加法製造:3D列印
文:Ludwig
過去大眾對製造的印象,多半停留於將原材料進行切割等「削減」的動作上,而3D列印(3D printing)卻恰恰顛覆了這個想像,它能在平面上一層層地將作品「疊加」出來,製造過程如變魔術般令人稱奇。
3D(立體)列印原本指的是在粉末狀的原材料上,用噴頭噴灑黏著劑,使指定位置的材料結合並定型的技術,過程中每噴過一層,就要重新鋪上粉末,直到成品製造完成,是「快速成型(Rapid prototyping , RP)」技術的一種,後來在大眾口中成為了所有快速成型技術的概稱。
走入大眾的視野
從1970年代開始,便有學者陸續投入快速成型的研究,不過因為專利申請的關係,快速成型技術難以普及,加上機器昂貴,很多廠商都不願碰觸。直到2008年後,一些快速成型的專利陸續過期,加上英國巴斯大學RepRap項目──自製3D印表機代碼開放計畫的推進,才讓3D列印開始在市場上逐步普及,更有人著手改良或研發新型技術,使3D列印的發展越來越炙手可熱。
目前普及度最高的是FDM式印表機,因為它操作上比較簡單,塑膠、樹脂等材料取得也相對容易,很受「創客(Maker)」的喜愛;光固化式印表機價格較為昂貴,但是精細度比FDM更高,經常被牙醫用來製作患者的牙齒模型;金屬列印的價格更為高昂,機台也比較大,多半使用雷射將金屬粉末黏結成型,比傳統的切割法耗材更少、速度更快,被用於生產金屬零件或飾品。
加法的可能性
3D列印的優點是逐一添加製作材料,和傳統作業比起來,少了很多的耗材,雖然在製作物品上會受到印表機大小的限制,但這仍不影響它成為諸多產業的新寵兒。
2015年英國的聖托馬斯醫院為一名女孩動了心臟手術,這位小小患者年僅2歲,由於心臟構造複雜,且患者年紀很小,醫院先掃描了她的心臟並列印立體模型,做足了術前討論和模擬,成功拯救女孩的性命。
由荷蘭數間公司合力推動的「里程碑計畫(Project Milestone)」,則致力於用3D列印打造一個小型住宅區,他們先是製作了一台大型的擠出式3D印表機,將水泥作為列印材料,一層一層地印出牆壁等架構,並保留了放置鋼筋的空間,以增加建築物強度。其中一間公司的經理表示,這項技術可以用來彌補當地泥水工短缺的問題,還提供了未來房屋客製化的可能,計畫的第一棟房子將於2019年落成。
過去的3D列印,大多使用塑膠、樹脂等堅固度不夠高的材料,所以大部分的製造業者只拿它來製作樣品,但隨著技術的發展和新材料的應用,碳纖維和金屬這些較為堅硬的材料也有了「列印」方法,使得汽車、飛機等製造商開始關注3D列印。
2018年,澳洲一家名叫Titomic的公司,克服了以往3D列印金屬會產生氧化反應,而必須在真空下印刷的問題,開發出有著巴士大小的金屬3D印表機,可以列印9公尺長的機翼。儘管公司坦承新方法印出來的金屬,可能沒有傳統的燒結式列印來得堅固,需要另外加工,但還是讓一家義大利造船廠起了興趣。
如今正是3D列印技術蓬勃發展的時期,美國高德納資訊公司調查顯示,2021年大約有3/4的飛機會使用3D列印零件,而全球百大消費用品企業中,有1/5會推出3D列印的客製化產品服務。
在3D列印的盛行下,製造的耗材和時間越來越短,這意味大量客製化的時代將要來臨,過量生產所造成的浪費情形也將逐漸減少。
或許有一天,我們還能自行列印出簡單的生活用品,到時候人類的消費文化將會和現在大不相同。