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作者:徐業良(2014-03-14);推薦:徐業良(2014-03-14)
附註:本文發表於汽車購買指南雜誌,2014年四月號,史丹福專欄。

第三次工業革命-「印」出您的汽車

汽車零件該換了?上網下載一個零件,自己「印」出來。

保險桿撞凹了?上網下載一支保險桿,自己「印」出來。

想買一部新車?上網下載一部新車,自己「印」出來。

「印」出來?當然不是印在紙上而已,是貨真價實的「3D列印」。

您如果還沒有用過3D列印,甚至還沒有聽過3D列印,有點遜喔,趕緊上網Google一下吧,3D列印技術正風起雲湧呢!

人類工業化的歷史上,因為生產、製造技術的重大變革,發生過幾次「工業革命」。第一次工業革命發生在1769年,瓦特改良蒸汽機之後,機器取代了手工;第二次工業革命發生在18701914年,電力的大規模應用加上生產線的概念使得生產效率大幅提升,工業開始進入大量生產的時代。

許多人說,第三次工業革命正在發生,其中最關鍵的製造技術變革,就是3D列印。

3D列印其實不算是新技術,早在1980年代便開始發展了。不過一直到2010年左右3D列印設備快速普及,才開始形成這股「革命」的風潮。

在做機械設計時,基本上所有的機械零件都是使用電腦輔助設計軟體建立電腦三維模型,但要實際把機械零件製造出來,傳統的機械加工方法,車、銑、鉋、磨、開模鑄造或射出成型,都必須要在專業的製造廠進行。但是使用3D印表機,只要將機械零件的電腦三維模型轉檔,讀進3D印表機的軟體,軟體便會把一個零件細細地從水平面向上分割成為一層又一層,每一層還是一個2D的圖案,規畫好每一層的路徑之後,透過特殊噴頭將固態的線形成型材料加熱形成半熔融狀態,然後再擠出一層一層由下往上「印」出來。許多層2D圖案堆疊上去,冷卻、硬化之後便形成了3D的機械零件。

您看過3D印表機的話,一定會同意其中技術看起來真的不難了解,甚至比您家中電腦的印表機還要簡單許多。這幾年3D印表機價格持續大幅下降,入門款只要三、四萬元,方便又實用,我們機械系好幾個常需要製作原型零件的實驗室都自備一台3D印表機。

您家中有電腦印表機嗎?普通一些電腦印表機一台幾千元,已經是很普遍的電腦週邊設備,許多印表機廠商的商業模式,也都是機器便宜賣、以後再慢慢賺你墨水匣之類耗材的錢。3D印表機從技術、成本看起來,絕對有空間降價到和電腦印表機差不多,而且3D印表機需要的成型材料也是細水長流的長期生意。

我的意思是,幾年以後如果3D印表機也像一般電腦印表機,成為家家戶戶普遍的週邊設備,您應該也不需要太驚訝。

工業生產的方式從制式化的大量生產,轉變成為「個人化」、「大眾化」的生產製造,人人皆可以自己製造想要的東西,製造產業不一定需要大規模專業製造廠,製造技術門檻降低,機具趨向精緻輕巧,從大型專業機具轉化成為桌上型、個人能操作的裝置,甚至廣泛進入一般家庭。去年有一本暢銷書叫做「自造者時代(Makers)」,寫的就是這個自己製造產品的產業趨勢,所謂「自造者運動(Maker Movement)」。

從產品設計的角度來看,大量生產不是唯一的選項之後,製造和設計可以再度結合,不必一定要尋找成本低廉的國家大量生產;設計在產品中的價值也更形提升,產品創新速度加快、個人化商品將更為風行。產品銷售的商業模式更可能因此改變,從實體銷售轉變成銷售產品的「檔案」,實體產品您在家自己「印」就是了;網路銷售更加火紅,連倉儲、送貨之類物流的成本都不需要了;許多日用品不再需要上街花錢購買,杯子、水壺、花瓶、家具,到社群網站找一個自己喜歡的樣子,免費下載電腦3D模型檔案,自己印就是了

