I

國立臺灣師範大學工業教育學系科技應用管理組

碩士在職專班 碩士論文

指導教授：蘇友珊 博士

應用模糊多準則決策分析於新技術導入評估模式之研究

－以台灣模具廠商為例

A Fuzzy Multi-Criteria Decision Making Method for

Technology Assessment：Case Studies on Molding Firms

研究生：賴榮斌

中 華 民 國 一 百 零 三 年 六 月

II

謝誌

兩年前抱著學習新知的心態進入師大工教系科管組在職班進修，回首學習期

間所修習的課程、報告研討與最終的碩士論文，時光轉眼消逝，現今即將帶著豐

富的科技管理領域寶貴知識接續下一個旅程，也感謝所上多位老師在科技管理領

域學術及實務上所給予的啟蒙。

蘇友珊老師在所教授的管理課程給予我許多實務觀念上的啟發，在所參與的

各項研究計畫中也使我從中獲得許多難得的經驗，且於論文撰寫階段也不厭其煩

的給予了許多學術寫作的指導。在黃啟祐老師所教授的課程中，科技管理的理論

脈絡與實例解說，容易令人理解與建立科技管理意涵的基礎，在決策分析、研發

專案管理及產業競爭策略等課程裡更加顯現了老師深厚的產業實務經驗與學術知

識，使得受課學生受益甚多。洪榮昭老師的授課方式輕鬆風趣，其學識內涵之豐

富，絕對是值得學生學習與挖掘知識的對象。工研院陳梧桐老師運用多年實務經

驗融入教學中，在技術預測的方法論與創新管理中精闢講說，也使我從中獲得許

多的另類思考。商發院王建彬所長在服務管理及產業發展趨勢的課程裡展現了獨

特的教學方式，運用切合實務的剖析案例，以幫助學生易於發現與了解台灣未來

產業趨勢及問題所在。宋修德老師詳實認真的統計教學，使我重新找回了對統計

學的觀念及其分析方法。許全守老師的生產作業管理使學生得以一窺生產管理實

務之全貌，並獲得許多實務操作之知識與方式。

在學期間也感謝一起努力到最後的同學兼好友們，文江、光軒、心蕊、元美、

仲軒、淑禎、淑卿、希真、偉華、蕙瑜、奕軒、蔡權。此外，也感謝日碩的同學

承諺、瑋倫、冠翰及家郡在此學習期間的合作與幫忙。

論文與課業的完成，除了感謝授課師長們的指導及同學的協助外，一直在背

後默默支持與付出的家人更是使我得以持續學習的主要動力，在師大修課兩年期

間，我同時也見證了女兒以恩從嬰兒的啞啞學語聲到現今每日與我的逗趣談笑，

對我而言這是消除每日疲累生活的最佳良劑，也是人生階段中的一個驚奇。

最後，僅將我在學業上完成的第二篇碩士論文，再次獻給辛勞栽培我的母親。

賴榮斌

2014 年 6 月 師大

III

中文摘要

在目前產品設計及製造的運用上，產品的生產開發過程可分為設計、設計驗

證與量產三階段，而在設計驗證階段常因產品設計的差異或其它因素進行設計變

更，因此若能減少此階段的開發時間與費用，則將對產品的時效性與成本競爭力

有極大的助益。快速生成模具(型)的新製程技術，使得生產製造業者面對科技創新

所帶來新的製造模式改變。由於廠商導入 3D 列印技術的投資規模、技術複雜性與

競爭策略等考量，其評估因素選擇可以被看作是一個多屬性決策過程，因此，本

研究以台灣模具廠商導入 3D 列印技術為例，目的為提供一個系統方法對技術導入

的決策評估，其中提出了兩個階段的程序。第一階段經由專家訪談與文獻蒐集建

立初始準則後，透過模糊德爾菲法獲得專家意見於廠商導入新技術的重要評估構

面與關鍵準則。在第二階段，使用模糊層級分析法將導入 3D 列印技術評估因素作

為衡量的指標，找到每個標準的重要性程度，並建立了一個實證評估模型，為決

策者提供參考。最後，本研究經專家評估各關鍵因素之重要性，結果以「技術趨

勢」、「購建設備成本」、「財務策略」與「同業競爭優勢」為廠商在評估新技術

導入時最重視之因素。

關鍵字：技術評估，三維列印，模具產業，模糊德菲法，模糊層級分析法

IV

Abstract

In the current use of industrial manufacturing, the product development process

can be divided into production design, design verification and mass production in three

stages, and in the design validation stage often due to differences in product design,

design changes or other factors, therefore, it would reduce this stage development time

and costs, then the product timeliness and cost competitiveness of great help. As the

mold maker import 3D printing technology, the scale of investment, technical

complexity and competitive strategy considerations, its assessment of factors that can

be considered as a multi-attribute decision-making process. Therefore, this paper aimed

to provide a systematic approach for the assessment of technology into the

decision-making, which proposed a two-stage process. The first phase collected via

expert interviews and literature to establish the initial guidelines, the fuzzy Delphi

method (FDM) to get through expert advice on vendors introduce new technology is an

important criterion. In the second stage, the use of fuzzy analytic hierarchy process

(FAHP) screening of the expert evaluation criteria for each dimension of the indicator

as a measure to find the degree of importance of each criterion, and the establishment

of an evaluation model to provide reference for decision-makers. This paper was

approved by experts to assess the importance of the key factors that result in technology

trends, the cost of acquisition, construction equipment, financial strategy and

competition advantage for the manufacturers to evaluate new technologies in the most

important factors when importing.

Keywords：Technology assessment、Three-dimensional printing、Mold and Die

Industry、Fuzzy Delphi Method、Fuzzy Analytic Hierarchy Process

V

目次

謝誌 ............................................................................................................................ II

中文摘要 ................................................................................................................... III

ABSTRACT .............................................................................................................. IV

目次 ............................................................................................................................ V

表次 .......................................................................................................................... VII

圖次 ........................................................................................................................ VIII

第一章 緒 論 ............................................................................................................. 1

第一節 研究背景與動機 ................................................................................. 2

第二節 研究目的 ............................................................................................ 3

第三節 研究對象範圍 ..................................................................................... 4

第四節 研究概念與研究流程 ......................................................................... 4

第五節 論文章節架構與說明 ......................................................................... 7

第六節 名詞釋義 ............................................................................................ 7

第二章 模具產業概況與 3D 列印技術之應用 .......................................................... 8

第一節 模具產品的定義與特性 ..................................................................... 8

第二節 模具產業概況探討 ........................................................................... 11

第三節 模具製程技術發展分析 ................................................................... 16

第四節 3D 列印技術於工業之應用 .............................................................. 17

第一項 3D 列印技術介紹 ......................................................................... 17

第二項 3D 列印市場發展與趨勢 ............................................................. 21

第五節 本章小結 .......................................................................................... 23

第三章 文獻探討...................................................................................................... 25

第一節 企業導入新技術的評估與程序 ........................................................ 25

第一項 技術導入之程序 ........................................................................... 25

第二項 技術導入之評估因素 ................................................................... 29

第二節 多準則決策分析法與模糊集合理論 ................................................ 31

第一項 多準則決策分析法 ....................................................................... 31

第二項 模糊集合理論 .............................................................................. 33

第三項 模糊德菲法 .................................................................................. 35

第四項 模糊層級分析法 ........................................................................... 37

第五項 相似性整合法 .............................................................................. 40

第四章 研究方法...................................................................................................... 42

VI

第一節 研究調查流程之步驟 ....................................................................... 42

第二節 層級架構之建立 ............................................................................... 43

第三節 構面與評估準則之整理 ................................................................... 45

第一項 外部環境 ...................................................................................... 45

第二項 內部資源 ...................................................................................... 46

第三項 經營策略 ...................................................................................... 47

第四項 科技規劃 ...................................................................................... 48

第五項 作業績效 ...................................................................................... 49

第四節 評估準則之篩選 ............................................................................... 52

第一項 專家問卷設計 .............................................................................. 52

第二項 專家問卷發放 .............................................................................. 52

第五節 準則權重計算與方案之評選 ............................................................ 53

第一項 模糊德菲法篩選重要評估準則 .................................................... 53

第二項 專家模糊評估值相似度計算 ....................................................... 55

第三項 模糊層級分析法權重計算 ........................................................... 57

第五章 問卷調查結果與分析 .................................................................................. 59

第一節 FDM 建立評估因子及篩選 .............................................................. 59

第二節 FAHP 專家意見整合與層級權重計算 ............................................. 61

第一項 FAHP 專家意見相似性整合之應用 ............................................. 61

第二項 FAHP 權重計算 ............................................................................ 63

第三項 模糊綜合評判與優先排序 ........................................................... 63

第六章 討論與結論 .................................................................................................. 65

第一節 主要研究結果與發現 ....................................................................... 65

第二節 研究貢獻 .......................................................................................... 66

第一項 本研究對學術理論之意義 ........................................................... 66

第二項 本研究對企業實務之意義 ........................................................... 67

第三節 研究限制與未來研究方向 ............................................................... 67

第一項 研究限制 ...................................................................................... 67

第二項 未來研究方向 .............................................................................. 68

