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• 相比傳統施工技術，3D 列印結合機器人技術可以確保品質、減少工期、降低成本，實用性質高。
• 3D 列印原理為透過材料層連續疊加的增材製造，形成三維的實體構造，有別於傳統工法的減材製造是先將材料加工成基礎零件再組裝，3D 列印能簡化產品製程。
• 滿足個性化設計、製作效率佳、不畏惡劣施工環境等特點，將會是未來3D 列印應用於橋梁工程上的優勢。

2021 年，一座形狀特別的金屬橋梁（圖一）在荷蘭阿姆斯特丹啟用，引起建築界關注。這可不是普通的橋，是世界上第一座結合機器人與3D 列印（3D printing）技術打造而成的鋼橋。2015年10 月荷蘭數位技術公司MX3D 提出機器人結合3D 列印，直接在現場製造景觀人行橋的構想，支撐橋體的空間桁架結構（space truss structure）（圖二）造型意象如同樹枝，且採用力學分布最佳化設計，使橋體內外所受的應力均勻分布。橋體的設計整體採用鋼作為材料，建造出極具科技特色的人行橋。

 
圖一 | 由MX3D 公司打造的3D 列印橋梁，位於荷蘭阿姆斯特丹。
 

圖二 | 空間桁架結構示意圖
圖為位於美國加州的日晷橋（Sundial Bridge），主梁下方由桿件組成的樹枝狀結構即為空間桁架。

荷蘭阿姆斯特丹運河河面上，有超過1000 座橋梁橫跨，大多數為17 世紀建造。由於一般橋梁壽命大約是50 年，這些橋梁如今大多面臨老舊失修等問題，需要進行維修補強或更新，以確保市民的安全。使用3D 列印技術造橋的原理類似2D 影印用的碳粉堆疊，透過連續疊加材料形成三維實體構造，相比以往耗時甚久的混凝土或鋼結構施工法，3D 列印的造橋速度將會快上許多。3D 列印製橋的材料使用混凝土或鋼材，構件的大小則視施工機具量能而定，在工廠製造後，直接運到現場用吊車組裝，就能快速抽換這批老橋，達到節省時間及人力成本的效果。此外，因應個性化訂製的時代到來，造型搶眼的人行橋需求量愈來愈高，這些外型特殊的橋梁採用傳統施工法的困難度較高，因此更適合以3D列印的方式製造，並借助結合人工智慧（artificial intelligence, AI）的機器人技術，直接在現場搭建極具個性的橋梁，迎接訂製時代到來。

省時、省力、省材料的機器人以及3D列印技術

3D 列印目前已經運用在房屋建築、橋梁、土木構造、藝術雕塑、醫療器官組織、人造食品、飛機、太空科技等領域。不同於傳統2D 平面列印，3D 列印輸出的是三維空間模型，工作原理基本上與普通列印機相同，只是普通列印機的列印材料是墨水和紙張，3D 列印機內則裝有混凝土、金屬、塑膠等材料。3D 列印主要方法有噴出法及粉末黏結法，噴出法以混凝土、砂漿、蠟、樹脂、泡沫等作為材料，粉末黏結法則包含樹脂黏結、活性黏結、燒結及添加劑焊接等方法。……【更多內容請閱讀科學月刊第664期】