什麼是3D列印（3D printing）呢？簡單來說，3D列印就是「由電腦設計、列印機做出立體物品」的製造方式。「將物體列印出來」的重大意義，可說是2D列印跨越第三維度（3D）的創舉，使得生產與設計的界線變得模糊。
平面列印技術的突破，最早源自工程師查克·赫爾（Chuck Hull）於1983年發現的[光固化成形術（SLA）][1]，這項「液體樹脂被紫外線照到就凝固」的技術，使得科幻文本的情節走入現實。
但是，多數辦公室或超商裡的印表機，還處於平面印刷的形式，生活中接觸3D列印的人不多，大眾普遍覺得3D列印是傳統製造系統的附屬物，腦海中只有列印小型塑膠玩具、數量少、速度慢的印象。
其實，隨著科技進步，3D列印已從配角變成要角，4大關鍵特點破除了人們對現況的迷思，當代的3D列印正如火如荼的在各處展開革命。
3D列印就是積層製造嗎？4大特點看出與傳統製造的差異
2009年，美國材料試驗協會（ASTM）將「3D列印」通稱的產製概念，正名為「積層製造」（Additive Manufacturing, AM），並成立委員會（[Committee F42][2]）訂定相關標準。
積層製造在2013年被炒作火紅，當時歐巴馬[在國情咨文][3]稱它為真正具有革命性潛力的變革技術，希望藉該技術重振美國製造業，《經濟學人》更將此視為第3次工業革命[不可或缺的一部分][4]，將改變製造業的未來。
幾經起伏，積層製造在2016年一度被視為[過度激情的科技泡沫][5]。時至今日，該技術不再只局限於製造塑膠小形品項，也不只適合於客製化少量零件。
像是美國軍方用積層製造技術打造[F－35與F－22戰鬥機][6]，並訓練海軍陸戰隊[使用3D列印機製造裝備][7]，用以迅速解決戰場上面臨的設備故障。屢次獲得融資的[新創公司Carbon][8]，以20分鐘列印一雙Adidas球鞋的速度，顛覆產量限制；New Balance也用積層製造平台[開發、改造經典鞋款][9]……。
那麼，積層製造跟傳統製造的差別細節在哪呢？帶你一次了解箇中差異。
1. 多樣化的材料選擇
不僅是「塑膠小東西」，越來越多的材料種類能被用在積層製造。
適用於重工業、電子產業與高強度消費品的材料，如金屬（像是採礦的[分離與鑽頭設備][10]）與合金（最新的技術，是用人工智慧尋找多種金屬列印組合的[超級合金配方][11]）。
許多其他材料，玻璃（像是打造[鐘錶的夾板橋][12]）、[陶瓷][13]、木材（現在甚至可以列印具有[天然木材結構與質量][14]的固體）與石材（如修復歷經大火的巴黎[聖母院石像鬼][15]）等。
以極端環境下使用的高端產品而言，[碳纖維或克維拉纖維][16]（Kevlar，防彈背心的必備元素，強度為鋼鐵的5倍）、[奈米複合式強化素材（][17]如奈米碳管CNT）已被廣泛運用，最新的研究更聚焦於，將碳纖維應用於[形狀記憶聚合物（SMP）][18]（遇熱變形或塑形）的複合材料。
甚至是食物（有人利用列印機，將可食用卻無法販賣的[食物再製為美食][19]）或者生物的[組織與骨頭][20]（像是打造專屬太空人長途[太空旅行的皮膚與骨頭][21]，以因應太空中容易受傷且不易癒合的人體），廣泛地都在積層製造的材料應用範圍內。
長期關注積層製造技術的理察·達凡尼（Richard A. D'Aveni）教授，他在新作[《泛工業革命》][22]中提及，最新的積層製造科技可以同步使用兩種或更多的材料列印。
書中舉例，奇異（GE）與Textron航空公司共同生產的商務飛機Cessna Denali，用3D列印打造該機配備的新型渦輪螺旋槳引擎。這個新設計的引擎，比類似的引擎消耗的燃料節省20％，並多了10％的動力。
Cessna Denali原本引擎的845個獨立零件，全都需要分開製造、組裝，但新設計在3D列印的助力下，整體簡化到11個鋼材與鈦金屬構件，使用不同材料列印的可行性，同樣提升了製造效率，令人驚嘆。
除此之外，自2017年來，奇異的新型波音777X客機一直在開發中，在機艙容量與機體上採用了許多新的改進設計，預計在2020前完成首航並提供商用服務。而驅動「世上最省油的噴射客機」波音777X、耗資逾20億美元研發的GE9X引擎，當中的重要構造燃料噴嘴（fuel nozzle）正是用積層製造做出的。
其他小型的零件，諸如溫度感測器、燃料混合器等，或是飛機較大型的部位，諸如分離器（separator）與換熱器，甚至是GE9X引擎的長腳（Foot-long）低壓渦輪扇葉，也都是用積層製造做出的。 [面對記者採訪][23]，奇異航空GE9X專案的總經理Ted Ingling表示，「坦白說，我們發現積層製造非常的強大」。
2. 設計製造快速結合