第四節 結論 .................................................................................................. 68

參考文獻 ................................................................................................................... 70

附件一 模糊德菲法專家問卷 .................................................................................. 74

附件二 模糊層級分析法專家問卷 ........................................................................... 82

VII

表次

表 1 臺灣金屬模具各類產品定義及範圍 .................................................................. 8

表 2 模具產業特質 ................................................................................................... 12

表 3 全球主要模具生產國 ....................................................................................... 12

表 4 2009~2013 年臺灣模具產值.............................................................................. 14

表 5 積層製造技術分類 ........................................................................................... 19

表 6 模具製造方法比較 ........................................................................................... 20

表 7 3D 列印各類快速原型系統優缺點比較 ......................................................... 21

表 8 資訊科技導入程序模式 .................................................................................... 25

表 9 技術評估相關文獻 ........................................................................................... 30

表 10 評估指標與相關文獻 ...................................................................................... 30

表 11 三角模糊語意表 ............................................................................................. 39

表 12 台灣模具廠商導入 3D 列印技術之因素評估層級 ........................................ 44

表 13 評估準則彙整表 ............................................................................................. 50

表 14 專家問卷填答者名錄 ...................................................................................... 52

表 15 隨機指數表 ..................................................................................................... 57

表 16 第一階段模糊德爾菲法篩選評估因子之結果 ............................................... 59

表 17 外部環境構面下(A1)與(A3)評估因子之專家意見 ........................................ 61

表 18 專家意見認同矩陣－技術趨勢(A1)與市場技術需求(A3) ............................. 62

表 19 整合後之專家意見模糊數－技術趨勢(A1)與市場技術需求(A3) ................. 62

表 20 外部環境(A)構面模糊成對矩陣 ..................................................................... 63

表 21 外部環境(A)模糊權重 .................................................................................... 63

表 22 外部環境(A)層級串聯與解模糊 ..................................................................... 63

表 23 評估因子重要性排序 ...................................................................................... 64

VIII

圖次

圖 1 研究概念圖.......................................................................................................... 5

圖 2 研究流程圖.......................................................................................................... 6

圖 3 技術/產品應用關聯樹狀圖 ............................................................................... 10

圖 4 模具產業領域 .................................................................................................... 15

圖 5 直接與間接造模製造比較 ................................................................................ 16

圖 6 2012 年全球 3D 列印應用市場分佈 ................................................................. 23

圖 7 CHEN 與 SMALL(1994)之整合規劃模式 ............................................................. 26

圖 8 企業資源整合系統發展方法 ............................................................................. 27

圖 9 企業導入新技術之程序架構圖 ......................................................................... 29

圖 10 三角模糊數之隸屬函數圖............................................................................... 34

圖 11 五等級語義變數之隸屬函數圖 ....................................................................... 35

圖 12 模糊德菲法操作流程 ...................................................................................... 37

圖 13 執行步驟流程圖 .............................................................................................. 38

圖 14 相似度整合法操作流程 .................................................................................. 41

圖 15 研究調查流程之步驟 ...................................................................................... 43

圖 16 雙三角模糊數圖 .............................................................................................. 54

圖 17 專家意見篩選後之重要準則項層級架構 ....................................................... 60

