3D列印的概念、原理和應用：完整認識即將改變世界的新製造科技

英國「經濟學人」：3D列印將會成為「第三次工業革命」的劃時代技術！
「哈佛商業評論」：3D列印即將改變世界！
連歐巴馬、郭台銘、韓國三星都關注的新興產業，是什麼樣的產業引爆如此大的效應，讓世界各國都投入大量資金與人力？

最夯的3D列印產業革命來了！

國立臺北科技大學機械系副教授 汪家昌
佳世達公司設計經理 陳人鳳 聯合推薦

當世界各國投入大量人力和資金的時候，台灣，準備好了沒？
你不能不知道這最夯的新興產業！
將傳統製造業重新洗牌的3D列印──
唯有詳細了解，才能在市場成功卡位！
3D列印技術不僅讓你在家就能製造自己設計的玩具、日常用品，甚至連人體器官也能重新打造。3D列印技術對製造業、醫療、太空、汽車和國防等領域提供無限商機與希望；甚至在環保意識抬頭的現代，減少能源消耗成為這項技術未來的亮點。

隨著3D列印設備愈來愈小，價格也愈來愈低，過去由大型工廠大規模量產的方式即將轉型，透過3D列印技術將設備和原料成本降低許多，即使小量客製化的生產，一樣能獲利。加上3D列印是以極小體積的材料堆疊，因此各種形狀複雜或無規則的物體，皆可以製造或複製出來，例如3D列印的服飾在巴黎時尚展登場，波蘭和上海也透過3D列印列印出建築物。牙科診所也能列印病患齒模，降低手術風險，提高醫療效率，甚至在未來，連肝臟、視網膜細胞皆可列印出來。

本書完整且詳盡介紹從3D列印的概念、設計、軟體，以及應用層面，以深入淺出的方式說明，並以作者本身豐富的製造業技術背景，描繪了個人在3D列印技術所形成的新型製造業模式，且如何為各領域產業帶來衝擊性的影響。

本書特色：
1.本書主要分兩大部分，前半詳細介紹3D列印的機器、材料與製作原理；後半則是探討未來的發展契機
2.搭配多張清楚簡潔的3D列印製作原理圖說。
3.深入淺出的介紹，一本就能搞懂3D列印。

作者：水野操

尼古拉設計與科技有限公司CEO，社團法人3D data活用會理事。一九九○年開始將CAD/CAE/PLM等業界引進，大規模讓供應商與外商諮詢公司支援製造相關事務。二○○四年成立尼古拉設計與科技有限公司，之後獨自從事品牌產品開發。為了3D data能活用於商業領域，以及投入CAD/CAM/CAE/PLM工具，積極導入3D列印技術。主要著作有《數字創業》、《圖解3次元CAD》、《初學者3D列印與周邊工具活用指南》、《在家就能做：超入門！3D列印與Autodesk 123D Design，創造新型自家製造業》等。

譯者：林詠純

台灣大學物理系、地質系雙學士，日本九州大學藝術工學府碩士。視日本福岡為第二個故鄉。曾在民間研究機構擔任日文研究助理。現為專職日文譯者，認真對待經手的每個文字，期許自己更上層樓。譯有《旅讀書店》、《千年語錄》、《人脈力》等等。

越來越多人想要更了解３Ｄ列印是甚麼？能做甚麼？因此市面上相關的課程、演講與書籍等資訊越來越多。筆者拜讀完水野操先生的這本著作後覺得內容淺顯易懂，從３Ｄ列印原理、製作使用流程等基礎知識，到未來商業應用模式都有廣泛完整的敘述與中肯的建議，非常適合對３Ｄ列印有興趣者閱讀。──佳世達公司設計經理 陳人鳳

３Ｄ列印堪稱為第三次工業革命乃因其具有現階段人類科技的製造方式瓶頸提供可能解決方案，不論是列印人體器官抑或是列印食品，皆足以撼動未來的生活型態，透過具有想法的自造者持續的投入與探索，更多的應用層面與啟發不斷的迸出，盼本書可引領您更了解３Ｄ列印的相關知識，進而孕育更多的自造者一同「改變」！──國立臺北科技大學機械系副教授 汪家昌

 

