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2017-10-013D列印市場概觀及桌上型3D列印機發展趨勢
430 期
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宋宜駿／國立中山大學機電研究所博士，於國立臺灣科技大學從事博士後研究工作，並致力於發展3D列印技術及推廣3D列印。
整體3D列印市場概述
在90年代經典電影「不可能的任務 （Mission: Impossible）」中，由湯姆克魯斯（Tom Cruise）所飾演的男主角伊森韓特使用軟性臉部模型偽裝成其他人而成功的潛入敵營或是從脫離險境的劇情撼動了每一個影迷同時深植人心，電影拍攝後20年藉由3D掃描他人臉部模型，再經由3D列印製造出他人的臉型的技術或許現在就能輕鬆實現。
2012年經濟學人雜誌（The Economist） 把3D列印技術視為第三次工業革命的關鍵，第三次工業革命又稱為數位革命 （Digital Revolution）、3D列印又稱「數位製造」，經由3D列印技術的成熟，今後產品從設計到製造、從0~1只剩下一個按下3D列印按鈕的微小距離，全數化的3D列印過程將原型機的製造變得更容易簡單，這個縮短的距離將翻轉過去的生產模式，簡易的過程讓每個人都有可能成為「創客 （Maker）」，因此各種具有無限想像力和創意的產品將會逐漸地實現。
由於積層製造與3D列印技術逐漸成熟，市場商機逐漸湧現，根據2016年Wohlers Report的報導，全世界積層製造產業中包含產品和服務，在2015年的複合年均增長率25.9%（CAGR）達到美金51.65億的年產值，雖然略低於前三年平均值31.5%但也突破了新的產值高峰。在過去的27年來，整體積層製造產業的複合年均增長率達到了令人讚嘆的26.2%，具有極高的產業潛力。積層製造產業對於帶動整體製造業的創新具備舉足輕重的地位，因此全球許多國家都將積層製造產業列為重點經濟發展政策之一，例如美國歐巴馬總統在 2013年發表的國情諮文中，提出先進製造夥伴AMP2.0（Advanced Manufacturing Partnership 2.0），焦點聚集提振經濟與創造就業機會等議題，包含在美國境內建設45座製造創新中心（National Network for Manufacturing Innovation, NNMI)，其中的所成立之第一個研究中心便是國家積層製造創新研究院（National Additive Manufacturing Innovation Institute），負責推動美國整體積層製造之產業發展。
2014年7月所發布的瑞士信貸（Credit Suisse）報告具有相同的趨勢，該報告將積層製造市場應用劃分為4個部分，包括： 系統、材料、直接部件及服務等，同時預測，全球市場在未來的5~7年內年複合成長率約在25~30%之間與Wohlers Report中所提出的報告相似，同時這四大產業在2020 年達到約120億美元的規模。
知名顧問公司AT Kearney 於2015年8月發布的報告「3D Printing: A Manufacturing Revolution」中提出的市場分析數據，確定了3D列印產業再來會蓬勃且快速發展，到 2020年全球3D列印產業市場將會高達17億美元（圖一）。
Google趨勢（Google Trends）上的分析也指出， 2012~2013年，短短一年的時間，搜尋3D列印的關鍵字資 料量有了爆炸性的成長，並一直維持相當高的熱度如圖二所示，從以上數據都可觀測出，3D列印在全球市場蓬勃的快速成長，同時也驗證3D 列印並非曇花一現而是具有極大市場潛力與群眾魅力。
美國的科技調查機構高德納公司（Gartner Inc.）在2015 年所提出的研究「Forecast: 3D Printers, Worldwide, 2015」中可知，2014年全球3D列印機銷量約為10萬台；2015年3D列印機出貨量預計將達24萬台，而2016年出貨量將達49萬台，未來3D列印機出量貨將集中在1000 美元以下及1001~2500美元這兩大價格區間，從2016年至2019年3D列印機每年出貨量預估都能達到倍數成長。1000美元以下的3D列印機，目前佔總銷量25.5%，但預估到2019年之前將成長到40.7%，目前 3D列印的個人列印機市場如同戰國時代一般，其中各種中低價位的個人型3D列印機型在各大小品牌中應運而生，個人化機型可提供低價而不失快速應用性，以及個人客製化需求，其衍生性的商機相當的龐大，因此對於已經投入或是想要投入這塊市場的企業而言，開發個人化低價3D列印系統皆是可以已列入考量之發展重點。
7項積層製造技術
