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20123月《經濟學人》雜誌指出,全球正邁入第三波工業革命-「數位化製造」,而最重要觸媒為積層製造(AMAdditive Manufacturing)亦稱為3D列印。麻省理工學院科技評論 (MIT Technology Review)3D列印列為是2013年十大科技突破。美、歐、澳、非與亞洲等國家,紛紛以國家級研究資源投入,鎖定關鍵的發展期,迎接未來成為主流的先進製造技術。

    美國、新加坡和中國等政府都傾全力發展 3D 列印產業,美國將就其列入十二年國教與高等教育課綱,把推展3D列印技術,作為振興美國製造業的重要策略,而臺灣也無置身事外,透過發展3D列印,推動產業應用創新加值與佈局關鍵技術,強化臺灣製造業之競爭力。為推動3D列印設計人才,計畫在高中職普及使用3D印表機,能讓學校教育體系的年輕學生有機會使用立體列印工具,可及早激發其對創意設計的興趣。工研院也積極投入3D列印技術,成立國內第一個3D列印製造產業群聚,目前已經有36家企業與機關參與。

    透過3D列印,規模經濟將不再是製造業的重點,社群化的合作與產品的獨特性才是這波工業革命的新趨勢。近代工業變革從十八世紀後期英國紡織業的機械化,以蒸氣動力技術讓人們從手工製造轉向機器製造,帶動第一波工業革命;二十世紀初期,福特汽車創辦人亨利.福特(Henry Ford)運用可移動的流水生產線,開始大量製造,帶動第二波工業革命;2011年以來,英國《經濟學人》雜誌、美國《華爾街日報》與CNN等國際媒體相繼報導,點出全球正邁入第三波工業革命。

工業革命後,大量生產降低了產品成本與製造時間,滿足了早期快速成長的市場需求,但是現代人的需求多樣化,故市場的走向已漸漸從產品導向轉換為客戶導向,大量生產的方式雖然成本低,但是消費者選擇有限,已經無法滿足現代人客制化的個人需求。3D 列印帶來的革命性影響即是引領一個新的製造業思維:小量製造的、客制化的、精緻的製造生產過程。3D列印有別于工廠生產線大量、快速的製造流程,將一定厚度的材料反復列印在平臺上,循環往復,直到生成整個成型件。按照不同的實作工藝,材料可以是紙張、塑膠、金屬、陶瓷等各種材料;因為如此特性,它能透過小量生產提供高度客制化的產品服務,快速即時溝通、有彈性的製造方式與較短的生產流程,製造商就可以消費者需求為中心,透過網路平臺與消費者密切互動,來製造好品質的客制化產品。在3D列印技術的幫助下,未來人人都是「自造者」。

 

第一章 3D列印技術概觀 
1.1 前言: 
1.2 積層製造(ADDITIVE MANUFACTURING) 
1.2.1 傳統加工與積層製造流程 
1.2.2 積層製造技術種類與材料 
1.2.3 3D列印設計圖檔 
1.3 3D列印應用領域 
1.4 3D列印的迷思 


第二章 3D列印與系統性創新思維 
2.1 創意實體化 
2.1.1 創意設計成型流程 
2.2.2 系統性創新TRIZ手法: 
3.1 3D直覺建模軟體功能介紹 

 

第三章 創意3D建模

3.1 3D直覺建模軟體功能介紹


第四章 創意3D掃描、逆向工程技術 
4.1 常見3D掃描技術簡介
4.2 結構光3D掃描器
4.3 3D掃描器介紹


第五章 創意3D成型輸出 
5-1 3D印表機功能說明 
5-2 模型建構與列印 

 


3D列印已經應用於醫療、產品展示、建築、文創藝術、模具/工件製造,設計師可將手中的數位檔案,可以透過快速成型技術轉換成物理實物模型,可隨時修改資料後進行製造,尤其適用於物件設計階段的模型製造,整個生產過程數位化,方便對設計和功能進行驗證,及時發現問題。

