【撰文／王岫晨】
3D列印可以讓自造者或廠商，直接打造出產品原型。
而透過直接數位製造，
更能為小量與客製化生產帶來龐大的效益。
隨著3D列印技術成熟，
直接數位製造的願景將可提早實現。
近幾年來，3D列印逐步從工業市場，邁向商用市場與個人製造領域，一步步走向更普及的家用環境。3D列印對於小量生產與原型設計，具有十分重要的價值。
3D列印近期成為最夯的話題。一般來說，3D列印除了具有客製化、少量多樣化生產的優勢之外，當消費性電子產品在設計階段與零組件之整合度愈來愈高、消費者對產品差異化、個性化需求度越來越高的同時（例如個人化的機殼），3D列印也將開始挑戰目前少樣大量的ICT生產模式。
在近期，Gartner公布的中國十大策略性技術之中，3D列印也榜上有名。3D列印透過加法製造方式，運用設備將數位模型生成實物。此市場明顯區分為三個類型：生物列印、個人3D列印以及企業級3D列印。3D列印的主要優點在於能夠提供定製化或無法大量生產的小量物件。未來3D列印在中國將擁有許多真正的機會，從產品設計、3D印表機製造、列印材料、生物列印，到提供專業3D列印服務等，都將提供更多的商機。
展望未來的3D列印市場，M型化將成為不可逆的趨勢。M型的兩端分別為低價市場（base quality）、高價市場（high quality）。低價市場的3D Printer價格會愈來愈低，愈容易打入一般家庭，並且為個人設計、家庭工廠帶來劃時代的影響。而高價市場則會發展出更高科技、精密的機台，來應用於航太、醫療、工業等應用層面。
圖一
3D列印將開始挑戰少樣大量的ICT生產模式。
智財權的保障是真正價值
不管是對於Maker的個人原型自造來說，或者是對於大型企業的產品預先建模而言，3D列印的最重要價值，就在於智慧財產權的保護。在過去，不論是企業或個人，在設計出新產品之後，無法先行透過3D列印來自行製作出原型產品，經常得先交由別的廠商來生產出原型。在這樣的過程中，不論有沒有簽署產品保密協定，從交出設計圖給外包廠商，到產品原型實際製作出來，過程中會有許多漏洞與機會，讓這些原型產品的樣貌，甚至設計圖外流。
不管是對於Maker或者大型企業，
3D列印最重要的價值，
就在於對智慧財產權的保護。
而透過3D列印，除了可以先行製作出原型產品的優勢之外，重點是可以在自家工作室或者廠房中，進行新產品原型的預先生產。如此一來，新產品的設計圖與外型不會先行外流到市面上，而是會等到產品已經要正式量產的時候，才正式將設計圖交給工廠去進行生產。如此一來，對於智慧財產權的保護，將會發揮更重要的功能。
圖二
3D列印對於智慧財產權的保護，將會發揮更重要的功能。
DDM時機漸成熟
3D列印發展到現在，目前市場也一直在試著找出更適合3D列印的應用領域，直接數位製造（DDM）似乎是個不錯的起跑點。當3D列印遇上了直接製造，似乎也為3D列印打開了一扇全新的商機之門。
直接製造，顧名思義就是直接將設計好的產品藍圖，直接透過3D列印來列印出成品，而這樣的成品，是直接就可販售的商品。意味著其不論是品質、可靠性、安全性、堅固性、耐用性等各方面，都可以經得起消費市場考驗。
只不過，放眼目前市面上的3D列印機，從高階機種、到中階、低階消費機型，列印出來的品質參差不齊。消費機種的ABS塑料，所印出的成品外型較為粗糙，品質也較為普通，成本較為脆弱，這樣的產品，就比較難以透過直接數位製造來製作與販售。
這樣的情況，也使得直接數位製造的範疇，目前多半都還只能停留在中高階的3D列印器材上。高階3D列印的材料與列印技術，與一般消費機種不太相同。透過高階3D列印器材來進行數位直接製造，其列印方式通常是使用積層製造（Additive Manufacturing；AM）技術，利用粉末狀的材料，在印表機上進行列印。電腦會事先將3D設計圖分割為許多2D圖層，再透過雷射光束，來高溫融化這些粉末材料，列印過程中，這些粉末材料逐層堆疊，進而成為所需列印的產品或零件。
這種積層製造技術，擁有非常不錯的商用前景，是可以改變現有遊戲規則的技術。其特色是可讓不同的粉末材料，諸如尼龍、碳、鈦、不銹鋼、鋁等，透過雷射融溶的方式進行列印。雷射能夠塑造出各種不同形狀，其優勢在於可透過低成本的生產方式，來完成複雜的設計。經由這種列印技術，產品列印成型後，質地更為堅固、外型也更為美觀、品質更好，這樣的產品完成後，也可以直接用於販售，或者直接用於零件組裝等。
