2015年11月29日 資策會MIC產業顧問吳顯東
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圖／路透
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3D列印自2013年蔚為風潮以來，至今仍未稍歇，各種機種、技術、應用仍陸續在媒體曝光。例如最近澳洲研究團隊研發出可利用3D列印，使用太陽能墨水來製造太陽能電池紙板，性價比高於傳統生產方式，可適用於偏遠落後地區。
英國皇家海軍則發展可以直接在軍艦上3D列印無人飛機並試飛成功，未來實務上將能隨時因應任務不同而列印相對應性能的無人飛機，提升效率及機動性。美國FDA則批准允許使用3D列印易於崩解容易吞嚥的藥錠，方便老人或小孩吞嚥。
3D列印雖然蓬勃發展，但實際上仍面臨一些瓶頸，需要產業界努力突破。這些瓶頸包括，3D建模困難，影響消費市場普及速度。其次則是列印材料有限，再者則是成品過於粗糙（尤其是在針對消費者市場的技術與機種），最後則是生產效率差，難以大量生產，不僅成本變高，生產速度也難以趕上需求。以下就這幾個瓶頸及廠商解決方向做進一步探討：
建模困難普及慢
3D列印應用在商用市場上發展已經漸趨成熟，眾多廠商因應自己的需求紛紛導入各種不同技術的3D列印機，用來設計溝通、生產少量客製化零件或列印模具等。但對消費者市場而言，3D列印發展最大瓶頸不在於技術、機器，而在於如何協助消費者將想要列印的物體轉換成數位3D模型檔。由於3D繪圖工具功能複雜，學習門檻高，消費者恐怕需花費數月到數年的學習，方能隨心所欲製作出數位3D模型檔。因此如何突破3D建模困難的瓶頸是推展消費者市場的重要任務。目前廠商主要朝兩個方向努力，一是提供3D模型資料庫，一是提供3D建模輔助工具，如3D掃描器等。
目前不少3D設備製造商、3D建模軟體開發商、3D列印服務商及3D列印社群紛紛建立3D模型資料庫，免費或付費提供消費者下載列印或修改，例如MakerBot的Thingiverse、Google的3D Warehouse等，消費者可以前往這些網站找尋喜歡的3D模型，直接下載列印，或修改添加自己的設計以列印獨創的物品。
另外一個解決方向是發展輕便型3D掃描器之建模輔助工具。消費者只要用此掃描器環繞想要建模的物體掃描一遍，就會產生3D模型，只要再稍加調整修飾，就可供列印。
廠商希望藉由這些輔助工具的幫助可以協助消費者跨越3D列印門檻，以開拓更廣大的家用市場，期待未來3D列印機可以如同噴墨／雷射印表機一樣進駐每一個家庭。
可列印材料有限
目前3D列印材質主要以塑膠、金屬、石膏、砂為主，金屬和砂主要用在商用市場，其餘的則商用及家用均可。雖然目前列印材料已經有不少材質可供選擇，但仍無法滿足不同環境下的需求，因此這些年來廠商仍持續開發各種特性新材料。
例如為了提供更堅硬耐磨的材料以便列印工具、零件，例如扳手、鍊條、齒輪，甚至渦輪葉片等，廠商研發添加了碳纖維的樹脂或尼龍列印材料。為了能直接列印電路，廠商也研發了各種導電列印材料，除此之外，擁有類似橡膠特性的彈性塑膠、類似玻璃的高透明塑膠，還有模仿海綿、凝膠、毛氈或具螢光等材料也紛紛推出。
生物相容醫材也是3D列印廠商極為重視的領域，由於生物醫材有客製化的先天特性，是3D列印最具獨特競爭力的應用領域，因此各種相關生物醫材是廠商積極研發的項目。目前開發的材料可分為四大類，分別是列印醫用模型／矯正器／植體模具等非生物相容性材料；列印植入型支架／人工骨頭用之生物相容性材料（例如鈦合金）；列印可降解再生用細胞培養支架之生物相容性材料；及最後3D生物列印技術終極目標，列印細胞組織或人工臟器用之生物材料，例如水凝膠、細胞材料等。
產品精細度不足
3D列印技術不管是塑膠或金屬列印，其成品精細度普遍不佳，讓用戶難以接受這是最後成品，因此廠商無不積極研究如何提升精細度。目前解決的方向主要是整合其他生產工具，例如切削機，以進行更精密的加工。早期的做法是先以3D列印製作出成品後，再移至切削機進一步拋光。近期廠商的解決方向，則朝整合3D列印及切削合而為一的複合機，一邊列印一邊拋光，產品可比早前的先列印再拋光更為精細。尤其是中空管內部等原本無法拋光處理的部份，利用邊列印邊拋光的生產方式就可以迎刃而解。
在家用市場之塑膠列印部分，也有廠商研究於列印完畢後，再利用噴灑適量的丙酮蒸汽將粗糙部份溶解流動而形成光滑的表面。
生產效率差之解決方案
3D列印最令人詬病的缺點應該就是列印速度太慢，而廠商解決此問題的方向有二，一是體認此問題短期難以解決，而尋找唯有3D列印才能解決的利基應用市場。這幾年來各種3D列印的應用大都是利基型應用，例如列印義肢、少量多樣的產品零件、獨一無二的工藝產品等客製應用。或者列印生物組織等傳統生產方式無法製作的物件。
另一解決方向是尋求新技術或新設計以提升列印速度。例如2015年4月公布的高速樹脂固化成型技術－CLIP（Continuous Liquid Interface Production）就宣稱列印速度可提升25到100倍，而且精細度更佳。
也有3D列印廠商導入流水線生產概念，設計以更多的3D列印機組成的列印平台，以流水線的列印方式，加速產品生產速度。目前廠商的這些努力，雖然仍無法讓3D列印取代傳統生產方式，但確實讓3D列印未來發展前景更讓人期待。（作者為資策會MIC產業顧問吳顯東）(工商時報)