3D列印產業發展全球3D列印市場規模

根據資策會 MIC 推估，2011 年 3D Printer 市場規模為 1,760 百萬美元，2012 年達到 2,150 百萬美元，成長率達到 22.2%，推估 2016 年 3D Printer

市場規模預計成長到 4,450 百萬美元，2011 至 2016 的年複合成長率(CAGR)

可達到 20.4%。而目前主要業者 3D Printer 的業者依據營收規模區分，依序為 Stratasys、3D Systems、Envision、Tec、EOS、Beijing Tiertime 等。

資料來源：各公司資料，MIC 整理，2013 年 4 月圖 1 3D 列印設備市場規模推估

3D Printer 主要應用領域包含消費產品產業、汽車產業、醫療服務業、教育產業、航太業、工業機械領域等。因為應用領域的不同，使用 3D 列印技術的方式也不一樣。塑膠成品部分主要運用於產品的打樣，而金屬成品主要運用在航太、機械、汽車工業中設計複雜的零件。

資料來源：各公司資料，MIC 整理，2013 年 4 月圖 2 3D 列印應用領域

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3D列印技術發展3D 列印(3D Printing)，亦稱積層製造(Additive Manufacturing, AM)，

為快速成型(Rapid Prototyping，RP)的一種技術。以數位模型檔案為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，透過逐層列印的方式來構造物體的技術。3D 印 表 機 運 作 原 理 如 同 雷 射 印 表 機 ， 只 是 其 非 使 用 碳 粉 ， 而 是 材 料（material）。工作原理是透過電腦輔助設計軟體（CAD）或是光學掃描技術，針 對 3D 物 件 進 行 3D 圖 檔 資 料 建 置 ， 再 將 3D 圖 檔 資 料 轉 換 成 STL 檔（Stereo Lithography），運用液態光敏樹脂材料、粉末材料或固態材料，透過雷射光束照射頭、紫外線照射頭或塑性材料噴塗頭，沿著垂直的 Z 軸與水平的 X 軸與 Y，利用分層加工、堆疊技術完成 3D 物件外觀。

整體而言，3D 列印加工法可區分為三大類別：「輻射成形加工法」（Laser Fabrication）、「動能成形加工法」（Nozzle Fabrication）和「複合式成形加工法」（Hybrid Fabrication）。 輻射成形加工法：是利用雷射光束或是紫外線照射使得材料產生化學或物理變化，達到 3D 物件外觀成 形 效 果 。 此 種 加 工 方 法 的 代 表 性 快 速 原 型 系 統 包 括 ：SLA （ Stereolithography Apparatus ） 、 SLS （ Selective Laser

Sintering）、LOM（Laminated Object Manufacturing）等。動能成形加工法：利用噴墨式或擠壓式噴印，將黏著劑與材料由噴印頭微量噴出，進行層層堆疊加工程序，而達到 3D 物件外觀成形效果。此種加工方法的代表性快速原 型 系 統 包 括 ： FDM （ Fused Deposition Modeling ） 、 3DP （ Three

Dimensional Printing）等。複合式成形加工法：同時使用輻射成形加工法和動能成形加工法，進而達到 3D 物件外觀成形效果，此種加工方法的代表性快速原型系統有 OBJet。

表 1 3D 列印技術分類

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資料來源：Better Design、Wikipedia，MIC 整理，2013 年 4 月

3D列印之國際趨勢及各國發展方向3D 列 印 最 早 出 現 在 1986 年 ， 原 名 為 「 快 速 成 型 製 造 」 （ Rapid

Prototyping Manufacturing, RPM）。其最大的優勢在於「不需要模具」，與傳統方式相比，不需要開生產線，又因為加法製造特性，可以大量減少因切割 物 件 造 成 的 材 料 浪 費 。 「 3D 列 印 」 這 項 技 術 ， 由 於 3D

Systems、Stratasys兩家 3D 列印硬體公司手中的專利在 2008後陸續到期，且隨著開放社群開始研究並推廣 3D 列印，此應用技術逐漸為人所知。

1.美國美國總統歐巴馬在國情咨文演講中宣示，3D 列印是美國未來領導全球生產

與製造業的技術革新。計畫投資 10億美元建立 15家製造業創新研究所，並宣布第一個研究所專注於研發 3D 列印。3D 列印在美國總統歐巴馬點名下，成為2013 年最受矚目的科技之一，也成為各國政府產業布局的重要方向。2.日本日本經產省也提出 3D 列印相關政策，2013 年 5 月底日本經濟新聞報導，

