推薦序
翻轉商業世界的3D列印技術
許勝雄
從20世紀80年代發展到今天，3D列印已是大家耳熟能詳的名詞，但絕大多數的人可能仍只會聯想到塑膠玩具模型的製作。其實不然，這項技術已被《財星》500大企業使用在高科技用途上。3D列印又稱為積層製造（Additive Manufacturing, AM），主要是一個不斷添加的過程，在電腦控制下，將層層疊疊的材料不斷重複疊加，直到做出一個3D的成品，它適用在廣泛的材料、產品類型和用途上。
隨著積層製造技術不斷發展，這項新興科技已不限於製作原型、少量生產或利基產品的零件，它的觸角遍及各式產業，並悄悄地被運用在生產一般性的產品，包括：電子業以積層製造的方式來製作螢幕；汽車業利用積層製造來製作上千種零件的原型；製鞋業開始測試不同的內底、中底、大底原型，以開發不同的鞋品結構，同時，設計師則利用3D列印做出不同的鞋跟和塑膠概念鞋；醫療與牙醫產業運用此技術生產助聽器的外殼、透明的牙套及牙齒等；而2019年4月15日，以色列特拉維夫大學的研究人員，已「列印」出世界上第一個3D血管化心臟，並在Advanced Science發表研究成果。食品業多用在開發食品級的安全模具；航太工業則運用於打造飛機內裝、生產燃氣渦輪葉片等。產業陸續採用新科技提供多元、客製化的服務，由此可見，3D列印技術已成為企業通往未來的重要途徑之一。
此外，積層製造的驚人靈活度與能力的關鍵之一，是它完全數位化製程，可降低生產成本。一般傳統之製造過程是用減法，所以會有材料及能源的耗損；而3D列印是採加法，有需要時再列入，並不會有材料之耗損，且成本較易控制。美國經濟學家安德魯‧麥可‧史彭斯指出，數位科技的成本多花費在初始階段，也就是3D列印機的設計和驅動軟體的開發，當設計製作完成後，硬體的邊際成本會變低，而且隨著生產規模的擴大還會不斷地降低，而軟體的複製成本甚至趨近於零。隨著3D列印成本下降，企業將劇烈改變他們的供應鏈，且不需要大量的生產作業人員。生產的在地化與客製化都是很可能隨時會出現的。
本書作者理察‧達凡尼是一位熱衷於研究新興商業潮流、剖析劃時代商業變動趨勢的專家，作者於書中鉅細靡遺地闡述3D列印發展的始末，以及此新科技將如何轉變商業世界。本書的第一部分敘述產業革命來臨，介紹正在改變現階段的萬物製造方式，並帶給製造業巨大的彈性、速度、效率、反應與高品質的卓越新科技，包括：3D列印機的趨勢以及工業平台的崛起，這些新科技如何徹底改變製造流程與顛覆極限，促使製造業受益於範圍經濟、突破規模經濟的局限。第二部分則是探究這些改變將如何影響競爭態勢，造成全球貿易版圖大地震，說明泛工業革命將如何改變企業策略與競爭的本質，而企業主要如何做才能固守或擴大其影響力，又會面臨哪些挑戰。最後，在第三部分則提出因應之道，作者給予企業主明確的建議，讓大家可以做好準備、預先布局，善用這股橫掃製造業的科技潮流，開創新的永續經營優勢。
有鑑於積層製造科技可為製造業提供許多傳統生產技術無法達到的優勢，金仁寶集團也於2013年投入此產業，成立三緯國際立體列印科技股份有限公司（XYZprinting），專注於研發、設計及製造3D列印機，以成為一個全球性提供3D列印產品和服務之公司為目標。經過縝密布局與規畫，在2013年底推出旗下首款3D列印機da Vinci 1.0，並於2015年及2016年相繼推出光固化成型技術Nobel 1.0和輕巧時尚的da Vinci mini，以全球最佳的性價比，連續三年榮獲北美消費電子展編輯首選大獎。同仁們積極開發高品質、經濟實惠且易於使用操作的3D列印機，期許透過建構網際網路，讓使用者不論是在辦公室、學校或家庭任何地點的日常生活中，每個人都能夠找到並列印出他們喜愛的一切。今日，三緯國際已成為世界上最大的3D列印機製造商，占全球市場的五分之一以上，正是呼應著本項發展潮流，努力的初步成果。
