全球首輛 3D 列印單車開賣,賈伯斯 20 年前的「矽谷製造」夢終於要實現了?

3D 列印、自行車、太空、NASA

【為什麼我們挑選這篇文章】3D 列印技術近年來被廣泛運用,也讓製造業得以進化成為「智」造業,以最少的人力,完成最大的產值, 賈伯斯在 1983 年曾試圖在矽谷創造「製造業文化」,卻因為缺乏人力資源和分包商的發展基礎而失敗,現在有了 3D 列印技術有機會在矽谷打造新型態的製造業嗎?(責任編輯:何泰霖)

7 月 13 日,位於矽谷的 3D 列印公司 Arevo 旗下 Supertrata 品牌開始預售全球首款一體式 3D 列印電動自行車。

與目前市場上先列印零件再組裝的製造商不同,Superstrata 開發出「一體式結構」碳纖維框架的生產模式,也就是整個自行車車架沒有膠水、沒有接頭、沒有螺栓、沒有雷射焊接。

此次, Supertrata 發布了 Terra 和 Ion 兩款車型, Terra 是一款輕量級的標準自行車,它可以根據購車者的身高、體重、手臂和腿的長度,以及他們偏愛的騎乘位置和車架剛性水平,提供超過 25 萬種訂製方案,其標準重量僅為 1.27 公斤,比一個西瓜還輕。

Ion 則是一款 1 級電動自行車,後輪配備 250 W 的電動馬達以及 252Wh 的電池,預計續航里程為 96 公里,由於使用 3D 列印生產方式,其售價也比市面上同類的電動自行車便宜近一半。

目前 Terra 車型的初始售價是 2799 美元 (約新台幣 82,370 元),  lon 初始售價是 3999 美元 (約新台幣 117,683 元)

10 小時完成客製化電動自行車!Arevo 顛覆過往自行車製作模式

透過 3D 列印技術,客製化自行車將能縮短到 10 小時完成!圖片來源:品玩 PINGWEST

Superstrata「一體式結構」的生產模式,不僅讓自行車本身重量減輕、外觀簡約更具現代感,更重要的意義在於它的製造生產可以完全顛覆現有自行車的生產模式。

在過去,工廠製造的複合材料車架,一般需要 18 個月的時間來設計和投入生產,要透過人工製作 27 到 30 個不同的零件,最後再黏合在一起。

而 Arevo 所有的設計工作,包括分析和優化,都可以通過軟體來完成,連續纖維 3D 列印技術可以將製造時間縮減到幾周,同時還支持客製化生產,車主僅需將他們所要求的尺寸和樣式發送給 Superstrata,約 10 個小時左右的時間就能製作出來。

值得注意的是,目前全球每年生產的 200 萬個複合自行車車架中, 99% 都是由中國工廠制造。 Arevo 在接受採訪時表示,隨著 3D 列印技術的進步,複合車架製造的成本結構將發生根本轉變,預計三年後,現有中國工廠碳纖維自行車車架的製造模式將逐漸被替代。

過去,由於碳纖維製造需要進行精密的數控加工、真空封裝和烘箱固化,而這些程序大多都由人工操作,設計和生產周期長,製造成本太高、市場滲透率降低。但隨著計算能力與機器自動化的發展,其製造模式也進入了轉型期。

今年 6 月, Arevo 已經開始建造世界上最大的高速連續碳纖維增強聚合物(continuous carbon fiber reinforced polymer)的複合材料增材製造工廠,同時,他們推出「製造即服務」( manufacturing-as-a-service,MaaS ) 的模式,將能根據不同客戶的客製化需求達到規模化的快速生產。

該工廠落成後,預計其生產的產品將應用於航空、建築、汽車等不同製造領域,這也意味著連續碳纖維的 3D 列印技術,已經到了產業化應用的階段。

Arevo 3D 列印製造生產房。圖片來源:品玩 PINGWEST

3D 列印將為矽谷打造「製造業」新起點

過去這些年,矽谷作為世界創新技術的發源地之一,持續為世界打造出重量級的科技公司,但當我們整理這些明星公司時,卻發現鮮有專注於製造業生產的。

實際上,在上個世紀 80 年代,賈伯斯曾試圖在矽谷創造「製造業文化」。 1983 年,他親自負責在灣區 Fremont 建造了一座先進的製造業工廠,用於生產蘋果新型麥金塔電腦,但這個工廠卻因產量無法達到預期最終於 1992 年關閉,這一度讓癡迷於製造工藝的賈伯斯很受挫。

過去位於 Fremont 的蘋果製造生產工廠。圖片來源:品玩 PINGWEST

此後,蘋果製造部門分析,製造業在矽谷失敗的原因,是因為製造業是一個龐大的生態系統,矽谷地區缺乏相關職業學校、工人和分包商,並不具備發展製造業的基礎與文化。因此,蘋果最終選擇了在全球低成本的地區布局製造供應鏈。

如今, 30 多年過去,新材料、新技術的發展賦予了製造業更多的可能性,如果說過去的製造業是勞動密集型產業,如今也正在朝著技術密集型轉型。其中, 3D 列印(增材製造)因其智慧化、客製化的製造生產方式更是吸引了眾多科技公司的關注,不僅逐漸嘗試與日常生活結合,甚至被應用於太空探索領域。

