2016.01.20

3D列印帶來的產業變革珠寶飾品製程全面升級

3D列印技術(3D printing)為一種快速成型的製造科技，《經濟學人》雜誌視其為

帶動第三次工業革命的重要關鍵，美國總統歐巴馬更期待藉此重拾美國高端製造業風

光。隨著列印技術專利到期及研發技術的加速發展，價格也跟著大幅下降，因應各種

需求而生的列印機台陸續問世，3D列印技術在全球已蔚為風潮。

資料整理：朱品潔

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微型創業的最新利器

日新月異的技術為製造業帶來革命性影響，未來生產方式將由傳統集中式加工轉變為

數位建模製造，再經由數位網路發展出分散式數位製造，此亦為「工業4.0」核心概念之

一。除了將革新各種產品供應鏈，3D列印低成本、高彈性、客製化的特性，更帶動個人化

與微型創業的發展。可預見未來將是個人製造業時代，人人都可以是自行製造、少量生產

的自造者(Maker)。

而對於一向仰賴精緻手工藝的珠寶飾品產業而言，3D列印技術顛覆了既有思維，最

大的優勢在於設計師的創意將不再被侷限，過去手工雕蠟以及CNC切割無法做到的精巧細

部，3D列印皆能實現。

在傳統製程中，設計師需將概念及構想以手稿或電腦繪圖方式表現，再經由技術純熟

的金工師傅以手工雕蠟製版(此部份為製程中最重要也最耗時的步驟)，待完成後進行精密鑄

造(Lost Wax Casting/脫蠟鑄造)，最後研磨拋光及鑲嵌寶石後完成成品，如需進入量產製

程則需再壓製膠模。此一過程往往單在手工製版過程就需耗時數天至數週，甚至完成後如

要再調整則又需重新製版，一來一往之間，在人力與時間成本花費上非常可觀。

而在數位化技術導入後，將改由電腦輔助設計(Computer Aided Design，CAD)軟體

設計，再以100微米(0.1mm)的解析度分割成逐層截面設計圖，然後透過3D列印機，將成

型材料以雷射或熱熔融沈積(Fused Deposition Modeling，FDM)等技術加工成型，或以

光固化樹脂完成光固化成型(Stereo lithography Appearance；SL 或 SLA)，除了可較傳統

製程省下大把時間與成本，也更易於修改，能精確估算用料成本，適合小量多樣化的客製

化商品，亦可解決業界人才短缺窘境。

而比較FDM與SLA成型方式，其中FDM製程簡單成本低，但較難精確掌控成型效果與

出料形態；SLA表面光滑品質較好、精度佳，適用於複雜結構與精密造型，但輔助結構需

較多。以下並將針對市面上適用於珠寶配件打樣之3D列印機台與素材概略介紹。

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負擔得起的3D貴金屬列印

Mini Metal Maker是世界上第一台小型貴金屬黏土3Ｄ列印機，2015年於美國

Indiegogo進行募資，入門款價格約1500美元，其列印技術類似FDM成型，最大差異性在

於使用創新特製金屬黏土(Metal clay，如PMC高分子複合材料) ，可利用青銅、紅銅、黃

銅、金、銀、不鏽鋼、鐵、錫混合物作為列印材料。

經由特殊擠壓技術列印成型後外觀近似陶土可進行修補、雕刻等加工動作，待風乾後

於高溫600-900˚C中進行窯燒，分離的金屬粒子會熔合成固體金屬。對於從事金屬飾品開

發的設計師及品牌商而言是一個全新的選擇，未來廠商更期許能朝列印精度縮小至近200

微米為目標。(進一步資訊可觀看介紹影片: https://youtu.be/IRYNP1-Y4No)

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1. 世界上第一台小型貴金屬黏土3D列印機。

2. 創新特製金屬黏土以金屬混合物作為列印材料。

3. Mini Metal Maker成型作品。

--- 圖取自Mini Metal Maker官網 www.minimetalmaker.com ---

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動件一體成型雷射精準調控

由工研院發表的台灣第一台自製雷射金屬3D列印機，共有AM100和AM250兩種規

格。珠寶金工產業適用於AM100機型，其可製作10及25立方公分體積工件，設備以雷射

產生足夠熔融金屬粉末的能量，透過重複執行的粉體鋪層和雷射燒熔過程讓創意成型，成

品精細度可達50微毫米(um)，相當於頭髮的半徑，緻密度超過99%，光是一枚直徑2.5公

分的戒指平均要約1,000層的金屬積層，金屬積層愈多細緻度愈高。

金屬3D列印應用於珠寶設計的優勢，首先是動件一體成型(一次列印出球中球立體設

計)，其次為表面微細結構的呈現，如粗化質感(過去必須另行噴砂處理)，再者更易於金屬

與其他異材質的結合。且金或銀的加工成分比例從0%到100%都能精準調整，在列印過程

中未使用的金屬粉末也幾乎都可回收，降低材料耗損率及直接成本。

因貴金屬材料成本昂貴，目前提供的材料以不鏽鋼粉體、鈦合金粉體、鋁合金粉體、

麻時效鋼粉體、模具鋼粉體、多元合金粉體和碳化鎢／結合金屬粉體為主，以降低業者的

進入門檻。(進一步資訊可觀看介紹影片: https://youtu.be/hHe1yfd0beY)

