積層製造(3D列印)是什麼? 企業可以如何應用3D列印?

Last Updated: May 4, 2021

積層製造(Additive Manufacturing),又稱3D列印,是4.0的九大科技中具備最大潛能去顛覆整個製造業的科技。績層製造將高彈性與高靈敏性帶入了產品製造的流程當中,解鎖了全新的商業模式與產品創新能力,而隨著技術更加成熟,這個科技將會更進一步的顛覆整個產業運作的模式。

積層製造是什麼?

積層製造,顧名思義,是利用堆積的技術一層一層的將成品製作出來,與CNC類型的遞減製造流程不同。 然而與CNC一樣,兩者皆能透過如CAD或是CAM等的電子檔案快速建模。在製作流程中,只要有了CAD電子檔,機器就能讀取資料,利用多種不同的材料建立相對的模型。

不同於像是熔模鑄造(Investment Casting)以及注射製模(Injection Molding)等傳統的製程方法,CNC與積層製造雖然都能夠直接透過電子檔製造出產品,兩者間的差異其實是非常龐大的,而如此差異也是為何3D列印將會在未來創造各種不同的商業模式。

ㆍ製品的複雜度

由於從零開始疊加的製造流程特性,積層製造能夠輕而易舉的製作出非常複雜的形狀。這個在傳統製作過程當中是非常難以甚至不可能做到的,而在CNC的製作流程中,隨著產品的複雜度提高,製作成本也會相對的上升,不像3D列印一樣,成本的多寡取決於材料的用量。 

這個差異非常重要,我們常常看到業者在測試3D列印時,工程師可能直接利用原本CNC所使用的CAD檔來評估效益,而非原生地針對積層製造的目的設計,如此的做法往往導致3D列印的效益降低,因為檔案的設計理念是為了降低製程複雜度,而非降低材料的用量。

ㆍ製程的成本

從成本層面來看,在生產量不大的情況下 (低於幾千),CNC與積層製造都遠比傳統製程的效益來的高,然而出於CNC每單位成本會隨著製造量越大而降低,通常在非大規模生產的情況下,CNC在一定的生產量之上 (約一百單位以上),成本會比積層製造來的更低。 不過,3D列印的初始投資成本遠比CNC來的低,且低產量的情況下製造成本通常也是比較低的,同時3D列印不需要專人在現場操作,可以全自動運作。

ㆍ製程與整備時間

在製造效率上,CNC遠比積層製造的方法來的快速,尤其是在大規模生產時,CNC能利用一整條產線加速製造流程,而積層製造僅利用一個單一設備完成所有生產流程。同時,CNC能夠犧牲一些品質來加速製程,這個在生產時間有限或是其他情況允許下是非常有用的 ,而對於積層製造來說,唯一的加速方法僅有通過購買更快速的列印機。 

不過技術正在不斷的進步,新的粘合劑噴射成形(Binder Jetting)的3D列印技術更是比原本的方法還要快上80~100倍,製程從數小時降低至幾分鐘即可完成。

如何有效應用積層製造?

積層製造在大規模的應用領域中尚在非常初期的階段,然而我們已經可以看到許多業者透過3D列印技術驅動了許多創新的商業模式。而且遠不同於五年前的3D列印,在2020,3D列印不僅能夠處裡更多不同的材料,如玻璃、陶瓷、碳纖維、各種不同的金屬、以及各種不同的塑膠與樹酯。 3D列印的噴頭也變得更加精準且快速,更快速的粉末堆疊(Powder Deposition)、甚至還能列印出電子材料。

這些科技的突破不僅讓3D列印的應用更加廣泛,同時更是進一步的驅動了業者的想像,ICON,一間位於美國的新創建商,成功的在南美用3D列印技術在24小時內建造出一整間房子,不僅製造成本相較傳統製程低上許多,同時其高密度以及形狀的特性又讓這個3D列印所做出來的建築極度堅固。

然而不止於創新應用,即便這項技術仍在剛開始的快速成長期,現階段來說也有許多商業模式是業者可以去思考並部屬相關策略的。

產品個人化、客製化

德勤的一份研究指出高達36%的消費者非常迫切地想要購買客製化的產品,同時每五個消費者中就有一人願意會為了個人化產品多付20%的金額。而這也是為何Nike或是Nutella都推出了產品客製化活動,讓消費者能夠自行設計他們想要的鞋子的配色或是巧克力罐的包裝。

前面的例子都僅限於包裝或是產品顏色上的客製化,並非3D列印的應用,然而積層製造的特性讓業者能夠做到大規模客製化製程的運作模式,倘若有效應用,這對於許多產品過度同質化且消費者的市場來說是非常具效益的。

不過若要有效的導入如此規模模的產品個人化的商業模式,光是一台3D列印機是不夠的,如果是B2C的話,業者必須要能夠建立起一個消費者都能流暢使用的電商平台,以及一個能夠將檔案轉成3D列印機能讀懂的電子檔的設計平台,讓消費者能夠輕鬆的設計欲客製化的產品。 IKEA也與合作夥伴UNYQ聯合建立了一個能讓消費者客製化的滑鼠線整理器、鍵盤按鈕、以及其他遊戲設備。

雖然B2C具備非常龐大的潛能,然而就現階段來說,真正創造多數價值的為B2B領域上的突破。現在在歐洲,我們已經可以看到3D列印的牙齒,醫師透過特殊的裝置去掃描客戶的牙根的形狀,最後再用鈦以及氧化鋯的材質通過3D列印機印出來。 不止於牙齒,現在甚至還有製造成本少於一美金的助聽器,也都是透過3D列印製作出來的。在去年的四月,以色列的科學家甚至利用3D列印以人體組織製作出了一個有著血管、心室、以及心腔的心臟。

產品多樣化

有點類似於產品個人化的應用,然而省去的前面要讓消費者自行設計或是掃描規格,並上傳電子檔案的過程。業者可以直接大規模的製作多樣化的產品,提高在消費者心中的品牌的相關性。 可口可樂於五年前開跑了一個行銷活動就是這樣子的例子,活動內容即是將各種不同的名字印在罐裝飲料的包裝紙上,最後在社交媒體上取得卓越的成效。

多樣化不同於個人化,個人化可以很精準的取得顧客想要的是什麼,就如同進去一間Buffet一樣,由顧客自行決定要吃甚麼。然而,在產品多樣化的應用中,業者必須需要自己決定要製造出哪些產品,並精準的製造出來並讓可能會想要的消費者知道。 我們可以回到可口可樂的例子中,假設可口可樂公司僅是盲目的將全世界的名字列印出來,那麼很可能就是沒有任何人能夠找到他想要的名字。 在3D列印的應用中同理,業者必須要通過充足的顧客資訊與分析,再評估究竟要以何種方式多樣化產品。

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