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3 d列印產業發展
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3D 列印產業發展
全球 3D 列印市場規模
根據資策會MIC推估,2011年3D Printer 市場規模為1,760百萬美元,2012
年達到2,150百萬美元,成長率達到22.2%,推估2016年3D Printer市場規模預
計成長到4,450百萬美元,2011至2016的年複合成長率(CAGR)可達到20.4%。
而目前主要業者3D Printer的業者依據營收規模區分,依序為Stratasys、3D
Systems、Envision、Tec、EOS、Beijing Tiertime等。
資料來源:各公司資料,MIC 整理,2013 年 4 月
圖 1 3D 列印設備市場規模推估
3D Printer主要應用領域包含消費產品產業、汽車產業、醫療服務業、教育
產業、航太業、工業機械領域等。因為應用領域的不同,使用3D 列印技術的方
式也不一樣。塑膠成品部分主要運用於產品的打樣,而金屬成品主要運用在航太、
機械、汽車工業中設計複雜的零件。
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資料來源:各公司資料,MIC 整理,2013 年 4 月
圖 2 3D 列印應用領域
3D 列印技術發展
3D列印(3D Printing),亦稱積層製造(Additive Manufacturing, AM),為
快速成型(Rapid Prototyping,RP)的一種技術。以數位模型檔案為基礎,運用
粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,透過逐層列印的方式來構造物體的技術。3D
印表機運作原理如同雷射印表機,只是其非使用碳粉,而是材料(material)。
工作原理是透過電腦輔助設計軟體(CAD)或是光學掃描技術,針對3D物件進
行3D圖檔資料建置,再將3D圖檔資料轉換成STL檔(Stereo Lithography),運
用液態光敏樹脂材料、粉末材料或固態材料,透過雷射光束照射頭、紫外線照射
頭或塑性材料噴塗頭,沿著垂直的Z軸與水平的X軸與Y,利用分層加工、堆疊技
術完成3D物件外觀。
整體而言,3D列印加工法可區分為三大類別:「輻射成形加工法」(Laser
Fabrication)、「動能成形加工法」(Nozzle Fabrication)和「複合式成形加工
法」(Hybrid Fabrication)。 輻射成形加工法:是利用雷射光束或是紫外線照
射使得材料產生化學或物理變化,達到3D物件外觀成形效果。此種加工方法的
代 表 性快 速原 型 系統 包括 : SLA ( Stereolithography Apparatus )、 SLS
(Selective Laser Sintering)、LOM(Laminated Object Manufacturing)等。
動能成形加工法:利用噴墨式或擠壓式噴印,將黏著劑與材料由噴印頭微量噴出,
進行層層堆疊加工程序,而達到3D物件外觀成形效果。此種加工方法的代表性
快速原型系統包括:FDM(Fused Deposition Modeling)、3DP(Three
Dimensional Printing)等。複合式成形加工法:同時使用輻射成形加工法和動
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能成形加工法,進而達到3D物件外觀成形效果,此種加工方法的代表性快速原
型系統有OBJet。
表 1 3D 列印技術分類
資料來源:Better Design、Wikipedia,MIC 整理,2013 年 4 月
3D 列印之國際趨勢及各國發展方向
3D列印最早出現在1986年,原名為「快速成型製造」(Rapid Prototyping
Manufacturing, RPM)。其最大的優勢在於「不需要模具」,與傳統方式相比,
不需要開生產線,又因為加法製造特性,可以大量減少因切割物件造成的材料浪
費。「3D列印」這項技術,由於3D Systems、Stratasys兩家3D列印硬體公司手
中的專利在2008後陸續到期,且隨著開放社群開始研究並推廣3D列印,此應用
技術逐漸為人所知。
1.美國
美國總統歐巴馬在國情咨文演講中宣示,3D列印是美國未來領導全球生產
與製造業的技術革新。計畫投資10億美元建立15家製造業創新研究所,並宣布
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新加坡向來在全球競爭力中名列前茅的新加坡這次也沒有在這場3D列印技
