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