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機械／製造業資訊化
【詳解】人氣沸騰的「3D印表機」，真實與虛幻
2013/03/21 00:00
日本的電視等各種媒體在報導「3D印表機」時，
都強調「個人也能製造」的時代已經到來。
在長期從事3D設計業務的筆者看來，3D印表機突然「受歡迎」有些蹊蹺。
因為3D印表機這一設備已有非常悠久的歷史，為何最近突然成了熱門話題呢？
2012年10月出版的《創客》（Makers，作者：克里斯·安德森、NHK出版）一書
對3D印表機的普及起了積極的推動作用。
這本書指出，美國的產品製造方式已經改變，其象徵之一就是「3D印表機」，
用這一實例淺顯易懂地解釋了「個人可以製造產品」這一主題。
只要輸入3D數據，就能製造出前所未有的原創的立體模型。
下面簡單介紹一下3D印表機的原理。
首先用電腦軟體將立體物體的3D數據切成薄片，薄片數據基本是平面。
然後用融化的樹脂代替墨水將薄片列印在臺子上。
印完一張以後，用融化的樹脂在上面再印刷下一張。
因為處於融化狀態，因此前兩張會黏在一起，變成2倍的厚度。
3D印表機就是這樣重複操作。還可以用金屬粉和雷射等方式代替融化樹脂。
圖片提供：TSDESIGN
在媒體報導產品製造個人化的同時，低價3D印表機問世，也促進了3D印表機的熱潮。
以前3D印表機是價格高達幾千萬日元以上的特殊設備，只有部分大廠商在使用。
而如今的3D印表機即使個人也可以購買使用。
當然，製作出的物品的尺寸和尺寸精度等不能跟昂貴的專業機型相比。
但低價3D印表機製造前所未有的新產品的情況在被youtube和電視報導後，
突然受到了高度關注。
最初的「個人用3D印表機」是面向非常精通技術的專業人士的，
並不是作為組合套件銷售買回來就能使用的。
但最近推出的產品只需稍微調整一下便可使用了。
軟體價格驟降，推動了3D印表機的普及
處理3D數據的軟體越來越便宜也促進了3D印表機的普及。
要想使用3D印表機製造立體物品，必須要有能在電腦上處理的3D數據。
作為處理 3D數據的工具，3D CG（電腦圖形）用軟體在一定程度上已經普及。
這種CG軟體擅長製作卡通人物等有機的柔軟形狀，但對於精確確定尺寸後製造的工業產品並不擅長。而適合製造工業產品的是「CAD」（電腦輔助設計）軟體，3D CAD是面向專業人士的，非常昂貴，因此事實上個人無法使用。
但情況突然有了轉變。
因為低價3D CAD在2012年初問世。
其中一款產品是CAD代表廠商美國歐特克（Autodesk）的「Autodesk123D Design」。
該軟體直接超越低價免費提供。
當然，與專業人士使用的付費版相比（比較本身就是錯誤的），只有極其有限的基本功能。但具有用電腦製作3D 物體（建模）所需要的最基本功能，因此能夠處理小物品的3D數據。雖然需要相關知識並且要經歷和反覆嘗試及失敗，但能用3D印表機製造出可實際使用的樹脂材料的產品。
在個人能買得起的3D印表機和低價3D CAD問世的絕妙時機，克里斯·安德森的《創客》（Makers）又加以「宣傳」，3D印表機熱潮應運而生。
媒體稱3D印表機在個人用戶中也在迅速普及，但筆者個人認為這有點言過其實。
在筆者周圍也有買了個人用3D印表機的強人。
但是，他們並不是突然想要自己製造產品，而是以前就在用（昂貴的）3D印表機和3D CAD，如果有了個人用3D印表機則可以在自己辦公室的桌子上輕鬆製造各種顏色的物品，因此才買的。
雖然很麻煩，但使用3D印表機必須有3D數據，因此必須進行3D建模。
如果忘記這一點，雖說3D印表機便宜了，但最終只能束之高閣。
3D印表機是什麼東西？
筆者要再講一下3D印表機到底為何物。雖叫「印表機」，但外觀跟印表機完全不同。
其實就是用電腦控制製造樹脂材料的立體物品的「工具機」。從這個意義上說，屬於用刀片切削材料製造部件的切削加工機和將樹脂注入模具形成部件的射出成型機。
3D印表機一邊融化樹脂一邊堆積製造物品這一點也跟一般的印表機不同。
基本上，3D印表機可以製作出「任何」物理形狀。
另外，3D印表機跟切削加工機不同，不需要操作技能和操作時間。雖有幾種方式，不過製造切薄立體物品的形狀的樹脂，並堆積製造整個物品這一點跟切削加工機基本相同。雖然很薄，但很多片堆積起來，就成了立體形狀。
CT掃描是將立體的人體切成很多截面做成影像，或許可以說，3D印表機的流程正好與其相反。
圖片提供：Hotproceed （點擊放大）
用3D印表機製造物品時，首先是把要製造的物體的3D數據轉換成「STL」檔案格式。
之後是在電腦上安裝3D印表機附帶的軟體，與3D印表機連接。
然後安裝線狀樹脂材料、調整機器，將STL格式的數據載入到附帶的軟體裏。
這樣就可以開始列印了，只需等待就可製造出真正的物品。
既小又薄的物品只需幾十分鐘至1小時左右。
大的物品需要幾個小時，但如果晚上睡前設定好，到第二天早上就做好了，實際等待時間為零。
從這個意義上，或許可以說確實是個人也「能夠製造產品的夢幻機器」。