誠如本書作者所述，許多和3D列印類似的技術都經歷過「採用概念、早期應用、主流應用及無所不在」四個階段，包括影印機運用、積體電路製造、CNC雷射雕刻、智慧型手機等，積層製造的技術亦遵循上述階段演進，在推動產業生產力上扮演舉足輕重的角色。相信3D列印技術將帶起第三次工業革命，書中所描述的泛工業會在接下來的20和30年間掌握全球經濟，驅動空前的改變，其影響力將遠遠超過傳統製造業的世界。
感謝有此機會受邀為本書於台灣市場上市時撰寫推薦序，甚感榮幸，期盼藉由本書的出版帶領讀者認識此項技術以及它對產業發展所造成的影響，並喚起大家的重視。
（本文作者為金仁寶集團董事長）
布局新藍海：迎向泛工業革命的新興浪潮
曹芳海
近十年科技的演進快速地令人目不暇給，不僅改變了世界的樣貌，也慢慢地顛覆許多產業原本習以為常的商業模式，面對市場環境與日俱增的競爭壓力，廠商間缺乏前瞻或關鍵技術者，常陷入無法持續創造利潤的紅海困境，最終變成難以抵擋此巨大衝擊。
因此該如何跳脫現有思考，迎向藍海市場，是近幾年企業經營的大哉問。隨著傳統製造技術發展成熟定型，積層製造（或稱3D列印）已被視為突破以往的新式技法，在現代工業與製造轉型中，更有許多先進國家包括美國與德國等，皆積極布局屬於加法式製造（相對於傳統的減料式製造）的積層製造技術。
相信不少人對積層製造仍停留在塑料公仔、模型製作的印象，但就如本書作者所述，現在包括航太、汽車、生醫產業等均以突飛猛進的方式擁抱這項新技術，尤其是使用金屬積層製造技術得以製作更輕量化、更有效率且更可靠的零組件，將成為直接製造（相對於模具製造）的最大優勢。例如在航太業的應用上，高品質輕量化零件可大幅節省飛航器的使用成本，而以目前3D列印航太工件加上必要後處理的品質，精細度已不輸CNC加工或模具生產，又可再減少庫存並簡化維護體系。此外，積層製造的客製化能力與仿生結構設計，預期對生物硬、軟組織的重建再生帶來重大突破，進而嘉惠人類福祉。
製造業一直是台灣的主體產業，過去的專業代工模式開啟經濟起飛的榮景，現在為了要提升在全球產業鏈中的地位，將精良快速的能力再進化，提供客製化製造的精緻化服務，已是必然要面對的挑戰。台灣擁有堅強彈性的製造業、高度分工的ICT產業及充滿活力與創意的服務業，本質十分適合發展具即時、客製又應用廣泛的積層製造。3D列印作為數位製造轉型使用的創新技術之一，目前市場產值已近百億美元，各種產業均將持續增加3D列印製造應用與功能的發展；而正如本書作者提到，「像3D列印這樣的新技術要擴散到一整個產業，包括航太、建築、消費電子、服飾等，通常要經過四個階段：採用概念、早期應用、主流應用、無所不在」。
在概念的採用上，台灣現階段已有許多新創家，透過3D列印努力往前瞻技術領航者前進。將來隨著3D列印的技術發展、設備普及，投資成本可望大幅降低，個人樂觀看待這波全球趨勢，鼓勵企業應積極思考將積層製造作為布局新藍海的主要項目，以能早期獲取更大的回報。國內業者與學研界已與醫療院所開始進行3D列印植入醫材IRB，也在國內航太及工業應用上踏出成功的第一步，預期包括高價值的航太與生醫領域，將可率先進入商業化的應用。
本書強調泛工業革命將以3D列印為主要驅動關鍵，作者以接近「辦案偵查」的方式，明查暗訪許多已經充分運用積層製造的產業使用者，並提示以積層製造大量、分區生產標準化產品，未來產業界不再受限於產品原型或是少量製作的專業化產品，並可藉結合智慧製造邁向高效率、高品質的規模經濟。書中點出積層製造引發的泛工業革命特徵，如：效益巨大化、即時競爭、邊界模糊的生態系競爭、超級融合等，亦揭示綠色製造、循環經濟下商業模式的典範轉移。