例如目前已有些汽車零件、腳踏車組件、或者醫學用途的骨骼或牙齒等，都以經透過這種基層製造的數位直接製造技術，來列印出產品，並直接應用於相關的領域。這樣的優勢，在於可少量或甚至客製化單一生產，避開找廠商代工可能不接這種小單的困擾，這也正是數位直接製造的最大優勢所在。
圖三
DDM通常使用積層製造，透過雷射光束，來列印產品或零件。
3D列印的新挑戰
根據工研院IEK估計，全球3D列印機市場規模將從2014年的約10萬台，成長至2018年的600萬台，未來市場成長潛力極大。各種3D列印機方案的規格差異包括生產尺寸、解析度、材料、列印速度、是否有加熱室（Heated Chamber）等。但主要的限制仍包括：列印色彩有所侷限、材質限制、列印速度等。此外，3D列印機目前價格仍高，最簡易型3D列印機價格約在 800~1,500美元，但功能仍十分受限。
目前由於各種新創製造模式衍生，包括新創公司sculpteo提出的線上3D批次製造模式，可線上進行產品結構設計、材質選擇、生產數量等，並可即時算出每件成本、預估交期。這種批次生產的數量，以每種類不超過1000件為佳。
3D列印持續邁向直接數位製造之路，看似隨著3D列印器材的價格友善，有越來越普及之趨勢。然而直接數位製造，是否真的在自己廠房裡或者客廳中，擺放一台3D列印機，就一切高枕無憂了呢？事實上，3D列印隨著其列印方式的不同，經常會伴隨著不同的問題。例如一般消費型機種最常見的問題，就是會遇到印料卡住，無法繼續噴墨列印，以及印製品頂住等問題，導致列印不順與中斷。
此外，在3D列印之前，3D模型的製作也十分費工，並非所有人都有3D繪圖相關的經驗與知識，這使得3D模型的建模，也成為阻隔在3D列印之前的一道障礙。目前許多廠商陸續開發出更簡單易用的3D繪圖程式，甚至透過掃瞄的方式，來直接做3D立體模型，這些都使得3D建模變得更為友善，不再那麼遙不可及。
圖四
3D列印隨著列印方式的不同，經常會伴隨著不同的問題。
結語
3D列印可以直接打造出產品原型，十分便利廠商與自造者的產品原型開發。而透過直接數位製造，更能為小量與客製化生產帶來十分龐大的效益與商機。當然以目前的技術成熟度觀察，直接數位製造依然只能停留在高階3D列印領域。在未來，隨著3D列印技術更為成熟與普及之後，直接數位製造的願景，將可望提早真正實現。
圖五
直接數位製造能為小量與客製化生產帶來龐大的商機。
Gartner：3D印表機拼功能 不打價格戰
終端使用者的3D印表機支出金額，隨技術與出貨量而有所不同，但其他幾項 市場因素也具有相當的影響力。擠製成型材料的支出，主要受到全球各地大量利用現有低技術門檻，打入500美元以下消費3D印表機市場的新創事業與小公司所 影響。不管這些新創事業與小公司的營收，是否足以支付生產與管理成本，還有服務、銷售、通路開發及研發，業者的利潤仍待觀察。
由於市場對相關設備的需求增加，供應指向性能量沉積技術（directed-energy deposition）及粉體熔化成型技術（powder bed fusion）等技術的廠商，未來反而能夠隨著對其設備需求提升而穩住價，並以各種方式提升價值，不必付出高昂代價大打價格戰以吸引並留住企業客戶。
根據Gartner預測，終端使用者在擠製成型材料方面的支出，將從2015年的7.89億美元增加到2018年的約69億美元。整體來說，終端使用者在 3D印表機方面的支出，可望從2015年的16億美元上升至2018年的134億美元。光聚合固化技術（vat photopolymerization）、材料噴塗成型（material jetting）等技術將是帶動成長的主要來源，在消費與企業用市場的接受度愈來愈高。
產品平均售價（ASP）也隨著技術與市場力量（market forces）而有所不同。每個市場狀況不盡相同，包括裝置組合、價格與買方需求，都會影響任何一個技術領域中所有3D印表機的平均價格。
Gartner研究副總裁Pete Basiliere認為，頭幾年裡3D印表機製造商將盡全力推出新功能並提升性能，而不會採取降價策略。因此，多種技術的平均售價可望上揚，或在 2014、2015年價格上升後逐漸下滑。採用指向性能量沉積技術的3D印表機價格最高，其次為粉體熔化成型技術。材料擠製成型印表機與光聚合固化印表機 的平均售價可望下滑，這是因為愈來愈多廠商投入市場，利用這兩項技術推出價格區間較低的產品。
圖六 3D印表機製造商將盡全力提升性能，目前不會採取降價策略。
【全文刊載於《CTIMES雜誌》2015年7月號】-- CTIMES粉絲團】
