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工業應用

除了在第六章節所提及過有關三維打印技術的用途外,其實在現今社會中,幾乎所有想得出的範疇也尋覓到三維打印的足跡,「它」已經不經意地向我們生活逐步迫近,「它」亦是將會成為原全徹底改變我們生活每一部分的新成員!接下來,三維時代將會為大家披露三維打印技術在不同範疇的足跡,從多方位以及全方面來了解三維打印技術的應用現狀。

工業發展

工業發展邁進了嶄新的時代,三維打印技術促使工業生產模式天翻地覆,從此改變製造業,讓製造業重新煥發生機!眾所皆知,中國是如今舉足輕重的製造業大國,是國際公司的世界工廠。正因為中國充斥著廉價勞工,優越的政策支持和結實的監管手段,正巧這些出眾的條件底下促使世界上數不清的公司都要把他們大部份的生產線遷往了這個世界工廠。然而,三維打印技術的足跡已遍佈世界各地,世界工廠的事實可能將變成歷史,古老的生產方式將要被一項更高效、精準、低價的生產技術取締。

眾多汽車生產商都為它們的工程師配備三維印表機,此舉意在鼓勵創新設計,亦意味著三維打印機走向各家各戶的前奏。三維打印機在汽車生產商主要被運用在車輛的外型設計以及電腦電子技術部門。在未來,我們將看到更多技術的進步,直接擴大三維打印技術在工業界的影響力。

三維打印技術創造了全新的造物方程式,運用三維打印機每個人都能在任何時候生產出自己的必須品。這肯定是大幅調低了工業製造的門檻,只要有決心和創意,您和我都可以是設計師,都可以將自己的家變成具備有時尚氣派的生產工廠。

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三維打印的車輪
Photo credit Wiley Brooks-Joiner via Visual Hunt CC BY-NC-ND

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三維打印的車輪螺帽(橙色)
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想要規模化生產自己設計的產品並不是每個人都可以負擔得起,動不動要花幾十萬去「博一博」市場的接受能力實在有點而冒險,這些產品最終還是要被迫放棄,連設計成本都輸掉了。有很多人甚至連開始也「慳番」,繼續打工無風無險就算了,大不了就是轉工,東家唔打打西家!

但自從三維打印機的崛起,設計物品從未如此輕易地生產出來,大大降低了成本,使每個人都有能力去追夢,把小工廠帶回自己的房間,按需求而生產,使工作模式更靈活,把創意變成活生生的生財工具。隨著三維打印機的技術提升,沒有個性化的大眾產品將缺乏競爭力,訂製產品將成為市場上的新寵。

玩具設計

玩具帶給大家的童件開心快樂,亦同時帶給大家回憶,每一件玩具都印證著它獨特的意思,伴隨我們成長的道路。玩具同時間給予我們和「同學仔」聚集的藉口,手舞足蹈地暢談到底是「黑摩」快還是「紅摩」勁(四驅車呀),到底是星矢叻還是紫龍型。這個上一代的集體回憶就這麼過去了,我們當年要買玩具通常首先會哀求爹娘,再帶它們到五光十色的百貨公司揀選然後「比錢」。

時代轉變了,現今21世紀已經可以直接把玩具在家中輕鬆打印出來。三維打印從根本上改變了玩具設計師在創造特色玩具時所必備的油泥和石膏,完全解放了玩具設計師的雙手,從而完全依靠電腦設計程式去進行設計修改。玩具設計師可以設置網上平台來發佈玩具的CAD檔案,同時在網站開通即時通訊插件來讓客戶即時提出修改意見,或是像一些大型線上遊戲,在網站平台上自己設計角色人物的高度,樣貌,身材,髮色等等,直接用家中的三維打印機把這個設計品打印出來,或根據個人需求向玩具/打印公司傳送列印請求,直接在家中等待這件充滿個性化玩具的到來,一起創造新的集體記憶,讓三維打印技術逐漸和我們密連在一起。

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三維打印的LEGO跑車玩具
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三維打印的超人玩具
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醫學應用

三維打印技術對各方面都有著風起雲湧的影響,給予了大家無窮無盡的遐想,在未來,三維打印帶給我們的不再只是席捲全球的工業革命,而是來協助抗震救災,打印醫療用品的好幫手。三維打印醫療用品將會改變我們生產義肢,藥物等等的傳統方式,醫學應用三維打印技術肯定是以後造福人類的偉大發明,為醫學研究開啟了新局面。

三維打印技術在醫學的應用主要體現在設計虛擬器官、助聽器、義肢、義齒、打印人類器官及藥品等等。傳統的器官模型和藥物製作方式需要傾注大量的精力和原材料,而現階段的三維打印技術只需要一段短時間就可以完成不同醫療用品的製作,並且最大程度的降低了資金成本,相信伴隨著三維打印在醫學中的廣泛應用,我們有理由期待在不遠的未來它還能夠幫助發展中國家來對醫療保健制度進行改革,並且走進大眾讓人們最大程度的享受三維打印技術帶給我們的文明生活。