1

第一章 緒 論

面對全球化競爭之衝擊，以及先進技術製造系統運用的帶動下，許多技術性

密集製造業每年皆會投入大量設備及技術資本支出，試圖導入能提昇企業競爭力

之生產製造系統。模具產業被稱為製造業之母，現今在各類電子、資通訊與工業

製品中均被廣泛應用於產品的大量生產，因此對於生產製程技術的改進與提升方

面在主要發展國家及產業界莫不積極投入。近年由於 3D 列印技術及其應用材料發

展迅速，在模具製造的應用上已逐漸被討論導入 3D 列印之優勢，用以改善製程之

效率與傳統模具製造商的服務模式。模具產業於台灣多為中小型廠商，資本額亦

多不高，因此對於須高額投資的先進製程設備而言，廠商多保持謹慎評估。本研

究有鑑於此，經由訪談與專家問卷調查方式，進行台灣模具廠商導入 3D 列印技術

評估之探討，藉由本研究模具業者們在評估新技術導入時所考慮的影響因素，進

一步找出受影響決策的關鍵因素，希望能反映廠商業者的意見，並建立一個決策

評估模式之程序。由於台灣模具產業發展面臨困難局面，期望透過本研究之進行，

為模具製造產業提出在導入 3D 列印技術的重要參考與評估方向，以及產、學與政

府部門於探討企業進行新技術導入時評估重要影響因素之參考。本研究以台灣模

具產業之塑膠成型模具廠商為調查範圍，有系統蒐集產業及技術文獻與產業界業

者訪談，以企業的外部環境、內部資源、經營策略、科技規畫、作業績效為焦點

構面，具體詳列三十二個因素準則，經德菲法專家篩選重要影響準則後，建立評

估層級，接續並透過層級分析方法找出廠商於新技術導入評估時影響決策之重要

關鍵因素。

本研究利用德菲法與層級分析法進行業界專家調查，而為避免問卷問項中的

語意模糊性，因此結合模糊多評準決策法(Fuzzy Multiple Criteria Decision Marking,

FMCDM) 中對模糊詞語的處理方式與方案排序方法，針對專家研擬之問項準則，

配合所得到的各項權重值並據以進行重視程度排序。

本研究以生產製造導向之企業於進行新技術科技導入之決策評估過程，缺乏

一具理論基礎且適合國內企業的導入模式進行探討，以作為企業在進行新技術導

2

入評估與決策的模式依據。本研究業界專家問卷調查第一階段共發放 15 份專家問

卷，回收 15 份問卷，問卷回收率 100%，第二階段發放 15 份專家問卷，共回收

14 份問卷，問卷回收率 93%，本研究共計回收 29 份專家問卷。本章擬就研究背

景與動機、研究目的、研究對象範圍與限制、研究架構及本文撰寫架構等項逐一

進行說明。

第一節 研究背景與動機

一、研究背景

近年來科學技術發展迅速，先進製造技術也加速企業面臨生產、製造與服務

上的轉變，促使企業者致力於縮減各供應鏈與生產製造之間的操作關係以期為新

效率尋求新的商業定位。特別於高科技製造產業，其重心放在增加製造者及增加

電子化自動製程(Electronic Manufacturing Service, EMS)，生產製造者亦期提高在

產能與效率服務及商業環境競爭力上取得領先之地位。

第五代創新模型的重要特性是速度與成本優勢，跨功能發展與更有效的全面

整合，可以產生快速且更有效能的開發製造流程(Schilling，2010)。許多關於製造

和技術管理的文獻顯示，企業投入了大量的資金到先進製造技術和新的管理模

式，以應對快速變化的生產製程和來自客戶端的需求，學習新生產技術與正確的

理解和實施，在成本、品質、彈性化、交貨速度、生產效率和盈利能力等控制下

幫助企業提昇競爭力(Lena，2007)。因此，新技術的選擇與評估所涉及的決策，其

關鍵在於是否能為企業在競爭態勢下帶來有效助益與價值創造，而選擇一種新的

生產技術，結合市場趨勢、競爭和經營策略，以及製造屬性的經營策略等皆為決

策評估的重要因素(Chuang，2009)。由於新科技不斷的推陳出新，對於生產研發

製造廠商在外部新技術可以改善製程能力與創造商業優勢的前提下，企業於進行

評估新技術的導入時，其中所思考的面向不只是內部財務資源的因素，亦包含了

來自外部因素、企業規畫與績效等等考量(Betz，2011, Chen and Small，1994, Cho and

Yu，2000)。

經由許多的研究及實證可知，不論就企業經營效率的提升或是因應外在環境

3

競爭的壓力，企業適時引進合宜的新技術科技以提供更好的生產、製造與服務效

率，強化本身的競爭優勢實屬必須。然而，在進行新技術科技導入時往往具有高

成本與高風險之特性，許多新技術導入也常需要調整配合現行的生產作業程序，

甚至必須企業各部門互相配合協作，始得以發揮最大的效益。對於不同規模之企

業而言，評估新科技的導入成為一項重要的工作項目，其中包含如何選擇可能的

替選方案，以及如何將新技術順利導入的生產程序，都是相當值得的研究課題，

並且對於企業經營更具實務上的意義。

二、研究動機

台灣模具產業面對具技術優勢國及後起新興國家之強大競爭壓力，技術引進

愈形困難所引發之營運變局，模具產業不得不積極思考轉型升級之道，因此，藉

由外部新技術之導入用以改進過往傳統製程，並利用新技術加速服務化模式勢必

為製造業未來轉變之趨勢。過往產、學界相關研究對於新技術科技的導入多屬被

動進行或是主觀認定導入程序，尚未有系統性方式於協助企業評估新技術導入的

決策方法。基此，本研究遂以此為探究主題，希望為企業導入新技術科技的決策

建構一套周延、適切的評估模式。

本研究透過文獻探討並利用模糊德菲法之方式，探討新技術的導入對於廠商

所需評估與考量的重要因素為何，並藉由模糊層級分析法的方式，求算各要素之

重要性程度。藉由此一模型具有決定優先順序、產生替代方案及選擇最佳方案等

之特質，提供決策者作為選擇評估、客觀及標準化的決策參考。

第二節 研究目的

本研究之目的在探討生產製造商於導入新技術時的評估決策模式，遂以「台

灣模具廠商導入 3D 列印技術」為例進行實證調查分析。基於上述的研究背景與動

機，本研究希望達成之研究目的如下：

（一）發展企業選擇導入新技術之評估層級架構。

4

（二）建立企業導入新技術之評估模式。

（三）藉由模糊層級分析法分析各構面之重要性程度，並找出關鍵影響因素。

第三節 研究對象範圍

本研究係以企業決策者的立場，探討企業導入新技術科技之重要評估因素，

研究對象將以我國模具生產製造廠商為主，研究範圍之界定條件如下。

（一）本研究之調查對象以我國模具製造業塑膠成型模具廠商為主。

（二）本研究所稱之新技術，特別指 3D 列印技術及其材料可應用於企業生產製造

作業流程之科技技術。

（三）本研究以台灣模具廠商導入 3D 列印技術實證為例，但因 3D 列印設備依列

印材料之區別種類不一且模具製程技術交錯複雜，因此本研究調查中專家評估的

3D 列印技術為具塑膠材料成型之設備。

（四）有關新技術導入決策所建構之評估模式係以廠商評估新技術導入時對相關

影響面向之重要準則進行評估。

第四節 研究概念與研究流程

(一) 研究概念

本研究之研究概念可分為兩部分，首先由文獻回顧與專家訪談的方式建立企

業導入新技術科技之初始評估層級架構，並利用模糊德菲法蒐集專家意見來篩選

重要程度共識值較高的評估準則；再以評估層級架構為基礎，建構企業導入新技

術科技之關鍵因素評估模式，其中以模糊分析層級程序法計算各重要準則項之優

勢比重值，以提供企業進行決策評估之參考。本研究概念如圖 1 所示。

5

圖 1 研究概念圖

1. 建立新技術導入之評估層級架構

本研究參考相關文獻，並藉由與企業相關決策者進行訪談方式，初擬新技術

導入之評估層級架構，再以問卷方式蒐集專家意見，並加入模糊德菲法使其收斂

一致，作為篩選評估準則的依據，希望藉此發展一套可信度較高、較為周延的科

技導入評估層級架構。

2. 建立新技術導入評估模式

以本研究所發展之科技導入評估層級架構為基礎，採業界專家問卷方式蒐集

評估者之評估值，並運用模糊分析層級程序法求算每個準則的權重之最終優勢比

重值，以供企業作為決策參考依據。

(二) 研究流程

本研究係以文獻回顧法與專家訪談進行新技術導入關鍵因素評估相關資料彙

整與分析，並透過實證研究的方式以專家問卷調查法分別進行因素篩選及計算權

重來建立新技術導入評估模式。研究流程如圖 2 所示，本內容可分為四階段進行：

1. 第一階段為目標研擬，進行確認研究目的、工作內容及工作流程。

2. 第二階段為文獻回顧，進行相關理論與文獻的回顧，探討新技術導入之評估與

模糊德菲法

篩選重要性評估準則

模糊層級分析法

關鍵影響因素

企業導入新技術決策

文獻探討與專家訪談

建立關鍵評估層級架構

研究動機及目的

6

程序，並從與業者之訪談瞭解產業界實務現況與蒐集重要評估指標。

3. 第三階段為研究方法與實證，經由研究方法進行實證調查，以建構評估模式的

準則架構。

4. 第四階段為研究結果討論，提出本研究之結論，並針對企業於進行新技術導入

評估時提出建議及討論。

圖 2 研究流程圖

研究動機與目的 目標研擬 研究範圍與內容

新技術導入的探討

新技術導入評估與

程序相關文獻分析

3D 列印技術與模

具產業之發展探討

相關廠商、專家之

訪談探討

初始評估準則架構

文獻回顧、理論探討

新技術導入準則篩選

建立重要準則評估架構

專家意見整合

評估架構準則權重

關鍵評估準則

結論與討論

研究方法與實證

結論

第一階段

專家問卷

第二階段

專家問卷

7

第五節 論文章節架構與說明

第一章 緒論：首先根據本研究的背景與動機而提出之研究目的、定義研究對象範

圍與限制，再者，並針對本研究架構及流程做陳述說明。

第二章 模具產業概況與 3D 列印技術之應用：本章針對模具製程及模具產業概況

進行介紹與分析，並探討 3D 列印技術現況與在製造產業中應用之趨勢。

第三章 文獻探討：主要經由廣泛蒐集與深入探討與本研究主題有關的文獻，說明

企業導入新技術的程序與相關影響之評估因素，以做為研究設計探討的根

據。此外，針對評估過程所使用的多準則決策分析方法也將在本章中說明。

第四章 研究方法：主要針對研究流程及步驟做詳細規劃，說明本研究調查方式與

數據分析方法，於進行評估之程序、層級架構之建立、各構面與準則之篩

選、問卷設計與資料整理等。

第五章 問卷調查結果與分析：本研究以採專家問卷調查的方式來蒐集資料，進

行實證來探討廠商於導入新技術評估時的關鍵影響因素，並呈現本研究

資料分析結果。

第六章 討論與結論：針對本研究主要研究結果及發現進行探討，提出具體可行之

學術及管理實務上之建議，並給予後續進行類似研究者之建議。

第六節 名詞釋義

1. 技術評估：是指某種技術(或新技術)對企業生產或運作可能帶來的影響進行定

性定量的探討，從而對其利弊得失作出綜合評價的方法技術。

2. 模具：依照原先已設定的格式，以製造出既定形式或與原形相仿之製品的一種

模型工具，在目前產品化生產製造中皆需靠模具方能進行量產階段。

3. 製造業服務化：指生產製造企業為了獲取競爭優勢，將價值鏈由以製造為中心

向以服務為中心轉變。

4. 三維列印技術：屬於快速成形技術的一種，它是一種數位模型文件為基礎，運

用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層堆疊累積的方式來構造物體的技術。

8

第二章 模具產業概況與 3D 列印技術之應用

本章根據研究目的與研究架構，簡述模具的定義與產品特性、模具製造產業

的現況發展、模具生產製程以及瞭解 3D 列印技術於工業之應用與發展，而最後一

小結，將說明模具製造業導入 3D 列印技術的探討分析，茲分述如下。

第一節 模具產品的定義與特性

模具是工業製品於量產時關鍵性生產工具之一，指被成形材料經熔融狀態而