太空也掀 3D 列印熱潮,NASA 重金合作開發太空機器人

Made In Space 在國際太空站的 3D 列印機。圖片來源:品玩 PINGWEST

2014 年,美國向國際太空站運送了世界首台太空 3D 列印機,而這台太空 3D 列印機由矽谷 Made In Space  公司製造。這台列印機能夠幫助太空人在太空中製造小型緊急必需品。其運轉原理是,由地球上的人員設計好生產程序,再連網操控太空中的 3D 列印機進行製造。此後,Made In Space 還向國際太空站送上了第一台商用列印系統,供各國的太空人使用。

Made In Space 成立於 2010 年,總部位於矽谷加州,是全球首家研究零重力下 3D 列印技術的公司,專注於太空製造。除了研究小型 3D 列印機之外,Made In Space 也在探索更多大型項目,比如用於在太空中建造衛星等大型物體、太空光纖牽引、材料回收和金屬 3D 列印的項目 Archinaut 。去年 7 月, NASA 還與 Made In Space 簽下了 7370 萬美元(約新台幣 21 億元)的合約,將其技術用於 2022 年發射的「太空建築師一號」小衛星上,計劃在太空中 3D 列印 10 公尺長的樑,進而建造太陽能電池陣。

今年 7 月, Made In Space 被專注於太空探索的全新公司 Redwire 收購, Redwire 是由私人股權公司 AE Indusrial Partners 於今年 6 月剛成立的公司, AE 在年初收購了兩家生產太空偵測器、飛行設備相關的公司 Adcole Space 和 Deep Space  Systems(DSS)之後成立了 Redwire ,而此次收購 Made In Space ,進一步完善了其太空製造業務, Redwire 的太空製造商探索之旅也正式啟航。

除了跟 Made In Space 深入合作發展太空製造外, NASA 近期也嘗試使用矽谷 3D 列印獨角獸 Carbon 的技術來製造太空機器人。總部位於 Redwood City 的 Carbon 是高速光固化 3D 列印的發明者,先前轟動一時的愛迪達 3D 列印跑鞋 Futurecraft 4D 就是愛迪達與 Carbon 合作生產的,目前, Carbon 的生產技術已經廣泛地被運用於消費品、汽車、工業、醫療用品的製造之中,估值達到 26 億美元。

Carbon 利用 3D 列印生產的愛迪達跑鞋 Futurecraft 4D 。圖片來源:品玩 PINGWEST

而在與 NASA 的合作中, Cabon 主要利用其動態光散射(DLS)3D 列印技術,幫助制造 Seeker 項目中的兩款自動飛行機器人,用於繞太空船飛行以檢查故障。在製造自主飛行機器人的過程中, NASA 需要在 10 x 10 cm 區域的同一面上,集結四個高性能的離合器,所需用到的零件小而複雜,使用傳統的製造技術基本上無法實現,而借助於 Carbon 3D 製造工藝,則可實現精準製造的零件,還能加快製造周期,同時這也是首個太空中應用的塑膠 3D 列印零件。

在未來,可以預見太空領域的探索與建設是人類共同的目標。太空製造與組裝無疑將改變未來空間偵測格局。而目前,除了美國外,歐盟、俄羅斯、中國均有利用 3D 列印技術建設太空基地的計劃。布局太空製造,也是科技公司涉足製造業的全新潛力領域。

NASA 用於檢查太空船故障的 3D 列印機器人 SEEKER。圖片來源:品玩 PINGWEST

3D 列印將取代傳統製造技術了嗎?

不過,雖然 3D 列印技術的應用範圍越來越廣,但目前的技術成熟度仍還不能達到顛覆現有製造模式的程度,產業的發展依然需要解決工藝、材料、成本、速度等面象的問題。

首先,在機器層面,目前大部分 3D 列印的精度比較粗糙,列印出的產品表面粗糙,仍需拋光,且尺寸精度還不高;然而,高精度的 3D 列印機都是比較大型且昂貴,技術專利掌握在大公司手中,而小型機器的生產質量參差不齊。

在列印速度方面,3D 列印類似於多層寫字,層數越多、結構越複雜,列印時間就越長,大量化生產製造的時長難以保證。

其次,在材料層面,3D 列印的另一核心就是要有合適的材料,目前 3D 列印的材料主要以石膏、光敏樹脂、塑膠材料為主,工業級的金屬列印材料十分有限,而工業級所需材料價格標準較高,與傳統製造流程相比其成本優勢不足。

此外,列印材料的行業標準還未形成,比如製造一個牙刷等日用品需要通過材料安全性檢測,但目前相關統一規範還未出來,因此難以滿足大規模民用需求。

雖然 3D 列印發展仍然面臨挑戰,但從 Made In Space、 Carbon 和 Arevo 這些新興科技製造公司的發展中,我們也看到 3D 列印在技術與材料上越來越多的突破,同時湧現了很多更具想象力的應用空間。

隨著科技與製造融合的步伐加快,我們或許可以期待,賈伯斯曾經的矽谷製造工廠夢,在 3D 列印時代得以被實現。

(本文經 品玩 PINGWEST 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈全球首輛 3D 列印電動自行車開賣!僅需 10 小時製造,可根據用戶體型訂製 〉。首圖來源:品玩 PINGWEST)

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