改變未來製造樣貌的3D列印

 

刊登日期:2020/7/1
  • 字級

范淑櫻編譯
 
3D列印(3D Printing)逐漸影響全球製造業的運作方式,進而促成現有商業模式的改變。根據全球性戰略諮詢公司Strategy&指出,相較既有的機械加工製造方式,3D列印具有多項特性。首先,3D列印能打破所有設計上的限制,亦無應用產業上的限制,可在不受限於製造方法或成本之下,基於機能性進行製品的設計。此外,可望帶來高成本效益(Cost Effectiveness),尤其是可以低成本製作複雜形狀的零組件,且更易於製造。不需要鑄模,也不再需要相關保養、保管費用。
 
3D列印的產能規模(Batch Size)也相當自由,一個個零組件皆是以同樣成本製作,不因製造個數產生成本差異。3D列印還具備了生產場所的彈性,只需有3D列印等製造裝置,隨處皆可生產,若設置於使用場所的附近,配送物流等供應鏈也將有所改變,並帶來離市場需求端更近的優勢。再者,3D列印有助於實現循環經濟的創新提案,能減少在生產時的廢棄物,促進更好的資源利用。
 
基於這些特性,Strategy&也指出3D列印在航太、醫療技術、汽車等3大領域將極具發展潛力。2015年航太領域活用3D列印製作飛機燃油噴嘴等零組件的生產比例僅有0.49%,2030年可望增加至5.2%。此外,3D列印技術在生物醫療領域的應用越來越受到重視,活用在植入物、人工骨等醫材應用逐漸擴大,也被期待應用於腎臟、肝臟等人工器官的製作。在汽車領域,除了零組件試作之外,亦已開始利用於少量生產。
 
根據Strategy&的預測,2030年時3D列印在各領域的年平均成長率分別為航太領域23%、生物醫療23%、汽車15%。若以製造業整體來看,今後5年內將會有3分之1的製造業導入3D列印。3D列印從試作品發展到最終製品,相關應用日漸擴大的背景在於3D列印技術的提升,以及樹脂、金屬粉末等可因應3D列印之原材料品項豐富等因素。然而隨著3D列印的應用擴大,產業之間也將產生全新的協同合作關係。因此Strategy&針對3D列印為了實現產業發展願景,提出了5項須面對的課題。
    ① 商業模式:確立適用3D列印技術的商業模式;
    ② 與其他企業的合作:跨越智慧財產權問題,實現企業之間的合作;
    ③ 智慧財產:對於新智慧財產的管理方法評估;
    ④ 風險要因:掌握與過去有所不同的製造責任與數據保護等潛在風險;
    ⑤ 內部組織:了解並創造3D列印帶來的新商機。
 
隨選(On Demand)製造帶來的效果
Strategy&也指出3D列印並非在所有用途都具有成本優勢,並舉出製造成本變高的例子。若利用金屬加工3D列印單純製作1,000個飛機用鈦製托架,相較於既有的機械加工製造方法,成本約高出30%。如(圖一)所示,雖然勞務費減少,但會產生3D列印必須之數據轉換等設計變更的費用,且生產數量少也會造成材料費增加的情況,但可大幅提早零組件的出貨時程。金屬3D列印的設計若未能達到最適化,將無法降低成本。
 
圖一、3D列印與既有製造方法的比較
圖一、3D列印與既有製造方法的比較
 
不過若將零組件從3D列印的角度予以全面再設計的話,將可縮減與既有製造方法之間的成本差異。以3D列印製造200萬個已經過再設計的飛機用鋁材托架為例,在成本上就與既有製造方法幾無差異。唯在成本構造上有所變更,例如會產生數據轉換等一時成本,材料費也會上升,但勞務費則會大幅降低(圖二)。另一方面,Strategy&指出,3D列印的優勢在於製品整體生命週期的經濟性,透過將飛機用零組件輕量化與減少零組件個數,一架飛機在5年中的燃料費可望減少7億美元(圖三)。
 
3D列印材料市場年平均成長率21.2%
3D列印這項先進數位製造技術在工作流程與商業模式中改善的成果將持續影響全球經濟與產業生態,在3D列印市場前景看好的同時,預期列印材料市場也將呈現強勁增長。根據矢野經濟研究所的調查---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
【工研院材化所—金屬3D列印服務平台】

分享