作者由淺入深地介紹積層製造的前世與今生，以親身觀察從各種不同的角度和觀點切入，讓人深深被這波泛工業革命的新興浪潮所吸引──在此浪潮裡同時蘊藏著巨大的機會與挑戰。無論你是已經做好準備迎接3D列印的新創者，還是仍在傳統製造中尋找契機的企業家，若想在未來的市場占有一席之地，本書無疑是重要的成功指南參考。
（本文作者為工研院雷射與積層製造科技中心執行長）
辦公室變工廠的新時代
林曜祥
擔任醫學中心教職逾三十載，見證了台灣整體醫療水平逐步邁向已開發國家之林，國內眾多大專院校也成立新創中心與研發中心，一時間新創醫療器材蔚為風潮，年輕人逐漸吹起「自造者」的風氣。幾年前，就見到來自母校國防醫學院的優秀學弟陳加恩於校內成立「醫學3D列印實驗室」，在幾個鐘頭內，就能製造出符合病患病徵的個人化人體模型，真是令人驚豔。憑藉科技的突破與幾個學生的努力，已讓辦公室如工廠，開發出各類模具，除具醫學教育價值外，更是發展病患專屬客製化醫療器材之一大契機。保守的醫療業已發展至如此，各大產業前線準備好接受改變及挑戰了嗎？想了解這個新科技將如何帶來改變，這本新書譯作必是首選閱讀清單之一。
在這本書中，達凡尼教授引領我們看見3D列印技術的成熟，將為全球製造業所帶來的巨大變化。1994年其首部著作《超優勢競爭》，就已經預測在全球化浪潮中，過去保有優勢的產業將面臨愈來愈短的優勢週期，只有不斷創造更新才能保持優勢。如同今日所看見的3D列印技術，新創公司更容易創造出更新、具有更大彈性的產品，達到數位創造的目的。如同亨利‧福特在1913年發明了汽車製造生產線，帶來汽車製造業的大革命，21世紀的今天，3D列印亦將帶給現有產業另一個巨大變革。另外，在工業4.0的推動下引入了智慧科技，希望能夠提升效率、降低工資，但其基本架構依舊受到生產線的觀念限制，仍可能敵不過積層製造不斷降低成本與更新製程的挑戰。積層製造這樣可隨規格、品項、地點的需求，在短期內就能靈活應用的新型態產業，反映出各個產業即將變革的一項縮影。
智慧機械是台灣第三個兆元產業，3D列印已可應用於原型製作及最終產品生產，成為企業數位製造轉型的先進技術之一。根據權威市場調查機構IDC報告指出，3D列印市場已漸趨蓬勃，2016年全球3D列印市場將達159億美元，並每年以24.1%的年複合成長率增加；研究機構Transparency Market Research的分析也指出，2013年3D列印用於醫療應用的全球市場產值，約為新台幣106億元，成長率約15.4%，比3D列印市場的成長率13.5%還大。這意味著下一波醫療產業之革新機會已經到來。
我國衛福部食藥署於2018年1月頒布「積層製造（3D列印）醫療器材管理指引」，國防醫學院、三軍總醫院與國家實驗研究院儀器科技研究中心於2018年5月簽訂「亞太區醫用3D列印服務平台」合作備忘錄。期望透過我國頂尖醫學中心的臨床實力，成立一個適用各科系不同需求的醫用列印平台，讓使用3D列印科技的單位不再單打獨鬥，將資源共享給所有參與的臨床工作者。近期在南科智慧生醫產業聚落推動計畫下，高雄榮民總醫院、工研院及南科頂尖的廠商們於2019年3月間取得合作共識，於高雄榮民總醫院建置台灣首條「3D列印醫材體驗診線」，串聯醫療能量，強化我國3D列印醫材創新應用，都是推動下一個世代產業發展的重要里程碑。
誠如書中引用的格言：「要預測未來，最好的方式就是創造未來。」我特別欣賞作者達凡尼教授除了闡述這項寧靜革命的到來，更直接指出積層製造逐漸普及的階段變化，在電子、汽車、製鞋、醫療、建築、食品、航太與國防各大產業上，明確整理了目前的變化與未來的趨勢。我國在各產業上還需要更多學者專家共同參與，將這個劃時代的技術貢獻在台灣的國際競爭力與經濟產值上。
（本文作者為高雄榮民總醫院副院長兼耳鼻喉頭頸部部主任，台灣耳鼻喉頭頸外科醫學會理事長，國防醫學院教授）