成形，舉凡金屬、塑膠、橡膠、玻璃或礦物等材料經過高溫、高壓或高衝擊之製

程而形成一定形狀之成品，而產品化生產製造皆需靠模具方能進行量產階段(陳仲

宜，2005)。模具的定義若從英文 Molds(或 Mould)及 Dies 兩個字來看，Molds 係

指被成形材料經熔融狀態而成形，例如塑膠模或壓鑄模。Dies 則指將被成形材料

直接沖壓、鍛打或擠壓而成形，例如沖壓模、鍛造模、擠型模等。

經模具製造量產之產品種類複雜且多樣，依據經濟部統計處工業產品分類，

將金屬模具使用目的分類為壓鑄模具(Die Casting Mould)、鍛造模具(Forging

Die)、沖壓模具(Stamping Die)、塑膠成型模具(Plastic Forming Mould)及其他模具

(Other Moulds)等五項，各項模具的產品定義及範圍整理如表 1。

表 1 臺灣金屬模具各類產品定義及範圍

名稱 定義 範圍

壓鑄模具

壓鑄模具用於熔融之輕金

屬，如鋁、鋅、鎂、銅等合

金之成型，其原理是將熔融

之輕金屬材料，由壓出機構

加壓再壓入閉合之壓鑄模具

內，以充滿此一模具之模具

穴而成型，待冷卻凝固後再

開模而由壓出機構將成品頂

出脫模。

壓鑄模具依成型之金屬種類不同可分

為：

(1)鋁基壓鑄模用於鋁合金壓鑄成型。

(2)鋅基壓鑄模用於鋅合金壓鑄成型。

(3)鎂基壓鑄模用於鎂合金壓鑄成型。

(4)銅基壓鑄模用銅合金壓鑄成型。

(5)其他壓鑄鉛、錫等合金壓鑄成型。

鍛造模具 鍛造是金屬成型加工法之

一，將金屬胚料置於所需形

(1)落錘鍛造模具：使用於蒸氣錘上。

(2)壓床鍛造模具：使用於機械式或液

9

狀之器具內，利用鍛壓或鎚

擊外力，使置於其內胚料，

依所設計之形狀成型，而成

型時所用之器具，即為鍛造

模具，其可分為閉合鍛造模

具及開模鍛造模具。

壓式壓床。

(3)端壓鍛造模具：係把斷面均勻之桿

子，使其某一端鍛粗成型。

(4)滾軋鍛造模：適用短形棒料，作漸

縮和錐形操作。

沖壓模具

沖壓模具是利用沖壓製程成

型薄之金屬片的加工工具，

金屬片成型的形狀依此可分

上、下模的模具的形狀而

定，而除較簡單的形狀，可

能利用一付模具加工完成

外，一般較複雜的形狀，可

能需要一付以上之模具來完

成其加工。

(1)單沖模具：在一沖壓行程中，只能

完成一種沖壓製程之沖壓模具，而其

材料之上下一般均利用人工完成。

(2)連續模具：在沖壓行程中，可同時

完成二種以上之沖壓製程之複雜型沖

壓模具，而其材料之上下，利用自動

化之機構完成，成品再加工完成。

(3)傳送模具：與連續模具大致相同，

惟其半成品之傳送，一般均利用自動

機械手臂或自動傳送機構完成。

塑膠成型

模具

塑膠模具用於熱可塑性塑膠

的成型，其原理是將粒狀的

塑膠材料在加熱缸中加熱成

流動狀態之後，由射出機構

將熔融的材料，由噴嘴射入

模具成型，待成品冷卻固化

後再開模而由頂出機構將成

型品頂出。

塑膠模具依構造可區分為三種基本類

型：

(1)二片式模具：由上模板與下模板組

成流道與成品在同一分模面上。

(2)三片式模具：由上模板、下模板及

流道剝料板三片構成，成品與流道分

別位於不同的分離面。

(3)無流道模具：模具之注道與流道特

別加熱或保溫，使軟化的料不凝固保

持熔融狀態，每次射出操作只取成型

品，沒有流道與注道等廢料。

其他模具

不屬於上列項目之各種模

具。

(1)擠伸模：用於鋁框條之擠壓成型。

(2)粉末冶金模：用於金屬粉之成型，

一般之加壓力甚高，且於成型後尚需

燒結以使粉末冶金。

(3)橡膠模具：成型橡膠製品之模具，

一般為三片式。

(4)其他模具：玻璃模、陶瓷模、抽鑄

造模等。

資料來源：經濟部工業產品分類(2013 年) /本研究整理

10

近年來由於精密微小化的模具或微精密加工的需求日益增加，如微機電系統

中的微零件、生醫檢測晶片、光學微鏡片、精微模具等，皆需經由精微加工完成，

因此精微加工也成為精密工業不可或缺的加工法。而目前產業的發展更包含了半

導體、無線通訊、消費性電子、精密機械與航太工業等，隨著成形材料多樣化、

產品複雜度與追求輕薄短小巧等特性要求不斷增加，因此為了縮短與其他先進國

家在模具製作、品質與設計上的技術差距，模具加工技術更是首要的發展重點之

ㄧ。依據經濟部技術處資料所彙整成模具技術/產品應用關聯樹狀如圖 3 所示。

圖 3 技術/產品應用關聯樹狀圖

資料來源：經濟部技術處 ITIS 計畫/金屬中心

切削加工

矽基微細加工技術

LIGA技術 微機械加工

模具加工製造

回歸檢驗分析

工作群組化技術

知識庫系統與資料

製程參數

智慧型推論法則

系統分析

架構 經驗知識模快速換模技術

自動傳輸設備

故障排除技術

模具生產與周邊設備

模具CAE分析

模具定位設計

模具補強設計

成形部設計

上下脫料設計

模具結構設計

模具分割設計

模具設計分析

潤滑處理條件

各道胚料設計

成形工程設計

模具溫度

材料流動分析

材料成形特性

成形製程分析與設計

奈米表面工程稀土表面工程

熱噴塗

化學氣相沈積

物理氣相沈積

表面氮化處理

真空熱處理

模具材料選用準則

模具材料與處理

體型微加工技術面型微加工技術

矽製造技術

蝕刻技術

複合製程技術

微模造成型

微電鑄技術深光刻

微放電加工

微雷射加工複合化切削加工

特殊加工

非切削加工

各種尺寸量測工具

二/三次元量測儀

模具分割設計合模機

組立平台

模具組立技術

運動設計技術

成性設備送料特性

非破壞性檢測

精微模具

精微模具成型技術

3C零件

定子

鐵芯 外框體

馬達

變壓器

電容器電阻器

連接器

彈片

軛座致動器

磁頭零件

開關類/

端子類元件

散熱器/

導熱管零件

轉子

攝影機/

照相機外框體

鏡頭組

機架

電視/監視器

網罩、電子槍零件3C產品金屬

/塑膠殼件

電源供應器零組件

電池框體件

光電產業

光收發模組構裝件

光通訊

稜鏡濾鏡

非球面鏡片

光柵

微反射鏡微透鏡

精密光學元件

讀取頭

光碟片

導光板光學膜片

光儲存

顯示器

光纖藕合器

光波導

光纖套圈

光子晶體

光開關

微型零組件

微閥

微齒輪

框架/載板

超精細管件微型搖臂/致動件

薄殼件

微扣件/軸件

散熱元件

微軸承微探針

微機電/微系統微繼電器微馬達/風扇

微感測器

RF-MEMS 微流道

微致動器

微噴嘴

微幫浦

生醫產品

神經刺激器

人工肺臟幫浦

人工水晶體

人工耳蝸

微型

照相機

微手術

刀具

支架

微流體

晶片微陣列

晶片

微創手術器械

人工植入件

生物晶片

生醫用微感測系統微光學系統

投藥系統

半導體

IC金屬導線架

TO-CAN殼件LED金屬導線架

IC封裝模

能源

微型電池微燃料電池零組件

太陽電池模組零組件 微射出成形模具

微沖壓模具

精微模具產品

奈米印壓技術

金屬微成型技術

塑膠微成型技術

塑膠射出成形 陶瓷射出成形

微沖切模具微小件壓鑄模具

微鍛造模具金屬粉末射出成形

微彎曲模具

微引伸模具

11

模具產品不僅種類繁多，其應用產業亦相當廣泛，目前政府的產業發展重點

如光電產業、光通訊、資訊工業、消費性電子工業、半導體工業、精密機械工業

及生醫工業等領域產品均與模具習習相關，隨著精密製造領域中微型化趨勢的不

斷發展，微型零組件的需求量越來越大，亦帶動精微模具的影響層面逐漸擴大。

王福山、黃昆明、林恆育（2008）認為，模具是各種工業產品生產之關鍵性工具，

在面對競爭壓力下，業者需持續提昇模具技術能力，朝精密微小模具設計及製作

發展，並藉由模具數位化工程，建立產品與模具設計、開發、管理及企業資源資

料庫，以具備協同開發的能力，建構全方位之快速開發與服務能力。此外，在模

具所涉及的技術層面約可分為六大構面，包括設計、加工、週邊設備、成形製程、

材料選用處理、知識庫系統等(陳仲宜，2005)，目前模具業界在製程上普遍使用電

腦數值控制(Computer Numerical Control, CNC)設備，其為多數模具產業大量製造

產品的必要設備。

由於模具為單品製造，且非屬於重複性作業，因此其製程不易被標準化，也

較難制定人員技能養成的標準規範。此外，模具產業重視品質、交期及成本，在

製作高精密的模具須具備高度技術，而高度技術則須結合可發揮高度機能的工具

及技能經驗，因此技能訓練對模具產業的重要性相對較高。

第二節 模具產業概況探討

(一) 模具產業特性

模具產業與我國工業發展歷程可說是密不可分，模具產業之發展不僅可提高

工業產品技術之提升，亦可帶動整體製造業的進步，因此模具可說是支持製造業

發展的關鍵基礎工業。依據經濟部金屬中心ITIS計劃（2006）調查，將我國之模

具產業特質歸納如表2，我國模具廠平均員工為12人，資本額低於四千萬之廠商達

98%，相對於國內，依據國際特殊工具及加工協會資料，其會員國模具廠之平均

人數少於50人，因此全球模具產業以中小企業為主。模具屬精密製造工業，模具

廠接單能力取決於技術水平，因此即便在不景氣時，模具產業所受到之影響仍相

12

對其他產業小。在製造產業中因模具的特性具有簡化製程與適合大量生產，並可

降低技術能力之依賴及符合製造廠商機動性的生產模式，因此普遍運用在各類產

品製造。

表 2 模具產業特質

產業特質 內容說明

中小企業為主 我國模具廠平均員工人數為 12 人，資本額低於四千萬元的

廠商高達 98％，為典型中小企業型態的產業。

訂單以單件為主 模具均配合工業產品量產而設計開發，大部份是單套模具，

較少重複，除非預估產品產量相當大，才會製造同樣的模具。

技術導向 係為精密製造工業，其製造工程不僅包括機械加工之銑、磨、

搪等傳統加工程序，亦包括放電加工、線切割、鏡面研磨等

非傳統加工技術及熱處理或表面處理技術等，且要求之精度

亦要較其最終產品高 1~2 級。故模具廠能否接單取決於廠商

的技術水準。

模具加工設備投

資大、稼動率差

模具所需的加工設備一般較為精密，所以價格昂貴，且模具

不是量產產品，加工設備的稼動率較一般量產的工業產品

低，故模具廠常將部份加工委外進行。

受不景氣影響較

小

相較於其他產業，對不景氣較具抗跌性，主要是不景氣時，

雖然工業產品產量減少，但是用來生產的模具仍是必需的。

資料來源：經濟部技術處金屬中心 ITIS 計劃/本研究整理

(二) 模具產業概況分析

當前全球主要模具生產國為亞洲地區的台灣、日本、韓國與中國大陸，以及

美洲地區的美國、歐洲地區的德國，也都名列Deloitte與美國競爭力協會所發佈的

「2013全球製造業競爭力指標」排名前十大國家中，由此可見模具產業在製造業

中所扮演的重要程度。各主要模具生產國分析如表3所示。

表 3 全球主要模具生產國

生產國 主要應用市場 競爭優勢 競爭弱勢

臺灣 消費性電子產品塑

膠模與沖壓模

產品前置時間短

中低階技術與品質

成熟

廠商規模小

技術人才缺乏

日本 精密光電模具、沖壓 掌握精密技術 成本與價格相對較

13

模具及塑料模具 產品具高品質保證

前置時間最快

高昂

美國與德國 中高階汽機車金屬

模具

產品品質優

產品設計能力強

技術水準最佳

成本與價格高昂

產品前置時間較長

韓國 低價多樣模具、汽機

車金屬模具

低廉成本與價格

人力成本優勢

設計與開發能力較

弱

中國大陸 低價多樣模具、沖壓

模具及塑料模具(電

子通訊產品用模具

為主)