日 本 經 產 省 計 畫 匯 聚 日 本 3D 印 表 機 廠 商 CMET ， 以 及IHI、Nissan、Komatsu 等大型企業與早稻田等大學產學合作，目標 5 年內研發出可生產「砂模」的次世代 3D 列印機產品。2013 年 2 月日本經產省公佈「融合新產業創出動向調查計畫」報告書中闡述 Big Data結合 3D 列印的未來推動方向相關建議：B2C 產品製造商透過社群媒體來蒐集使用者產品服務使用行為與偏好等資料，協助以使用者為中心的產品雛型的設計與開發，並運用 3D

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列印技術製作產品模型，運用社群媒體進行產品市場測試，以進行上市前的改善修正。B2B 的產品業者，往往較難以透過 SNS 等 WEB 資料直接取得有效的使用者回饋意見，因此若使用者（企業）能建立社群，協助直接蒐集產品使用者的意見溝通管道，加上 3D 列印技術的運用，亦能協助縮短產品設計製造與終端使用者之間的實際使用感受落差。3.中國

中國的 3D 列印發展從 1990 年代開始起步，是世界上較早開始自主研發3D 列印技術的國家。從數量上看，已成為繼美國、日本、德國之後的 3D 列印設備擁有國。目前美國擁有世界上 38.5%的 3D 列印設備，而中國也佔有8.6%，是既美國、日本、德國之後的第四大國。並在 2012 年 10 月成立「中國 3D 打印技術產業聯盟」，預計將成立 10座創新發展中心，每座成本預估二千萬人民幣（約 330 萬美元），總投入為約 3,300 萬美元，布局產業的技術創新與差異化調整，目前也已建造出全球最大的 3D 印表機（一款 6米直徑的巨獸，大到可以印出一台車），及數種能夠列印鈦合金結構（包括使用於衛星、火箭及核電廠的零件）的大型工業 3D 印表機，這將是中國「戰略轉型計畫」的重要指標。中國 3D 列印技術產業聯盟表示，到 2016 年中國 3D 印表機市場規模將擴大到 100億人民幣，是 2012 年的 10倍，中國也將超越美國成為全球最大的市場。4.新加坡新加坡向來在全球競爭力中名列前茅的新加坡這次也沒有在這場 3D 列印

技術競逐中缺席，新加坡政府在 2013 年財政預算案中宣布計畫在 5 年內投資5億美元協助國內製造業發展 3D 列印技術，提高製造業工人和工程師的技術水準，並發展 3D 列印技術和機器人技術等新型態商業模式，希望建立一個新的 3D 列印行業生態體系。2014 年年初新加坡南洋理工大學（The Nanyang

Technological University ,NTU）也耗資 3,000 萬美元成立 3D 列印研究中心—「南洋理 工 積 層 製 造 中心（ NTU Additive Manufacturing Centre,

NAMC）」，針對醫療、建築專業領域進行生物列印和 3D 列印建築的研發。在醫療領域，目前 NAMC 針對列印人體組織進行醫學研發專案，其中一個專案目標為讓支架骨重新生長。在建築領域，NAMC 與德國領先的 3D 列印設備製造業者 SLM Solutions，簽訂 500 萬美元研發協定，共同進行新型複合材料開發，期待未來上市產品比市面上 3D 列印機能列印更大的作品。5.南韓南韓 3D 列印相關智財權到期所帶來的產業效應，不僅在美國發酵，南韓

政府也針對 3D 列印對未來產業影響進行發展規劃。為推動 3D 列印產業發展，南韓政府於 2014 年初成立 3D 列印產業發展協會( 3D Printing Industrial

Association；3DPIA)，做為 3D 列印產業發展的最高決議機關。藉由制訂 3D

列印產業發展政策及細部推動計畫、改善法令制度、研擬 3D 列印相關發展瓶頸因應對策，發展 3D 列印產業。未來南韓以朝向四大方向—(1)營造 3D 列印

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使用環境以推動製造業導入與全民參與、(2)支援創業並強化企業獨自生存的能力以促進初期市場發達、(3)研發原創與融合技術以提升材料與設備技術競爭力、(4)健全相關法令與制度以振興相關產業與強化資訊安全，推動 3D 列印產業發展。希望在 2020 年透過 1,000 萬個曾受過 3D 列印教育的創意人，帶動創造3D 列印初期市場，進而發展 3D 列印內容產業。南韓政府為營造全民使用 3D 列印的環境，從企業、民眾與人才三方面進

