STEM X 行業：立體印刷 構造未來
【明報專訊】為發掘3D打印的原理，中華基督教會基灣小學五年級學生袁孝鎰(Eliott)和李尚謙(Casper)，來到位於九龍塘的生產力促進局，由智能製造及材料科技部首席顧問單銘賢(右)帶領，參觀3D體驗廊，學習3D打印的製作工序。
■認識基本概念
Eliott：為什麼要有3D打印？
單銘賢：3D打印可應用在很多工業，一般是家庭電器、玩具、配飾、模具，近年更應用在較先進的高科技工業，製作汽車組件、飛機零件、火箭的噴嘴等，特別是醫學用途。另外，如果沒有3D打印，很多設計師的作品要分拆成多個組件製作，然後再組裝，步驟繁複，但在3D打印下，很多作品都可一次成型，毋需額外加工，而且更準確地實現設計師的想像，將概念轉化成實物。
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． 伊利沙伯醫院心臟科顧問醫生李耿淵表示，心臟科自14年開始引入3D打印技術，幫助複雜的結構性心臟手術個案。團隊先以電腦掃瞄分析患者心臟影像及數據，打印出心臟模型以助瞭解及熟悉其三維結構，並於手術前多次練習，找出最適合的手術方式、設備及尺寸等，增加手術成功率及減少併發症風險。
——摘自〈3D打印心臟模型 術前練習免出錯〉，《明報》，2016.08.08
．全球最大型3D打印物件，是由美國能源部實驗室在2016年9月製作，形狀類似機翼、約5.3m×1.7m×0.46m的模型，並打破健力士世界紀錄，成為全球最大型的3D打印物件。美國飛機製造商波音公司稱，將利用該技術研發新一代客機的機翼，可見現時3D打印技術發展相當成熟，若使用工業用3D打印機，可製作大型且堅固的成品。
Casper：3D打印現時有什麼限制呢？
單銘賢：以往3D打印只能製作單色物品，現在已經沒有這個限制，有打印機可同時打印33萬種顏色，所以現時的限制在於速度和應用的物料，例如一個約水樽大的模型製作，若使用一般3D打印機需時約一天，速度較慢，加上並非所有物料均可用作3D打印，暫時適用的物料主要為塑膠、樹脂、金屬、朱古力、糖漿、紙張等，木頭仍未適用。
■3D打印——擠壓成型技術
3D打印的過程是怎樣的？一起來直擊：
步驟1
．在電腦的3D繪圖軟件設計立體模型
．如要複製實物，則可用紅外線掃瞄儀器(圖A)360度全面掃瞄實物，將外形的數據輸入電腦，3D打印機則從電腦接收數據(圖B)
步驟2
打印機的熱嘴將置入的物料熔化，以「擠忌廉」方式逐層打印出橫向層面
步驟3
物料冷卻後固化成型，呈現出立體的模型。
步驟4
因地心吸力緣故，懸空物料在未完全固定前，需以支撐物支撐，以免倒塌。待製成品完全硬化後，切割多餘的支撐物部分。
每個橫切面的高度視乎物料和打印機的質素，一般為0.012mm至0.015mm，數字愈小，模型的表面愈平滑。
■知多點(圖C)
零維空間(0D)：一個定點，沒有長度
一維空間(1D)：將點與點連接，形成直線
二維空間(2D)：由寬度和高度兩個維度所組成的平面
三維空間(3D)：由長、寬、高三個維度所構成，是人類生存空間的數學模型
■3D打印的好處
1. 提高設計自由度：可製作複雜、細緻的設計和幾何形狀
2. 加強設計創新：可隨時修改3D設計檔案，快速製作多個不同的版本
3. 具成本效益：毋需昂貴的機械加工或模具
4. 精確度：在3D繪圖軟件設計出高度精準的原型，避免人為錯誤
■參觀3D打印體驗廊
地址：九龍達之路78號生產力大樓
開放時間：星期一至五，上午9時30分至下午6時30分
查詢電話：2788 5813
■關鍵詞
橫切面 cross-section
塑膠 plastic
醫學用途 medical use
■想一想
1. 你認為3D打印對世界有什麼幫助？
2. 你希望用3D打印機製作什麼產品？
文：王寶熒
圖：生產力促進局、王寶熒