規模大，具規模經濟

低廉成本與價格

人力成本優勢與生

產廠商聚群具優勢

交貨期長

品質不穩定

設計能力與技術不

足

資料來源：2013全球製造業競爭力指標/本研究整理

模具技術先進國家如日本、美國、德國等，對於高精度與復合性模具開發，

不論在設計能力或制造技術上，均有領先的地位，同時也擁有練習精良的技術研

發人才。在市場規模上，不論產值或國內需求以日本受經濟衰退影響最為明顯。

在營運成本上，常面臨高工資、高福利的問題，因此下游產業或模具廠商多數將

生產據點移往鄰近的新興工業國或技術後進國家，以降低勞工成本，增強價格競

爭力，但是這樣的趨勢往往會造成技術無形中外流的疑慮，使得本身更須投入大

筆研發費用，以加速提升加工技術與高速工機具機械性能，拉大彼此間的差異。

以臺灣、韓國及中國大陸為例，我國在技術上落後於日本、美國及德國，但仍優

於南韓與中國大陸，同時在生產速度上也暫居領先。目前韓國廠商對模具產業未

來的發展重心已轉向產品設計與高精密技術領域，並積極建立最具生產效率的生

產線，以期能拉大與台灣的距離。另一方面中國大陸近年的市場生產與需求規模

則呈現成長走勢，尤其中國大陸模具業正快速發展中，各國知名大廠進駐生產設

備，亦陸續提升模具的品質與精密度，無形中提升中國模具業者的開發實力與設

計能力。在成本方面，中國大陸因擁有相對低的人力成本優勢，故對於模具售價

上，往往採取低價營銷打入市場，也因此在全球景氣欠佳的局勢中，能成功攫取

市場買家的青睞。

在模具各類產品中以塑膠射出成形模具於台灣模具產業中所佔有比例最高，

14

包括電子、電機、電器、汽車內飾件、家電、和通信等產品中有50%至80%的零部

件都須依靠塑膠射出模具。塑膠製品產業在台灣已有50年以上發展歷史，台灣塑

膠模具產業相對於亞洲其他各國屬於高技術水準及高輸出市場導向，為國內經濟

發展上極為重要之成熟產業，產業內廠商以中小企業居多，雖然累積大量專業知

識與技術，卻面臨如下共通問題(經濟部工業局，102年)：(1)既有產品技術門檻低，

廠商間模仿能力強，產品差異性不足，易落入價格競爭及被新興國家仿冒與取代；

(2)高階材料、設備及技術仰賴進口，高值產品難與先進國家競爭；(3)面對全球區

域經濟整合，對於仰賴出口獲利之塑膠製品產業，外銷市場競爭壓力倍增；(4)環

保意識抬頭，採取過去大量使用新原料製造商品之舊生產模式，造成高度資源耗

用及環境污染，企業永續經營將備受考驗。

(三) 模具產業趨勢

檢視近年臺灣模具產業的表現，2009~2013年模具產值趨勢如表4。2008年

~2009年由於全球金融風暴影響，台灣模具產值衰退至約385億元，創下歷年來的

新低記錄。在2010年電子產業的需求復甦下，整體模具產業產值上揚成長19%後，

2011年回升約為21.9％，至2013年仍呈現微服下滑。由於國內模具產業產值成長面

臨技術先進國家如日本、美國、德國等，對於高精度與複合性模具開發，不論在

設計能力或製造技術上，均有領先的地位，同時也擁有訓練精良的技術研發人才，

以及南韓與中國大陸最近幾年的市場生產與需求規模則呈現成長走勢，尤其中國

大陸模具業正快速發展中，各國下游模具廠商進駐生產設備，無形中提升模具開

發實力與設計能力，因此為提升台灣模具產業的發展與競爭力，模具廠商必須不

斷強化自身技術優勢及製程服務，以創造更有利的商業模式。

表 4 2009~2013 年臺灣模具產值

產值 2009 2010 2011 2012 2013

塑膠成型模具 130 153 156 125 135

其他成型模具 255 306 314 344 322

模具產值 385 459 470 469 457

單位：NT/億元，資料來源：中華民國海關出口統計月報/本研究整理

15

陳銘禪(2010)在其研究中指出，資訊電子業產值增加的幅度龐大對於所需的模

具產品也相對提升，但國內模具業者仍未趕上資訊電子業的腳步。因此，建議產

業下游廠商與客戶建立技術平台，藉此熟知市場脈動也可加速技術發展。整體而

言，由於我國模具業者，多以中小企業型態經營，因此，在營運資金籌措上常遭

遇困難，若無政府政策支持與輔導等相關措施，模具業者將形成單打獨鬥與孤軍

奮戰的狀況，更遑論與國際市場的競爭。現今除了中國大陸外，各國均面臨勞工

成本高的壓力，因此唯有業者須建立快速服務、精密技術、新功能之模具技術能

力，提高產品附加價值才能擺脫成本競價之營運模式與競爭壓力，進而創造利潤。

隨著半導體與微系統技術的進展，各種 3C、光電及生醫等先進科技產品將朝

向可攜式及高功能性發展，因此對零組件要求將走向精密化與微形化，即微小元

件製造與量測技術的發展與需求將成為未來的主流，圖 4 為模具產業領域產品價

值及技術趨勢。

圖 4 模具產業領域

資料來源：ITRI /本研究整理

16

(四) 近期國內模具市場之動態

1. 工研院推動 3D 列印產業聚落「雷射積層製造產業群聚」是雷射光谷第一個成

立的群聚。工研院於 2013 年初完成國內第一個金屬雷射積層實驗室，經過半年的

推展，已協助國內廠商相繼投入模具及積層製造，後續亦將陸續推動相關產業群

聚，讓更多的國內生產製造商投入這個快速成長的新領域。

2. 塑膠製快速模具開發時程縮 70％。在工業局對塑膠製品產業高值化的推動下，

塑膠中心開發出塑膠製快速模具技術，導入 3D 列印技術製作實體樣品，進階利用

樣品，結合中心自行研發的高分子複合材料，製作出塑膠製快速模具，搭配一般

產品成型設備，可直接上線生產製造成品。該塑膠製快速模具開發的時間，比傳

統金屬製模具縮短將近 70％，如果原本開模再反覆試模修模的模具開發需要 60

天，塑膠製快速模具僅須 20 天完成且製作費比金屬模具節省六成以上，因此，導

入快速模具技術將更具經濟效益。

第三節 模具製程技術發展分析

模具的製作可分為直接造模法及間接造模法(Rosochowski and Matuszak，

2000)，直接造模法即為在快速原型(Rapid Prototyping)加工時其加工的外型就是模

具，而間接造模法則是在 RP 階段時其外型就是一個我們想得到的產品，之後再經

過翻製以得到模具。傳統模型的成型方式經由物件設計與繪圖後，進入模具開發

階段，依其成型技術之不同可分為流體液態成型材料、固態成型、複合與粉末材

料等，最後待客戶樣品確認後進行模具修改或重製。在工業製造上模型樣本經最

終確認後將再進行大量生產所使用的模具製作。其兩種製造法流程如圖 5 所示。

圖 5 直接與間接造模製造比較

繪圖

模具流體素

材(鑄造、射

出、壓鑄)

客戶樣品確認

(外型、功能、

尺寸)