個人用3D印表機使用的材料主要是ABS和PLA樹脂。
讀者可能多聽說過ABS樹脂。PLA是名為聚乳酸的樹脂，是以玉米為原材料做成的環保塑膠。
一邊加熱融化細樹脂線一邊從列印頭輸出。
列印頭根據電腦的信號左右移動繪出一張圖。
繪完圖後，就完成一張薄片。一片完成後，工作台下降一點，列印頭再用融化的樹脂繪下一張圖。因為是用融化的樹脂繪圖，因此會與前一張完成的樹脂薄片黏在一起。這樣反覆累積幾百層，就形成了一個立體物品。
個人用3D印表機的代表機型
估計很少有人見過個人用3D印表機的實物。
筆者下面就介紹幾款主要機型。畢竟百聞不如一見！
Blade-1（Hotproceed）
商用和個人用3D印表機大部分都是外國生產的，Blade-1是唯一一款日本產的個人用3D印表機。
採用的是一邊融化卷在上部捲軸上的 ABS樹脂線、一邊堆積的方式，具有日本產品特有的出色靜音性和耐用性，日本制產品也令人放心。
生產商是福岡的Hotproceed。
現在（2013年3 月）訂購要等大約3個月能到手。價格是13萬日元（不含稅，約8460元人民幣），個人也買得起。可製造的立體物品的最大尺寸是 100×100×100mm，適合用來製造小物品。
Blade-1 圖片提供：Hotproceed
Replicator2（Makerbot）
這款恐怕是全球知名度最高的3D印表機。方式跟前面的Blade-1一樣，不過可使用的材料只有PLA，Replicator2X機型還可使用ABS。可製造物品的尺寸為285×153×155mm，因此還能夠「印刷」大一點的物品。
Replicator2的價格折合成日元約為20萬日元（不含稅，約1.3萬元人民幣）。
比Blade-1貴，不過個人努力一下也買得起。
但是，大多個人用3D印表機使用的材料是商用機型並不採用的PLA樹脂。
這是因為PLA的熔點比ABS低，更適合個人用3D印表機。
個人用 3D印表機的機身是直接露出來的，像Replicator2等機型最多有個框架。
這是因為如果將周圍圍起來會違反專利。
因為沒有圍起來，因此溫度總會下降。因此，能在低溫下融化的材料更好用。
3D Touch
3D Touch是商用3D印表機專業製造商3D Systems銷售的產品。
原來是由英國Bits From Bytes開發銷售的，後來該公司被3D Systems收購了。
這也是個人用3D印表機中比較受歡迎的機型。
另外，日本也有經銷店，因此，雖是外國產品但在日本也可以買到。
樹脂可以使用ABS和 PLA兩種。
特點是，列印頭最多可增至3個，能夠一次以三種顏色的樹脂列印。
可製造物品的尺寸因列印頭數量而異，範圍是275×275×210mm～185×275×210mm。
可以製造較大的物品，帶一個列印頭的產品的價格為約35萬日元（約2.28萬元人民幣）起，帶三個列印頭的產品超過40萬日元（約2.6萬元人民幣）。
當然，除上述產品以外還有其他機型，另外還有各種套件在銷售。不過，價格和方式除部分機型外，都跟前面介紹的機型基本相同。
用3D印表機可以做什麼？
遺憾的是，用3D印表機製造的物品的完成度比我們一般接觸的工業產品要低。
個人用低價3D印表機尤其如此。
商用3D印表機做得還漂亮一點，但基本處於試製品水準。用3D印表機製造的物品打磨一下表面可以變漂亮，但這需要時間。
但是，只要期望不是很高，3D印表機還是很有意思的。
小物品能夠做出實用的東西。
比如，筆者用3D印表機做出了iPhone4S的手機套。每天都用，沒什麼大問題。
另外，以前筆者曾舉辦過用3D印表機親自製作自己的iPhone手機套的研討會，沒做過的人也可以做。雖然商品的要求比較嚴格，但自己用的話，什麼樣都行。
研討會參與者製作的iPhone手機套（點擊放大）
小學生製作的小收納箱（點擊放大）
沒有3D數據，3D印表機就只是個擺設
不過，有個事情不能忘記。電視上只是大肆報導3D印表機的強大功能，卻不大報導這件重要的事情，那就是3D數據。
就像在紙上列印需要Word文件和圖片文件一樣，使用3D印表機必須要有3D數據。
如果真想使用3D印表機，首先要學習3D建模。
能熟練處理3D數據之後，既可以根據經濟情況購買個人用3D印表機，也可以不買而使用 shapeways及sculpteo或INTER-CULTURE等3D列印服務。
如果使用列印服務，還可以選擇多種方式和材料。
作者簡介： 水野 操 日本Nikola Design & Technologies公司代表，社團法人3D數據利用會理事
1967年出生於東京。一直從事3D業務，在汽車和家電企業擔任顧問等。2004年創辦Nikola Design & Technologies公司，開展產品開發、3D工具導入及創業支援業務。最近的著作有《利用數字創業！》（kanki出版社）等。
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■日文原文
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