食品企业应正视3D列印技术@姚念周首席顾问

一篇2015.11.17在FoodManufacture.co.uk发表的专文呼吁全球食品企业应该将3D列印技术列入企业发项目，我们深有同感，在此我们分享我们对此一新兴科技的探讨，供企业朋友参考应用。

该文中，专家(Nottingham大学未来策略教授Christopher Barnatt)认定3D列印终将与网路一样对食品製造商产生价值，包括降低生产成本、降低能源与提高生产效率(时间)，预估10年内，3D製造技术将在食品与饮料供应链广饭的被应用，且将有助于在地生产、原料节省与客製化上多所贡献。”未来，我们将可以将物品于线上储存、在网页客製化、以数位传递，很可能不再需要货车，而在消费者所在处列印出来即可”，消费者在家下单及设计(客製化要求)会是食品製造商的最新服务模式。

这裡的客製化并非指全产品的客製化，而是指特别情境的客製化，如復活节的復活蛋、情人节的巧克力，3D列印将是最佳行销工具，因为因应複杂的客製化要求将很容易执行，包括食品形状、包装要求等通常佔据相当生产成本的元素，Barnatt说也许有人认为这想法很疯狂，但这跟他在1990年代预估电子商务时的反应是一样的。欧盟国会也已通过3D列印可纳入新食品(novel food)申办的范畴，Barnatt甚至认为3D列印可结合奈米技术与生物合成技术让食品企业创造出很多未来产品，他也预估至2020年，全球至少有100万台的3D列印机存在。

3D列印又被称为积层製造，是快速成形技术的一种，以一种数位模型档案为基础，并用粉末状金属或塑料等可黏合材料，透过逐层列印的方式，来构造物体的技术，先透过电脑裡的3D绘图软体建模后，就可使用特殊的印表机喷出立体成品来。3D列印应用在生医的模型，或是科技产业、工业产品开发、建筑模型及公仔设计等等，都能「立体印出来」，更白话的讲就是「将实体製造出来」，3D印表机的新闻时有所闻，研究论文也常在专业的期刊上发表，相关的论坛在最近几年也日趋频繁。3D印表机的能耐就是那麽地让人叹为观止， 举凡动物的3D模型，建筑模型、科技业产品开发、公仔、艺品等，所有塑料製品都可以用3D印表机来进行生产。

不同材料可做出不同成品，3D在各领域都有所应用，过去常用在模具製造、工业设计等领域，包括製造模型等，但现在正逐渐用在企业应用或消费性产品，几乎可应用各行各业，当然包括食品或食材。

法新社报导，在许多人眼中，3D列印充其量只是噱头，印出没什麽用处的塑胶物品。但IHS科技公司分析师乔索夫斯基指出，美国军方已投资研发列印制服、治疗战争创伤的人造皮肤，甚至武器及食物，这将对国防工业影响甚钜。美国麻省理工学院科学家最近更研发出4D列印，列印出的物质，会在接触到某些元素时发生变化，例如水。有朝一日，4D列印能印出可随环境变色的制服。

美国欧巴马总统甚至以将引发第三次工业革命形容3D列印，从美国纽约、旧金山等各大城市，到英国伦敦、日本东京、东南亚的菲律宾、印尼、中国深圳…过去两年间，这样的「创客工厂」(Maker Space)正在全球各地蔓延展开，技术成熟、成本降低的3D列印技术，就是促使这些热爱手作的人们聚集创作的最大原因。1980年代3D列印技术在美国、欧洲兴起，美国擅长塑料，欧洲则发展金属，但早期的专利大多掌握在3D Systems、EOS两家公司手中，3D列印在近两年来开始普及，最大的关键是两大公司手中的专利已陆续过期，而开放社群开始研究并推广3D列印。最着名的是RepRap开源硬体专案，能从社群取得所有打造3D印表机的资讯，台湾就有新创设计公司以此为基础「自製」一台机器，只花了2万多元。若想买现成的，则有基于RepRap专案产生的家用印表机品牌MakerBot，最便宜6万多元就能购得。

日本矢野经济研究所指出，产品多样化使得产品生命周期越来越短，因此採用3D印表机的企业持续增加。3D印表机用户先前多为大企业，近年来由于成本降低，也逐渐扩展到了中小企业。矢野经济研究所预测，这种趋势还会加速推进，2015年3D印表机的供货金额和供货量将分别达到77亿日元和1800台。上一次工业革命带领製造业走向量产、规格化，3D列印则实现了少量、多样、客製化。安德森认为，未来有更多独特的小量市场，这种市场最大需求量顶多1万件，但毛利会比现在高出很多。以前须顾及开模成本、最低生产件数的限制，以量製价，但3D列印无须开模，要多少就印多少，有订单才生产，没有库存、没有废料，唯一库存就是3D设计图。这项技术带来的全新产製流程，正一点一滴颠复製造业，且3D列印能一体成型，又打破材料限制，再一次颠复製造技术逻辑。