早在「3D列印」名詞廣為人知之前，在工業界早就有了所謂的積層製造（Additive Manufacturing, AM）技術，然而這些製造技術僅少工程界或是學術界內輪轉，因為沒有觸及消費型市場，非專業人士或特定領域工作者難以接觸，一般大眾沒有機會聽聞這些技術更不用說瞭解這些技術的箇中奧秘。根據美國材料和試驗協會（ASTM）F42委員會所訂出的標準，積層製造技術共分成7種，根據這7種技術的基礎又會延伸出細部不同的技術分支，大致上整個積層製造技術可描述在下圖5中，這7種技術中較廣為人知的技術也僅只有2種。
7大技術比較知名就是材料擠出（Material Extrusion）技術，材料擠出又可以再細分為FFF與FDM二種分支技術或是描述法，是由於FDM技術商標是由美國Stratasys公司所註冊登記所有，因此為了避開完全相同的單字，而有了FFF縮寫名稱，FFF也 是RepRap團體所創造出來，為了一個在法律上不受約束的短語來描述這個技術。
而在圖三最左邊的槽體光聚合（Vat Photopolymerization）也是另一個比較廣為人知的技術，即是一般口語上比較常說的光固化技術，而該技術的特徵就是一定會有一個盛裝光固化液體的樹脂槽（Vat），本技術又根據光源和細部技術的不同也分成了幾個分支技術，包含以雷射作為主要光源的SLA（Stereolithography Appearance）技術； 已投影機為主要光源DLP（Digital Light Processing）技術，這邊要注意到的是 DLP技術原本是註冊於德州儀器底下的註冊商標，原技術是指採用德州儀器DMD （Digital Micromirror Device）技術所延伸而來的數位光投影系統，而在3D列印上就直接沿用了這個描述法；而3SP則是由EnvisionTEC所推出的技術，是由Scan, Spin, and Selectively Photocure縮寫而來，其光源來自於槽體上方，3SP使用環境主 要是在工業界生產設備而非桌上型或家用產品；CLIP（Continuous Liquid Interface Production）技術則是由Carbon3D公司所註冊之連續液面生產技術，還登上了Science雜誌的封面。
同時隨著科技的發展，各種創新的光固化技術也隨之出現，例如國內臺灣科技大學的研究團隊就基於槽體光聚合系統架構下成功開發出了行動可見光固化技術（Mobile Visible Light Photopolymerization, MVP）技術，不同於上述的光固化技術，MVP技術特色在於使用行動裝置（手機或平板）的LCD面板或是OLED面板作為光源，在透明槽體底部放置行動裝置，以由下往上照的方式固化可見光光固化樹脂達 到3D列印的目的。
桌上型3D列印機發展趨勢與現況
根據前文可了解整個積層製造（3D列印）產業不斷地在成長中，然而多數普羅大眾所理解所謂的流行用語「3D列印技術」多數局限於材料擠出技術與光固化技術，這是由於7種積層製造技術中真正僅有這2種技術可達到低價化，其他技術尚停留在產業界，這二種積層製造技術「材料擠出技術」與「光固化技術」在3D列印 一詞過度炒作成了流行術語「3D列印」的代名詞，故「3D列印」一詞在專業人士和一般普羅大眾的認知中有了明顯的落差。
但這一項充分的證據代表目前僅有「材料擠出技術」與「光固化技術」最有可能真正從產業端走向消費者市場，從生產用機器走向桌上型3D列印機，因此本節就針對桌上型材料擠出式3D列印機與桌上型光固化3D列印機二者作為基礎整理於表一及圖四，詳列目前既有技術特點及分析發展趨勢。
桌上型材料擠出3D列印機由於技術較為純熟且進入門檻低，市場上早已出現百家爭鳴的情況，主要是以列印各種各類的塑膠，同時消耗品市場也趨於多元化，消費者已有很多的選擇，從ABS、PLA、 Nylon、仿木、仿金屬與複合材料等各 種軟硬塑膠材料都有，甚至還有特殊機種，例如擠出巧克力的桌上型食物3D列印機。以塑膠材料擠出3D列印機來說，受限於擠出性質的物理限制，列印速度無法再提升，精度上則要仰賴更細的切層來彌補，但更細的切層所列印花費的時間是加倍的，因此材料擠出技術用在列印非常精細的物品所花費的時間成本將會非常巨大，基於這種理由光固化的機器剛好彌補這項缺點，光固化設備的特長就在於快速的列印出非常精細的物品，然而致命缺點就在於其光固化材料非常昂貴，且桌上型機器列印體積一般都小於材料擠出3D列印機所能列印的體積，因此光固化機器在於列印一體式大型物件所花費的設備成本會非常驚人，所以根據圖四所繪製的桌上型市場圖中，可以發現其實桌上型3D列印機市場尚有許多空間可以填補，而這些可填補的空間就是整個桌上型系統未來發展方向，例如材料擠出型的3D列印機不擅長列印精細的物品，但列印大型物件所付出額外成本並不高，因此列印大型物件就是未來材料擠出式3D列印機會發展的方向，光固化技術在列印大型物件上成本就難以競爭；因此光固化技術將會專注於列印高品質小型物件，但發展趨勢會更低價化，因此在二者之間才衍伸出了最新的 MVP技術，讓消費者可以選擇光固化的列印品質但又不必花費高額的費用採購精密的光學設備（雷射或投影機系統），使得消費者在選擇上更加多元。