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2016年7月8日 星期五

3D印表機使用定位研究 (2016版)


這篇是我使用了3D印表機約三年之後,除了我原本的想法,再加上補充一些先前沒寫過的東西,這些事我將以自問自答的方式來寫,有些想法十分的極端,您可能難以接受,請讀者閱讀之前要有心理準備。

一、原本的手工原型會被3D印表機取代嗎?

我的答案是「一定會」,尤其是在「成熟的商業應用」上,但是時程上不容易判斷,為什麼不容易判斷?我會在其後補充,我會如此判斷,與我原本的工作經驗有關。

我原本的工作是軟體以及軔體測試工程師,平日除了進行一些常態性的測試工作,我們也要利用空閒的時候,研究如何將測試工作予以自動化,為什麼要測試自動化?

以人工執行測試工作,一直以來有些難解的問題,即使己經有了一個標準的測試SOP(我們通常叫做Test Plan),但是人常會在長久的工作之後感覺疲勞,或者是在一些問題的判斷上,摻有主觀意願,這些都是造成測試出錯,或測試品質起伏的原因。

以機械進行自動化測試,便不會有這種問題,機械不會累,可以二十四個小時執行也沒問題,反之,人類如果持續且高專注的進行八小時以上的工作,就會疲累不堪,工作效率下降並容易出錯。在測試品質方面,只要你給定程式條件之後,在判斷上錯就是錯,對就是對,黑白分明,不會帶有人類的主觀願望。


對企業來說,如果在作業的程序上能夠高度標準化且數據化、更便於時程控管,即使價格比較人力更貴一點,那麼這種方案仍然是比較理想的方案。

當我第一次接觸3D印表機,它在原型製作上就合乎這些邏輯,進行商業製作時,有時候最重要的要求是能「快速」以及「準時」,手工原型製作會受到許多的因素干擾,例如原型師的情緒、執行者的技術能力,以及個人審美等因素(覺得做的不好一改再改等等),3D設計原型再以3D印表機輸出,則只會將這些不確定因素,保留在設計以及後製處理階段,以3D印表機輸出時,「人」其實並不參與其中。

且以3D設計,有模組化再利用率高,以及容易修改,映射以及比例縮放上的優勢,短期很難說,但長期效率更較手工原型為快,且畫3D的人材,可以自工業設計和3D動畫師中找到人才跨界支援,且訓練的時間成本,較之手工原型製作為低。

此處補充一點,雖然3D製作表面上有效率優勢,但真正執行起來,不會比傳統方法快上多少,因為修改的難度變低,只是在電腦上動一動而己,業主必然一改再改,改到他滿意為止,我相信不管是平面還是立體設計師,都有相似的經驗。

我認為在未來,原型的需求方(業主)方會漸漸的希望原型採3D的方式設計,這個需求會漸次的影響市場的供給方(也就是原型師們),新一代的原型師們很可能在他們的入門時,就是採取3D設計,而不會再接觸手工原型,或者僅限於一些後續修補的工序。手工原型製作未來仍會存在,但應該會僅限於部份己經發展出自己風格的大師們,風格這種東西,就比較不需要講求效率。

本段最後我回答第一個問題,為什麼3D替代手工原型製作的時程並不一定?答案還是成本問題,目前高階3D列印的成本還太高,而原型的市場不見得有多大,大家做原型還是必須要站在將本求利的位置上,3D設計的優勢是省時間,但如果省下的時間不足以增加利潤,那麼是否這個方案合用就要再多加考慮了。而就目前來說,技術的進步時程以及成本滑落的速度,我們都是無法估算的。

例如目前高階的金屬3D列印機台,動不動幾千萬一台,使用一小時報價八千台幣,模型原型師去用絕對不划算,但對於產值高的航太工業而言,3D列印要多少才需要印多少的性質,還可以做一些傳統CNC難以做到的結構,這對他們(航太與軍事工業)來說,便是門划算的選擇。


二、用3D畫建模再輸出的原型,會不會沒有手工的靈魂?

這是個有趣的議題,當年相機發明的時候,人像畫師們一定會覺得拿相機拍人像,沒什麼技術,也不會有靈魂,但是攝影隨著人數的增加,也發展出自己的藝術形式,也有了自己的大師。

又者,當攝影從底片時代轉成數位時代,也有些人覺得不用底片拍,那麼攝影就太簡單,八成也會用「沒有靈魂」這話來批評,但坦白說現在數位攝影與後製也發展成一門複雜的技藝,很少人會小瞧他們。

3D印表機開始風行,不也就這三年的時間,它的底層學習人數,還沒有累積到一定的數量,等人數一多,3D原型也會有自己領域的大師與藝術,這是可以想見的,靈魂之類的話就....嗯。


三、3D印表機的列印物可以用於生產嗎?它會取代傳統的射出嗎?