推薦序

３Ｄ列印實現未來無限可能

從二○○六年起，我們公司就開始使用３Ｄ列印機在設計開發過程中，當時除了臺北設計中心以外，在慕尼黑、北京也都各有一臺３Ｄ列印機，三地的設計師除了經常email設計圖檔即時遠距檢討之外，也會在各自的辦公室內使用３Ｄ列印機即時印出一：一模型同步檢討設計提案。從過去到現在實體模型製作在設計過程中一直是不能缺少的步驟，因為電腦螢幕裡的設計圖無論多麼吸引人，終究還是需要實體模型來做進一步確認；例如檢討一支手機的設計時，我們雖然可以從螢幕中看到外觀造型，卻無法真實感受它握在手裡的感覺，也無法確認使用起來有沒有問題、按鍵會不會被誤觸、會不會太寬不好握等。因此使用我們辦公室裡那臺可以列印彩色模型的Zcorp Printer，只要上傳檔案按下列印按鍵後一小時就能製作完成，做出來的模型雖然不比ＣＮＣ製作的精緻，但是製作快速且操作簡單，可以說真是設計師們的好幫手。

雖然３Ｄ列印技術已經有三十年歷史，但是在過去二十幾年之間大多只在特定專業領域使用，而且因為機器昂貴，動輒上百萬甚至上千萬臺幣，所以一直無法普及，以致於許多一般大眾誤以為這是個過去沒有的新技術。直到最近這幾年有些專利到期，許多便宜的熱熔成型（ＦＤＭ）機器開始在市場上普及，越來越多人有能力購買３Ｄ列印機來實現自己的創意，同時也越來越多人想要更了解３Ｄ列印是甚麼？能做甚麼？因此市面上相關的課程、演講與書籍等資訊越來越多。筆者拜讀完水野操先生的這本著作後覺得內容淺顯易懂，從３Ｄ列印原理、製作使用流程等基礎知識，到未來商業應用模式都有廣泛完整的敘述與中肯的建議，非常適合對３Ｄ列印有興趣者閱讀。

近二、三年來３Ｄ列印在全球非常火紅，這個在過去只有專業領域人士才知道的技術，隨著電視媒體的頻繁報導，例如３Ｄ列印可以印房子、飛機、槍、人體器官、義肢、食物、客製化商品……等無所不印，以及世界各國政府如何看中並且積極發展這項技術，所有日新月異的新聞都讓一般大眾都對這項技術充滿好奇。不論在日常生活的食衣住行育樂或是醫療、軍事、航太等高端領域的應用，今日３Ｄ列印正扮演著跨時代的推動者角色，從過去只在特定領域使用到現在百花齊放，這一刻我們正在見證科技的力量，人們對這無所不印的科技充滿想像與期待。雖然有時我也覺得媒體的報導稍嫌誇張，但是３Ｄ列印的重要性與未來的發展是不需懷疑的，它就像是已經開始向前行駛的火車，沒有意外的話是不會中途停下來的，不管時間長短，它都是朝著目的地前進著。

從世界各國３Ｄ應用的案例我們可以看到科技與人文結合所創造出的驚人價值，例如在醫療方面，不論是為人量身訂作義肢、人工關節、人體器官、牙齒矯正器等等，都發揮３Ｄ列印可以高度客製化的特性來造福人類。在汽車航太方面，應用雷射燒結３Ｄ列印技術不但可以製作出複雜、精密、高強度、輕量化的零件，而且可以縮短傳統繁複製造方式的時間。在模具開發製造方面，３Ｄ列印的加法製造方式能夠做出ＣＮＣ無法加工的造型，因此可以製作最佳化的模具水路，達到更好降溫效果以縮短大量生產時間、提高效率與品質，德國ＥＯＳ公司與臺灣數可公司已經有許多這樣的成功案例。在時尚方面，過去幾年有許多國際時尚設計師嘗試應用這個技術產生許多大膽且令人驚豔的設計，另外，Nike、New balance等國際球鞋大廠不約而同推出能夠提升運動員速度的３Ｄ列印球鞋。在建築方面，各國專家都在嘗試應用此技術列印出快速而且成本便宜的房子，今年在上海公開展示十棟只花二十四小時就列印完成的兩層樓房子，可以說顛覆了傳統建造模式。

運用３Ｄ列印來製造產品，就一定要瞭解３Ｄ列印的特點。特點包括：一、量產不用模具，零庫存，製作速度快；二、少量多樣，生產彈性高，材質選擇多；三、結構複雜也可以一次成型，不須工廠生產線。目前雖然３Ｄ列印的產品單價較大量生產產品高，但是不需要負擔昂貴的模具費而且開發時間短，很適合應用在開發大量客製化、個性化商品，例如可以上網訂製個人專屬公仔的Makies，以及可以配合消費者耳朵形狀推出專屬的耳塞式耳機的Normal。另外，具有高藝術價值與收藏價值的設計商品也越來越多，如ＭＧＸ的從上述這麼多的應用案例看來，已經有越來越多應用３Ｄ列印這種有彈性的製造工藝形成大量客製化商業模式。過去工業革命開啟了大量生產的時代，大量生產模式有效降低家具與燈具作品都是一時之選。