繪圖 3D Printer

客戶樣品確認

(外型、功能、

尺寸) 模具

成品

修改

或重製 物件設計

物件設計

傳統成型

快速成型

17

模具製造不論使用傳統製程或 CNC，在製作模具時都採「減法概念」，也就

是用刀具削切，切、鑽、刨出想要的形狀，然後再以高熱再冷卻的方式，快速成

型大量產品。在整個成型過程中，冷卻時間約占 40％～90％，一般來說都會利用

水或其他冷卻介質，圍繞模具進行循環流動，因此冷卻水路的設計，就成為是否

能快速生產、品質穩定的關鍵。然而削切的方式，對傳統模具的冷卻水路設計造

成很大的限制。

模具產業與其他工業產品不同之處如：1.模具製品屬於高度客製化產業，若

需求量有限時，客戶通常只會依樣品特性開發專用模具，不會大規模訂製與量產。

2.模具製程需要使用大量的專業知識與經驗，由於針對特定產品製作的模具，每

付模具的特性不同，從成形加工材料與材質的選用，到零件機構的設計與設定，

在模具設計初期往往就決定了模具生產時的品質、成本與交期，因此為了因應市

場的競爭，必須達成一個有效且快速地反應客戶需求的產品開發流程(Kochan et al.,

1999)。

第四節 3D 列印技術於工業之應用

3D 列印能夠達到快速、自動化、造型多樣性的 3D 物件一體成形生產，有效

減少產品加工流程、縮短產品開發週期、加速產品上市時間。近年來在政策支持

與產業技術帶動下吸引研發資源積極投入，使得 3D 列印成形加工技術有長足進

步，金屬、陶瓷、樹脂、塑膠、尼龍、ABS、鑄造用臘、…等材料皆可用於 3D 列

印進行成形加工，致使 3D 列印應用市場於近年大為擴展。本節將介紹各種 3D 列

印技術並分析目前 3D 列印發展與市場應用現況。

第一項 3D列印技術介紹

三維列印（Three Dimensional Printing）又稱積層製造或增材製造(Additive

Manufacturing，AM)，為一種結合材料科學、光電、機械、電腦、等領域的一種

18

製造製程技術，即快速成形技術的一種，工作原理是依照電腦輔助設計(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圖檔資料轉換為

STL(Stereo Lithography)檔案格式完成3D圖檔資料切層處理後輸入3D Printer，運用

液態光敏樹指材料、或粉末材料、或是固態材料，透過雷射光束照射頭、或紫外

線照射頭、塑性材料噴塗頭沿著垂直的Z軸與水平的X軸及Y軸，進行3D物件黏結

硬化與層層堆疊加工程序而完成3D物件製造三維實體。其技術又有異於傳統的機

械製造程序，3D列印技術採用材料疊加的方式製作物件。這種技術能夠克服工具

機加工無法完成的幾何形狀死角，做到自動化實體自由形狀製造(Solid Freeform

Fabrication，SFF)又可快速做出無形狀限制的原型，所以也被稱為快速原型(Rapid

Prototyping，RP)技術。傳統的列印方式是將墨點印在紙上，由墨點組成影像。3D

列印則是將物品分為很多分層（layer），透過雷射的高溫，將特殊材料融在一起，

壓製出每一層分層的模型，將所有的分層疊合起來，即成為立體的物品模型。3D

列印須先掃描整個物品，電腦會進行建模，並計算每一層分層的資料，包括構造

及顏色等，接著機器就會依據電腦所計算的資料 ，依序一層一層進行印製並累積

成最後成品，由於整個製造流程非常快速，因此3D列印又被稱為「快速成型技術

（Rapid Prototyping）」。

由於3D列印具有節省空間、降低成本、製作快速及高速彈性等優點，因此除

可應用於工業製程外。尚可廣泛應用在快速模型製作、藝術、娛樂、醫療、生醫

美容、教育、建築及商業服務等事業，具高度市場價值。

(一) 3D列印技術分類

現今 3D 列印設備存在著許多不同的技術，而不同之處主要可用的材料分類的

方式，並以不同層構建建立部件。有些技術利用熔化或軟化可塑性材料的方法來

製造列印的墨水，例如前述的選擇性雷射燒結和熔融沉積式，還有一些技術是用

液體材料作為列印的墨水的，例如分層實體製造。每種技術都有各自的優缺點，

因而一些公司會提供多種印表機以供選擇。一般來說，主要的考慮因素是列印的

速度和成本，3D 列印機的價格，物體原型的成本，還有材料以及色彩的選擇和成

本。目前積層製造技術依材料成型過程之分類如表 5 所示。

19

表 5 積層製造技術分類

技術方式 技術原理

液態法 此方法以液態聚合物為基本材料，以雷射光或紫外光照射達到

固化。

半液態法 其工作原理方式是以加熱頭熔化線狀之熱塑性材料，再將熱塑

性的固體細絲材料由加熱頭(Heated Head) 熔化擠出而一層一

層堆積成型直到整個工件完成。

粉末法 此法是以雷射照射於粉末，被雷射照射之處粉末與粉末黏結成

型，一層完成之後再照射下一層直到工件完成，其粉末的種類

有熱塑性粉末、陶瓷粉末與金屬粉末。

固態法 此成型方式是以雷射或切割刀切割工件外輪廓於被覆有熱熔性

黏結劑（Heat-Activated Adhesive）的薄片材料上，外輪廓切割

好之後經熱壓黏結於上一層已切割完成之薄片材料上，如此循

環直到工件完成

資料來源：鄭正元、汪家昌，(2000)

(二) 3D 列印製程與加工

以製程原理而言，無論 3D 列印的初始材料為何，在概念上均相同，先以電腦

繪圖軟體建立出欲製作物件的幾何模型，將此立體模型沿著某一適當的方向切

層，每層即為一個二維的輪廓，於實際製作模型時，電腦先取出最底端的一層幾

何圖形，作為電腦定位控制用，於工作台面上鋪上一層材料，厚度與該對應層的

厚度相同，將能量源加至幾何圖形指示的位置上，使材料固化後完成第一層的形

狀後，將工作台下降一切層厚度的位移，再重複鋪與固化倒數第二層材料的動作，

依此程序，由底端至頂端，逐層把材料填上而結合在一起，完成後即可取出所製

作之原型件。3D 列印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，使模型工業製造上透過 3D 列印具有客製化、快速、彈性等優

點，其在模具設計與製造上縮短製程如：1.直接打印樣品試用 2.設計與製造同步

化 3.縮短開發流程等。3D 列印是製造業領域正在迅速發展的一項新興技術，它通

過增加材料的方法生成任何形狀的物體，可以有效地縮短產品研發週期、提高產

品品質並減少生產成本。表 6 為使用 3D 列印、CNC 與傳統開模製造方式優缺點

比較。

20

表 6 模具製造方法比較

3D Printing CNC 傳統開模

製作外型 較無限制，金屬成品

可作為簡易模具使用

無法處理倒勾、

內部簍空的物件

模具較為複雜

製作方式 層層堆疊，一體成型 外部切割 以上下公母模具灌注塑料

或金屬，冷卻後取得成品

製作時間 數小時 十數小時 幾秒或幾分鐘

成本單價 較高 較低 單價便宜（不過開模相對

昂貴）

材質 金屬、塑料、陶瓷 金屬、塑料等 金屬或塑料

成品強度 金屬：強, 塑料：脆

弱

高 高

顏色 單色或彩色 單色 單色

資料來源：MIC，2013 年 8 月

整體而言，3D 列印(3D Printing)加工法可區分為三大類別：「輻射能成形加

工法」(Laser Fabrication)、「動能成形加工法」(Nozzle Fabrication)、「複合式成

形加工法」(Hybrid Fabrication)。而各類 3D 列印加工法優劣分析如表 7 所示。

(1) 輻射能成形加工法：是利用雷射光束或是紫外線照射使得材料產生化學變化或

是物理變化，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，主要開發廠商包括：3D Systems、EOS、

DTM、Helisys、…等。

(2) 動能成形加工法：是利用噴墨式或是擠壓式噴印，將黏著劑與材料由噴印頭微

量噴出，進行層層推疊加工程序，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，主要開發廠商包括：Stratasys、3D Systems、Z Corporation、

RepRap、MakerBot、…等。

(3) 複合式成形加工法：是同時使用輻射能成形加工法與動能成形加工法，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有 OBJet，主要開發廠

