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3D 印刷，不是印出一張報表，是「印」出有用的實物！
photo by Pixabay
國際太空站 (ISS) 經十年的建造，進駐太空人已經二十年了，為了太空人的生活、工作、健康，每年要送去 3,000 公斤補給品，另外儲存站內的還有 13,000 公斤的零備件，以及在地面儲存的 17,000 公斤儲備物資，準備需要時隨時起飛。太空站距地面 400 公里，補給還算方便，以後月球火星的太空旅程，勢必攜帶大量的貨物，成為一大挑戰。
這一挑戰在 3D 印刷 (3D Printing) 出現之後，有了轉機，利用這種加料 (Additive) 製造技術，臨時現做需要的機件。製造業很多是削減材料製成最後成品，3D 印刷是加添材料堆積成型，概念與我們常用的電腦噴墨列印設備類似，不同的是噴墨列印把墨印到一張紙上，3D 印刷則噴出各種材料，一層層向上「立體」的堆積成我們需要的物件，雖然仍沿用「印」這個字，實際上是實物的製造。
一家名叫 Made in Space 的公司，製造 Zero-G 3D 印刷機，拿到太空站實驗，「印」出了一個塑膠扳手，從此展開了六年的連續實驗，在太空站印製的樣品都拿回地面，比較與地面印製的品質，然後再把新的設計圖傳回太空站繼續印製。實驗的一大項目是在微重力下 3D 印刷機械是否正常運作，結果認為影響有限，證明在太空的 0 重力下仍然可行。（太空站距地球近，仍有微量重力）
下一步是將一台固定式的 3D 印刷機嵌在太空站艙壁，好像廚房崁入一台微波爐，印製各種物件與地面表比較，包括製作 SPHERE，這是 18 邊球狀小型衛星，供艙內漂浮運作。這台 3D 印刷是以工業塑膠做材料，將塑膠線加熱融化，從噴頭連續滴出堆積成型。印製數量多了以後，不用的是否可以回收融化再用，就成為研究的焦點。Made in Space 又送了一台回收機到太空站，實驗什麼材料最適合回收再用，可以回收多少次，有多少會成為垃圾。3D 印刷可以讓未來太空旅途大幅度減輕貨物的重量，成為太空科學的重要一環。
Xerox（全錄、施樂）從影印馳名全球，後推出電腦印字機，又推出商業化數位印刷機，現在又推出一具 2.7x2.1 米、高溫達 800°C 的印刷機，這當然不是噴墨的，這是 3D 印刷機，ElemX，所噴的「墨」是從鋁線融化的鋁，像一個小型鋁工廠，把固體的鋁高溫融化成液體，噴出來一滴滴、一層層堆積成預先設計的物件。這一台設備做什麼用？原來放在加州 Monterey 的海軍研究學院，供研究實驗。
3D 印刷機放在海軍學校，與太空站類似，希望艦艇在不著邊際的大海遇到不時之需能自我補救。鋁是不怕氧化不易腐蝕的材料，艦艇有無數零件難免或有不足，或因臨時情況的特殊需要，3D 印刷的鋁製品是最佳的來源。ElemX 還不能現場製造砲彈或魚雷，因為印製僅限於 30x30x12 公分以內的精細零件，約需 3、4 小時完成。至於什麼時候上船，因為船會擺動也會震動，是否影響精密印製動作，還要進一步實驗。
太空與海上所需要的大多是小型零件或工具，印刷機不會太大，像 Xerox ElemX 算是大型的了，但近年應用的擴展，讓 3D 印刷機變大了，而且相當的大，因為用在建築業的材料製造，更有的直接用來蓋房子。以美國加州奧克蘭 (Oakland) 的 Mighty 建築公司為例，用 3D 印刷製造各種建築板材，客製模組化的設計，完工後運到工地自動化安裝。除了材料，也組合各種房屋，從最小 350 平方呎（32 平方米）的獨屋，組合到 1440 平方呎（134 平方米）三房二衛浴的家庭住宅。
紐約的 SQ4D 建築公司採取另一種做法，與其預做材料運到工地組合，不如把 3D 印刷機搬到工地現場，直接蓋一棟房子。聽起來不可思議，但概念與製造小零件沒有差別。先在房子基地四周搭上架子，把「噴頭」（噴材料出口）固定在架子上，讓能各種方向移動，然後以特製的水泥狀材料連續送到噴頭，噴頭依建築圖樣由電腦控制移動，像擠牙膏似的，把材料噴灑在房子的地基、牆等各個部位。
這樣噴灑一層後印頭拉高再噴灑上一層，周而復始繼續堆高，直到整個房子完工。這棟房子位於紐約長島 Riverhead，面積 1400 平方呎（130 平方米），有三房二衛浴，SQ4D 公司說一共花了兩天時間，僅用了 3 名工人就把房子蓋完了，成為美國首棟出售的 3D 印刷房子，售價 30 萬美元，只有當地房屋市場的半價，聞風參觀的人很多，都說物超所值。這棟房子已列入售房網站 Zillow，有興趣的讀者可進入瀏覽。
這種現場立即蓋房的技術，由慈善機構協助，開始進入窮困的偏遠地區。非洲東南外海的馬達加斯加島 (Madagascar)，即將在南方一個大學附近修建一所學校，校舍一間間可以連接，由舊金山一家 3D 印刷建築公司設計興建。在墨西哥偏遠地區，即將完成一個 3D 房屋的社區，現已由美國德州一家建築公司完成第一棟，有兩間睡房面積 500 平方呎（46 平方米）的住宅，一共會完成 50 棟以平價出售，每蓋一棟僅需時 24 小時。
德國的第一棟 3D 印刷房屋，蓋在北萊茵西發利亞邦的 Beckum，是一棟二層樓房，每層面積 80 平方米。這棟樓房是有指標作用的集體創作，包括慕尼黑技術大學與 Mense Korte 建築工程公司，以研究的態度故意放慢施工速度，從中獲取經驗，分析改進，使得這一革命性的技術，在節省時間、降低成本、減少人力、環保上更趨完美。有興趣的讀者可以進入
ArchDaily 網站，觀看這棟二層樓的房子，以及 3D 印刷設備的架構與運作的圖片。
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