行。企業方面，於其營業場所直接示範運用 3D 列印技術的效果，以創造 3D

列印使用需求。同時透過讓中小企業進行試製品製作活動，讓中小企業體會導入 3D 列印的必要性。民眾方面，透過在各級學校、科教館、博物館、圖書館等公共設施設置 3D 列印機，營造一般民眾體驗 3D 列印體驗環境以提升民眾對 3D 列印的關注度。人才方面，南韓政府於國小、國中、高中、大專院校開設 3D 列印教育課程，並推出包括基礎、實務、指導者等級不同程度教育方案培育相關人才，推動實習用設備的普及。此外，南韓政府透過建構內容流通平台，使各種資訊可共享，營造 3D 列印產業良性循環，並提供事業化、行銷、經營諮詢等各種綜合支援體制，協助 3D 列印產業的創業風潮，健全 3D 列印設計內容產業生態。

而在 3D 列印技術開發方面，透過 3D 列印設備、材料、軟體等各領域主要技術的基礎/原創研究，發展事業化專用材料-設備整合技術，在加上國產化3D 列印應用軟體的開發，確保所研發之 3D 列印技術具市場競爭力。在大環境方面，為健全南韓 3D 列印相關法令與制度，南韓政府將發展 3D 列印改善方案， 以預防盜拷品、不法武器等違法品的製造並建立 3D 列印設備、材料及軟體等標準與 3D 列印內容智慧財產權保護機制。未來南韓政府將以四大方向推動 3D 列印產業發展，透過據點體驗、產業線帶動更新、完善交流平台三個層面帶領南韓邁向下一世代新工業。

我國3D列印產業現況由產業上下游分析，可分為上游設計，中游的設備材料，以及下游的服務

提供。上游的設計包含了 3D繪圖、掃瞄、分析重建與列印格式處理等四個部分，目前臺灣業者在 3D繪圖軟體的部分主要以代理國外繪圖軟體為主，但因為專業繪圖軟體的價格較高，因此也出現了很多繪圖功能相對較少的免費開源軟體，如：SketchUp、Auto123D 等。在掃瞄部分，已經有廠商投入設備開發的工作，如：龍騰科技、三維數碼，但需要搭配掃瞄設備使用，要大量被消費者應用不是那麼容易。因此也出現透過手機鏡頭進行掃瞄的應用程式，唯獨目前仍然會受限於環境因素，物品太大或太小、環境太亮或太暗，都會影響最後的成品。在破面分析與切層處理部分，是將 3D 圖檔轉換為可列印圖檔的必經之路，目前相關大部分可以取得免費的軟體，但軟體界面以英文為主，加上可以設定大量的參數，對於一般使用者來說，目前仍然需要具備一定的學習能

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力與技巧。3D 列印產業的中游主要是 3D 列印設備的製造商與代理商，2008 年以前，

技術主要都掌握在 Stratesys 和 3D System 這兩家業者手中，因此國內業者主要以代理國外的設備為主。2008 年之後因為專利的到期，國內開始有業者進入 3D 列印設備製造的領域，主要以低價位的 3D 列印機搶攻市場。在高端設備方面，目前主要還是倚賴代理商引進的設備為主，但工研院南分院也投入了高端設備的開發，未來將應用於金屬 3D 列印。另外，也國內也有業者投入列印品質較佳的光固化成形技術，如：中強光電，但因為光固化的材料，比起塑膠線材貴上許多(5-6倍的價格)，因此在材料費用過高的限制下，一般民眾的接受度不高。在材料方面，消費型 3D 列印技的材料主要用的是塑料 ABS 或PLA，在國內均有業者長期提供這樣的線材，也有業者開始提供不同的材質或原料，希望能夠降 3D 列印導入不同的領域。

3D 列印下游過去主要提供的是代工的服務，業者搭配本身的 3D 印表機，幫助需求業者進行打樣（Prototyping）及收取打樣的費用。但因為 3D 印表機價格的下降，擁有印表機的單位不再局限於公司行號，而是個人用戶，因此在國外出現了 3D 列印平台，平台上收藏了大量的 3D 圖檔，提供一般使用者下載，讓擁有 3D 印表機的個人用戶可以依據自己的喜好列印成品。在國內已經有業者開始建置 3D 圖庫，提供給一般使用者下載，但比起國外的圖庫，目前還在起步階段。

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