3D列印專利陸續(xù)過期後，各廠商紛紛投入發(fā)展，尤其結(jié)合近年來(lái)技術(shù)飛快成長(zhǎng)的IT與材料技術(shù)後，更讓3D列印成為新世代創(chuàng)業(yè)顯學(xué)，甚至進(jìn)一步觸發(fā)了數(shù)位直接製造概念（Direct Digital Manufacture）概念，所謂的數(shù)位直接製造意即揚(yáng)棄傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、打樣、試產(chǎn)、開模、生產(chǎn)等程序，直接生產(chǎn)將生產(chǎn)環(huán)節(jié)扁平化，跳過中間的打樣、開模等環(huán)節(jié)，讓生產(chǎn)不僅可以「隨時(shí)」更可「隨地」，顛覆了以往製造業(yè)必須有一定的資本密集慣例。

3D列印製造前景雖然看好，不過並不會(huì)即時(shí)發(fā)生在眼前，就有業(yè)界人士指出，目前3D列印的熱潮很大一部分原因來(lái)自於媒體的大量炒作，從實(shí)際應(yīng)用面來(lái)看，3D列印仍有相當(dāng)多技術(shù)瓶頸需要克服，不過他也指出，這些瓶頸的克服只是時(shí)間問題，從長(zhǎng)期來(lái)看，3D列印的趨勢(shì)已成，只是未來(lái)會(huì)與現(xiàn)有大量製造模式分工，仍有待市場(chǎng)磨合。

3D列印與大量製造的分工

傳統(tǒng)製造方式會(huì)維持現(xiàn)有的市場(chǎng)，這部份3D列印無(wú)法涉入，它會(huì)開創(chuàng)出另一市場(chǎng)。

從應(yīng)用面來(lái)看，3D列印雖有隨時(shí)、隨地製造的特色，不必像傳統(tǒng)製造，必須經(jīng)過打樣、開模等程序，不過這種直接製造的優(yōu)點(diǎn)也正為其缺點(diǎn)，傳統(tǒng)的模具生產(chǎn)方式，雖然從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)需要長(zhǎng)時(shí)間且大量資金的投注，但其平均成本會(huì)依量產(chǎn)規(guī)模的增加逐步下跌，這種透過大量製造來(lái)攤分初期與固定成本的作法，3D列印完全無(wú)法達(dá)成，3D列印不管製造數(shù)量多寡，從1個(gè)到1,000個(gè)，每產(chǎn)品的一單位成本均為固定，因此前幾年此技術(shù)被大量炒作時(shí)，甚至有人喊出「3D列印將取代現(xiàn)有製造模式」的口號(hào)，就實(shí)務(wù)面來(lái)看並不可能。

至於這兩種生產(chǎn)模式會(huì)如何分工？業(yè)界人士指出，傳統(tǒng)製造方式會(huì)維持現(xiàn)有的市場(chǎng)，這部份3D列印無(wú)法涉入，它會(huì)開創(chuàng)出另一市場(chǎng)，此一市場(chǎng)的單一產(chǎn)品量能不大，但對(duì)客製化設(shè)計(jì)需求相當(dāng)深，像是現(xiàn)在已有航空公司利用Fused Deposition Modeling（FDM）技術(shù)製作原型、加工和部件製造。FDM 相容 ULTEM 9085 等高性能熱塑塑膠，可製造夾具、固定裝置、檢測(cè)計(jì)和最終用途飛行器部件，航空航太工業(yè)的設(shè)計(jì)師們?cè)缫褜?FDM 用於概念模型製作和原型製作。

圖1 : Autodesk當(dāng)年實(shí)現(xiàn)繪圖軟體的平價(jià)化，讓電腦繪圖技術(shù)快速精進(jìn)，如今該公司也是3D列印的指標(biāo)性軟體廠商。(Source: Autodesk)