而我们工研院也以新显学称呼之，只是供研院目前主要是以金属材料为目标，成立目前国内唯一一座金属3D列印实验室。其他国家也早已开始布局，目前3D列印的主要掌握在美国两家上市公司3D Systems和Stratasys，以及德国的EOS共三大巨头，掌握全球九成市占。中华经济研究院认为，3D列印技术革新生产流程，大幅缩短设计到製造之间的步骤，并可做出传统製造方法无法达成的複杂几何形状。未来製造业者更可能把工厂规模缩小，并分散至各国主要市场，提供即时、平价，且迎合各市场口味的产品。

根据新加坡产业市场研究机构Canalys最新研究报告显示，预计全球3D列印市场的规模于2018年将达到162亿美元，比起2013年的25亿美元市场值，成长倍数高达5倍以上。

当然，就跟其他潮流一样，并不是你只要搭上顺风车就可以，你必须确认你的商业模式与消费对象是契合的，例如卖列印机的MakerBot公司，2年前MakerBot出尽锋头，创办人培提斯成为科技摇滚明星，但如今MakerBot资遣了20%员工，关了三个零售卖场。网路提供林林总总的3D机器，MakerBot引进扫描机制和方便易用的软体，希望把这些机器变成消费者容易使用，民众会买回家的工具，就像当初电脑列印机一样，并且MakerBot还开设店面让民众接触这类观念。问题出在一般消费者至今不知道拿3D列印机做什麽用，而且一般人不太会用这些列印机做有用的东西，如果只能夸耀你列印了花瓶、公仔，或複杂而不能穿戴的穿戴品「嗜好」的阶段，而非与生活相关的实用物品，因此出现消费级3D列印机除了做玩具，不知有何大用的情境，造成该情境模式失败。但笔者认为这不代表3D列印本身的失败。

3D列印应用于民生产业的案例还包括化妆品及生医产业。哈佛商学院毕业生蔡家碧(Grace Choi)开发出「美妆版iTunes」的Mink列印机，可把各种影像转换成各式彩妆。女孩们很快不必再光顾美妆店，只要在家自製口红、唇蜜、眼影、腮红、指甲油与眉粉就好。高档品牌化妆品的基底或成分其实与较平价的化妆品大致相同，Mink列印机能以这些基底製作彩妆、并加入颜色，让使用者根据用途自製适量化妆品，既节省又不至于让化妆品瓶罐堆积如山。使用者只要在网路上选好颜色、再用小画家等软体转换为色码。这些色码被送到Mink列印机后，Mink就会把颜料印到用于製作粉末或乳液化妆品的原料上，不到一分钟就能把颜色印到腮红、眼影、唇蜜等各种化妆品内。蔡家碧希望，售价300美元的Mink不仅能撼动彩妆供应链，也能改变美妆产业塑造出的审美观。

而台湾首家生物3D列印公司三鼎(台北医学大学衍生公司)，将向卫福部申请生物3D列印的器官重建/移植临床试验，首案将锁定乳癌患者，并启动「癌症医疗/器官(乳房)重建」临床程序，其生物3D列印专属工厂，投资逾亿元、将符合GTP、GMP标准，并拥有十馀部高阶机械手臂，及自行设计具有美国FDA认证完成的3D Bio-Factory生物列印专利设备。该公司由台北医学大学口腔医学院院长欧耿良担任总经理，并由其技术团队提供生物3D列印专利智财，目前已获得全球包括美国、台湾等九个国家专利保护，潜在的客户即可储存关键生物资料，未来一旦有状况，即可取有关器官的干细胞组织予以培养、列印后进行移植、重建手术。生物3D列印取材的是人体的血液、器官组织，透过细胞培养、放大后，由具备生物列印功能的专业设备，照着器官的模状，用特殊的机械手臂予以複製。複製之后，在具备生物性的环境下，完成保存、运送并移植的工作，欧耿良说，这一套程序全都有严格的法规与专业规范，连运送的过程都必须符合规定。生物3D列印的关键是，必须先以组织的干细胞堆叠器官外型，再另外建构器官的血管并予以拼合，据悉，列印一个成人心脏约不到两天即可完成，而列印乳房则因脂肪干细胞与血管重组较费工夫，大约要五天到一周不等，除了乳房重建，欧耿良表示，只要有生物资料，几乎所有器官都可以列印后重建，换言之，未来的人只要觉得自己的器官有问题，就可「换一个新的」，包括眼睛、心脏、关节、肝脏。不过，欧耿良指出，肺脏的组织必较複杂，列印仍有一定的难度。