3D列印科技的發展及推動

有效發展個人化、創意性產品在臺灣設計製造

之第三次工業革命

科技部 103年8月28日

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簡報大綱

• 第三次工業革命與3D列印原理簡介

• 世界3D列印產業現況及趨勢分析

• 國內3D列印產業現況

• 3D列印技術趨勢及缺口分析

• 3D列印部會分工

• 目前3D列印推動情形

• 未來3D列印可能的運用實例及市場效益

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直接數位製造—第三次工業革命 • 第一次工業革命

– 機器動力取代人力、獸力

• 第二次工業革命 – 世界工廠生產化，中央集中大量生產，產品格式化、統一化、低價化

– 就業機會轉移(美國日本+亞洲四小龍大陸)，各國失業人口大增

• 第三次工業革命—高值化之創意性產品 – 分散式直接數位製造(在地製造、個人自造)，就業機會移回歐美

– 全面創意設計至製造自動化

– 美國先進製造產業聯盟(AMP2.0)、德國再工業化4.0之重點均在於創新性產品設計之在地製造

– 臺灣產業特色乃是分散式產業聚落，產業分工完整，適合發展3D列印產業

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在地製造可創造各國人民就業機會 產業版圖與就業機會的移動

• 過去2、30年美國刻意使製造外移亞洲，讓美國得以較低花費享受更高品質生活(USA lost 5.8 million manufacturing

jobs just since 2000)

– 失業率上升、財務操作困難

– 製造業乃是支撐服務業之重要基礎

• 中國與亞洲各國受金融風暴衝擊相對較小 – 製造業提供豐富就業機會

– 德國保有高比率的製造業，使其自金融風暴復甦的速度遠高於其它歐洲國家

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3D列印(積層製造AM)原理簡介

1.電腦建立3D

模型

2. 轉成STL

交換檔

3. 模型切成由下

而上平面疊層，

並產生各層材料

及支撐列印路徑

規劃

4. Nth 層平面的

材料 列印

5. Nth 層平面的支撐材

料列印

6. Nth 層列印完成 7. 3D列印完成

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世界3D列印產業現況及趨勢分析

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日本3年內發展10倍速系統 啟動3D列印製造計畫 2020年催生全球最先進工業用3D列印設備，產值21.8兆日圓

新加坡投入5億美金發展3D列印

美國K-12與高等教育將3D列印列入課綱

英國£7M->9M for 3D print research

& 中小學學習3D列印與機器人 英航太公司試飛3D重要核心關鍵零組件成功

臺灣新金寶投入3D列印自有品牌市場 3年100萬台(NT15000/台) 揚明光學投入ODM

市場，為全世界最大3D Systems代工廠 研能科技由大陸進軍世界3D列印市場

標竿企業 美國2強競爭 3D Systems

& Stratasys

掀起併購潮

德國EOS 英國 Renishaw

均為雷射粉末燒熔

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全球3D列印市場規模預測

• 3D 列印市場五年將成長五倍—CNBC report

• 3D列印市場在2025年產值預估達40億美金 —IDTechEX

Source: ASME MECHANICAL ENGINEERING, Feb 2014

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國內3D列印產業現況

–金寶集團(代工)XYZ Printing Inc. 全球自有品牌

–研能科技(噴墨頭)在大陸深耕自有品牌

–中強光電轉投資之揚明光學(ODM 3D-System)

–震旦行

– 1、20家設備製造商

• 應用產業剛萌芽

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3D列印系統技術趨勢及缺口分析

• 歐美大廠關注於全球大眾化市場的3D printer

– 台灣可提供泛用型3D printer之關鍵零組件及整機OEM/ODM

• 臺灣可發展各式特用產業專用3D printer – 牙科專用系統

– 車燈等汽車零組件專用系統

– 中小尺寸產業系統

– 複合系統(積層+CNC或成型後之積層區域二次加工)

– 電子產業應用專用系統—PCB、3D IC

• 臺灣應掌握積層製造專用材料 – 耗材比機器產值高很多

– 耐高溫熱塑成型材料

– 生物相容的塑膠材料

– 鈦、鐵、鎂、鋁等合金粉

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–臺灣從一般印表機產業所得到的經驗 • 未掌握到關鍵零組件如雷射引擎及噴墨頭的智財權

• 但是臺商以高品質的OEM及ODM方式接到世界大部分的訂單

–高能量雷射源 中山科學研究院 UV Lasers

–控制器及控制軟體 工研院機械所、中正、清大

–繪圖及電腦輔助製造軟體 臺大、中正、清大

–噴頭及投影晶片技術 工研院、臺大、成大

–應用與製程技術 工研院、臺大、成大

–材料技術 金屬中心、臺大、成大、中興

3D 列印關鍵技術分析

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3D列印推動之部會分工

蔡政委跨部會協調領導創意與3D列印推動計畫

• 經濟部 – 3D列印與相關特色產業發展政策制定

– 技術處運用科專計畫開發3D列印關鍵零組件與整機系統

– 工業局以主導性新產品開發計畫輔導3D列印廠商研發新產品

• 科技部 – 以專題研究及產學合作方式推動創新應用與關鍵技術研發

• 教育部—創意數位化基礎環境建構與人才培育

• 衛福部—3D列印醫療器材相關法規之研擬

• 文化部—工藝設計在3D列印應用的卓越人才培育

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目前推動情形

• 經濟部—工研院南分院於雷射光谷計畫項下開發

3D列印關鍵零組件與整機系統

• 科技部—每年投入一億六千萬元支持20餘個計畫(創新製程計畫、軟體與材料關鍵技術計畫)

