高速3D列印的產業應用與發展
■鄭正元 教授（臺灣科技大學）
時至今日，3D列印早已揮別以往的打樣及少量製造，現在已然成為新一代工業革命「工業4.0」及「智慧製造」的重要技術指標之一，不僅是機械製造技術的進步，甚至到材料、光電及資訊，遠至後續的創新應用及商業行銷服務等都被囊括在內，儼然成為一種創新的數位製造「模式」。3D列印又稱積層製造，其優勢如同字面上的意思，能利用材料進行加法製造，使材料擁有更高的使用率，且可進行結構複雜、形狀多樣、內部特徵客製化等優點，達到過去傳統加工難以望其項背的應用及發展。
隨著近年3D列印技術被應用於愈來愈多的領域，例如：航太、生醫、工業、汽車甚至到生活消費品及食品等，我們可以發現3D列印已悄悄進入我們的生活中。3D列印產業除機臺及材料，若加上後續的應用組件及產品，其內涵及附加價值可能高達數百億美元，另外，隨著愈來愈多的企業及個人進入此領域，並加入創新思維應用及導入，本產業市場規模及未來發展令人期待。
目前3D列印的主要挑戰為生產速度、產品精度及可靠度的提升，在現行的技術下，均採複合式製造，使產品兼具速度及精度的優勢。3D列印技術有兩大要點，一為圖案化，二是材料的相轉變，以往3D列印技術是以單能量源在特定位置上成型物件，在單一機臺上自動化十分容易，但會遇到速度過慢及精度不足的挑戰，因而衍生後續的複合式製造；以高分子製造為例，使用多種加工方法製作具精度之模具，再加熱產生熱能熔化高分子材料，並以高能量機械擠壓方式擠入模穴，得到能具有高速生產高精度高分子件；半導體製程亦是使用光罩定義精度，再以顯影及蝕刻而能快速製作微小特徵。由此可知，在3D列印技術中，若分別提供能量及材料圖案成型，可達到高速高精度的技術，其中以黏著劑噴印成型法及光固化樹脂成型法可透過高速多噴嘴定義成型位置精度，高熱能或紫外光能快速使材料於所定義位置成型的優勢，甚至使用極高功率的雷射直接快速沉積，並於單一機臺完成，兼具自動化及功能性材料選擇的效能與優勢，達到我們要的高速度與高精度之數位製造方法。
3D列印技術產業應用發展已到成熟的階段，從最早期簡單塑材列印，到現在已可進行工業級金屬列印，未來將可利用3D列印快速客製化的優勢，幫助企業在短時間內從設計過渡到原型，再到產品的開發，使得未來使用工業級金屬3D列印製作零件能得以實現。而工具機為臺灣重要產業，目前高價五軸加工機的單價約新臺幣800萬元，若加上積層製造技術的雷射複合加減法加工機可加值至2500萬元以上。過去臺灣廠商在單一產品的生產能力高，若能往產業數位化的方向發展，藉由複合加工製造的生產方式，便能提高產品的變異量、增加產品的附加價值，創造高價值的工作機會，擴大產業規模，增加國際競爭力，並擠進全球供應鏈。
作者除了擔任本期雜誌主編外，後續也將與ACMT協會展開多項合作，大致可分為雜誌、展會、課程等三個面向。雜誌方面，我們將共同推出一季一次的3DP附刊；展會方面，我們3D高速列印中心也將與協會於Taimold2020聯合展出；最後是課程方面，作者預計將與協會合作開設兩門3DP相關課程與培訓。■