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華麗轉身!3D列印新應用,廢棄木屑噴製儼如工藝職人的細木作

3D列印(3D Printing)或稱積層/增材製造(Additive Manufacturing)已廣泛滲透當今工業設計範疇,除了陶瓷與工程塑膠等核心材料,也不乏運用金屬粉末、再生木纖維以及紙漿等複合材料,打造出媲美傳統工藝的生活器物或用品。

近期不僅3D列印建築在歐美如雨後春筍般蓬勃崛起,如何導入木質廢料走進循環經濟的製程更是另種趨勢,其中創立於2015年、位於美國麻州的3D列印企業Desktop Metal,旗下子公司 Forust專注於木材廢料如何轉化為質輕、堅韌且紋理栩栩如生的木製品,期望藉此積層製造技術解決全球每年劚砍150億棵樹所產生的廢棄物問題,將木頭殘料「升級再造」(upcycles),翻身為高品質的家具、家用品或汽車豪華內裝等等。

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Forust攜手工業設計師Yves Béhar,共同打造旗下首款3D列印居家用品。
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色澤紋理與實木無異的3D列印木槳。

全球首創將木頭廢棄物用於3D列印


量化生產的積層製造領導品牌Desktop Metal在今年5月上旬宣佈推出Forust™,其核心技術是運用專利的單程黏著劑噴印成型(single pass binder jetting),搭配先進的電腦輔助設計(CAD)軟體,將廢棄木料轉化成機能性的工藝產品。此3D列印材料主要來自兩大產業的副產品── 木頭製造業的纖維素粉塵(cellulose dust)以及造紙業的木質素(lignin)。

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積層製造的優點之一是能減少材料浪費。
從前述可知它是回收廢棄物再製的環保產品,不過這種積層製造的木製品究竟有何優勢?首先就生態層面,它是能大幅遏阻碳足跡的永續性材料,由於切割、鑽鑿、剉修和研磨等傳統製程,皆屬「減法製造」(Subtractive Manufacturing),缺點是容易造成能源耗損及材料浪費,譬如木頭運輸進口的驚人碳足跡,還有後續製作時切削刨的材料浪費等等;至於應用上則可形塑更複雜多變的幾何造型,提供建築師、設計者和製造商更豐富的選擇,打造生活器物或用於居家裝潢、建築空間的木頭製品。而前述是傳統木材製作難以齊頭駢進的。

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木頭裝飾片呈現各種實木的紋理與顏色,目前已線上販售。

質感媲美實木,一樣能打磨、彩繪和塗漆


說起Forust的願景,其實相當素樸,就是應用3D列印技術打造機能、美學雙全的產品,差別只是從陶瓷或高分子這些常見的積層製造材料,轉而擷取傳統木造產業剩餘的木屑、木質素這些副產品來製作。目前根據不同零件尺寸,Forust會使用 Shop System™或客製化新機型 RAM 336™兩種3D印表機來製作,在每小時逾100公升的速度下,可噴製出最大達2立方公尺的量體。印刷噴製過程中,經特殊處理的鋸木屑會均勻散佈,同時和無毒、可生物降解的黏著劑結合,不只每一層印著細膩的數位紋理,也能和傳統木作工藝相仿,進行打磨、彩繪、拋光、染色、塗漆和修補。

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Forust的Shop System™列印機,非常適合進行中小型尺寸的木質零件批量生產。
Forust所呈現的3D列印產品,演繹出木頭為人所熟悉的材料韻味和工藝特性,就外觀和質感上,幾乎是沒有差異的,無論素面或富有紋理的木頭,該技術都能完美複製不同木頭的層理,並達到傳統木作難以企及的靈活設計。另一方面,Forust是採用木頭與生物樹脂(Bio-Resin)複合材料製成,不管韌性或機能上都足以和一般的木頭並駕齊驅。

