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從傳統加工到 3D 列印:當加法對上減法,是替代還是互補?

2015 年 12 月 10 日

傳統的加工方式將大塊材料慢慢切削、雕琢而成,這是「減法」;3D 列印技術則採用層層堆疊的方式製作,稱為「加法」。幾十年來一直位居製造重要地位的減法代表 CNC,是許多製造業的主流方式;然而在專利開放後,3D 列印技術從工業走向民間,加法製造的技術也逐漸普及。當市場快速變化,傳統製造技術是否會因此式微?二種迥異的製造邏輯,在未來會成為互相競爭的對手,還是有可能彼此交融、成為快速回應市場的新契機呢?

由桃園青年事務局主辦、經濟部中小企業處協辦的《加法 V.S. 減法,跨工具世代製造者》講座,便邀請到兩位擁有工程背景的自造者 ─ 享印學堂的創辦人賴信吉與造物者工坊的創辦人傅孝暘(Steven),分享他們對傳統 CNC 加工及 3D 列印的看法。

《加法 V.S. 減法,跨工具世代製造者》講座討論傳統 CNC 減法與 3D 列印加法製造的可能性
《加法 V.S. 減法,跨工具世代製造者》講座討論傳統 CNC 減法與 3D 列印加法製造的可能性

推動 Maker 精神,厚實創新能量

以色列公司 Stratasys 在 1980 年代開發了第一台 3D 印表機,但因受專利保護一直未普及,近年隨著幾個關鍵技術專利到期,3D 列印的技術與應用都開始突破創新。在這波發展的浪潮中,開放硬體(Open-source hardware)社群扮演重要推手,讓世界各地的優秀工程師得以連結交流、參與集體創作,共同完成讓 3D 列印技術進入一般家庭的理想。

享印學堂創辦人賴信吉的核心理念也在於普及,希望能讓大家更了解 3D 列印技術的發展與應用,「這之中最有價值的是,大家一起創意發想、腦力激盪出更多創新點子。」賴信吉並共同創辦了 Maknet 自造邦社群,除讓 Maker 分享交流作品,也幫助一些年輕的 Maker 老師和新創團隊開班授課。

開源平台、群眾募資帶動 3D 列印技術的普及

賴信吉提到,3D 列印門檻其實不高,網路上有非常多建模、觀看軟體,甚至是販售平台,例如 Tinkercad(建模軟體)、Sketchfab( 觀看軟體)、Cubify(建模軟體、販售平台)等等。其中他尤其推薦 Thingiverse,一個匯集各地數位設計藍圖的分享平台,創作者可以在平台上提供 3D 列印機讀取的 3D 檔案、說明製作流程的 PDF 檔案等,讓有興趣的人能夠一次打包所有相關資料,複製或是改造出屬於自己的實體成品。

另外,群眾募資的風潮也是 3D 列印技術的另一個舞台,提案團隊可以利用 3D 列印出 Prototype,放到嘖嘖、flyingV 等募資平台上測試市場反應,節省量產前的打樣成本。

然而有趣的是,雖然應用和協作都日益多元,原料也從過去的三大主流塑膠、金屬、陶瓷延伸至更多不同的材質嘗試,但列印方式上仍僅止於單一線材的運用 ─ 亦即將原料融成線狀素材,堆疊成產品 ─ 他認為列印方式上的研發與突破,將是 3D 列印的未來發展重點。

兩種製造方式應用場景不同,應並存共創價值

第二位講者 Steven 為造物者工坊的創辦人,同時也是美洛克工業公司機械設計工程師,於三年前開始投入 3D 列印產業,並擁有一間 CNC 加工廠,同時也是多項自造者活動的贊助商。他直言:「3D 列印技術是不可能取代 CNC 製造法的!」

「CNC(Computer Numerical Control) 又稱電腦數值控制工具機,將程式指令輸入數控系統之記憶體後,經由電腦編譯計算,透過位移控制系統,將資訊傳至驅動器以驅動馬達之過程,來切削加工所設計之零件,很明確的『減法』。而 3D 列印技術則是把工件的 3D 電腦模型轉換成 2D 分層切片,再按照這個分層切片,將材料堆疊到欲成型的位置,重複堆疊動作直到工件成型,因此被稱為『加法』。」Steven 解釋。

他也呼應前面提到的硬體群募,指出這兩種技術的應用場景並不同,互補才能創造價值。「3D 列印幫製造者省去傳統工藝模具設計與製作等工序,大幅縮短產品設計週期,也簡化了製造流程,節約建模成本。以前做一個設計要一個禮拜,一個月只能做四個設計;有了 3D 列印之後,半小時可以做一個設計,一天可以做十二個。目前,3D 列印技術主要應用於新產品設計、試製及快速列印成形等。」

「但是,儘管 3D 列印技術應用範圍廣泛,仍會受制於列印速度、製造精度等因素,並不能完全取代傳統的減材製造法,實現大規模工業化生產。我認為在未來相當長的一段時間內,兩種生產方式的關係是並存、互補,而不是取而代之。」

CNC 透過位移控制系統,以減法方式切削雕塑出成品(photo via Clarence Risher@flickr, CC License)
CNC 透過位移控制系統,以減法方式切削雕塑出成品(photo via Clarence Risher@flickr, CC License)

台灣精密機械產業長期以來獨步全球,以大台中地區為核心的精密機械產業聚落,成為全球第四大工具機生產國與全球第三大外銷國,更在全球單位面積產值居於第一,是密度最高的精密機械聚落。「如 Gogoro 即是以傳統精密加工製造而成,代表的是整個台灣工業的精密製造水準,所有零組件皆為獨立開發且台灣製造(除了電池),並且在車架材質上採用一體成形鋁合金材質,不僅輕量化,也擁有較高的剛性。」

由下而上的力量,以翻轉教育為使命

兩位講者特別討論到人才問題,由於全球高齡化與少子化的趨勢浪潮下,全球各國都將面臨嚴重缺工的衝擊,且大學體系沒有實作教育,造成 CNC 技術、資訊技術的人才荒。若 3D 列印機應用在教育市場,可打造出教師上課時的輔助教材外,也可激發學生動手做的熱情,透過不斷地嘗試、交流,培養多元創意之人才。

政府積極推動生產力 4.0,包含勞動力發展署、新北市、桃園市、新竹市政府等都提供許多資源及課程,協助縮短產學落差;兩位講者也表示非常願意提供幫助、由自身做起,期待能發揮下到上的力量,將這些技術知識與實務經驗,推廣到更多地方。

講座的最後有人提問,若 3D 列印無法取代 CNC,這樣的新技術與隨之興起的各種應用、趨勢和商機,會不會就只是一團空心的泡沫?對此,賴信吉和 Steven 都說不。

「『動手做』這件事情不會泡沫化,因為背後驅動的是創作者本身想做而且喜歡。3D 列印技術會成為國民教育,下個世代會有很多重要的事,而它會是其一。」

Cover photo via Creative Tools@flickr, CC License

關於作者


chingwen

PanX 實習編輯,喜歡科技、喜歡創新、喜歡接收新知,希望有一天自己的文字可以感動別人、為世界帶來一點小小影響。

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