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3D列印新常态
待深化专用基础

【作者: 陳念舜】2016年08月16日 星期二

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目前在中国大陆火热的「新常态(The New Normal)」一词,最早可溯及美国太平洋基金管理公司总裁穆罕默德‧埃里安(Mohamed‧El-Erian)提出,用来叙述全球经济危机后的通货紧缩原来是短期现象,却成​​为长期化的稳定状态。直到2014年被大陆国家主席习近平引用而广为人知,对比过去的旧常态,也就是「非常态」现象。


同年国际货币基金(IMF)总裁拉加德(Christine Lagarde)也指出,继2008年全球金融危机爆发以来,即使欧、美、日各国相继采取量化宽松货币政策的措施,但全球经济依然陷入了「长期成长低于平均」的困境,持续低信心、低成长、低通膨构成的「新平庸(new mediocre)」时代已然来临。


即便美国总统欧巴马为了挽救2008年金融海啸后低迷的国内经济景气和就业机会,于2009年11月率先宣示「再工业化」,企图重振美国的制造业,以促进经济发展并降低失业人口;进而在​​2011年提出「先进制造伙伴计画(AMP)」,在10年内投资10亿美元,透过公、私部门合资成立15个制造业创新机构(MII),率先投入3D printing列印技术,最早起源于80年代成熟的快速成型技术(Rapid Prototyping,RP)。当时主要着眼于其适合国内已无大型生产基地的美国制造业,可进行客制化、少量多样生产。


加上设备、材料、服务、软体、专利等,皆为发展3D列印产业关键因素,国际大厂通常是以并购取得专利,透过设备绑材料,发展独特制程。集中在美国3D Systems、EOS两大3D列印公司手中握有的专利陆续到期,将使得3D列印开始普及化。 2012年Stratasys更宣布与以色列Objet合并,3D systems则是收购了Z Corporation和Vidar Systems两间公司后上市,各自掌握被并购者原有一段历史沿革与专利技术。才刚上市半年,Stratasys股价瞬间双倍上涨,3Dsystems则是一度暴涨3倍。且在群募资金推波助澜下,包括MakerBot、Bits From Bytes、PP3DP、RepRap、PrintBot皆推出低价3D列印设备。


但直到去(2015)年起3D列印消费零售市场成长趋缓,几可显示其正经历从「期望膨涨」到今天「幻灭低谷」的典型景气循环,就算3D列印成的华丽泡沫也会破灭,即将回归新常态发展。不仅MakerBot去年就关闭零售卖场、资遣了20%员工;合计占3D列印产业逾1/3市场的两大公司3D Systems、Stratasys即便频频降价,同样无法顺利打入家用市场,近年来业绩大不如前。


市场呈倒三角发展 看好企业专用领域

最大关键便在于市场上3D列印机琳琅满目,但民众因为迄今不知道该拿3D列印机做什么用?或如何印出有用的东西?很多人买了放在家里蒙尘。只能说3D列印公司因为受制于投资人,必须选择先抢进竞争激烈的消费零售市场恰是「生不逢时」。


反观在企业专用领域,则可在创新研发及转型阶段,适时扮演点火角色,驱动创新成长。尤其当市场变得越来越成熟,专业用户就越来越多;技术发展更为多元,浮现越来越多新的应用材料,适用3D列印的产业越来越多,现在不单只做原型(Prototyping)产品设计,也可拿来进行模具生产(Production Tooling)、最终产品组件(End use part)等数位化制造​​。尤其小品项、多批量的应用需求越来越多,还有一些在生产、制造过程所需的专用/辅助型工具、零组件等,都可以运用3D列印。


值得一提的是,3D列印虽然源起于航太、汽车制造业广泛应用的RP技术,在台湾却率先由电子代工业实现,也可见该产业发展受投资市场影响之深。包括威盛电子、玉山创投和Baustein Central于2013年起,共同举办APC Boot Camp 硬体连网装置工作营,召集具备创意、工程背景的人才,利用威盛电子提供的3D印表机、APC迷你主机板玩出各种连网硬体装置的开发与设计,完成更多软硬整合的可能。


至今举凡上游的设计与图档软体、中游的设备制造、下游的加工服务,都有业者开始投入,包括3D列印设备代理商实威、制造商新金宝、扬明光、上奇、震旦行等,研能科技拥有全球首创的垂直整合自有喷墨头与全彩列印技术,都参与初具雏形的「3D列印产业链」。新金宝旗下三纬国际(XYZprinting)深耕多年的3D列印机更在今(2016)年元月率先传出获利,依CONTEXT统计,2015年三纬Q4以出货21,800台、31%市占率夺冠;同时以全年50,100台居3D列印出货龙头,市占率21%击败Stratasys/MakerBot与3D Systems/Cubify。


但台湾厂商多以代理、组装为主,尚未切入最关键、门槛最高的材料与零组件部分,其实在文创、生医、电子、模具等产业具备相当广大的出海口,是一个很好的练兵应用方向。


打造可行商业模式 突破3D列印瓶颈

目前3D列印应用在商用市场上发展虽已渐趋成熟,众多厂商纷纷导入各种不同技术的3D列印机,用来设计沟通、生产少量客制化零件或列印模具等。但对使用者而言,3D列印发展最大瓶颈不在于技术、机器,而在于如何协助将想要列印的物体转换成数位3D模型。


最后哪一家厂商能最大程度地掌握3D列印相关研发、应用以及服务模式,也就掌握了未来世界产业的关键版图,而在推行3D列印产业仍面临亟待突破的瓶颈,包括:


1.3D建模困难,影响消费市场普及速度。虽然3D列印应用在商用市场上发展已经渐趋成熟,众多厂商因应自己的需求纷纷导入各种不同技术的3D列印机,用来设计沟通、生产少量客制化零件或列印模具等。但由于3D绘图工具功能复杂,学习门槛高,使用者必须花费数月到数年的学习,方能随心所欲制作出数位3D模型。


现在已有不少设备制造商、建模软体开发商、列印服务商及社群纷纷建立3D模型资料库,让消费者下载列印喜欢的3D模型,或修改自己的设计以列印独创的物品,例如MakerBot的Thingiverse、Google的3D Warehouse等。有些厂商则提供3D建模软硬体辅助工具,期望借此协助使用者跨越技术门槛,以开拓更广大的家用市场,让未来3D列印机可以如同2D喷墨/雷射印表机,进驻每个家庭。


2.可列印材料有限,3D列印材质仍无法完全满足不同环境下的需求,因此近年来厂商仍持续开发各种特性新材料。例如提供更坚硬耐磨的材料,以便列印工具、零件等;为了能直接列印电路,厂商也研发了各种导电列印材料;还纷纷推出了,拥有类似橡胶特性的弹性塑胶、类似玻璃的高透明塑胶,还有模仿海绵、凝胶、毛毡或具萤光等材料。


3.产品精细度不足,让成品过于粗糙,用户难以接受是最终产品。目前解决的方向主要是整合其他生产工具,进行切削或研磨抛光等减法加工,可比早期先列印再抛光更为精细;中空管内部等原本无法抛光处理的部份,也能利用边列印边抛光的生产方式解决。


4.生产效率差,难以大量生产。 3D列印不仅成本变高,生产速度也难以赶上需求。而厂商解决此问题的方向之一,是寻找唯有3D列印才能解决的利基应用市场。例如列印义肢、少量多样的产品零件、独一无二的工艺产品,或者列印生物组织等传统生产方式无法制作的物件,聚焦客制化应用。


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