3D列印的各項專利在2013、2014兩年陸續到期後，吸引了大量廠商投入，也引起各界的熱烈討論，美國總統歐巴馬更在2013年發表的國情咨文中提到，希望藉由3D列印重拾美國製造業風光，不過一直以來，3D列印的探討多集中於軟硬體兩端的技術與未來應用創意，對原料的討論相對較少，但原料是3D列印的核心之一，台灣長期以來在材料科技部份的技術投注不多，不過未來若要發展3D列印，這部份仍要持續關注。

塑膠仍是3D列印主流

就目前發展來看，塑膠仍是3D列印的主要原料，在現實生活中，塑膠來是低價的代名詞，不過3D列印所使用的塑膠原料並不便宜，這使得塑膠列印的材料使用，成為整體成本中的相當大的支出比例，這也使得3D列印設備廠商的經營模式，不再只單純依靠列表機的販售來獲取利潤，大部分的3D印表機廠商都會研發自己專用的列印塑料，藉由材料的持續販售，確保企業經營的長期獲利，這類作法與現行的平面印表機一樣，其印表機的售價都相當便宜，廠商的主要獲利來源都是後續的墨水販售，只是平面印表機廠商對使用者的限制是墨水匣的設計，而3D列印廠商是透過材料材質與印表機的配合。

廠商各自研發3D列印原料，使其無法相容的作法，對3D列印的發展影響有好有壞，好處是廠商將熱衷於投資研發高性能而且可獲利的原料，缺點則是使用者在擔心製造商的保固維修服務強況下，會不願嘗試其他廉價的新材料，把這兩項共存的優缺點放在一起可以發現，廠商綁住原料的作法，往好處看是在利之所趨下，廠商會自行創新，但缺點卻是創新只會於廠商端發生，整體市場的創意創新將會受限。

再回到材料本身，塑膠是現在3D列印最常用的材料，工程師將其分為熱塑型塑膠與熱固型聚合物兩類，這兩類原料的差別在於材質的轉化，熱塑型塑膠受熱後會融化，使之容易塑型，但其內部結構不會改變，也就是說再加熱融化後，這材料還是可再反覆使用，熱固型聚合物則在加熱固化後，內部結構會改變，因此是單次使用。

圖1 : 塑膠仍是3D列印的主要原料，在現實生活中，塑膠來是低價的代名詞，不過3D列印所使用的塑膠原料並不便宜。(Source: GIGAOM)

目前多數以列印頭沈積原料設計的消費性3D印表機，使用的ABS原料是屬於熱塑型（與樂高玩具相同），立體光雕式的印表機（Stereolithography；SL）也使用熱塑性粉末，至於雷射燒結（Laser sintering；LS）則使用光敏熱固性聚合物。

除了這兩種外，部份3D列印機也使用其他類別的塑膠，像是軟塑膠，軟塑膠的別名是「彈性體」，顧名思義，這種原料具有一定彈性能力，矽樹脂就屬於

此類，過去矽樹脂可從注射器擠壓出來，再以風乾成形，3D列印蔚為風潮後，有廠商將類似的材料設計為可熱融，作為列印的材料之一。

金屬與陶瓷應用多元

相對於塑膠的早期運用，金屬在則是在3D列印發展較後期才出現，早期

仍以塑膠為主原料的時代，3D列印不被視為機器製造的技術，直到金屬列印技術被開發出來，此一看法才逐漸扭轉，目前金屬列印有兩種法，一種是現在金屬粉末上塗敷熱敏塑膠黏合劑，再用雷射使之選擇性的燒熔黏合，成形後在於熱爐中燒解塑膠黏合劑，另一種則是透過列印噴頭擠出溶解金屬，依照設計檔移動噴射頭，使噴出之金屬精準成形。

過去消費性3D印表機只能使用塑膠材質，不過隨著印表機與原料技術的進步，目前已有部份消費用機台可使用特殊材質的原料，像是將金屬粉末與凝膠混合，至於純金屬的3D印表機，目前的價格仍然偏高，並不屬於消費端層次。

除了塑膠與金屬外，陶瓷與玻璃也是3D列印原料之一，不過這兩種原料的應用都有其侷限，陶瓷列印目前有2種方式，1種是陶瓷粉末是以列印頭噴灑加入加凝結劑或加光硬化樹脂的方式，另1種則是列印頭擠出泥條，形成粗胚後再進爐燒製，不管是那1種方式，陶瓷列印都需要2階段以上的製程，列印後再施釉窯燒，而且容易有變形及膨脹係數控制的問題。

目前陶瓷列印的最主要應用是在醫療領域，用以製作如假牙、關節等人體部位，陶瓷列印在此處的應用是先以斷層掃描出齒模或骨骼形狀，再以3D列印出陶瓷植入物，相較於現有的材質，陶瓷的隙孔較少，因此其堅硬度要高出3～5倍，除了減少植入後的磨損外，也降低了植入手術過程中發生微型碎片的風險，縮小術後發炎的機率。

除醫療用途外，近年來也開始有藝術家進行陶瓷列印創作，在陶瓷粉末中加入色粉，製作出藝術品，2014年的臺灣國際陶藝雙年展中，就有比利時設計團隊Unfold工作室展出以3D列印製作的陶瓷作品，Unfold是採用泥條擠壓的列印方式，形成粗胚後再窯燒。

至於玻璃在3D列印中的使用較少，主要原因在於玻璃有疏水性，也就是與水有相斥性，疏水性使玻璃難以黏附，而且玻璃粉末在熱源下的反應不易預測，目前3D列印在玻璃方面的研究不多，較知名的是Washington大學團隊實驗中成功利用再生玻璃列印出作品，不過在商業應用部份，仍不像其他原料可有多元應用，目前玻璃在3D列印的應用仍以藝術品與珠寶首飾為主。

多元材料將是3D列印未來

就發展現況來看，3D列印原料使用雖日漸多元，不過仍僅止於單一材料的使用，因此所列印出來的產品不是單一零件，就是材質單一的產品，而仔細觀察生活週邊的產品，絕大多數都由多樣式材質組裝而成，例如水壺，就以容易導熱的金屬製成壺身，不易導熱的橡塑膠製成把手，而現今若要以3D列印出水壺，就需要兩部列印機作業，1部以金屬列印壺身，1部用橡塑膠做出把手，兩者再行組合，不過隨著技術的進步，現在已有廠商著手研發多元材料的3D印表機。

圖2 : 3D列印原料使用雖日漸多元，不過仍僅止於單一材料的使用。(Source: CADENAS Part Solution )

不久前被3D列印大廠Stratasys收購的以色列廠商Object，之前就開始研發多元材料的3D列表機，而與此一領域的無限想像創意應用一樣，3D列印的多元材料應用，也不會被侷限在單一層面的使用，Object的技術長Eduardo Napadensky就曾指出，多材料列印不僅要混合材料，還要創造出全新的材料，像是輕量與強度兼具，或是強度與延展性俱佳的材質。

不管是材料混合或是新材料的發生，對現今的3D列印業者來說，都是另一個全新範疇，而此範疇的專業需求，甚至遠高於所有的3D列印技術，然而3D列印要成為各國政府與廠商希望中的「製造業未來」，這部份的研發勢在必行，台灣以製造業作為經濟發展核心，面對此一「製造業未來」的技術，必須積極參與布局，才能繼續保有優勢，不過台灣的技術向來長於IT，在材料科學方面較為短缺，未來除必須加強這部份的研發外，還須整合IT與材料兩端技術，若未能提早切入，未來將優勢盡失。

**刊頭來源：(Source: 3dprint.com/)