見樹又見林：站在泛工業巨人肩膀上的教育新視野
顏椀君
一如往常地下課，一群學生興沖沖走進自造實驗室，就為了要「收成」他們的3D列印作品──它們已經足足印了7個多小時了。兩個學生手腳俐落地取下印好的工件，正在拆除支撐材，你幾乎無法從外觀辨識出那是個什麼樣的具象物品，充其量就是一堆零件；而另一位學生，正在為他看起來像是列印失敗的作品苦惱著，他的作品名為「涼感製造者──coolmaker」，那是一個裝設有3個迷你槳葉的頸圈，是為了炎炎夏日可以涼爽一下的設計，因為裝置必須戴在脖子上，所以他正在試驗矽膠軟質的3D印材。這群學生正在趕工製作他們正準備帶去紐約自造者嘉年華（Maker Faire）與全美瘋狂的自造者一同分享的作品，而今年我們準備帶去發表的主題是：瘋狂穿戴式裝置。
每年實驗室都會開設新的主題專案課程，在製作期間，實驗室的各種機具設備四周，永遠圍繞著不同的學生，這裡幾乎是學生相互學習、師生教學相長的天堂。每一個設備的選擇與使用都是來自於作品的需要，雖然自造實驗室裡有著十來台的3D列印機，也有著雷切機、CNC、電子電路、各式木工鋸切研磨等設備，但其實學生最常使用的，還是那在架上一字排開的各種手工具，以及收納車上琳瑯滿目的各種材料。然而對這樣的數位自造學習場域來說，最彌足珍貴的還是學生創意無限的想像力。
筆者在2015至2018年間，每年都會帶領學生前往自造者運動的發源地舊金山，參與一年一度、被譽為全球最大盛會的自造者嘉年華。記得2016年帶著學生前往與會時，旅程中除了矽谷的企業參觀、高校交流等活動，更安排到史丹佛大學的設計學院（d.school）參訪，並拜訪了在史丹佛大學獨步全球的生物科技中心Bio-X裡的台灣博士生。當時我們腦海中的3D列印，都僅停留在自造實驗室已有的積層製造與光固化列印技術，這還是我們第一次聽見有人親身分享生物列印的真實研究案例與跨域整合的分工合作。此行讓我們對未來科技無限的可能性充滿了驚喜，每個人都各自想像與拼湊著一個什麼都能印的未來、什麼都能創造的世界。
自2015年教育部推動3D列印普及培育計畫開始，各級學校也因為全球自造者運動的推波助瀾，而重新建構起過去因為安全、升學主義等因素而消失的實作精神，並透過新科技所帶來的數位自造風潮，盤整與規畫未來人才所需要的素養與能力。隨著數位自造與工業4.0等新興科技的蓬勃發展，教育部不僅從3D列印普及教育的推廣，到自造教育環境、設備與課程的全面建置與推動，到了2018年更率先在高中職教育階段啟動了前瞻新興科技認知推廣計畫。筆者身為教育第一現場的計畫推動者，在閱讀本書時，彷彿看到了學子們將會面對的未來。本書作者以一個泛工業時代全貌的描繪角度，由3D列印技術鏈結了各種產業的專業運用，以及在AI、大數據、物聯網、數位製造等關鍵技術間跨域整合的實例說明，開啟了我們對於這個泛工業時代宏觀的未來藍圖與想像。
本書的章節鋪陳，先是直接破題、清晰地描繪出作者筆下這個因為積層製造所觸發的泛工業革命時代，隨即深入引領我們看到積層製造如何在電子、汽車、製鞋、醫療、建築、航太、國防、食品等產業，翻轉整個時代對於工業、經濟甚至是企業整合式平台的思維，最後更精闢地點出積層製造在泛工業發展體系中的各種迷失與突圍。
本書既前瞻又有系統性地，為當前國家整合推動的「新興科技認知教育」擘畫了相當宏觀的教育新視野，我們需要在未來全球產業無邊界的趨勢中，跳脫對於所有單一新興科技項目的理解，打破對於現有工業、經濟生態體系的系統架構，重新思考我們如何能夠在這波泛工業革命的教育變革中，讓學生在科技叢林裡見樹又見林。
（本文作者為新北市立板橋高中「國教署新興科技區域推廣中心計畫」主持教師）
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