積層製造的藍圖以數位檔案為主，數位化讓製造過程更加靈活，不用經過傳統製造昂貴的開模程序（壓模、鑄模），電腦檔案可供應設計端與產製端，在線上平台協作，使人們能夠更加輕易地快速設計與產出。
在傳統製造程序，零件設計、製造與組裝分開，但這些複雜的程序現在變得沒有必要，在產品體積合適的前提下，積層製造使得設計與生產一次到位（[房子等相對巨大的物體][24]可能需要逐步列印）。
另一方面，在[突破大規模生產的技術門檻][25]後，發展成熟的積層製造，有著「簡化生產步驟」的特性，縮減了工廠配置，淘汰需要密集勞力的生產過程，組裝時的人為失誤也將大幅減少，或完全除去。
進一步來說，應用積層製造，同樣的機器設備，可以搭配不同的數位設計圖與原料、設定不同模式，再產出更多種類的產品。
大量使用同種機器後，設備買入的價格、安裝與維修成本降低，不只優化了單一類別、關聯性高的產品製造過程，也使得產品線涵蓋多種類的供應商，能夠整合生產資源、有效營運，帶來更好的利潤（詳見[《數位時代》281期][26]）。
3. 可以做更精細產品
不單是突破時空限制，數位化設計、積層製造，讓企業可以透過「更為複雜」結構來研製產品，特別是製造鏤空或形狀複雜的產品。
以往傳統模具「因為太過精細」而無法做出的物品曲線、構造，現在藉由資通技術（ICT）與數位化設計，待印物件的複雜度藉由電腦程式明顯可控。
該技術逐層累積的方式也是一大特點，依照數位藍圖按部就班製造，必要時還可用「分子」為單位列印（像是[打造生物幹細胞][27]），不僅難以失誤，還讓細節更為精緻、到位。
由此看來，積層製造站上傳統製造方式難以達到的工藝境界，但就目前技術而言，積層製造複雜的品項仍會多花一些時間，或耗費額外的材料，只是投入的成本明顯低於傳統製造所負擔的。
4. 減少原料浪費
以模具射出、接合組裝、使用機械切削加工等形式的傳統製造技術，這些傳統的製造方式對材料的使用率不到兩成，相當浪費原料，故又稱為「減法製造」。
目前世界上的產品，幾乎都是透過減法製造所生產。儘管減法製造產出的一些廢料也能回收，相對積層製造機器的「列印頭」，後者能更加精準的快速成型。
傳統的製造商取得原料時，需要分門別類的產製或購買零件、產品。積層製造工廠只需配備列印機器，從同種粉末（例如[標準化的金屬粉末][28]）或液體印製多樣化的零件、裝置產品，而企業大量購買一樣的原料，更能取得批發優惠，壓低價格，達到相對低廉的成本。
綜合前述積層製造的特點，應用積層製造的工廠，可以透過自由度極高的生產模式，或快速的更改產品設計，實現產品的創新、因應市場需求戰略更動。
另外，由於積層製造設備比傳統廠房的配置來的精簡，使得企業可以靈活的調整地理範圍，改變位置到靠近材料，或靠近客戶之處。
印刷術的發明無疑是文明進程的重要里程碑，數位化浪潮亦是，兩者皆在人類歷史掀起巨大變革，而繼承世人對科技奇點驚嘆的技術，正是積層製造。
在未來，職缺增加的速度，難以追上勞動人口增加的速度，因為企業將積層製造與人工智慧、雲端運算等資訊科技結合應用，製造業將與亨利·福特式的裝配生產線概念「說再見」，許多傳統的製造流水線工作或許將集體消失。
責任編輯：蕭閔云
[1]: https://patentimages.storage.googleapis.com/5c/a0/27/e49642dab99cf6/US4575330.pdf
[2]: https://www.astm.org/COMMITTEE/F42.htm
[3]: https://www.youtube.com/watch?v=Yw1jAdMgsW8
[4]: https://www.economist.com/special-report/2012/04/21/a-third-industrial-revolution
[5]: https://www.cw.com.tw/article/article.action?id=5077660
[6]: https://3dprintingindustry.com/news/premium-aerotec-partners-with-lockheed-martin-to-integrate-additive-manufacturing-into-f-35-aircraft-157977/
[7]: https://3dprintingindustry.com/news/mcsc-trains-us-marines-to-use-3d-printing-157813/
[8]: https://www.bnext.com.tw/article/53794/3d-printing-platform-carbon-raise-260-miilion-dollars