首先是在時間成本之上,3D列印「不可能」比射出快與便宜,在可以想見的三、四十年之內,除非地球人撿到什麼外星黑科技,否則要3D列印成本低於射出,應該很困難。

開射出模具的成本雖然很高,但是模具的固定成本會隨著使用的數量逐次攤低,且他的變動成本(生產成本)遠低於3D列印,如果生產次數上數十到百萬次,模具成本幾乎可以低到不計。

3D列印生產雖然沒有固定成本,但每一個產品的生產總成本(變動成本+固定成本)不會隨者生產的次數下降。

再著,3D列印的時間成本亦遠大於傳統的射出方式,零件越大,需要的列印時間就越多,而射出機大概可以達到每10秒射出1次的程度,體積不會影響生產的時間太多。

以上是3D列印的局限,但隨著機器與耗材成本的下降,一些領域也開始導入3D印表機進行生產,例如生存遊戲界的模型槍改造市場,有些改套市場並不大,只有幾百幾千片的需求,如果開模來做,固定成本分攤數量少,單一產品的分攤到的成本就會非常高,且市場是否真的有如此需求亦未知,如採FDM生產,看訂單的數量,再決定要生產的多寡,在風險的負擔上,會低於直接開模許多,你可以先試探這個市場存不存在,若反應真的不錯,再走開模方式也不遲。

3D印表機有可能威脅到的領域,還有矽膠翻模這塊,過去的做法,是以3D印表機打出原型(採SLA或DLP技術),再送矽膠翻模,目前己有些公司採取直接由3D印表機直接生產,但由於光硬化樹脂的機器與耗材成本皆不低,因此僅限於高單價商品。

但若在價格的部份未來有突破性的下降,那麼真的就有可能全面取代矽膠翻模,首先是矽膠翻模仍需要技術,需要時間訓練師父的翻模技巧,且一副模具只能使用20次左右,且原型若是損壞,零件一翻再翻會有收縮問題。光硬化樹脂機易於學習使用,大概幾天就能上手,每台機器就等於一個師父,一個人就可以應付大量翻製的需求,在產能的增加上具有優勢,且原型以3D格式儲存,每次輸出都是原件品質,這點是傳統矽膠翻模法所無可比擬的。

四、3D印表機目前的優勢在那裡?

目前就「原型製作」與「生產製造」這兩方面,3D印表機都處於一種不上不下的狀態,高階原型機使用價格非常貴,沒有一定的訂單數量,原型師用起來根本不划算,而生產製造出來的物件,常又需要大量的後製處理,如採FDM,則表面也不可能如塑膠射出品漂亮,就現階段而言,3D印表機最大的優勢,仍然是它原本的任務,就是「打樣」。

以傳統的設計射出模具來說,設計師除非本身經驗老道,畫3D的時候,那邊會有干涉?那邊會有強度問題?那邊會組裝的順序可能出錯?雖然有軟體可以幫你檢查,但你仍然很難在第一時間內,就能察覺所有的問題。如果等到射出模具開出來再改,那時候便是費時又費工。

又有些時候,在電腦上銀幕上看東西,和你拿實物來看,感覺完全不同,你可以利用3D列印的方式,輸出實物的方式,提前發現問題,立即改良設計,傳統上,將設計圖檔給模具廠,到正式拿到試模,大概需要三四個月的時間,才能知道你的東西正不正確,如果是CNC打樣,雖然拿到原型的時間可以縮短到3~5天,但價格上也非常的驚人,做幾個零件,報價常在台幣數千到幾萬之譜。

如設計師自己有3D印表機,零件通常只需要數十分鐘或到一日左右,就可以看到成品,目前3D印表機極為便宜,十到三萬便能買到品質不錯的機種,如果攤折舊成本再加上耗材(假設每小時100~50塊),3D印表機的輸出成本大概只有CNC的1/10~1/30左右(如果只算耗材成本,那麼價差會近百倍),雖然品質仍然是不如CNC,大概只能達到其七八成左右,但就這壓倒性的CP值來說,仍然是划算的,所謂有多少錢做多少事,如果只是簡單的做些機構結構測試,不要求外型的話,用3D印表機來打樣,是絕對划算的。

最後,即使3D印表機只做為設計師的練兵工具,也是極為適用的,3D列印不難學,幾天就可以熟練操作,體積也不大,可以放在辦公室旁,你不用等到幾個月的時間,就可以對你的設計物做驗證,最便宜的PLA料,一公斤也才500塊,足夠你用來反覆學習驗證3天到一星期左右,這麼明白的帳,相信聰明人打個算盤就能看的清楚。

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