現在打印藥物還處於研發實驗狀態,原來的科學家在研發一種新型藥物時,通常會花費大量的人力與物力在實驗室中做很多不同的化學測試,而當前這種快捷現代化、操作簡便的三維打印技術很有可能會取代原來研究藥物的方式,從而提供各地製藥企業另一種的發展前景。

世界各地有很多地方每年都會遭受到不同的天災橫過,醫療補給品的供應往往十分緊張,甚至根本不足以供給傷者的使用,造成不必要的傷亡。三維打印技術的出現可以擺脫這些困境,即時按需要打印出不同的醫療補給品,達至減少最大傷亡為目標。配合三維掃瞄技術還可以快速製作合適的義肢幫助因災害而失去肢體的傷者。破爛的房屋可以進行結構性打印修補或可直接在災區打印出一間臨時庇護中心給災難者入住同時進行緊急的救援工作。就連食物也能被打印來解決糧食缺乏的問題。

看來,擁有三維打印機就能創造世上任何東西?當然,它不是萬能,但在這技術不斷提升的大前提底下,沒有三維打印機將會萬萬不能。三維打印的前途勢必是光芒四射,但邁向成功的道路必定也是一波三折的,三維打印技術還是會遇上種種難題,但相信在不遠的未來,三維打印機將會普及並孕育出一個前所未見的消費市場。

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三維打印的義肢手臂
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三維打印的牙齒
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三維打印的新型藥物
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三維打印的結他
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三維打印的結他
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個性樂器

三維打印技術不僅在上述領域中佔有舉足輕重的地位,同時它也為我們的藝術文化生活帶來了全新的體驗,很多對音樂懷有夢想的人都幻想著能夠擁有一組私人訂製的樂器,而三維打印技術則是很好滿足人們的這種個性化需要。

眾所周知如果想要一把專屬的結他,最快大概也需要幾個月的製作時間。但是如果使用三維打印機的效果就截然不同了,一把電子結他連組裝只需要在二十四小時之內就可以完成,想要一支擁有自己原全專屬個性的電子結他現在就唾手可得了。首先是用電腦將電子結他裡的空間立體模型製作出來,然後再通過三維打印機將模型檔案打印了出來組裝就可以了。

不單是電子結他,就連ukulele現在都可以從三維打印機破繭而出。被打印出來的ukulele不需要組裝,是一支一體型的ukulele並且可以正常演奏。

而透過這一事例,我們最有體會的是,三維打印機不僅能打印無聲的東西,還可以打印發聲的樂器。到底三維打印技術可以為樂器帶來多少的改變呢?藉由三維打印機的普及,其價格走向大眾化,深信會有更多人能夠享受其帶來的好處。

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三維打印的房子
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三維打印的Sydney Opera House模型
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三維打印機和房屋建築的概念圖

三維打印機和房屋建築的概念圖
(Royalty Free Image Lic. owned by 三維時代)

建築與城市規劃

三維打印技術的作用不僅體現在樂器方面,在建築和城市規劃方面也有著舉足輕重的意義。對於建築師和城市規劃師來說,三維打印技術將會完全改變他們的工作模式,他們再也不需要花費過多的心神與時間來使用不同塑膠材料來構建城市建築的模型,他們現在可以通過電腦製圖再藉助三維打印機的功能輕易地將模型打印出來。這樣極大地提高了建築師和城市規劃師的工作水準和效率。另外就建築師本身而言,三維打印機不僅僅只是一台可以製作城市藍圖模型的工具,它更是可以幫助建築師打造出真正房子。在上面醫學應用我們講述過,憑藉三維打印機的力量,現在真的可以在遭受天災的地區打印臨時庇護中心,令受災害的傷者都能夠感受到雪中送炭的溫暖。

三維打印的定義裡,我們認識到各種不同的成形技術,例如SLA,SLS,FDM等等,大家猜猜打印建築物時需要什麼成形技術來支持呢?答案非常簡單,一般打印大型建築物時都都會採用FDM成形技術,因為只需要建築材料一層一層的叠加及冷卻就可以了。

其實具有發展頭腦的建築師們,早已經由建築模型開始轉型去打印真正的建築物去了。當大家深入了解有關三維打印技術之後,其實要打印大型建築物這個想法並非天馬行空,是完全有科學依據的。 經過特別設計的機械電路圖、製造裝配、佈線、測試、改良等等,三維打印機就可以用不同材質來打印建築物。

