圖1 : 3D列印熱潮雖退，不過在工業領域仍是重要技術，透過CAD的強大功能，設計師將可快速建構模型，加速產品上市時間。（source：Digital School）

3D列印技術在30年前左右就已經開始，後期開始受到關注的原因來自技術的日漸成熟及新材料的開發，其概念是指一種雷射積層製造製程技術，透過採用分層加工、疊加成形的方式將3D圖檔削切成一層一層的2D平面，再將2D平面堆疊起來的加工方式，逐層增加材料來生成3D實體，把立體物件「列印」出來的技術。由於無需打模或機具加工，便可從電腦繪圖軟體分析後列印出實體，比起過去必須開模再加工的技術，雷射積層製造大幅縮短了產品的製造週期，因此適合小量生產、客製化的產品。

3D列印的基本技術其實就是快速成型，此技術早在1980年代就已經出現，許多主要的專利像是熱溶解積壓成形（Fused Deposition Modeling，FDM）等，早已掌握在大廠手中，直到近幾年一些專利技術陸續到期，才讓更多人投入研發，加上新材料的逐步開發來引起熱潮。不過，以廠商觀點來看，未來僅需下載設計圖檔便可「列印」產品，侵害著作權的問題不但會一直存在，可能因此更行擴張，而取締成本也將更加複雜。

圖2 : 3D列印的基本技術其實就是快速成型，此技術早在1980年代就已經出現。（source：Digital School）

3D列印主要以雷射技術為基礎，包括列印機的製造、設備、列印所需的材料、3D列印軟體CAD/CAM都是重要環節；而在軟體部分，建模是3D列印流程中的首要環節，透過精準建模，設備才能生產出合乎預期的產品，作為3D列印的必要軟體平台，近年來CAD廠商已不斷強化各種設計功能，協助設計者快速建模，縮短產品上市時間。

相較於傳統製程，3D列印的優點在於省去開模費用，對傳統製程來說，屬於難已製造的複雜產品形狀，在3D列印也可輕易完成，雖然市場一度將目光聚焦在塑膠材質方面，但金屬才會是現在工業界3D列印的重點，例如歐洲的空中巴士公司，就將3D列印列為其標準製程，其中金屬更是其一，空中巴士的金屬模型採用積層製造，利用焊接與燒結方式，將金屬層層堆疊出產品樣貌，然而金屬燒結容易融化，因此往往難以控制，因此必須使用後加工方式處理，為避免影響飛機製造的精準性，空中巴士3D列印所製造的製品，均為小零件，而非大型部件。

表面精細與輕量化是重點

3D列印與傳統製造方式不同，傳統的製造方式是透過車床、銑床等工具切削出成品，這屬於減法製造，3D列印則是層層堆疊製造出成品，則是屬於加法製造，不過隨著3D技術的成熟，現在已有CNC廠商導入3D列印技術，2014年全球工具機大廠德馬吉森精機就已展出將3D列印技術應用在其5軸加工機上，而中國也開始有CNC廠商導入相關技術，然而作為全球CNC重鎮的台灣目前仍無廠商投入，因此PTC呼籲台灣CNC廠商應盡快展開動作。

在進行3D列印前，必須先注意其數據格式AMF，以提升表面精細度，再著手輕量化設計，輕量化必須兼顧製品的強固性，3D列印在前端建模設計時，其材料材質都設定為實體，然而實體一來會使得物件重量大增，二來3D列印的材料成本仍高，因此目前產品在3D列印前，都會先將構造網格化，藉以減輕重量，並回收網格化後的材料。

然而從實體變成網格化，必會影響物件的強度，因此第3個部份就是這時必須考慮成品的應力與受力，使其兼顧強固性，可從平台輸入物件的受力與應力，系統會分析出何種材質可承受應力，使用者可選擇網格形狀，系統會依據前面設定的受力與應力條件，自動調整網格的形狀，直到並找出最佳的網格型態，滿足3D成品的輕量、強固特色。

圖3 : CAD/CAM設計是3D列印的重要環節，而建模是3D列印流程中的首要環節。（source: Airwolf 3D printers）

至於3D模型的曲面建構，可從3D列印流程與模型處理準備兩方面進行探討，在列印流程方面，目前各供應商都會提供各自的3D列印流程，其中的共通點是在列印前期，系統都會要求提供模型建構，在前端準備首先是模擬，這可利用掃描器掃描要列印的產品外觀，再將數據輸入3D列印機列印出來，但這種方式只能進行一次性生產，無法重複製造，另外一種則是原創，從最前端開始設計，設計完成後再做成型輸出。

模擬設計部份，掃描出來的模型往往無法完全與被掃描品相同，因此需要進行局部的表面處理，這類調整可從表面的三角網格著手，例如先產生曲線後，再實際輸出所需要的曲面，此一曲面可在延續至後端製程，如開模、加工等運用。

另外在原創方面，建模前端通常會有工業設計工程師參與，工業工程師在設計產品外型時，多會先以鉛筆、彩色筆等工具勾勒出產品外型，當外型繪製出來後，會利用虛擬油土軟體先將產品轉換為黏土材質的立體形狀，之後再使用軟體調整細部，成為完整模型，當模型完成後，此檔案程式也可延伸應用到後端其他的模具加工等製程。

在建立模型時，有一些細節必須注意，首先是Scratch，這可透過CAD平台在初期勾勒出產品線條，這些線條可結合數位板建構產品模型，這些前期建立的線條，在後端也可被應用。

化繁為簡 增加市場多樣化

第2功能是自由形狀虛擬油土功能，由於3D列印工程師提案時，都會備有多個3D設計圖檔以供客戶或主管選擇，而在提案時，這些圖檔常被要求修改，自由形狀虛擬油土功能可將圖檔分割為幾個幾何形狀，透過表面的點、線拖曳，工程師即可輕鬆改變圖形的樣貌，此一功能指令簡單，利用上面的轉盤介面就可操作，所建構的產品，其表面相當滑順，由於操作容易，工程師在短時間以內，就可建構出產品模型。

就市場發展來看，3D列印技術目前能發揮效益之處，仍是藉設計、研發與製程溝通，進而改善產品製造，3D列印與自動化產業的關聯，仍在於經濟學上稱的「互補品」而非「替代品」，並不會衝擊製造業，而是透過CAD等軟體的協助，使其成為製造業的最佳幫手，藉此提升廠商競爭力與產業的多樣化。