「茶，伯爵，熱的」
“Tea, Earl Gray, Hot. ” 不知各位讀者是否聽過這句在電影「星艦迷航」（Star Trek）中畢卡艦長（Picard）的經典台詞？他在電影中對著黑箱子說出吃的或喝的，這台神奇的機器都可以在片刻後滿足需求。
根據影集中的設定，這台機器是以原子為素材，依據使用者的要求來組成各種食物飲料。這概念跟現在流行的 3D 印刷非常接近，只是素材有些不同。
小型的 3D 印刷機器在 80 年代只出現在科幻小說中。在電視影集《新虎膽妙算》（Mission: Impossible）中，一只手提箱就可以印出仿真皮膚面具，這大概是 3D 列印想像的濫觴。場景是紅色的雷射光雕刻某些固態、半流體的材質，形成面部的細節。
今日的 3D 印刷雖然還沒有達到畢卡艦長的要求，但離新虎膽妙算倒也不遠。以下將介紹現在的 3D 印刷的基本流程，以及可能的未來發展。
註：「新虎膽妙算」後來電影版都改稱「不可能的任務」系列。
什麼都能印，但印不多
不知道要拿 3D 印刷印什麼？不妨參考 thingiverse 這個網站。沒錯，如果你那昂貴的單眼相機需要一個鏡頭的話，你可以自己印一個。如果你不滿意現在身上穿的衣服，也可以自己印一件獨一無二的衣服。雖然可能需要一些打版知識，但可以大大減少撞衫的機會。
可以用來 3D 列印的材質（filament）繁多，但以 PLA（Poly Lactic Acid ）跟 ABS（Acrylonitrile Butadiene Styrene）為大宗。PLA 能快速冷卻，但 ABS 質地堅固，因此 LEGO 也用 ABS 作積木的材料。還有一些特殊的材質，例如金屬混合的粉狀材料、巧克力（敢吃嗎？），甚至類似骨頭的材料等。未來能在家裡印出人造骨頭，也是蠻詭異的。
消費性 3D 印刷機的產品可謂琳琅滿目。但成品大部分還停滯在 prototyping 階段，主要是因為材料昂貴：一公斤重的 ABS 要價近 40 美元，只能列印出 4 到 5 個馬克杯。同時消費性機種有許多限制，例如成品體積無法太大。
但 3D 印刷的價值在成品獨一無二。因此或許對許多小型文創產業與個人工作室是一種優勢？困難處在於靠著個人創意，讓杯子加上創意能夠價值高於 40 美金。
第一次 3D 印刷就上手
3D 模型的流程如下：
圖一、 3D 印刷的流程。圖片來源：Chi-Feng
１. 檢查模型
3D 模型完成後不像寫文章，可以寫完馬上列印。3D 模型需要先檢查模型是不是符合列印的條件。常見的問題像是模型沒有厚度（thickness），或是模型原本應該「密封」的面，卻多了開口，如下圖：
圖二 福特老式卡車模型。圓圈處可以看出原本應該平整的鈑金卻有開口。圖片來源 Chi-Feng
模型厚度的設定適合在 1 mm 到 2 mm 左右。多了浪費材料，少了可能會使成品從印刷機的噴床上裂開。
2. Vertex to vertex rule
STL 是目前廣被接受的一種 3D 列印的檔案格式。簡單的說，如果模型是三角形，那 STL 檔案將會記錄三角形的三個頂點，與垂直於該三角形面的法向量。如圖三：
圖三。圖片來源：Chi-Feng
此時有稱為 “vertex to vertex" 的法則。亦即三角形的三個頂點，不能坐落在其他三角形的邊上，必須是頂點對頂點（vertex to vertex）才行。
如圖四便違反了此法則。三角形的頂點座落在另一個三角形的邊上。解決方法如圖五，再分割出一個三角形。
3. 減少細節
模型不能有太多細節，否則會受限於 3D 列印機器的解析度，甚至在成品上看不到這些細節。但細節太多會造成 STL 檔案非常龐大，造成不必要的資源浪費。
圖六 現階段3D列印的解析度有其極限 圖片來源http://3dprinting.com/
4. 模型切片（sliced）
模型在印刷之前都要把模型一片一片切割（圖七）。也可以說一層一層，從最底層的開始，一層一層的往上列印。
圖七、模型在列印之前通常要切片。圖片來源：ning
不像紙張的印表機都是由上往下列印，3D 印刷機可能有不同的印刷方向。因此切片同時也會指示 3D 印刷機該依循的印刷方向（tool path）。
如圖八是模型的一層，箭頭代表的是印刷時噴頭行進的方向。切片與方向這兩道手續通常可以利用機器所附的軟體完成。
圖八。圖片：Practical 3D Printers: The Science and Art of 3D Printing page 37
5. 開始列印
完成上述準備工作之後，就可以列印了。3D 印刷機跟紙張印表機一樣，會提供軟體調整參數，例如著名的 Maker Ware。
圖九、調整列印參數。圖片：www.inventables.com
印刷也可能出錯。就像紙張印表機一樣，3D 印刷機的噴頭有可能會塞住，或是噴頭過熱。最好自備一些清潔工具或者使用軟體的校準（calibrate）功能，自行排除故障。
3D 印刷的未來發展
上述是 3D 印刷的基本過程。如果放大、替換材料、或是提高精準度，就會衍生出各式各樣的應用。包括：
大型建築
近期的工程研究已經嘗試在 20 小時內用 3D 印刷出一整棟房子。未來可能房子的造價將大大降低，裝潢費用也大大下降（只要建商與土地開發商不要從中作梗 . . . .）
皮革
或許未來不僅皮製品將不再高貴，也可以整改變製皮業的生態，讓那些被拿來製成皮革的小動物們也歡呼鼓掌。
個人防衛
3D 印刷的槍已經不是新聞。在 Cody Wilson 列印出 AR15 的同時，美國與加拿大的法律都已經出台，對抗所謂的 3D 列印非法武器。但未來隨著列印材質的多元化，可能會有一些合法的有限傷害性的武器出現。再加上成本低廉，一般社區巡守隊也可能配備這種武器來維持社區安全。
人體器官組織
3D 列印器官移植已經有了一些初步的成果。在本文一開始也提到類似人骨的印刷材質。未來繼續進展，對需要器官移植的病患可說是一大福音，
3D 掏金熱
3D 印刷可能是下一波掏金熱（gold rush）。筆者也確實感受到這波熱潮的崛起，在我任職的學校便陸續開了相關的新課程。筆者期待這波熱潮激起許多商業的創新（如上述的服裝產業），或者改善個人生活（自己印一個削果皮刀取代不順手的大賣場產品）。這一股比拚創意的熱潮只是開始。
編按：有物長期作者 Chi-Feng 在紐約教授動畫、3D 電腦設計，並定時在有物分享心得。
出自:有物報告
資料來源：《數位時代》
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