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運用三維打印機去建築的優點就是節省材料的同時又節省了時間,並且又十分環保。例如在製作建築的過程中,花費的時間和成本要比原來傳統的低很多。在網絡搜索引擎中,我們不難搜索出現今三維打印一間住宅房屋只需要不到24小時的時間,而且成本只是約1萬元美金,三維打印機簡直就是建造房子的利器。

然而,使用FDM式三維打印機的缺點也是很令人頭疼的,就是你要建造多大的物件,打印機的尺寸就要有多大。當然,藉由三維打印技術的進步,這一缺點相信亦不難解決,例如使用機械臂來擺脫傳統FDM箱式結構的限制等等。三維打印技術日新月異,想必在不久的將來定必能打印出完美的建築物。

機械人製作

相信平時喜歡看美國大片的朋友們對於機械人都不陌生,並且期望著機器人時代的來臨,這樣一來機械人可以為人類「斟茶遞水」,代替人類去「做牛做馬」。使用三維打印技術去製作機械人不但可以製造複雜的結構部件,還可以省略製模階段,從而縮短設計過程,減低預算。就算部件過時或不適合安裝,三維打印機都可以即時打印全新的部件,免卻等待的痛苦。

其實機械人早就投入我們的家庭了,家庭機械人比如清潔機械人、自動吸塵器以及伴侶機械人也都逐漸普及起來。開放原始碼硬件的幫助促進了科學家對於機械人的深入研究,三維打印技術在未來的日子裡很有可能會直接打印電路板,在此基礎上大量生產機械人,到時每一個家庭都可能會多一個人形機械人幫忙分擔家頭細務。

現實生活中同樣有三維打印機械人的身影,我沒有同你開玩笑,它當然不是在百貨商店售賣的那種玩具,而是通過無線藍牙遙控器來控制其變身過程和變身後狀態的人形機械人。說得再簡單一些就是車型與人型可以通過其遙控器來操控,而且不論車型或人型,你都可以控制它的前進後退、左右拐彎。

雖然這類三維打印機械人看似很高級,但是它也有一個缺點就是動作太過僵硬,一點也不具備人類動作的協調性與流暢性。雖然在我們認知中,機械人想要100%模仿人類還言之過早,但在科技日新月異之下,不知道能否與形態記憶合金屬的配合底下,應用三維打印技術打印出一款活動得更柔軟,更「人類化」和動作更流暢的人形機械人呢?

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三維打印的小型機械人
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三維打印可編程的機械人
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三維打印的餅乾
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食物三維打印機 – FOODINI
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由FOODINI三維打印的PIZZA
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食品生產

傳統二維打印機能夠在紙上列印黑白彩色文字和圖像,近幾年掘起的三維打印技術還可以利用塑膠和金屬來製造不同裝飾,擺設等等。而現在就連食物也能直接從三維打印機裡「烹調」出來,真是難以置信!

在食品行業領域中,三維打印技術主要從2個範疇發揮了突出的作用:

1—食品和飲料的包裝原型。

2—食品的原型製作。

在這裡,我們主要講解食品的原型製作。三維打印更有趣的領域之一就是打印食品。 想一「噤」掣就有美味的食物?現在距離這個日子已經不遠矣。每位廚師必須在「如何同時吸引眼睛和嘴巴」之間取得平衡。 在一般的情況下,要做出能夠讓食客覺得美味的食物不難,但假若要同時令食物的賣相外型也能令客人捧場的話,那就棘手了,而三維打印機卻可以彌補這個困難。一些食物外型設計及結構難以用廚師的手工來實現,但是使用三維打印技術就能夠創造出五花八門的食物款式,令人目不暇給。 雖然三維打印食物仍然不如廚師親自下廚的美味,但其打印出來的食物外型卻是非常「煞食」的。

另外,在對於糧食需求日益增加的情況底下,人類對待家禽家畜的方式也是非常觸目驚心的。越來越多受過教育的社會正在要求將家禽家畜轉化為食物的過程更加透明化。現在不少打印食品公司正在通過三維打印技術來打印人造蛋白質,積極地創造人造肉和擁有製作不同動物材料的願景。

三維打印技術將是人類未來與食物交互的基礎,很多外國超市已經在測試三維打印定制的蛋糕,很多餐館還提供打印甜品等等。有些專家甚至聲稱在短短兩年內每家每戶都會有一台三維食物打印機,然而,這還需要進行大量研究來將其變為事實。 到底哪些行業將受到這技術的影響? 哪類食品可以在不久的將來打印? 應考慮哪些方面來確保三維打印食品的安全性和維護性?這些都是我們需要深入思考的。

槍支武器

世界各地的立法者都注意到三維打印槍支的出現,他們設法禁止使用三維打印槍支,但同時亦引起了一連串傷腦筋的問題。是否擁有槍支三維打印檔案就要和實際擁有槍的人的罪名相同? 媒體是否煽動了三維打印槍支的興起? 三維打印武器的最佳方式是什麼? 最重要的是,你應該怕三維打印槍嗎?

