下一波淘金熱？3D 列印第一次就上手

「茶，伯爵，熱的」

“Tea, Earl Gray, Hot. ” 不知各位讀者是否聽過這句在電影「星艦迷航」（Star Trek）中畢卡艦長（Picard）的經典台詞？他在電影中對著黑箱子說出吃的或喝的，這台神奇的機器都可以在片刻後滿足需求。

根據影集中的設定，這台機器是以原子為素材，依據使用者的要求來組成各種食物飲料。這概念跟現在流行的 3D 印刷非常接近，只是素材有些不同。

小型的 3D 印刷機器在 80 年代只出現在科幻小說中。在電視影集《新虎膽妙算》（Mission: Impossible）中，一只手提箱就可以印出仿真皮膚面具，這大概是 3D 列印想像的濫觴。場景是紅色的雷射光雕刻某些固態、半流體的材質，形成面部的細節。

今日的 3D 印刷雖然還沒有達到畢卡艦長的要求，但離新虎膽妙算倒也不遠。以下將介紹現在的 3D 印刷的基本流程，以及可能的未來發展。

註：「新虎膽妙算」後來電影版都改稱「不可能的任務」系列。洩漏年紀了. . . .

什麼都能印，但印不多

不知道要拿 3D 印刷印什麼？不妨參考 thingiverse 這個網站。沒錯，如果你那昂貴的單眼相機需要一個鏡頭的話，你可以自己印一個。如果你不滿意現在身上穿的衣服，也可以自己印一件獨一無二的衣服。雖然可能需要一些打版知識，但可以大大減少撞衫的機會。

可以用來 3D 列印的材質（filament）繁多，但以 PLA（Poly Lactic Acid ）跟 ABS（Acrylonitrile Butadiene Styrene）為大宗。PLA 能快速冷卻，但 ABS 質地堅固，因此 LEGO 也用 ABS 作積木的材料。還有一些特殊的材質，例如金屬混合的粉狀材料、巧克力（敢吃嗎？），甚至類似骨頭的材料等。未來能在家裡印出人造骨頭，也是蠻詭異的。

消費性 3D 印刷機的產品可謂琳琅滿目。但成品大部分還停滯在 prototyping 階段，主要是因為材料昂貴：一公斤重的 ABS 要價近 40 美元，只能列印出 4 到 5 個馬克杯。同時消費性機種有許多限制，例如成品體積無法太大。

但 3D 印刷的價值在成品獨一無二。因此或許對許多小型文創產業與個人工作室是一種優勢？困難處在於靠著個人創意，讓杯子加上創意能夠價值高於 40 美金。

第一次 3D ****印刷就上手

3D 模型的流程如下（編按：老師，沒有人會看的 . . . .）：

１. 檢查模型

3D 模型完成後不像寫文章，可以寫完馬上列印。3D 模型需要先檢查模型是不是符合列印的條件。常見的問題像是模型沒有厚度（thickness），或是模型原本應該「密封」的面，卻多了開口，如下圖。

模型厚度的設定適合在 1 mm 到 2 mm 左右。多了浪費材料，少了可能會使成品從印刷機的噴床上裂開。

2. Vertex to vertex rule

STL 是目前廣被接受的一種 3D 列印的檔案格式。簡單的說，如果模型是三角形，那 STL 檔案將會記錄三角形的三個頂點，與垂直於該三角形面的法向量。如圖三：

此時有稱為 “vertex to vertex" 的法則。亦即三角形的三個頂點，不能坐落在其他三角形的邊上，必須是頂點對頂點（vertex to vertex）才行。

如圖四便違反了此法則。三角形的頂點座落在另一個三角形的邊上。解決方法如圖五，再分割出一個三角形。

3. 減少細節

模型不能有太多細節，否則會受限於 3D 列印機器的解析度，甚至在成品上看不到這些細節。但細節太多會造成 STL 檔案非常龐大，造成不必要的資源浪費。

模型在印刷之前都要把模型一片一片切割（圖七）。也可以說一層一層，從最底層的開始，一層一層的往上列印。

不像紙張的印表機都是由上往下列印，3D 印刷機可能有不同的印刷方向。因此切片同時也會指示 3D 印刷機該依循的印刷方向（tool path）。

如圖八是模型的一層，箭頭代表的是印刷時噴頭行進的方向。切片與方向這兩道手續通常可以利用機器所附的軟體完成。

5. 開始列印

完成上述準備工作之後，就可以列印了。3D 印刷機跟紙張印表機一樣，會提供軟體調整參數，例如著名的 Maker Ware。

印刷也可能出錯。就像紙張印表機一樣，3D 印刷機的噴頭有可能會塞住，或是噴頭過熱。最好自備一些清潔工具或者使用軟體的校準（calibrate）功能，自行排除故障。

3D ****印刷的未來發展

上述是 3D 印刷的基本過程。如果放大、替換材料、或是提高精準度，就會衍生出各式各樣的應用。包括：

大型建築

近期的工程研究已經嘗試在 20 小時內用 3D 印刷出一整棟房子。未來可能房子的造價將大大降低，裝潢費用也大大下降（只要建商與土地開發商不要從中作梗 . . . .）

皮革

或許未來不僅皮製品將不再高貴，也可以整改變製皮業的生態，讓那些被拿來製成皮革的小動物們也歡呼鼓掌。

個人防衛

3D 印刷的槍已經不是新聞。在 Cody Wilson 列印出 AR15 的同時，美國與加拿大的法律都已經出台，對抗所謂的 3D 列印非法武器。但未來隨著列印材質的多元化，可能會有一些合法的有限傷害性的武器出現。再加上成本低廉，一般社區巡守隊也可能配備這種武器來維持社區安全。

人體器官組織

3D 列印器官移植已經有了一些初步的成果。在本文一開始也提到類似人骨的印刷材質。未來繼續進展，對需要器官移植的病患可說是一大福音，

3D 淘金熱

3D 印刷可能是下一波淘金熱（gold rush）。筆者也確實感受到這波熱潮的崛起，在我任職的學校便陸續開了相關的新課程。筆者期待這波熱潮激起許多商業的創新（如上述的服裝產業），或者改善個人生活（自己印一個削果皮刀取代不順手的大賣場產品）。這一股比拚創意的熱潮只是開始。

編按：有物長期作者 Chi-Feng 在紐約教授動畫、3D 電腦設計，並定時在有物分享心得。

出自:有物報告