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萬物皆可印的 3D 列印，這次盯上了森林
作者 愛范兒 | 發布日期 2021 年 06 月 06 日 0:00 |
當環保越來越受重視，森林危機也引起更多人關注，包括 3D 列印的先驅者。
最近3D列印公司Desktop Metal製造出新技術，表示可3D列印出任何類型的「樹木」，且藉由廢物利用。不僅能回收更多垃圾廢物，還能藉由循環利用木材，減少人類砍伐。以前3D列印主要用各類塑膠和金屬材料列印，現在木頭也能成為列印材料了。
但3D列印的木桌、木椅、木碗，你敢用嗎？
3D列印的木桌、木椅、木碗都來了
新技術稱為Forust，也是Desktop Metal創立的子公司，專門營運新技術發展。技術藉由獲得專利的單程黏合劑噴射技術，可持續生產應用於木質零件。可持續性體現在Forust列印的原材料，這些材料全都是來自木材製造和造紙業的廢棄副產品。
Forust從木材製造收集纖維素粉塵，從造紙業收集木質素，這兩種材料透過高速3D列印，直接製造出木質成品。所以不是完全還原一整棵樹，而是列印出「模仿」真實樹木的產品。廢棄木料，從此也能成為精緻、美麗、有用的東西。
列印過程中，經特殊處理的鋸末會散開來，人們藉由CAD軟體及操作設計，讓無毒且可生物降解的樹脂黏合劑接合材料。
這能讓列印出的木材和傳統木材一樣的硬度和功能。特別的地方還在於，人們可用數位技術模仿任何類型的樹木紋理。只要在後台設計好木材列印的每層數據，就能隨心所欲印出紋理。可印出紫檀木、水曲柳、斑馬紋、烏木、桃花心木等，還支援各種木材染色劑，染成對應樹木的顏色。
Forust首席執行長Andrew Jeffery表示，Forust提供幾乎無限的設計靈活性，更接近真實樹木材質，並有更多創造自由。列印完成後，人們可按照傳統木製產品，打磨、鑽孔、染色、塗漆、拋光等。
目前，人們可使用Shop System機器或RAM 336製作木製品，有緊湊、高速、單程列印引擎等特點，很適合批量列印中小型木質零件，配備機械手臂的Forust3D列印工具最大能列印180×90×30公分的木製品。
Desktop Metals首席執行長Ric Fulop認為，這項技術各行各業都能用。如建築領域，可製造地板、屋頂；豪華內部裝修部件領域，可做汽車、遊艇及高級住宅有異國情調的稀有紋理裝潢素材；家具可做成櫥櫃、桌椅、門；家居用品可做成花盆、雕塑、相框、碗筷等。他們也展示一些設計樣品，包括各類家庭用品如器皿、碗、籃子、托盤。
Forust商店頁面，已可購買列印好的現成產品，第一批產品是瑞士工業設計師Yves B é har設計，但價格不便宜，一個托盤就要20美元（約新台幣552元）。隨著首批產品推出，Desktop Metal也為建築師、設計師、製造商提供木製產品生產的新方式。
高效、實用、可自由設計，當然最創新也最重要的是環保。
3D列印木頭真的環保嗎？
3D列印木頭的風潮才剛露頭角，無法有具體數據判斷結果。不過回到3D列印木頭本身看看影響性。
3D列印木材早在2013年，就有名為FormFutura的公司創造過類似產品，名為LAYWOO-D3，材料是40%再生木材，其餘部分是黏合聚合物，但更像木絲堆疊，缺乏真實紋理，密度也不夠。
之後幾年，也有麻省理工學院科學家開發實驗室培養的特殊木質細胞，弗萊堡大學研究人員開發環境友善的木質3D列印材料，但要不就是研究處於起步階段，要不就是產品很難和真實木材媲美。
Forust的確是具革新意義的改變。對環保的改變主要有以下三點：
一是用木材廢料再現原木品質和紋理，讓纖維素和木質素成為持續資產。
二是自由創建複雜或獨特的木材設計，可避免複雜木材設計的流線型生產。
三是按需生產，製造商、設計師甚至消費者都可提交自己的列印客製設計、訂購樣品和尋求大批量合作夥伴，並大規模、長期生產產品，最大程度減少材料浪費、現貨庫存，以及運輸污染。
第一點想法抓住森林砍伐的痛點，木材浪費是嚴重問題。The Balance網站報告指出，垃圾掩埋場所有垃圾有10%是木材廢料，2010年產生7,060萬噸城市木材廢料，且還在增長。Desktop Metal表示如果人們買3D列印的木製產品用壞了，還可回收，再列印成新產品。
他們希望木製產品壽命結束後，用戶有兩個選擇，一是像其他木製產品丟掉，將隨著時間推移生物降解，另一種就是藉Forust將材料重新用於未來產品。
我們的願景是創造真正的循環製造過程。
且這種技術讓可持續製造和具成本效益的木質產品，代替很多塑膠和聚合物，這樣也能減少各領域塑膠製品生產。不過回收木材廢料的成本還需要深究，紋理製造過程的精細程度、木材廢料多次利用後的品質，依然需要大量產品檢驗後才能確定。
第二、三點提到的生產過程，Forust也還有問題。如收集到廢棄木料後，轉化為木粉的過程，通常也需要消耗化石燃料等能源，如果使用木材廢料本身，廢料可能也會燃燒到膠水、油漆、有毒塗料等物質，然後將二氧化碳和毒素排入環境。
ZDNnet指出，從廢棄紙漿提取木質素，也要使用諸如二氧化硫、硫化鈉和氫氧化鈉等有害化學物質，或花費較高成本研磨後，透過二噁烷／水提取，然後用溶劑純化。所以將廢物木料變成可回收材料的過程，也有諸多破壞環境的部分。這也是可持續發展一直以來的挑戰──創建可持續的解決方案，通常也需要另一個不可持續的過程推動。
