林國權/工研院產科國際所
3D列印自5年前開始炒熱議題，隨著議題的發酵、熱炒、冷卻與沉澱，應用領域隨著終端市場的驗證，逐漸找到具有潛在商機的應用產業。根據這幾年的市場趨勢，航太、醫療、汽車等領域將會是3D列印未來的潛力市場。3D列印在汽車產業的原型打樣、模具等已逐步導入工廠並快速成長，但是實際產品則受限成本問題，3D列印尚無規模化商業產品導入於汽車零組件中，而市場上普遍認為，材料的成本將是影響3D列印汽車部件商業化的關鍵因素。因此本文將介紹3D列印材料目前應用於汽車產業的現況與未來的發展機會。
一、全球與汽車產業3D列印的市場現況
根據最新一期(2017年版)知名3D列印市調報告Wohlers Report指出，2016年時，3D列印的整體市場(包含服務、設備、材料、軟體等)產值達到60.6億美元，較前一年成長幅度達到17.4%。而在應用的占比上(如圖一)，汽車的占比為14.8%，僅次於工業與航太。
圖一、3D列印產業應用範疇占比
在材料方面，根據Frost & Sullivan在2018年的報告指出，整體3D列印材料的規模在2017年時達到9.2億美元，而應用在汽車產業的3D列印材料產值約為1.84億美元，占3D列印材料市場的20%。展望未來，預計至2024年應用在汽車產業的3D列印材料產值能達到5.76億美元，2017~2024年的年複合成長率為17.8%。
二、環保規範將驅動3D列印材料於汽車產業的發展
為了解決全球暖化問題，未來世界各國對於汽車的碳排放有越來越嚴苛的規範，汽車碳排放的規範不再僅止於行駛間，而是必須從生產的生命週期去計算，如圖二所示，必須從製造過程中產生的排放(從採礦、製造到裝配)就開始統計，接著是行駛間燃料消耗產生的碳排放，最後則是要考量可回收性和所用材料的總量。表一則為世界各國對汽車碳排放的法規規範，可知不論是歐盟、美國、日本等，未來對於碳排放的量或是燃燒的效率都要求必須減少或提升，歐盟法規甚至將開始執行處罰，超過排放目標的罰款從每輛汽車所超出的第4克開始裁罰，每克約112美元起，並且可能在未來幾十年內增加到每克約224美元的罰款。因此，輕量化就成為汽車材料未來實現減排的重要發展技術之一。
3D列印技術可以減少製程中材料的使用，且3D列印可以實現汽車零部件的輕量化，因此，環保法規的要求將驅動3D列印材料於汽車產業的發展。
圖二、汽車的碳排放未來將從生命週期開始計算
三、3D列印材料應用於汽車產業的發展現況
經過時間與產業發展的驗證，3D列印技術未來應用在汽車製造產業其成長的主要因素如下：
1. 縮短時間：
3D列印可以減少研發的時程。傳統製造的打樣品，需要透過模具生產，而模具的開模相當費時。透過3D列印直接生產原型品，除可縮短原型品的生產時間外，也能提升設計師與工程師的交流速度。
2. 降低成本：
成本因素又分為模具與材料。模具的開模費用非常昂貴，而通常在確認設計前，都需要經過相當多次的原型打樣品討論，而每開一個模具就要付出相當的成本，透過3D列印可以完全免去開模費用。傳統製造是使用減法製造，經過銑削、車削或鋸等製程會產生大量的廢棄下腳料而形成浪費；而3D列印是使用加法製造，因此不會有材料的浪費。惟目前3D列印的材料成本也相當昂貴，但預期未來價格會隨著技術發展而持續下降。假使，未來能實際導入汽車生產製程，將可大幅降低材料成本。
3. 保護智慧財產權：
目前的零組件生產都是先進行模具開模，之後將模具運送至下游的射出代工廠進行量產，但是在這過程中，若遇到不肖的模具廠或射出廠，將可能讓機密的設計洩漏給其他人。採用3D列印後，整個過程可以在公司內部進行，有效保護智財權---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。