這就是大家口中3D列印技術將會帶來的「第三次工業革命」。

OK,不要興奮地太快。這個「革命」要發生,前提還是得要有足夠的產品可以「印」才行。這一點倒不必擔心,大家利用3D印表機印出的產品千奇百怪,甚麼都有,從假牙、義肢到噴射機、槍枝,只要建得出電腦3D模型,都可以印出來,甚至有人把懷胎中的小嬰兒超音波掃描的影像建成電腦3D模型,再用3D印表機印出來。

當然,還包括用3D印表機印一部汽車。

日本Honda車廠最近成立了一個新網站“Honda-3D.com”。將好幾部Honda概念車(1994 FSR, 1999 Fuya-Jo, 2003 Kiwami, 2007 Puyo, 2013 Acura NSX)的電腦3D模型CAD檔案放在網站上提供下載,再用自己的3D印表機印出來。您如果覺得Honda原型車設計得不夠酷,還可以自己進去修改。

這其實是Honda的品牌行銷活動,畢竟透過網路把檔案送出去,讓消費者自己在家印出小模型車,比起在車展發放公司紀念品要快速、有效、便宜得多。許多大型科技公司對自家產品技術細節都十分保密,Honda公開提供原型車3D電腦CAD檔案,該算是跨出一大步,也創造了汽車產業新的行銷、公關模式。

印一部小模型車?前兩天我也在課堂上示範列印一隻黃色小鴨,我還以為可以印出一部真的可以在馬路上行駛的汽車

的確有許多人嘗試用3D印表機列印一部可以在馬路上行駛的汽車。今年日內瓦車展中有一家獨立汽車公司EDAG,展示了一部印出來的全尺寸汽車Genesis。好吧,Genesis還是只是一個外觀模型,不是一部可以在馬路上行駛的汽車,但至少全尺寸模型讓大家對「印汽車」這件事更多了幾分信心。

另外一部果凍造型的汽車“Urbee 2”可能才將會是世界上第一部大部分零件是用3D印表機印出來,可以在馬路上行駛的汽車。這部三輪汽車比市場上量產的汽車便宜且省油,但是目前搭配23匹馬力的小引擎,性能還比不上一般汽車。Urbee 2發明人的雄心壯志,是在兩年內能夠駕駛這部3D印表機印出來的車子橫越美國。目前來說這件事還有些距離,因為Urbee 2還不能符合美國高速公路行駛車輛的安全規範。

好吧,一時之間還印不出可以在馬路上行駛的整部汽車。退而求其次,用3D印表機自行列印汽車元件如何?

這個可能性目前也有一些障礙。首先是目前3D印表機可以採用的成型材料有限,多半是塑膠,而塑膠材料的強度、耐熱等性質,在許多汽車零件的應用上並不足夠。

解決這個問題目前已經看到曙光。美國波士頓有一家新創公司推出一款叫做Mark One3D印表機,可以使用包括碳纖維、玻璃纖維、尼龍等複合材料,作為其3D印表機的成型材料,相當受到矚目。如果Mark One有像公司網站講得那麼好,這台3D印表機印出來的零件強度-重量比可以媲美機械零件常用的6061-T6鋁合金。

Mark One 3D印表機開價5,000美金,稱不上便宜,但也不算是天價,而且價格一定會逐漸降低。從規格上來看,Mark One可以印的零件尺寸不太大,要印整部汽車還有些難,不過相信也一定可以逐步改良。

印出您的汽車零件另一的問題是,汽車廠並不願意讓車主自行列印汽車零件。當然還是有一些營運或法規上的因素,車廠不願意公開揭露其汽車零件的3D工程圖等技術細節,即使願意,這樣的資訊要如何銷售也是個大問題,軟體檔案總是很容易複製、流傳。更麻煩的是,3D印表機性能、精密度等級不一,讓車主自行列印汽車零件,誰來負責零件的品質管制呢?如果零件出了問題,又該找誰負責呢?

可能的解決方式是,車廠並不公開其零件的電腦3D圖檔供車主下載、自行列印,而是提供圖檔給簽約的汽車維修廠商,讓合格的維修廠商自行印出所需要的汽車零件,減少庫存、物流成本,也能有一定的品質控管。

看起來3D列印技術要在汽車產業上真正形成「工業革命」,還是有一段路要走呢!