專題 : 立體打印 用途廣泛

2016年12月
專題策劃及撰稿:胡德明、馮兆雄、方思潔、馬日恆、區雯慧、陸思齊、陸志光、張春曉、林珊一、蕭樹偉、趙秀華、陳惠芳

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2立體打印已成為市場的熱門話題,將對人類生活產生深刻的影響。過去依賴傳統方法製造的物品,只要通過一台立體打印機,就能輕易地製造模型。從最普通的生活消費品,如餐具、鑰匙、工藝品等,到工業用途產品,如汽車零件、醫療機械、寶石模型、建築模型等,能打印的產品不勝枚舉,應有盡有!

◎衣物

造鞋公司J&S Enterprises推出立體針織鞋,以輕身、環保、完全無縫、合腳為賣點(有些人左右腳呎吋不一)。款式方面,消費者更可選擇左右不同顏色。JS鞋採用CAD軟件設計立體圖,然後使用立體針織技術,價格約 $80-100美金一對。

◎傢俱

法國和比利時的IKEA(宜家傢俬),使用立體打印機維修舊家具,翻新後再次出售。顧客將舊家具帶回IKEA,就能換取家具券購買新家具。IKEA表示,未來幾年將陸續推出立體打印的部件,讓丟失或破損的家具更易修復,從而增加耐用度,減少浪費、有助環保。

◎攝影

香港的立體照相館,利用立體打印技術和從日本引入的「三維照相打印技術 (3D Photo)」應用模式,掃描實體立體圖像數據,再打印出實體模型。立體照相打印過程,與平常在照相館拍攝大同小異,只是拍攝出來的不再是平平凡凡的照片,而是與實物或真人酷似的立體模型。

◎樂器

2013年已經出現利用立體打印吉他的Americana,現在幾乎整個樂隊的樂器都能立體打印出來,不過大部分樂器還只是立體打印外殼,以裝飾為主,發音配件則用傳統的居多。

新西蘭「克蘭梅西大學」機電一體化設計工程師兼教授奧拉夫,就用SLS立體打印機,以尼龍材料將整支薩克斯風(Saxophone)的41個部件打印並組裝出來(除了彈簧和螺絲),重量僅為575克,是一般薩克斯風重量的四分之一。

3D打印出一枚「腎臟」

3D打印出一枚「腎臟」

◎醫學

這項新科技也應用於醫療上,成果令人振奮:運用合適的生物學物料,可以迅速地立體打印出為用戶量身訂造的牙齒、整形外科手術導標或助聽器等。若病人的情況改變,也可把新資料輸入打印機,立刻再造合用的物料。

最令人驚訝的,是已經可以打印出人體組織,甚至整個器官。2011年,哈佛大學的外科醫生Anthony Atala,在2011年的TED年度大會上表示,立體打印是再生醫學的新趨勢,並即場示範如何「印」出一枚「腎臟」;2014年,悉尼及哈佛大學的研究員攜手達成另一項突破——打印出器官移植不可或缺的毛細血管。立體生物打印的概念源自於器官培養,主要是為解決器官捐贈不足的問題。立體生物打印機,使用病人自己的幹細胞,或是從病人身上取得後再培養的細胞,作為「生物墨水」。打印前,先用電腦斷層掃描真器官,之後轉換為立體模板,輸入電腦,再驅動「打印機」,將「墨水」噴在一張張可被生物分解的材料上;再利用水膠或黏著劑使細胞附著在特定位置,並將許多張平面材料堆疊起來;待這些平面材料分解後,所留下的細胞就能形成具有立體結構的器官。

除了人體器官,骨頭也是立體打印的範圍之一。美國一名病人,植入立體打印的頭骨。打印出來的頭骨,基本原料為聚醚,上面留有的小洞用以刺激新細胞和骨骼生長。另一名美國17歲少年,在一次交通意外中面容受損,外科整形醫生利用立體打印,為其重塑損壞了的面孔;在接受了四次手術後,雖然疤痕隱約可見,但基本上復原了舊時的面貌。

◎航天航空

美國國家航空航天局的下一代探測車,將採用立體打印零件,以支援人類對未知領域如小行星和火星等的探索。航天工程師利用高性能熱塑塑膠,立體印製夾具、固定裝置、檢測計和最終用途飛行器部件。第一款立體打印的全比例渦輪推進飛行器引擎模型,已構造成功。

立體打印,也被應用於汽車及航空工業。勞斯萊斯就將立體打印的引擎,放在飛機上測試。每次打印時,打印機會將所需含量的材料熔化後使用,大大減少了原料浪費,這對零件材料非常昂貴的航空業而言非常有益。傳統的切割材料方法常造成浪費,特別是特殊形狀和結構,而立體打印的結構更顯著。

◎學術研究

倫敦大學皇家獸醫學院,使用3D掃描和3D打印,重建史前動物西瓦鹿(Sivatherium Giganteum)。研究員把倫敦自然歷史博物館(Natural History Museum)內,屬於西瓦鹿的26塊骨頭,用3D Scanner掃描成數碼檔案,然後利用數據分析一千多張世界各地的西瓦鹿化石照片,再使用3D打印出已經絕種的史前動物模型。

◎建築

在這方面,中國獲得舉世觸目的進展:「卓達」公司,已可打印出整間設備俱全的房子。除了比傳統方法節省成本和時間外,也運用了更為環保的物料,使所建房屋有更佳的保溫隔熱效能,從而可延長房子的壽命。該公司甚至聲稱,他們所用的建築物料,能定時釋放出負離子,讓住客更健康!

◎食物

在食物行業,研究人員已可打印出牛排。市民大概在不久的將來,就可在餐廳的菜單上看到「立體打印牛排」了!美國宇航局NASA的官方網站報導,他們正在研發以3D打印機製造食物,以解決宇航員在太空中的食品問題,據說已經成功研發一台「立體披薩打印機」!英國也成功以立體打印機製造水果。

立體打印,大幅度地加快了樣品成形的速度,降低生產成本,被媒體譽為新一波的工業革命。