加法制造:3D列印
文:Ludwig
过去大众对制造的印象,多半停留于将原材料进行切割等「削减」的动作上,而3D列印(3D printing)却恰恰颠覆了这个想像,它能在平面上一层层地将作品「叠加」出来,制造过程如变魔术般令人称奇。
3D(立体)列印原本指的是在粉末状的原材料上,用喷头喷洒黏着剂,使指定位置的材料结合并定型的技术,过程中每喷过一层,就要重新铺上粉末,直到成品制造完成,是「快速成型(Rapid prototyping , RP)」技术的一种,后来在大众口中成为了所有快速成型技术的概称。
走入大众的视野
从1970年代开始,便有学者陆续投入快速成型的研究,不过因为专利申请的关系,快速成型技术难以普及,加上机器昂贵,很多厂商都不愿碰触。直到2008年后,一些快速成型的专利陆续过期,加上英国巴斯大学RepRap项目──自制3D印表机代码开放计画的推进,才让3D列印开始在市场上逐步普及,更有人着手改良或研发新型技术,使3D列印的发展越来越炙手可热。
目前普及度最高的是FDM式印表机,因为它操作上比较简单,塑胶、树脂等材料取得也相对容易,很受「创客(Maker)」的喜爱;光固化式印表机价格较为昂贵,但是精细度比FDM更高,经常被牙医用来制作患者的牙齿模型;金属列印的价格更为高昂,机台也比较大,多半使用雷射将金属粉末黏结成型,比传统的切割法耗材更少、速度更快,被用于生产金属零件或饰品。
加法的可能性
3D列印的优点是逐一添加制作材料,和传统作业比起来,少了很多的耗材,虽然在制作物品上会受到印表机大小的限制,但这仍不影响它成为诸多产业的新宠儿。
2015年英国的圣托马斯医院为一名女孩动了心脏手术,这位小小患者年仅2岁,由于心脏构造复杂,且患者年纪很小,医院先扫描了她的心脏并列印立体模型,做足了术前讨论和模拟,成功拯救女孩的性命。
由荷兰数间公司合力推动的「里程碑计画(Project Milestone)」,则致力于用3D列印打造一个小型住宅区,他们先是制作了一台大型的挤出式3D印表机,将水泥作为列印材料,一层一层地印出墙壁等架构,并保留了放置钢筋的空间,以增加建筑物强度。其中一间公司的经理表示,这项技术可以用来弥补当地泥水工短缺的问题,还提供了未来房屋客制化的可能,计画的第一栋房子将于2019年落成。
过去的3D列印,大多使用塑胶、树脂等坚固度不够高的材料,所以大部分的制造业者只拿它来制作样品,但随着技术的发展和新材料的应用,碳纤维和金属这些较为坚硬的材料也有了「列印」方法,使得汽车、飞机等制造商开始关注3D列印。
2018年,澳洲一家名叫Titomic的公司,克服了以往3D列印金属会产生氧化反应,而必须在真空下印刷的问题,开发出有着巴士大小的金属3D印表机,可以列印9公尺长的机翼。尽管公司坦承新方法印出来的金属,可能没有传统的烧结式列印来得坚固,需要另外加工,但还是让一家义大利造船厂起了兴趣。
如今正是3D列印技术蓬勃发展的时期,美国高德纳资讯公司调查显示,2021年大约有3/4的飞机会使用3D列印零件,而全球百大消费用品企业中,有1/5会推出3D列印的客制化产品服务。
在3D列印的盛行下,制造的耗材和时间越来越短,这意味大量客制化的时代将要来临,过量生产所造成的浪费情形也将逐渐减少。
或许有一天,我们还能自行列印出简单的生活用品,到时候人类的消费文化将会和现在大不相同。