術競逐中缺席,新加坡政府在2013年財政預算案中宣布計畫在5年內投資5億美
元協助國內製造業發展3D列印技術,提高製造業工人和工程師的技術水準,並
發展3D列印技術和機器人技術等新型態商業模式,希望建立一個新的3D列印行
業生態體系。2014年年初新加坡南洋理工大學(The Nanyang Technological
University ,NTU)也耗資3,000萬美元成立3D列印研究中心—「南洋理工積層
製造中心( NTU Additive Manufacturing Centre, NAMC)」,針對醫療、建築
專業領域進行生物列印和3D列印建築的研發。在醫療領域,目前NAMC針對列
印人體組織進行醫學研發專案,其中一個專案目標為讓支架骨重新生長。在建築
領域,NAMC與德國領先的3D列印設備製造業者SLM Solutions,簽訂500萬美
元研發協定,共同進行新型複合材料開發,期待未來上市產品比市面上3D列印
機能列印更大的作品。
5.南韓
南韓3D列印相關智財權到期所帶來的產業效應,不僅在美國發酵,南韓政
府也針對3D列印對未來產業影響進行發展規劃。為推動3D列印產業發展,南韓
政 府 於 2014 年 初 成 立 3D 列 印 產 業 發 展 協 會 ( 3D Printing Industrial
Association;3DPIA),做為3D列印產業發展的最高決議機關。藉由制訂3D列
印產業發展政策及細部推動計畫、改善法令制度、研擬3D列印相關發展瓶頸因
應對策,發展3D列印產業。未來南韓以朝向四大方向—(1)營造3D列印使用環境
以推動製造業導入與全民參與、(2)支援創業並強化企業獨自生存的能力以促進
初期市場發達、(3)研發原創與融合技術以提升材料與設備技術競爭力、(4)健全
相關法令與制度以振興相關產業與強化資訊安全,推動3D 列印產業發展。希望
在2020年透過1,000萬個曾受過3D列印教育的創意人,帶動創造3D列印初期市
場,進而發展3D列印內容產業。
南韓政府為營造全民使用3D列印的環境,從企業、民眾與人才三方面進行。
企業方面,於其營業場所直接示範運用3D 列印技術的效果,以創造3D 列印使
用需求。同時透過讓中小企業進行試製品製作活動,讓中小企業體會導入3D列
印的必要性。民眾方面,透過在各級學校、科教館、博物館、圖書館等公共設施
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設置3D 列印機,營造一般民眾體驗3D列印體驗環境以提升民眾對3D 列印的關
注度。人才方面,南韓政府於國小、國中、高中、大專院校開設3D列印教育課
程,並推出包括基礎、實務、指導者等級不同程度教育方案培育相關人才,推動
實習用設備的普及。此外,南韓政府透過建構內容流通平台,使各種資訊可共享,
營造3D 列印產業良性循環,並提供事業化、行銷、經營諮詢等各種綜合支援體
制,協助3D列印產業的創業風潮,健全3D列印設計內容產業生態。
而在3D列印技術開發方面,透過3D列印設備、材料、軟體等各領域主要技
術的基礎/原創研究,發展事業化專用材料-設備整合技術,在加上國產化3D列
印應用軟體的開發,確保所研發之3D列印技術具市場競爭力。在大環境方面,
為健全南韓3D列印相關法令與制度,南韓政府將發展3D列印改善方案, 以預
防盜拷品、不法武器等違法品的製造並建立3D 列印設備、材料及軟體等標準與
3D列印內容智慧財產權保護機制。未來南韓政府將以四大方向推動3D列印產業
發展,透過據點體驗、產業線帶動更新、完善交流平台三個層面帶領南韓邁向下
一世代新工業。
我國 3D 列印產業現況
由產業上下游分析,可分為上游設計,中游的設備材料,以及下游的服務提
供。上游的設計包含了3D繪圖、掃瞄、分析重建與列印格式處理等四個部分,
目前臺灣業者在3D繪圖軟體的部分主要以代理國外繪圖軟體為主,但因為專業
繪圖軟體的價格較高,因此也出現了很多繪圖功能相對較少的免費開源軟體,如:
SketchUp、Auto123D等。在掃瞄部分,已經有廠商投入設備開發的工作,如:
龍騰科技、三維數碼,但需要搭配掃瞄設備使用,要大量被消費者應用不是那麼
容易。因此也出現透過手機鏡頭進行掃瞄的應用程式,唯獨目前仍然會受限於環
境因素,物品太大或太小、環境太亮或太暗,都會影響最後的成品。在破面分析
與切層處理部分,是將3D圖檔轉換為可列印圖檔的必經之路,目前相關大部分
可以取得免費的軟體,但軟體界面以英文為主,加上可以設定大量的參數,對於
一般使用者來說,目前仍然需要具備一定的學習能力與技巧。
3D列印產業的中游主要是3D列印設備的製造商與代理商,2008年以前,技
術主要都掌握在Stratesys和3D System這兩家業者手中,因此國內業者主要以