商包括：Objet Geometries、Stratasys、…等。

21

表 7 3D 列印各類快速原型系統優缺點比較

成形加工法 快速原型系統 優點 缺點

輻射能 SLA 精密度佳、表面光滑度較佳 需支撐結構體、需

後處理、需後硬化

SLS 精密度佳、材料多樣性、可

用於脫蠟鑄造、可為金屬材

質、製作快速模具

粉末不均易造成

品質不穩、粉塵飛

揚易造成人體傷

害

LOM 製作成本低、適用翻砂鑄

造、材料多樣性

精密度差、幾何形

狀限制多、需餘料

剝離處理

動能 FDM 製作成本低、使用與維護簡

單、熱塑性材料更換容易

精密度差、表面光

滑度差、需後處

理、需設計支撐結

構體

3DP 建構時間快、材料顏色多樣

化、可用於脫蠟鑄造、製作

快速模具

材料受限、粉末不

均易造成品質不

穩、精密度差、結

構強度差、表面光

滑度差、需後處

理、粉塵飛揚易造

成人體傷害、

粉塵飛揚易帶靜

電黏附滾輪

複合型 OBJet 建構時間快、精密度佳、表

面光滑度佳

噴塗頭成本高、需

設計支撐結構體

資料來源：各公司資料，MIC 整理，2013 年。

第二項 3D列印市場發展與趨勢

3D 列印應用已經存在二三十年以上，近年被號稱將是帶動第三次工業革命的

核心技術之一，其主要原因有三：

(1) 硬體裝置低價化：往常一台 3D 列印機器造價依性能從數百萬台幣到數千萬不

等，因此只應用在特殊需求上。但自從熔融沈積的 3D 列印技術專利於 2009 年到

22

期後，廠商開始推出各種低階應用機種，因此帶起 3D 列印風潮及更多工業上應用。

(2) 軟體及服務充實化：以往從事 3D 造型設計者必須熟稔進入門檻頗高的 3D 建

模工具軟體，但目前各 3D 建模工具軟體業者紛紛推出簡單易用之免費版軟體，如

Google SketchUp、Autodesk 123D Catch/Design 等，甚至有網頁版的 3D 建模工具

軟體，如 AutoCAD 的 TinkerCAD 等。

(3) 造型材料多樣化：3D 列印技術可以利用的材料已經從早期的塑膠、樹脂發展

到多元的材料，例如紙、金屬、陶瓷等等，可以適用於各種需求。而各公司仍持

續不遺餘力的開發各種新的列印材料，讓 3D 列印技術可以運用到更多的領域。

而這三大要素中，3D 列印硬體技術已逐漸成熟，目前主要朝列印更精細、列

印速度更快及同時可列印多種不同材質方向發展，精細度除了與機械控制、列印

頭有關外，也與列印材料的粗細有關。在速度方面除了開發新的 3D 列印技術外，

也同樣的會跟材料特性有關，因此研發新種材料或調整材料配方都是目前廠商競

爭重點。而軟體/服務部份則朝如何藉由各種不同技術、工具，降低 3D 建模難度，

但讓 3D 列印能運用範圍更廣的主要要素在列印材料的多元化。

在各國政府與企業支持帶動下積極吸引研發資源的投入，使得 3D 列印成形加

工技術已有長足進步，各式各樣的材料皆可用於 3D 列印成形加工製程中，透過

3D 列印產製免除掉傳統製程相對繁複的流程。3D 列印能夠達到快速、自動化、

造型多樣性的 3D 物件一體成形生產，有效減少產品加工流程、縮短產品開發週期

並加速產品上市時間等技術優勢，不僅已陸續吸引眾多廠商陸續投入，甚至許多

國家政府也把 3D 列印列入國家重點發展項目之一。根據 Wohlers Associates 發佈

的 2013 年報告，2012 年全球 3D 列印產業總產值成長 28.3%，達 28 億美元，其

中美國占比達 38%，居全球第一，中國大陸所占比例為 8.7%，低於日本和德國，

為全球第四，如圖 6 所示。

中國大陸已成為美國、日本、德國之後的第四大 3D 列印設備擁有國。以經濟

轉型的角度來看，未來中國大陸製造業將面臨經濟成長與全球技術進步的夾擊，

發展先進製造業為大勢所趨，加上為數眾多的企業與人口，不論在工業應用或個

人消費，其未來成長潛力都備受看好。

23

圖 6 2012 年全球 3D 列印應用市場分佈

資料來源：Wohlers Associates(2013)，本研究整理

第五節 本章小結

具體而言，當前模具產業導入 3D 列印技術之優勢可以歸納以下幾點：

(1) 在產品開發方面：

在目前產品的生產開發過程可分為設計打樣、設計驗證與量產三階段，打樣

設計所使用的 3D 列印技術多半是 RP 塑膠類品，金屬粉末則較為少數，量產的階

段才會使用於模具上。而在設計驗證確認階段常因產品設計的定位差異、修改或

其它因素須進行模具的設計變更，但在目前的模具製作上耗時費日且單件費用高

昂，因此若能減少此階段的開發時間與費用，對客戶而言將對其產品的時效性與

成本競爭力有極大的助益。因此模具廠商為滿足客戶的需求及提高產品上市速

度，必須必須制定具系統整合與完整快速的模具設計模式，方能滿足產業的需求。

(2) 在模具製程服務方面：

由於模具業屬於中小型廠商且為高度分工產業，從模具設計、加工到處理過

程中廠商常須轉發給其他外包廠進行，因此在其製程、時間耗費、產品服務乃至

24

產業競爭上也皆為模具廠商所困擾與積極改變之處。因此，導入快速成型模具的

新製程技術，使得模具業者透過 3D 金屬列印加工技術的優勢，縮短加工製程，創

造模具業服務化模式，改變新的製程技術。

(3) 在模具產業人員培訓方面：

過去模具設計及生產被歸為傳統製造產業，其產品與技術類別眾多複雜，國

內早期的模具技術是承襲日本的傳統工法，製造技術大多依賴經驗資深的師傅傳

授，因此技術經驗的傳承仍是被現今模具業者所重視，但卻也顯示出人才培訓以

長期技術傳承的困難與不易。藉由 3D 列印技術的導入可簡化製造操作之流程，可

將對模具技術人員經驗的依賴改變為廠商可自行培訓，也降低了生產過程中人為

的不確定性，並且縮短培訓在製造加工階段的養成時間。

(4) 在 3D 列印技術應用發展方面：

3D 列印在技術層面的兩大發展方向為加工精度與加工速度，其雖然現今於模

具製造上的精度尚未能達到如半導體微精密程度，亦無法取代現有模具製程，但

廠商仍可與現存生產技術進行互補，改變生產製造模式以提升服務效益，因此，

未來若能夠進一步提升加工精度並加快加工速度，那麼當能夠使得 3D 列印技術的

市場接受度更高及微精密應用領域更廣。

根據機台設備商資料顯示(陳賜賢，2013)，在加工精度方面，3D Systems 主力

發展的 SLA 快速原型系統加工精度表現最佳可達到 ± 0.050 mm 水準，Helisys 發

展的LOM快速原型系統以及DTM發展的 SLS快速原型系統則在加工精度表現上

較差都僅達到± 0.250 mm 水準，而 Stratasys 所發展的 FDM 快速原型系統加工精

度表現能力則界於中間等級可達到± 0.127 mm 水準。另一方面，在加工速度方面，

3D Systems 主力發展的SLA快速原型系統加工速度表現最佳可達到 0.2000 cm³/S

水準，Helisys 發展的 LOM 快速原型系統加工速度表現較差僅達到 0.0244 cm³/S

水準，Stratasys 所發展的 FDM 快速原型系統加工速度表現能力可達到 0.1000 cm³

/S 水準，DTM 發展的 SLS 快速原型系統在加工速度尚可達到 0.0730 cm³/S 水準。

25

第三章 文獻探討

為探討有關本研究主題所涉及企業決策及評估程序分析，本章節依序針對新

技術科技導入程序、技術導入各構面及評估準則、多評準決策方法、模糊集合理

論及用於專家意見調查等相關文獻進行回顧。

第一節 企業導入新技術的評估與程序

第一項 技術導入之程序

新技術的評估屬於企業施行導入程序中相當重要的一環，透過各科技應用、

導入程序等相關文獻的探討與方法的引用可作為企業導入新技術評估模型建置之

理論基礎與參考依據。對企業而言，導入新技術為一項嚴格且艱鉅的挑戰，從目

標與策略的規劃、評估與選擇系統、軟硬體的研發到員工的教育訓練，無不環環

相扣，若其中某個環節未能順利銜接運作，則所導入之科技就無法發揮最大效益。

以下針對過往相關研究者對企業導入不同科技所提出的程序進行回顧與說明。

Zmud 與 Apple(1989)之資訊科技導入程序模式主要是透過合併行為模式來修

正資訊科技導入模式，其是從組織尋求導入資訊科技應用的機會，到資訊科技全

面應用於組織中，亦即從技術擴散的角度來談資訊科技應用的導入方法。其可分

為六個階段，如表 8 所示。

表 8 資訊科技導入程序模式

階 段 程 序 結 果

啟始期 檢視組織問題與機會及可使用的 IT，其壓

力來自組織需求或科技創新的改變

發現可解決問題的 IT，及

該 IT 在組織中的運用

採用期 組織對 IT 的應用產生理性和政治性的協

商

制訂完成導入 IT 應用所

需資源的決策

調適期 IT 應用持續發展，組織作業程序則持續地

修正和發展。而組織成員則接受訓練，以

適應新的程序和資訊科技

資訊科技應用能運用於

組織之中

接受期 組織的成員被說服而使用資訊科技應用 資訊科技應用被使用於

26

組織的工作中

例行期 組織中使用資訊科技應用於例行性的工作 使用資訊科技應用來調

整組織的管理方式

滲透期 更加廣泛的使用資訊科技以增加組織的效

益，以及支援更高層次組織的工作

資訊科技應用充分運用

於組織中

資料來源：Zmud 與 Apple(1989)