產品成本，可以滿足消費大眾的基本需求，但是今日大量生產的產品利潤越來越低，許多企業生存越來越困難，甚至已經到了不得不做改變的時刻，許多業者開始思考如何從大量生產低利潤的紅海，轉變到以更好的服務創造更高經濟價值的大量客製化模式。對消費者而言，大量生產的產品雖然價格低，但可以選擇的有限，這樣的模式已經不能滿足追求獨特、個性化的現代人。因此企業可以思考大量客製化模式，以網路與全世界廣大的消費者即時溝通，了解消費者需求，並以更有彈性、更能縮短生產時間的方式製造，以滿足不同消費者各種不同的需求、創造更高經濟價值。

隨著３Ｄ列印技術的快速發展，未來將有更多新的商業模式、新的設計思考與新的可能發生，各位讀者你準備好了嗎？

陳人鳳

現為佳世達公司設計經理。設計過許多3C產品、知名品牌燈具。
曾服務於大可意念、明基電通公司、屢獲國內外設計競賽大獎、受邀擔任許多設計競賽評審、演講、臺灣首場３Ｄ列印設計展策展人，有多年３Ｄ列印使用經驗與作品。

猶如科幻電影「鋼鐵人」男主角在片中全自主設計及開發的情節，現今已在真實社會中發生，透過３Ｄ列印的技術可實現許多不可能的任務。自從二○一三年初春美國總統歐巴馬的演講開始，大量的文摘報導蜂擁而出，片面而未消化過的資訊讓普羅大眾對３Ｄ列印的無所不能感到驚奇。同時市場上亦出現低價一入手的３Ｄ列印設備，更讓許多人誤以為「３Ｄ列印即是如此」！

本人自一九九八年開始進行３Ｄ列印的相關研究工作，迄今已逾十載，看著此一加工技術突然於近年躍昇為顯學感到喜悅，更殷切的期盼能有淺顯易懂且完整介紹３Ｄ列印的科普讀物能出現以饗讀者大眾。拜讀本書後深感本書將工程內容以易讀的文字呈現予讀者，而讓一般大眾得以對３Ｄ列印有正確的認知；同時本書對因３Ｄ列印而異軍突起的「Maker」自造者運動，亦有相當介紹！

３Ｄ列印堪稱為第三次工業革命乃因其具有現階段人類科技的製造方式瓶頸提供可能解決方案，不論是列印人體器官抑或是列印食品，皆足以撼動未來的生活型態，透過具有想法的自造者持續的投入與探索，更多的應用層面與啟發不斷的迸出，盼本書可引領您更了解３Ｄ列印的相關知識，進而孕育更多的自造者一同「改變」！──國立臺北科技大學機械系機電整合研究所副教授‧３Ｄ技術特色實驗室負責人 汪家昌

第一部　基礎篇　讓我們來認識3D列印吧！
第一章3D列印熱潮的背景
自造者紀元前
自造者紀元後

第二章　3D列印的原理與可以做到的事情
3D列印機的原理
不同機器的成型方法不同

第三章　使用3D列印機的製造流程
［步驟一］3D檔案的準備（設計業務）
［步驟二］3D列印用檔案的準備
［步驟三］輸出的設定
［步驟四］使用3D列印機來輸出
［步驟五］輸出的後處理
［步驟六］上傳3D檔案
［步驟七］訂製輸出物
［步驟八］輸出物的出貨
第四章　製作讓3D列印機運作所需的檔案
製作重要的3D檔案
3D CAD與3D CG

第二部　商業篇　透過3D列印拓展商機
第五章　3D列印機的業務與商機
確認3D列印的特徵
製作3D列印機可用的3D檔案
從業務流程中尋找商機
3D列印的輸出服務
製作3D檔案的服務

第六章　活用3D列印的事業與產業
3D列印也能活用在製造業以外的地方

第七章　使用3D列印機來做生意的必要條件
帶領3D列印相關產業邁向成功的必要條件
1 3D建模
2產品製造的流程與試做業務
3 3D列印的原理、方式、材料、特徵
4活用網路的技巧
5培養社群（自己公司的粉絲）

第八章　新時代的自造者誕生
出現新型態的自造者
——新時代自造者的午後
個人也能成為無廠製造商的時代

第九章　從異業種邁向自造者
二〇〇三年：很久很久以前，自造者熱潮出現之前的自造者故事

第十章　新時代工廠的可能性
經營工廠的必要條件
——數位工廠老闆的一天
支援創造性的工廠
新時代自造者需要的工廠
服務新時代自造者的工廠需要什麼？

第十一章　從其他領域跨足3D列印事業的實例
支援自造者的輸出服務

第十二章　如何幫助未來3D列印相關事業的發展
周邊事業的可能性

終章　新時代產品製造的可能性