• 教育部—技專校院及高中職3D列印教育普及計畫

• 衛福部—3D列印科技運用於醫療器材管理模式研究計畫

• 國防部—中科院開發高能量雷射源

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科技部3D列印前瞻科技-系統領域

• 著重於應用情境構思與未來市場分析

• 一計畫一應用，從應用端回推3D列印設備、軟體、關鍵零組件、材料、製程技術需求

• 朝全彩化、高速化、智慧化、精微化、功能化、多種材料融合與多種製程融合等方向研發。

• 開發自創系統或以現有系統做創新應用研究

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科技部3D列印前瞻科技-材料領域

–積層製造材料之製備與合成

–製程、設備與關鍵零組件材料開發

–材料燒結、曝光、成型、或製程之分析或模擬

–材料於積層製造時之微結構或分子結構之實驗觀察、分析、或調控

–材料性質最佳化

–以積層製造概念製造元件或結構

–新穎積層製造製程開發

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科技部3D列印前瞻科技-軟體領域

• 中小學公用軟體

– 模型資料庫之建立與搜尋

– 模型之形狀擷取技術

– 互動式編輯與建模

– 形狀分析與幾何處理

– 基於物理特性之三維模型建模技術

– 立體造形與CAD

• 積層製造產業輔助軟體

– 產品創新設計系統

– 系統導引程式之建立

– 設計、分析模擬方法、CAD/CAE系統發展

– 醫療導引規劃及設計系統

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計畫名稱 應用

3D積層製造技術應用於智慧金屬模具及智慧生醫級醫療器材之研發 模具、醫療器材

綠色組織工程支架積層製造系統研發 醫療器材、生醫材料

生醫粉漿材料積層噴印製造精密平台系統之研究發展 生醫材料、關鍵零組件

光纖雷射積層系統研發於馬達設計應用 馬達設計

基於雙光子/多光子技術的3D微奈米結構加工系統之開發以及於生醫組織工程以及三維光子晶體之應用

生醫材料、光電元件

彈性變向佈料高速3D成形技術 模具、先進量測

客製化智慧骨折內固定器技術開發計畫 醫療器材、生醫材料

積層製造技術整合服務平台建置 服務平台

客製化數位齒列矯正之三維掃描暨積層製造二合一系統研發 醫療器材

科技部目前執行中的計畫

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計畫名稱 應用

金屬粉末雷射燒結積層製造精密平台系統之研究發展 關鍵零組件、金屬模具

光固化式彩色3D積層製造系統研發 彩色材料

牙科贋復元件之高精度多材料三維列印專家系統開發 醫療器材、生醫材料

開發3D Connex Bio-factory複合式生物列印系統於口腔癌顱顏顎面重建之整合型研究

醫療器材、生醫材料

通過計畫中，大都有材料或化工領域教授執行分項計畫，支

援系統研發；另，各計畫亦有電腦輔助設計與製造的分項計

畫，負責製造及切層軟體的開發，但較缺應用軟體。

已另案徵求軟體開發與專用材料計畫

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未來可能的運用實例及市場效益 • 全球創意性產品設計製造中心—大量就業機會

– 分散式直接數位製造基礎環境建構—第三次工業革命

• Easy modeling、3D 虛擬實境顯示、雲端社群

• 3D 創意及藝術數位巨量圖庫

– 創意數位化產業發展

• 法藍瓷—10年來以3D列印科技進行藝術創作數位化

– 中小企業數位製造、全面自動化技術建構

• 積層製造產業—特定產業積層製造發展

• 3D 列印產業—自有品牌與代工兩相宜

• 3D列印應用發展—創意競賽

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應用例 客製化數位齒列矯正之三維掃描暨積層製造二合一系統研發

• 總計畫主持人:

姚宏宗教授 中正大學機械工程學系

• 共同主持人:

陳羿貞教授 臺灣大學牙醫學院前矯正科主任

林榮信教授 中正大學機械工程學系

林宗翰教授 臺灣科技大學色彩與照明科技研究所

傳統矯正方式

隱形矯正方式

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臺灣3D列印的機會

– 3D列印為全球新產業，臺灣有機會創自有品牌

– 掌握關鍵零組件技術，替國際大廠OEM/ODM

– 開發創新技術

– 彩色3D列印技術、加減法複合多功能3D列印技術

– 快速簡易建模、 實物掃描建模、3D模型編輯軟體、雲端資料庫、社群化

– 創意設計數位化，舉行3D列印各種創意應用設計競賽，組成網路創意社群，將成品有系統地整理成圖庫

– 藝術創作數位化，利用國家數位典藏計畫的成果，加值開發成具中華文化特色的巨量資料庫

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3D列印後續推動工作 在蔡政委督導下，各部會進行下列工作：

