3D 列印機早期多用在快速打樣,經20 年發展現已是非常容易自動化生產的工具,在創客風潮興起下,發展出桌上型機種進而成為此波主流,在電腦輔設計助力下,以3D 列印的產品相當廣泛,在諸多應用中最成熟的就是醫材領域之牙科。
對3D 列印,亦即積層製造技術這新式技法,3D 列印協會理事長鄭正元博士特就產業發展、應用及未來趨勢詳加闡述。
圖1 : 臺灣3D 列印協會理事長鄭正元。李淑慧拍攝
鄭正元說,人類製造歷史至迄今,唯有牙齒需要客制化且量大,其中最具代表性的就是隱形牙齒矯正器,生產超過100 萬件已跨過產業門檻,為何是透明牙具?因采電腦矯正,一次要做10-20 套,一套要做30餘顆牙,量是最大,所以會從此處成熟。只要前端牙齒數位化做得到,就可成為獨立產業。除牙齒外,另一需客制化且量大的產業就是航太,CNC 加工是將材料移除,移除愈少成本愈低,3D 列印是采材料加入法,加的愈少加工時間愈短,成本愈低,因要加的愈少,因此就會做成空心、空孔,零件變輕,航太業最重視零件輕量化。因此航太及醫療生技這兩個產業會最先導入3D 列印,隨著技術的普及會有愈來愈多的產業採用3D 列印。
鄭正元分析,3D 列印未來趨勢是走向複合制程,如東台精機的金屬雷射積層製造設備之應用,先用雷射光將材料加入,再以CNC 加工維持工件精度,他在1994-95 年間即發表過3D 列印需兼具速度與精度,一定要走向複合制程,且會從塑膠及金屬開始。特別是在塑膠之應用,3D 列印已發展出雙噴頭或光固化多點照射,如HP 用噴嘴噴出熱觸媒每秒噴3千萬個點,再照熱將材料融化,速度是目前3D 列印的10-100 倍,如此即可達到快速量產。
鄭正元表示,3D 已走向製造特質,兼具精度與速度,前兩年是過度投資導致衰退,現已調整回來,每年皆有30%~ 40%成長,未來發展極為看好。
直接數位製造之成功案例
臺灣為玩具槍生產大國,約占全世界玩具槍產量的50%。隨著現代槍型越來越多,而每一種槍型的銷量相對減少的趨勢下,一把槍往往一兩百個零件,尤其是玩家之改裝市場,若用以往模具射出的方式生產,將大幅增加模具成本與庫存成本。
圖2:3D 列印量產玩具槍零件
圖3:世銳精密工業3D 列印工廠
圖5:運用3D 列印生產的玩具槍
圖6:不同槍枝或不同部品組裝所需之夾、治具,亦使用3D 列印製作。
臺灣的世銳精密工業(SRU PRECISION) https://www.sru-precision.com/ 運用熱線材式FDM 3D 列印技術,率先成立一個3D 列印量產工廠,約50 台自製的3D 列印機,全年無休列印著槍枝零件。以往開發一組全新的玩具槍從設計到開模需要8 個月的時間,在3D 列印的技術運用下,可以將時間縮短到1 個月內,幾乎是設計師畫完3D 圖就馬上進入量產階段。世銳精密工業獨家開發的特殊高強度3D 列印塑膠,列印出來的零件表面品質與強度可以媲美模具設出的塑膠零件;在生產成本方面,因為大幅降低人力、庫存與模具成本,世銳精密工業3D 列印生產出來的玩具槍價格可以與傳統塑膠射出的玩具槍競爭,而且可以做出傳統工法無法製造的一體成型結構,創造出具設計獨特創新性的產品。
世銳精密工業3D 列印工廠備有50 台自主研發的量產專用機台,只要一位現場工程師即可控制整廠的生產作業。設計師可以從世界各地透過網路傳輸3D 列印生產的檔案到3D 列印工廠即可開始量產作業。