Chen 與 Small(1994)針對先進製造技術（Advanced Manufacturing Technology，

AMT）的應用、導入提出一整合規劃模式，如圖 7 所示，此模式分為三個階段：

(1) 企業規劃與評估生產流程階段：依據企業策略與目標進行規劃與評估。

(2) 監督技術階段：包括瞭解 AMT 的發展、現有的技術能配合生產流程的需求，

以及確保現有技術能與工廠現存系統相容。

(3) 安裝前階段：整合營運與組織規劃的發展，使得在財務與策略上適合採用先進

製程。

圖 7 Chen 與 Small(1994)之整合規劃模式

規劃階段

安裝與評估

階段

No

Yes

Yes

No

第一階段

第二階段

第三階段

企業目標

需要的產品與

流程

技術上的監督

適合

組織規劃 營運規劃

財務與策略評估

安裝

安裝與執行

成功

執行後階段

27

Sambasivarao 與 Deshmukh（1995）兩位學者以印度的機械零件製造產業為背

景，討論技術導入策略的相關課題，如：財務定位、科技定位、市場定位、產品

概念與資源等，並針對「彈性製造系統（Flexible Manufacturing Systems, FMSs）」

提出一個四階段的導入架構，並敘述每個階段的工作內容，此四階段為：（一）設

定目標、（二）詳細規劃、（三）執行系統、（四）評估過程。此研究先探討相關技

術導入策略議題，並以其作為建立彈性製造系統導入程序之基礎。

王立志(1999)認為企業資源整合系統的規劃、設計與發展應從能創造企業競爭

優勢的企業策略為出發點，據此設計出企業所需的營運流程，及適切的資訊系統，

如圖 8 所示。此外，王立志亦認為規劃人員於設計、發展企業資源整合系統之整

體企業架構(亦即藍圖)時，可借助參考模式之最佳實務範例的使用，以縮短設計時

程及確保設計品質。

圖 8 企業資源整合系統發展方法

邱莊磊(2005)以「設置目標」、「前置分析調查」、「科技選擇」、「供應商評選」、

「系統設計與建置」、「系統測試運作」、以及「效益評估」等七階段為基礎發展生

產流程導入新技術科技之程序架構，如圖 9 所示。

階段一：設置目標

企業在進行新技術導入計畫時，執行負責人應會同相關部門高階主管，就企

業願景、經營策略與導入新技術之需求，彼此協商達成共識，並召開策略會議訂

由上而下實施

由下而上實施

企業策略

企業營運流程

科技 / 資訊系統

策略階段

規劃階段

實施階段

28

定科技導入計畫之明確策略與最終目標。

階段二：前置分析調查

設置新技術導入計畫的目標後，企業需針對所面臨之現況作一調查分析，將

「前置分析調查」階段分為「內部體質分析」與「外部環境調查」兩部分，1.公

司內部分析：內部體質分析的目的在於協助企業瞭解本身各項企業功能與現行生

產系統之運作情形；2.外部環境調查：對製造業而言，供應鏈管理的觀念已愈來

愈受到重視，使得企業導入新技術除了為改善內部運作外，也需考量其能否符合

整體供應鏈的機制與發展。

階段三：科技選擇

經過分析調查後，企業需擬定一套技術評估模式，考量企業之營運狀況，並

參考其他企業導入科技之經驗，以評選出最適合該企業導入之新技術。

階段四：系統供應商評選

導入新技術科技時，企業需評選出一個最適合公司本身的系統供應商來協助

完成導入工作。

階段五：系統設計與建置

選定系統供應商後，企業便開始進行該項新技術科技的建置工作，其中應包

括新技術科技的設備需求與軟硬體設定，並考量新技術與現行系統之相容性，進

行必要的修正設計與調整。

階段六：系統測試運作

新技術設備正式運作前，除了必須將其與各系統資料庫相互連結與同步，以

確保資訊流能夠順利運作外，企業尚需擬定一套完整的測試計畫，依據測試結果

與使用單位的經驗及建議，對新系統加以修正。

階段七：效益評估

為檢視導入新技術是否達到預期效益，企業需定期監督系統運作的情形，審

查各項衡量指標是否達到預期目標，並針對目前績效與目標之間的差距，分析其

原因，研擬改善方案，持續對系統進行修正與改善。

29

圖 9 企業導入新技術之程序架構圖

資料來源：邱莊磊(2005)

第二項 技術導入之評估因素

技術選擇與評估的決策將涉及企業的盈利增長與競爭力，而評估技術的過程

需要來自企業的支持與資源進行分析，包含有形與無形的資產(Chan et al., 2000)。

Mohonty and Deshmukh(1998)認為在投資先進製造技術上需考慮企業內、外部策略

與財務因素。Datta et al., (1992)利用層級分析法評估彈性製造系統的計畫選擇方

案，以 12 個準則來作為評估依據。Sambasivarao and Deshmukh(1995)經由文獻回

顧分析選擇先進製造系統的評估因素，分別為經濟、人力、社會、策略和技術等

構面與 19 項評估準則。Corbett（1998）認為在製造策略上須考慮關鍵績效指標包

括：成本、品質、彈性、運送及存貨。而 Banakar and Tahriri(2010)在後續研究裡

將評估因素增加為 6 項構面與 33 項準則。Lin and Shen(2010)使用模糊德菲法與層

設置目標

內部體質分析 外部環境分析

科技選擇與評估

供應商選擇

系統設置與建置

系統測式運作

效益評估

30

級分析法建構 OLED 技術評估模式，其中包含 4 構面與 18 個評估準則。Tan et al.,

(2011)認為在製造技術上的策略投資其評估過程通常過於主觀，因此利用邊際分析

探討技術評估與選擇。在製造策略方面，具有產品競爭性的製造能力包含著成本、

品質、可靠度、反應速度、交期效率與彈性化(Ward et al., 1996, Kakati，1997)。

Lee et al., (2010)為選擇 LCD 製造技術與設備建立一個評估架構，包含 5 大構面與

31 項評估準則。Chan et al., (2000)使用模糊層級分析法進行技術評估，其分析構面

為彈性、品質與經濟面。Tuzkaya et al., (2010)將製造設備評估選擇分為操作面、

經濟面、環境面與策略面等構面，利用模糊多準則分析法進行評估。最後，本研

究針對過去技術評估與選擇相關文獻回顧整理如表 9 所示，而初始評估指標之萃

取如表 10 所示。

表 9 技術評估相關文獻

研究方法 研究者 評估準則(項)

層級分析法(AHP) Datta et al.(1992) 12

層級分析法(AHP) Oeltjenbruns et al.(1995) 6

層級分析法(AHP) P.R. Mohonty, S.G. Deshmukh(1998) 11

層級分析法(AHP) Chan et al. (2005) 3

層級分析法(AHP) Sajee B. Sirikrai and John C.S. Tang(2006) 21

層級分析法(AHP) Lin, G.T.R. and Shen, Y.C.(2010) 18

層級分析法(AHP) Wong, J.K.W. and Li, H. (2008) 75

模糊網路分析法

(ANP)、偏好順序

結構評估法(PROMETHEE)

Tuzkaya et al.(2010). 23

網路分析法(ANP) A.H.I. Lee, W.M. Wang, T.Y. Lin(2010) 31

資料來源：本研究整理

表 10 評估指標與相關文獻

評估構面 評估因素指標 相關文獻編碼 相關文獻

A.外部環境 技術趨勢 (10,13) (1)Ward et al., 1996。

(2)Mohonty &

Deshmukh, 1998。

(3)Datta et al., 1992。

(4)Sambasivarao &

Deshmukh, 1995。

供應鏈 (7,10,11,12,13)

同業競爭優勢 (9)

市場技術需求 (10,11,13)

生態環境影響 (4,7,9,11,12)

政策導向 (4,7,9)

31

B.內部資源 購建設備成本 (1,2,4,7,11,12,13) (5)Corbett，1998。

(6)Chan et al., 2000。

(7)邱莊磊，2005。

(8)Wong, J.K.W. &

Li, H., 2008。

(9) Banakar &

Tahriri, 2010。

(10) Lin & Shen,

2010。

(11) Lee et al.,

2010。

(12) Tuzkaya et al.,

2010。

(13) Tan et al.,

2011。

檢驗與控制成本 (7,8,11)

人力成本 (1,4,11,12)

原物料用量增減成本 (8)

消耗品成本 (8)

設備維護成本 (1,4,7,8,11,12)

訓練與技術更新成本 (1,2,4,7,8,11,12)

C.經營策略 財務策略 (2,4,7,9,13)

市場策略 (2,3,7,9,10)

組織能力 (2)

多角化策略 (9,10)

研發活動 (4,9,13)

技術策略 (4,10,12)

客戶滿意 (4,7,9,11,13)

D.科技規劃 新技術效度 (10,11)

技術相容性 (10,11)

技術可靠度 (1,3,4,7,11)

產能利用率 (3,11)

資訊管理系統 (3,4,7,9)

彈性 (1,3,4,5,6,7,8,9,12)

新技術的風險 (10,13)

E.作業績效 品質達成度 (1,3,4,5,6,7,9,11,12,13)

系統輸出量 (1,3,7,9,11,12)

工作環境 (4,7,8,9)

產能效率 (1,3,8,9,11,12)

人力需求與培訓 (4,9,11)

資料來源：本研究整理

第二節多準則決策分析法與模糊集合理論

第一項 多準則決策分析法

在真實世界中，大多數的決策問題具備多準則的特性，並非單一指標能與以

衡量，而且各準則並不一定能轉換成相同的單位來比較，所以多準則決策(Multiple

32

Criteria Decision-Making, MCDM)的技術因應而生。多準則決策起源於 Koopmans

所提出有效向量的觀念，發展至今已有許多研究及決策者將其應用於設計、選擇

或評估方面的問題。在替代方案為已知的情形下，以多個準則為評估的依據，由

決策者表達其偏好結構（preferences structure）