生醫領域:

3D列印主要應用在醫學治療的支援,尤其是骨科方面,可小批量、數位化的客製化製作人工骨頭或關節。如透過電腦斷層掃瞄之影像轉換為3D資料,利用3D列印技術,製作出符合尺寸的人工骨頭。其他尚有如3D列印假牙、助聽器以及義肢等。

模具/工件製造:

3D 列印技術非常利於工廠模具、產品製造,開模快、成本低,且不只限於原型製作,能製造出能直接販售、使用的產品。過去因為3D 列印機器昂貴,製造加工只能採取傳統費時的「減法」方式,包括切削、鑽鑿、研磨和銼修等,而3D 列印是簡單許多的「加法」。所以3D 列印最直接的價值反應就是降低生產成本。3D 列印積層製造技術可大幅縮短複雜工件之製作工期,免除多道製程以及轉換加工機所需的時間,使製造方式進入批量客製化,大幅提升製造效率。

文創:

除了製造業的3D 列印發展機會,文創產業也能從3D 列印受惠,在3D列印技術的協助下,文創工作者想實踐腦中的設計點子時,不再需要花費高價成本開模、打樣,這可以幫助許多文創工作者實踐小型創業的可能。

金屬成型:

高價位的金屬成型早已被應用在航太和汽車產業。「就連美國太空總署NASA的火箭引擎,也是3D列印製造出來的,製造時間從一年縮短到四個月,成本節省了七成,」。金屬3D 列印具有一體成形、耐度高、重量輕的優點,產品設計師採用此法,可以使產品帶來不同的價值。例如用於航太的零件,過去傳統模具製造方法做出來的零件相對厚重,但使用金屬3D 列印就可以帶來輕巧的效果。

3D列印的迷思

過去我們從未有過這樣一項技術,能夠隨心所欲地將自己的想法轉化為實際物體,且幾乎無需考慮現有設備或技術。但事實上,3D列印仍然是一項不成熟的技術,且面臨著材料、成本等方面的諸多限制,就目前市面上大多數的消費型3D印表機來看,成型的技術還無法滿足高精度的3D模型要求,如使用FDM成型技術,成本表面會有些許的階梯狀;太薄、結構懸空等物件列印時也需額外注意,故印製出來的成品在精度、細度、穩定度等各方面還算不上及格,3D列印速度算慢,無法快速大量生產也大幅了限制目前的產業與應用的發展,就如本書一開頭所提,3D列印並非是要取代傳統製造,雖3D列印具備許多傳統製造難以達到的優勢,但其技術目前仍有許多難題要克服。

3D列印是由傳統減法式製造改變成加法式,但兩者並不對立,且3D列印並不是要取代量產製造,也並非可是立即進入量產市場的技術,目前仍是小量生產的型態居多,積層製造是製造技術大家庭的一個新成員,能夠與既有技術互補的一種新興技術。整合加法與減法兩種製造方式,也就是透過積層製造達到客製化目的,而精度則靠CNC工法來處理。

2D列印世界中,照片、繪圖是我們已經很熟悉的技術,但是在3D的世界,懂得建模的人不多,建模軟體操作又有較高的門檻,故如果能有一個簡易操作的軟體與流程,帶領使用者無礙地將腦中的創意實踐成個性化的3D物件,讓3D列印機發揮無限的可能,而這即是本書的宗旨。19

 

本書採取步驟式的教學方式,一步步地引導從創意發想、3D設計檔到3D列印,提供一個完整的流程。並介紹讀者一款3D建模軟體SpaceClaim,不同於傳統的參數式的階層與限制關係,採用3D直覺式建模的方法,並且克服了CAD軟體目前最常遇見的格式、互通、修改、結合等問題,不管在機構元件設計、文創設計、板金等,都是3D列印機的絕佳夥伴。