–經濟部重點推動3D列印產業政策、關鍵零組件、系統開發與產業扶植

–科技部重點推動創新應用、關鍵技術與軟體開發

–教育部重點推動教育普及與人才培育

–衛福部重點推動3D生物列印醫療相關法規研擬

–文化部重點推動工藝設計在3D列印應用面向的卓越人才培育

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3D列印計畫預期達成目標

• 預計在107年達到

–從關鍵零組件、材料到軟體技術完全自主的3D

列印產業群聚

–掌握世界30%之3D列印機產能

–培養百萬名3D列印應用與文創人才

–建立世界級的創意設計與中華文化藝術巨量資訊圖庫

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敬請指教

簡報完畢，謝謝！

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珠寶 家具 流行時尚

照明 裝飾

消費性應用

參考來源：工研院南分院 24 24

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工業應用

3D異形水路模具新LED燈具

傳統模具射出之LED燈具

光學應用之含異形水路塑膠射出模具

冷卻時間 600 秒

冷卻時間 158 秒

且無殘留氣泡

產能提升

參考來源：工研院南分院 25

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醫材應用

參考來源：工研院南分院 26

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Blade

Total

turbo

Vane

armrest

joint

Nozzle combustion tube

hinge engine component injector

航太應用

Turbine

blade

參考來源：工研院南分院 27

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Source: ASME

MECHANICAL

ENGINEERING, Feb 2014

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南韓3D列印高企圖發展計畫

• 產業界的推動

– 目標為2020年前提升3D 列印專利申請件數比重至全球20%、

– 培育出5家全球領導級企業、

– 全球市佔率達15%。

• 人才培育

– 在2020年前， 培育出1, 000萬名3D 列印創意人士， 佔南韓人口總數高達20%的比例

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南韓3D 列印產業發展協會

• 2014年4月新成立，做為3D 列印產業發展的最高決議機關

• 泛政府層次的政策協議體，由來自13個部會的高階公務員組成，包括3名共同委員長及10名委員。

• 3名共同委員長

– 未來創造科學部兩位次長及產業通商資源部次長

• 10名委員

– 未來創造科學部、產業通商資源部、企劃財政部、教育部、國防部、文化體育觀光部、保健福祉部、環境部、調達廳(採購單位) 、防衛事業廳(軍事單位)、中小企業廳、特許廳及食品醫藥品安全處。

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臺灣VS韓國 臺灣於3D列印較韓國更具競爭優勢

• 臺灣學術研究與產業均領先韓國by 2014

• 臺灣中小企業與分散式群聚製造特色

–產業結構適合百家爭鳴式的第三次工業革命

• 韓國大財團集中生產製造特色(三星手機)

–產業結構適合規格化量產型第二次工業革命

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設計/掃描 軟體處理 加工服務

後處理 通業技研(製鞋軟體)

龍騰科技 實威國際(代理商) 德芮達科技(代理商) 數可科技(代理商) 馬路科技(代理商) 通業技研(代理商) 普立得科技(代理商)

研能科技 迪威科技 智茂資訊 亨晏企業

創勤有限公司 智菱

國航科技 皮托科技 貝特設計 採智科技

大塚(軟體代理)

上游 設計與圖檔軟體 中游 設備製造 下游 加工服務

設備

光源

加熱源 材料 零組件

列印頭

華星華信聯亞友嘉光環聯鈞科盈

黏著膠

雷射

雷射

黏著膠

偉盟工業, 奇美實業, 台化, 國喬,

擠壓頭

燈絲

(加熱頭)

上銀

直得

整機

均豪,

盟立,

銓州,

鈦昇,

瀚能,

京暉,

結構處理

曲面處理

轉檔軟體

嘉鼎實業社

三緯國際

天空科技

震旦行

研能科技

VP

BJ

ME

光洋應材鑫科材料

陶瓷

複合物

鑄沙

表示從事相關產業廠商,

但未知是否切入3D

printing 設備

迪伸

揚明光學 保來得

中光電系統

嘉鼎實業社

研能科技

興誠科技

支撐設計

科盛科技 博美晶 雙鍵化工 國精化工 長春化工

馬路科技

3D逆向工程掃描與軟體 切層處理

分析模擬

表示未知供應商

或無此供應商

東捷

手持掃描器 工研院

我國3D列印產業鏈

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Own Brand—XYZ Printer 金寶集團—三緯國際

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全彩3D列印機

研能科技全球首創，

垂直整合自有噴墨頭

與全彩列印科技。

全彩直接上色

3D列印於石膏複合粉末

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揚明光學3D列印新機

• 揚明光學針對牙醫專用3D列印新機，新產品採設計代工（ODM）方式出貨。

• 揚明光學 (3504) 表示，今年產品有兩大亮點，包括牙醫用3D列印機、設計人員工作站，可望在第2季陸續出貨，但效益要下半年才會顯現。

• 與客戶研究，推出3D掃瞄器的可能性。

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