數據顯示到2027年，全球成品木製品市場將達1.8兆美元，需求下Desktop Metal是第一個將3D列印技術大規模商業化的公司。他們正將始於樹木的減法業，轉變為始於升級回收木材廢料的增材業。
不過未來是否實現Desktop Metal的願景，或他們願景只是商業鼓吹，還得持續觀望。
3D列印，還能給生活帶來什麼新改變？
列印玩具、列印鞋底、列印橋樑、列印房子、列印火箭……3D列印似乎無所不能。
這個出現在1990年代中期的技術，開始只是由電腦控制，快速把液體粉末等「列印材料」一層層疊加，然後把電腦藍圖變成實物的裝置。1986年，美國科學家Charles Hull開發第一台商業3D印刷機；1993年，麻省理工學院獲3D印刷技術專利；2005年，市場首台高清晰彩色3D列印機Spectrum Z510面世。
當時人們對3D列印抱有無限期待和幻想。3D列印的確沒讓人失望，雖然速度發展並不快，但每次新成果足以令人耳目一新。如2010年11月，美國Jim Kor團隊列印出世界第一輛3D列印汽車Urbee，2011年6月6日，全球第一款3D列印比基尼出現，2011年7月，世界第一台3D巧克力列印機來了。
從建築、家居、美食、醫療到武器，3D列印在很多領域都開始運用。3D列印也曾視為引領第三次工業革命的技術，但3D列印風潮來得快去得也快。2016年左右，很多3D列印公司紛紛倒閉，AI和區塊鏈迎頭趕上。
風潮過後研究人員並未受影響，依然持續研究3D列印的新可能。
2019年4月15日，以色列特拉維夫大學研究人員以病人自身組織為原材料，3D列印出全球首顆擁有細胞、血管、心室和心房的「完整」心臟。當時這顆「心臟」可收縮，但無法像正常心臟一樣搏動泵血，去年明尼蘇達大學研究人員又藉由新型生物墨水加上3D列印技術，創建有腔室、心室、血管結構、可泵血的心臟。
生物3D列印，讓我們看到3D列印的無限潛力，雖然真正器官移植還需至少十幾年才能確認能否用於人體，但技術發展瞬息萬變。3D列印很多技術尚在研究，4D列印就興起了。4D列印其實就是3D列印技術升級，是將「可編程物質」和「3D技術」結合，讓3D列印物體有一定機械運動能力，能在外界刺激下改變形狀或結構。
這些「列印界」新技術，讓我們看到希望，不過依然感覺有點遙遠。而3D列印風潮後的企業，就在不斷嘗試讓3D列印技術更現實。
3D列印公司Icon和當地非營利組織New Story共同開發3D列印房屋，今年就有新主人：70歲高齡的流浪老人Tim Shea。這棟用混凝土3D列印房屋的造價只有1萬美元，低成本、便捷性、舒適性將為全球更多流浪人口帶來慰藉。
不過除房屋建造、生物組織等特定領域，大部分普及的3D列印材料，依然是金屬或塑膠等可黏合材料。最新的木製材料，讓我們又看到3D列印進入日常的可能。接下來，3D列印還將從單一列印材料走向多種材料並行列印，將讓3D列印機賦予產品更多元功能、更智慧的體驗、更複雜的系統。
這也將讓3D列印產品更貼近每個人的生活。
附圖：▲ Spectrum Z510。
▲ 3D列印汽車Urbee。
資料來源：https://technews.tw/2021/06/06/3d-printing-forust/
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01:14 工業1.0：機械化生產
02:17 工業2.0：生產線量產
03:21 工業3.0：自動化運作
04:27 避不開的工資上漲
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07:21 台灣版工業4.0的案例：水五金產業轉型
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｜腳本：宇軒
｜編輯：土龍
｜剪輯後製：Pookie
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｜演出：志祺
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【 本集參考資料 】
→ 第一次工業革命 - 維基百科：https://bit.ly/2LSHoR0
→ 第二次工業革命 - 維基百科：https://bit.ly/2zsoXjq
→ Digital Revolution - Wikipedia：https://bit.ly/2ZyQN8h
→ 第三次工業革命 - 維基百科：https://bit.ly/36qmgLp
→ 《工業大數據》，李傑著，天下雜誌出版
→ 〈美國的先進製造政策及其影響〉：https://bit.ly/3d0UB6b
→ 台灣的工業4.0－生產力4.0 - 科技大觀園：https://bit.ly/2zuV9Tb
→〈美國先進製造推廣概況說明〉駐美台北經濟文化代表處科技組：https://bit.ly/2ywmBj9
→ 南韓版《工業4.0》計畫觀察 - 產業科技資訊室 ：https://bit.ly/2XsX5n7
→〈全球最大水龍頭聚落四成業者倒閉 為何這家35年水五金廠能存活？〉天下雜誌：https://bit.ly/3d1WXSi
【 延伸閱讀 】
→〈圖解工業4.0〉天下雜誌 ：https://bit.ly/
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