另外則是醫(yī)療領(lǐng)域，前幾年就有歐洲國(guó)家透過電腦斷層建構(gòu)出口腔癌病患的顎骨形狀，以3D列印出專屬該病患的金屬器官，另外更多應(yīng)用是在牙科，現(xiàn)已有越來(lái)越多牙科實(shí)驗(yàn)室開始採(cǎi)用數(shù)位化牙科，採(cǎi)用3D列印作為其業(yè)務(wù)策略的一部分，牙科實(shí)驗(yàn)室不僅可加速零件製作，還能提高品質(zhì)和精度，3D 列印將數(shù)位化設(shè)計(jì)的效率帶到生產(chǎn)階段，通過結(jié)合使用口腔掃描、CAD/CAM 設(shè)計(jì)和 3D 列印，牙科實(shí)驗(yàn)室可以準(zhǔn)確、快速的生產(chǎn)牙冠、齒橋、石模型和一系列的矯治器。使用 3D 印表機(jī)，牙科實(shí)驗(yàn)室可消除手工建模的瓶頸，促使業(yè)務(wù)向前發(fā)展。

除了醫(yī)療與航太外，市場(chǎng)上還有須多因設(shè)計(jì)成份高，無(wú)法使用大量製造的產(chǎn)品，如珠寶飾品、玩具公仔等，這裡就不一一列舉，也因?yàn)槲磥?lái)將走向量少、高設(shè)計(jì)之路，因此電腦輔助設(shè)計(jì)的軟體平臺(tái)，對(duì)3D列印來(lái)說會(huì)格外重要。

設(shè)計(jì)輔助軟體的問世

歷史上的第一個(gè)電腦設(shè)計(jì)工具出現(xiàn)在1950年代，當(dāng)時(shí)是用來(lái)進(jìn)行特殊計(jì)算，60年代這類軟體開始商業(yè)化，當(dāng)時(shí)一套軟體售價(jià)高達(dá)50萬(wàn)美元，1982年電腦軟體廠商歐特克（Autodesk）重新定義這類繪圖軟體，希望將它定位成可在桌上型電腦中運(yùn)行的低成本繪圖文字處理器「Micro CAD」，這個(gè)時(shí)間點(diǎn)也是3D列印機(jī)的設(shè)計(jì)起源期，當(dāng)然當(dāng)時(shí)雙方並不知道彼此，歐特克的Micro CAD也非為3D列印機(jī)所使用。

圖2 : 設(shè)計(jì)軟體最主要的功能，是無(wú)縫捕捉類比實(shí)體世界的連續(xù)性和幾何本質(zhì)，並將其縮減為離散的二進(jìn)位單元。(Source: 3Printr)

Micro CAD的革命性不只在於其低廉的售價(jià)，更重要的是此軟體在桌上型電腦即可運(yùn)作，在MicroCAD之前，市場(chǎng)主要使用的繪圖軟體為Computervision CAD，此一軟體僅能在大型主機(jī)上使用，當(dāng)時(shí)這些大型主機(jī)售價(jià)約在7萬(wàn)美元左右，相對(duì)之下，在只須1萬(wàn)5千美元的桌上型電腦即能運(yùn)作的Micro CAD無(wú)疑更具競(jìng)爭(zhēng)力，雖然當(dāng)時(shí)桌上型電腦仍在起步，不過隨著性價(jià)比逐漸提昇，Micro CAD的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)越來(lái)越高。

MicroCAD問世初期，主要是用來(lái)處理2D圖形，並可作為建築樓層平面圖，隨著需求出現(xiàn)，歐特克陸續(xù)加強(qiáng)其功能，並更名為AutoCAD，現(xiàn)在的AutoCAD在3D建模領(lǐng)域中已是相當(dāng)知名的軟體平臺(tái)。

設(shè)計(jì)軟體最主要的功能，是無(wú)縫捕捉類比實(shí)體世界的連續(xù)性和幾何本質(zhì)，並將其縮減為離散的二進(jìn)位單元，光是對(duì)人類來(lái)說，要向別人轉(zhuǎn)述實(shí)體物件的形狀即已相當(dāng)困難，要更精確、清晰的讓機(jī)器了解此事，更是艱鉅的挑戰(zhàn)。

實(shí)體建模與曲面建模

實(shí)體建模為使用者提供了一個(gè)由現(xiàn)成立方體、圓柱體、球體和其他標(biāo)準(zhǔn)物理形狀組成的形狀庫(kù)。

目前3D列印的設(shè)計(jì)軟體主流有兩類，包括「實(shí)體建模」與「曲面建模」，實(shí)體建模主要為工程施與工業(yè)設(shè)計(jì)師所使用，實(shí)體建模為使用者提供了一個(gè)由現(xiàn)成立方體、圓柱體、球體和其他標(biāo)準(zhǔn)物理形狀組成的形狀庫(kù)，使用者選擇所需要的形狀圖檔，將之拉伸、剪裁、組合，形成所需的形狀，調(diào)整為獨(dú)特的設(shè)計(jì)。

