3D列印議題持續發酵,Wohlers對全球3D列印市場規模預估,到2020年可達到100億美元;中國大陸更預測大陸3D列印市場規模在2016年時可達人民幣100億元(約16億美元),年成長率超過100%。3D列印設備的普及化與技術的突破,都將會帶動3D列印材料市場的商機。

3D列印材料規模約占整體產業的25%至30%左右,2013年全球3D列印材料市場規模約4.5億美元,未來五年,3D列印材料的年複合成長率會達25%至30%,預計2020年3D列印材料規模達25億美元。

3D列印材料與傳統二維列印的墨水碳粉匣皆是屬於耗材,對企業而言是永久財,只要設備持續使用,消費者對於耗材就有穩定的需求,材料的銷售也是列印產業重要的獲利來源之一。此外,3D 列印出來的成品是立體,材料需求比傳統二維列印的墨水碳粉匣用量更多,面對龐大商機,台灣企業應積極搶食材料商機。

傳統二維列印的材料僅有兩大類,分別為墨水與碳粉,主要專利皆掌握在EPSON、HP、富士與Canon等大廠,但是3D列印材料需求會隨著終端產品的不同而有所差異,因此只要企業能開發出新的材料,就不容易受到國際大廠在專利上的牽制。

目前3D列印材料市場中,占比最大的材料是光固化樹脂、占56%,第二大類為熱塑性樹脂、占40%;其餘有金屬、工程塑膠粉末等。光固化樹脂與熱塑性樹脂占比最高,是因其相關設備目前的市場占比較高所帶動,主要應用為模型原型、人形公仔、玩具、矯正牙套等。

隨著3D列印技術的發展,未來在導入工業、航太、汽車與生醫材料等領域後,對於3D列印材料性能的要求會更高,將帶動金屬、工程塑膠、陶瓷與複合材料的發展,未來各式新材料的開發都是值得投入與布局。

3D列印講究創新,未來市場對於材料的要求會更多元,目前國際上主要有四大發展方向。

一、顏色多元性:目前3D列印成品幾乎都是單一色系,如何讓材料進行混色,讓成品的色彩豐富度提升,是其中一項研發重點。

二、軟、硬材料控制:一個終端用品不會只有單一材料,民眾不會希望未來所有的產品都由同一種材料印製出來。如:鞋子的鞋面、鞋墊、大底都由不同硬度的材料組成,未來若要透過3D列印印製個人化鞋子時,勢必要有軟硬度的控制,才能印製出最為舒適的產品。

三、無毒、仿生材料:目前市場常見的光固化樹脂、熱塑性樹脂會遇到有機溶劑揮發與塑化劑等問題,在家中印製時會產生破壞人體健康的疑慮。

若要將3D列印應用於生醫產業,列印人工關節、人工骨頭等,對於材料的要求不僅僅是無毒,還須與人體有相當好的相容性,以避免造成人體排斥,因此無毒、仿生材料將是重點發展題目。

四、列印速度提升:3D列印目前最大問題是製造速度太慢,為提升精密度,每一層可能僅有數微米,因此列印的層數會很多,加上材料的固化須花費時間。

因此在解決提升列印速度的議題上,材料占有絕大的影響力,如何搭配設備設計與增加材料的固化速度,是國際材料發展的一大課題。

3D列印材料難以使用副廠材料。主因3D列印材料的固化與設備關聯性極大,目前市場常見固化方式有雷射、照射投影光源、照射雷射光與擠壓頭熱熔融等,材料必須對應特定的雷射強度、光源波長與溫度等,才能使材料固化達到最佳狀態。

(作者是工研院IEK化學研究部研究員)

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