[9]: https://3dprintingindustry.com/news/new-balance-and-formlabs-revamp-classic-shoes-with-new-3d-printing-platform-157928/
[10]: https://3dprintingindustry.com/news/uts-reaches-one-year-milestone-in-alliance-to-revolutionize-mining-with-3d-printing-158696/
[11]: https://3dprintingindustry.com/news/fraunhofer-futuream-project-applies-ai-to-find-the-right-recipe-for-superalloys-157606/
[12]: https://www.laserfocusworld.com/home/article/14035340/swiss-timepieces-reach-new-heights-with-3d-glass-microfabrication
[13]: https://consumerreportsreview.com/3d-printing-ceramics-market-revenue-details-restraintscompetitive-benchmarking-and-forecast-2018-2026/
[14]: https://newatlas.com/wood-nanocellulose-3d-printing/60347/
[15]: https://www.dezeen.com/2019/04/24/3d-printing-notre-dame-cathedral-concr3de/
[16]: http://www.ladbible.com/technology/technology-father-and-son-are-building-lamborghini-aventador-from-3d-printers-20190710
[17]: https://www.compositesworld.com/blog/post/nanomaterials-products-supply-chain-mature-for-next-gen-composites
[18]: https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.5112513
[19]: https://www.3dprintingmedia.network/upprinting-food-food-waste-edible-3d-printed-snacks/
[20]: https://www.bnext.com.tw/article/54111/part-of-tomorrow-medicine-booksummary-thomas-schulz
[21]: https://www.techspot.com/news/80881-3d-printed-skin-bones-could-help-heal-mars.html
[22]: https://www.books.com.tw/products/0010825466?utm_source=bnextbook&utm_medium=ap-books&utm_content=recommend&utm_campaign=ap-201907
[23]: https://3dprintingindustry.com/news/ge-prepares-boeing-777x-for-takeoff-with-3d-printed-fan-blades-146566/
[24]: https://www.archdaily.com/919667/could-3d-printing-be-the-future-of-social-housing
[25]: https://www.bnext.com.tw/article/53998/3d-print-the-pan-industrial-revolution
[26]: https://www.bnext.com.tw/magazine/127337
[27]: https://www.bnext.com.tw/article/52992/3d-printed-heart
[28]: https://all3dp.com/2/how-much-does-a-metal-3d-printer-cost/