實(shí)體建模問世於1990年代，當(dāng)時(shí)電腦的運(yùn)算能力剛剛能做到讓設(shè)計(jì)軟體「記住」以前設(shè)計(jì)中的重複內(nèi)容，允許使用者來(lái)回查看這些重複的設(shè)計(jì)，撤銷以做出的更改，以及回頭過來(lái)更動(dòng)尺寸，這些我們現(xiàn)在視為理所當(dāng)然的功能，在當(dāng)時(shí)並非如此，也因電腦開始具備此一能力後，CAD軟體開始出現(xiàn)飛越性成長(zhǎng)。

現(xiàn)在的CAD軟體可以輕易融入企業(yè)供應(yīng)鏈，工程師若要更動(dòng)某一零組件設(shè)計(jì)，可透過軟體查知公司相關(guān)產(chǎn)品的庫(kù)存變化，比較新零件與現(xiàn)有零件，若決定設(shè)計(jì)新零件，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)紀(jì)錄其變動(dòng)，讓管理者充分掌握所有資訊。

曲面建模最早應(yīng)用於卡通動(dòng)畫，功能逐漸提昇後，現(xiàn)在許多電玩遊戲和圖形公司設(shè)計(jì)師也開始採(cǎi)用，曲面建模得出主要是因應(yīng)實(shí)體建模圖形庫(kù)中，無(wú)法滿足特殊形狀的需求。

曲面建模的圖像設(shè)計(jì)方式，是將形狀包在規(guī)則多邊形所構(gòu)成的虛擬網(wǎng)裡，曲面建模也被稱為多邊形建模，組成虛擬網(wǎng)的每個(gè)多邊形，都對(duì)應(yīng)著虛擬網(wǎng)格上的一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，設(shè)計(jì)軟體將每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)儲(chǔ)存起來(lái)，以便於設(shè)計(jì)師使用，目前多數(shù)3D模型都採(cǎi)用三角形的表面網(wǎng)格建構(gòu)，由於此類結(jié)構(gòu)相當(dāng)靈活，且資訊易為電腦處理，因此應(yīng)用越來(lái)越廣。

曲面建模擺脫了原始?jí)K狀和球狀限制，其主要特色是表現(xiàn)曲面的表層活動(dòng)，而非機(jī)器零件的組裝，因此曲面建模軟體可說是平面設(shè)計(jì)師的白板，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)師可為產(chǎn)品增加更多細(xì)節(jié)，如表面光澤、紋理等。

3D掃描把實(shí)體世界數(shù)位化

3D掃描將實(shí)體物件的掃描數(shù)據(jù)回傳給設(shè)計(jì)軟體，設(shè)計(jì)軟體透過運(yùn)算將掃描出來(lái)的每個(gè)座標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為表面網(wǎng)格，藉以形成物品形狀。

除了實(shí)體建模與曲面建模外，3D掃描也是近年來(lái)3D列印設(shè)計(jì)輔助的重要技術(shù)，3D掃描經(jīng)由1組3維座標(biāo)描繪實(shí)體物品的形狀，掃描資料介於實(shí)體建模軟體設(shè)計(jì)的原始形狀，和曲面建模軟體中包裝數(shù)位物件的虛擬網(wǎng)格之間，3D掃描將實(shí)體物件的掃描數(shù)據(jù)回傳給設(shè)計(jì)軟體，設(shè)計(jì)軟體透過運(yùn)算將掃描出來(lái)的每個(gè)座標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為表面網(wǎng)格，藉以形成物品形狀。

3D掃描開闢了設(shè)計(jì)新領(lǐng)域，對(duì)難有設(shè)計(jì)檔的物件如植物、人體器官、石頭礦物來(lái)說，3D掃描技術(shù)可完全彌補(bǔ)實(shí)體建模與曲面建模的不足，成為類比實(shí)體世界與二進(jìn)位數(shù)位世界的溝通橋樑，而透過3D掃描與實(shí)體、曲面的建模技術(shù)，更多創(chuàng)意將被實(shí)現(xiàn)，3D列印的發(fā)展也將更具想像力。

**刊頭圖片(Source: SHOP 3DCHIMERA)