1. 金屬3D列印機可一次到位呈現表面微細結構，且讓異質材料更容易結合，突破傳統技法的限制。創新特製金屬黏土以金屬混合物作為列印材料。

2. 工研院自製雷射金屬3D列印機動件一體成型作品。

--- 圖取自工研院《工業技術與資訊》月刊284期---

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加速製程直接輸出蠟製模型

由美國3Dsystems公司生產的ProJet 3510 CPX噴蠟3D列印機，使用快速原型技術以

堆疊方式製成實體模型。

該機型能同時列印兩種材質，一種為模型主體的鑄造用蠟，融點較高約80˚C，懸空部

分則以支撐材填補，熔點較低，約45˚C。整顆噴頭是由為數眾多的噴孔排列而成，噴頭滑

過時將液態的蠟均勻噴灑並瞬間冷卻定型，主體蠟材與支撐材能同時列印完成。最後完成

的全蠟模型，透過45 ˚C的溶劑，便能夠輕鬆地將低溫的支撐材清除，留下來的主體蠟材則

擁有光滑精細的表面。

全蠟模型可直接進行脫蠟精密製作程序，每英寸零件尺寸的精度可達0.025-0.05毫

米，不需再次開模翻製，成型迅速且精度高，是一種有效率的生產方式。

1. ProJet 3510 CPX噴蠟3D列印機。

2. 列印出來的成品，藍色的部分為主要蠟材，白色的部分則為支撐材料，融點較低，可透過溫度控制將支撐材融掉。

--- 圖取自3Dsystems官網 ---

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專屬金工設計的3D列印

光固化成型分SLA及DLP技術，兩種技術的材料皆為液態樹酯，藉由光照進行材料固

化，精準度非常高，成品表面的光滑度及細緻度相當符合金工類藝品需求。SLA及DLP技術

差異在於：SLA為雷射光束單點照光，DLP則利用投影原理整面式照光，相較之下DLP成型

速度較快。

台灣創新研發團隊柏樂科研公司，打造出專屬金工設計的3D列印設備與材料，以光固

化DLP技術協助產品製造，其數位模型的建立可分為逆向掃描以及電腦繪圖建模兩種方

式，設計師可使用本身熟悉的建模軟體設計飾品，精密度每層可達0.02mm，不但成品成

型速度快、表面細緻度高，獨家研發之光敏材料具高生物相容性，使得列印完成的配飾能

依其用途直接配戴，免去脫蠟鑄造的時間與失敗風險，有效提升產品開發的速度與品質。

▲台灣柏樂科研公司成型珠寶飾品。 ( 圖片 : 柏樂科研公司)

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【商業應用模式】珠寶品牌Brilliance

3D列印技術導入珠寶飾品產業不只在技術端，也可以變成一種嶄新的商業模式。線上

珠寶品牌Brilliance認為3D列印技術將改變人們的消費型態，目前該品牌也提供對其產品有

興趣的客戶在確認訂作昂貴的實品珠寶前，先訂製塑料試製作品，讓擁有3D印表機的客戶

能自行下載檔案並自己製作模型，確認試戴戒圍大小、參考鑽石切割形狀及克拉尺寸。至

於沒有印表機的客戶也不用擔心，Brilliance可以將模型列印出來寄送給您。(進一步資訊可

觀看FOX新聞: http://video.foxbusiness.com/v/3619361141001/3-d-print-your-own-

engagement-ring/?#sp=show-clips)

▲客戶可自行選取要的尺寸及寶石切割形狀、大小。(圖片取自官網Brilliance.com)

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參考資料

� 劉美惠，〈3D列印讓你我都是創新實踐者〉，《TRADE MAGAZINE》No.270 (12月

號，2013)：36-39。

� DIGITIMES企劃〈五大技術各有所長 3D列印後勢看漲〉，摘錄於 07 July 2014。

� DIGITIMES企劃〈引領製造浪潮 3D列印推動產業數位化〉，摘錄於 01 June 2015。