對一般市民來說,傳統上想要製造槍支是一件談何容易的事,但三維打印技術卻扭轉了武器裝備的生產設計方式。美國和世界其他國家都有嚴格管轄槍支法律。簡單來說,想合法配有槍支的人必須註冊登記。但是,隨著三維打印槍支的興起,任何人在家裡都可以生產出可怕的武器,從而犯下非法的罪行。在未來,三維打印彷彿是一項神通廣大的技術,理論上只要突破了技術及材料的限制,生產廠房恐怕要在世上絕跡了。

雖然當前的家用桌面三維打印技術還未能生產出高質量的槍支,但是隨著技術的進步,什麼事情都可能會變。例如,隨著金屬三維打印變得更加普及和經濟,創造高檔武器的潛力可能會隨即增加,這樣的未來真不敢想像!幸好到現在還沒有三維打印槍支的暴力罪行發生。 但是在不久的將來,接觸及研究金屬三維打印的人也會不斷增加,那就可能會出現更為實際的威脅了。或許我們不該害怕三維打印槍支,任何人都可以在沒有監管之下生產武器才是最值得令人害怕的地方。

Photo credit Electric-Eye via Visual hunt CC BY-ND

三維打印的小型槍支
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三維打印的左輪手槍

三維打印的左輪手槍
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三維打印的首飾
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三維打印的咖啡杯
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三維打印的野餐桌
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個性禮品

在這個不斷追求個性化的大生產時代,三維打印技術能夠幫助我們實現頭腦中的想法並註入個性化理念,全人類都能夠根據自我認知和需要來對傳統的商品進行個性化訂製與修改。伴隨著人們的需要,個性化三維攝影館、個性化禮品打印等也如同雨後春筍般層出不窮。

到底還有什麼事情能夠難到三維打印技術呢?除了打印首飾及咖啡杯之外,現在,這項技術還可以透過磁共振對媽媽肚裡的小寶寶進行掃描後再以三維打印機把虛擬寶寶打印出來,真的是太神奇了。甚至還有很多意想不到的東西譬喻花瓶,智能手機配件,小雕象,門鎖,工具如錘子等等數以千計萬計的物品將其打印出來。

自從開發了三維打印機器的精美「桌面」版本後,家用三維打印機的價格已經顯著地降低了不少,使得這科技對於一般消費者而言來得更經濟實惠。它有能力改變傳統的消費模式,前所未有般去製造只屬於自己個性的產品。時裝和室內設計師正在運用三維打印技術創造卓越的產品,三維打印時尚的高跟鞋和珠寶已成為最新趨勢。室內設計師正在試圖運用三維打印技術去打造比傳統更具藝術氣質的家具譬喻沙發,椅子,餐桌,檯燈等等。這些三維打印的家具不但沒有堅固性方面的擔憂,而且還更輕更耐用。

三維打印機也證明了它們對周邊產品設計的實用性,用戶可以根據自己的需要設計一個特定的產品,繼而把它實現在眼前。電腦世界創造了一些壯觀的虛擬物體,但是他們一直被困在電腦屏幕裡,從未被使用過。隨著三維打印技術的出現,藝術家和設計師現在可以把他們的創作從虛擬世界中搬出來,把它們變成真實呈現在眼前。運用三維打印技術不但可以有效地降低成本和時間,創造出獨特的雕塑和雕像,設計師現在還可以任意打印出試驗版本來衡量作品的外觀和感覺是否「岩Feel」。

總結

無論三維打技術應用在什麼領域下,它都可以直接提高生產的周轉時間,並將概念從「法寶袋」中放入用戶手上。隨著「法寶袋」的技術改進,它的功能將變得浩如煙海,除了以上介紹的範疇以外,航空、考古、科學研究等等,亦是它的拿手好戲。它將被派出和負責更多的任務,類似過去二十年個人桌面型電腦的發展一樣普及家中。試想像一下,如果第三世界國家可以第一時間按照需求來打印重要的醫療設備,死傷者的數目就有幸減少,這就是桌面式三維打印機帶入戰區或災區的威力。如果醫院能夠直接打印人類器官,病人就不需等待捐贈者,而隨著技術的推進,三維打印機將能發揮無限的潛能。

三維打印技術還為典型的消費者無限提供「度身訂做」的機會,我們再也不用擔心選擇最合適鞋子的尺寸,相反,我們可以利用三維掃描器的幫助,設計出完美匹配的鞋子。請繼續收睇下一章節 — 三維掃描啦!

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來源:三維時代

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