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2018-06-01南科3D列印產業整合 聚焦航太、工業與生醫應用
438 期
Author 作者
李依庭／本刊主編
3D列印（3D printing），又稱作積層製造（Additive Manufacturing, AM），主要是透過將各種不同的材料，像是塑料、金屬合金或陶瓷粉末等，進行層層堆疊後所製而成的商品。這幾年來，不論是在產業或市場上都逐漸可以看到它的蹤跡，且在各種工業、醫療上的應用都有快速的發展，是近年來不可忽視的一項科技技術。
國內外3D列印的發展
目前在國際上，3D列印的發展主要著重在航太、醫療器材和器械等，全球各大廠也積極將3D列印視為往後的發展目標。而在面對於這項技術的快速進步的同時，臺灣的各種產業也積極藉由3D列印技術進行各項相關產品的研究、開發或應用，期望在此領域也能佔有一席之地。目前，臺灣將此技術的應用瞄準在具有高附加價值的醫療器材上，想嘗試透過3D列印來客製化相關醫材，開啟醫療輔具和材料的商業模式。
研究上發現，比起傳統醫材，3D列印所製造出的醫材不論是在與人體骨頭的密合、固定或組織再生效率方面都較好。不過，由於3D列印醫材在材料、製作流程和相關建置上成本較高，且所使用的設備皆屬高階精密性，所以，在建置初期不只是所需投入的成本較高、風險與門檻也較高。有鑑於此，去（2017）年12月4日，美國食品藥品監督管理局（U.S. Food and Drug Administration, FDA）宣布「3D列印產品指引（Technical Considerations for Additive Manufactured Medical Devices）」，以幫助並促進3D列印醫材的發展。而在臺灣，衛服部食藥署也在今（2018）年1月12日頒布「3D列印醫療器材管理指引」，期望能幫助產業開發3D列印相關產品並加速其商品的上市。
3D列印示範場域
除了相關法規的頒布，為了幫助臺灣的生技產業在3D列印的發展與整合，工研院在科技部南科智慧製造聚落產業推動計畫的支持下，於南科高雄園區設置一座「3D列印醫材智慧製造示範場域」。園區內有眾多不同類型產業進駐，包括航太、模具產業和醫材應用等。其中，以醫材應用進展最為快速，目前有超過50間醫材相關廠商與研究單位進駐於此，像是開發牙材的全球安聯（Alliance）；研發人工髖關節的寶楠生技（Biomech）；研究膝關節的聯合骨科（United）；研究骨釘建造的可成生技（Ingrowth）與北醫、陽明和高醫等學校。
不僅如此，為了幫助各公司能順利開發，示範場域內也提供試印服務，從原料取得、3D列印、加熱處理、形貌量測、包裝、編碼到出貨都有一系列完整的設施和品管，使進駐的廠商能快速進行相關實驗或檢驗商品使用的可行性。在示範場域的幫助下，現今已有多間廠商或學研單位在3D列印的研究上有顯著的成果。由交大材料系的鄒年棣助理教授所帶領的研究團隊嘗試在仿生骨釘的設計上改良，期望讓骨受力能在健康範圍內平衡；在材料方面也開發出具生物活性的3D列印粉體，此新粉體骨釘在動物試驗中可發現所長出的新生骨較純鈦骨釘多且與骨骼之間的空缺則較少。鄒年棣表示，場域內完善的設備與設施能提供研究各種及時的幫助，因為不論是仿生骨釘或粉體的開發，都需大量試印、校正模型和最佳化各種參數，透過不斷的細微修正才能列印出最合適的產品。
而在產業方面，全球安聯則著手在每個人皆不盡相同的牙根技術上，不同於以往傳統的CNC加工，利用3D列印製作出的「牙根與植體連桿（implant bar）」，因為採用堆疊、不浪費材料的方式，能大幅降低製造成本。另外，在患者實際穿戴上，不只是更符合個人的牙弓弧度、提供適切和舒適感外，更能提高牙植體整合效果。另外，可成生技研發出「多孔隙性結構植體」，使骨細胞能在植體內生長並與周圍骨質、軟組織緊密結合，改善傳統無孔洞結構導致周圍組織容易感染或壞死的問題。目前更已通過第一類醫材和相關3D列印植入物醫材產品的認證與動物試驗，預計在2018年能開始進行客製化3D列印髖臼杯的臨床研究。
3D列印工具機的開發
而上面所述皆為3D列印的後端應用與發展，不過，其實在臺灣也有進行3D列印工具機的相關開發與研究。以工具機大廠東台精機為例，現今已開發出多種3D列印的機具，像是透過雷射光速將金屬從粉末一層層堆疊成高緻密度金屬零件的「金屬粉床式積層製造設備」；集結3D列印、修補加工和雷射表面等各種製程集一身的「噴粉式積層製造複合加工設備」；利用能製作高複雜度的砂，打造出能大幅縮短製作時間、具高速砂模列印的「噴膠式砂模成型積層製造設備」等。
不僅如此，東台目前也將所研發的3D列印設備提供給學校或相關公司，並積極進行產、官、學合作，參與多項3D列印研發計畫，包含成功大學、交通大學、臺灣科技大學經濟部和科技部等單位。東台集團董事長嚴瑞雄表示3D列印是一項各行各業用來改變原有產品設計樣貌的突破口，因此，近年來東台精機除了開發3D列印工具機之外，更期望透過扶植學術、產業單位，能將產品以量產的目的出發，讓臺灣的3D列印技術能有更多實際應用的推廣。嚴瑞雄也表示，由於3D列印的耗材價格昂貴，現今以仰賴進口為主，未來若能有臺灣學校或企業研發出特別材料，並把國內技術做一個有效的整合以降低成本，將能有效地將3D列印技術昇華成實際應用。
南科3D列印產業整合
目前，南科園區周邊已有多間3D列印研發產業的進駐，科技部次長許有進表示，設置此示範場域不只是提供產業相關研究，更是希望能夠將臺灣各家3D列印產業整合，在此園區內建立一套完善的系統與服務。除此之外，也期許此示範場域未來能整合各研究經驗，未來將可提供各類醫材廠商相關數據的參考，讓任何對3D列印有興趣的廠商都能被吸引於此，並尋求解答，讓臺灣的3D列印醫材產業與智慧醫療更加快速蓬勃發展。最後，許有進更表示，不只是東台精機，臺灣目前也陸續有開發、生產金屬粉末的廠商，未來預計會有更多廠商進駐，期望藉由3D列印相關產業的群聚，在相互相輔相成之下，有助於臺灣3D列印的整體發展。