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RAM 336™爲大型單程3D列印機,能大量生產木質零件。
不過3D列印的木質產品究竟用於何處呢?其實不僅相當廣泛,還與生活空間緊密連結。譬如建築領域的裝飾面板、訂製鑲嵌板、木紋磚以及木頭構件;或是高級住宅、汽車和遊艇的豪華木質內裝,以及採用傳統木作工法難以打造的立體幾何造型家具、櫥櫃以及生活器皿等。目前Forust官網已能線上購買首發的設計師創作系列,品項包括3D列印噴製的木質花瓶、托盤與置物碗籃,價格從20到52美元不等。該家飾品攜手美國設計品牌 fuseproject創辦人暨工業設計師Yves Béhar共同打造,前衛卻不失典雅的鏤空狀器皿,以扭旋狀的弧線構成有機造型,呈現了儼如雕刻的工藝手感,木頭紋理也清晰可見。


3D列印木製品用於汽車內裝。
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3D列印木製品可打磨與上漆。
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Forust首發的設計師系列。
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此3D列印木製品已能網上購買。
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木頭積層製造技術,讓瘋狂設計更易落實


整體來說,運用Forust技術製造的木質產品有三大優點,包括簡化複雜的木頭設計生產、高品質的材料與成品,以及減少碳足跡。就簡化設計生產來說,由於3D列印是一層層疊加上去的,所以工序上不需要繁複的輔助,加上製作突破傳統木工的侷限,讓設計師能更大膽、更自由嘗試複雜和個性化的造型。

另一點則是媲美實木的品質,不少人對木屑與生物樹脂複合材料做成的木製品尚存疑竇,認為外觀應該粗糙又呆板,但真相是相較於市面常見的塑合板與積層板,Forust技術能產製擬真度極高的木紋,噴製後還能以傳統木作工藝手法進行打磨和修飾,精緻不減。其次,Forust在CAD軟體的輔助下幾乎能完美摹擬各種實木紋理,譬如紫檀木、梣木、斑馬木、黑檀木、桃花心木等等,同時也能呈現各種深淺濃淡的色澤,如自然色、橡木色或胡桃木色。

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過往木作工藝品所費不貲,但精準生產並能製作高度複雜幾何造型的3D列印,能有效降低生產成本。
最後則是當今普遍被照亮的永續性議題。據調查2027年全球木頭製品市場預計產值可達1.8兆美元,從居家用品到建築等等,都在尋求永續性、低環境衝擊的木頭生產製造方法。Forust的製作技術與材料應用,讓端到端(end-to-end)的永續製造市場服務更容易達成,不論製造商或設計師都能提出自己的客製化設計來進行3D列印,不管只是訂購樣品或投入商品量產。

再者,積層製造的優勢之一正是接收電腦指令來生產,精準性能夠將材料浪費極小化、降低生產過剩所導致的庫存壓力,以及減少越洋或跨境材料運輸所造成的碳足跡,並在合理的價格下提供消費者具有工藝水準的良品。最後隨著時間過去,這些木頭複合材料的製品也能自然降解,減少對環境之衝擊性。

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全球每年砍伐150億棵樹,衍生了大量的廢棄物問題。
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Forust所採用的3D列印材料主要來自木頭製造業及造紙業的副產品。

同場加映:木頭噴給你看,3D列印可噴製擬真木頭


除了 Forust技術將廢棄木屑回收再利用,另個「模擬木頭」的有趣案例,則是美國哥倫比亞大學近期利用電腦數值控制(Computer Numerical Control, CNC)機器切割出橄欖木薄片,接著以破壞性斷層影像去攫捕木頭的層理,作爲3D列印機器摹擬、噴製仿木頭材料的依據。此外,研究人員認為這樣的方式能夠應用在其他紋理複雜且難複製的非均質材料(anisotropic materials)。

方法上,研究人員將拍攝的230張圖像傳送到Stratasys J750 PolyJet印表機,此機器特徵是能夠運用立體像素(voxel)來噴製物體,接著用樹脂列印出外觀和內部色澤都與原始橄欖木塊非常接近的列印成品,並冀盼此技術日後可廣泛應用於內部紋路複雜的物體。

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© Mary Ann Liebert, Inc
圖片提供/Desktop MetalForust
2021-05-19 11:04 發佈
邊城X wrote:
3D列印(3D Printing...(恕刪)

木質也可以3D列印是很厲害的功能
廢棄木屑噴製出來的還蠻厲害的勒,而且質感看起來很好
serffnt wrote:
廢棄木屑噴製出來的還(恕刪)


真的,而且變化超多
建築、室內設計案投稿請寄至:[email protected]
這個好酷欸
類似 SSD 3D TLC 吧
邊城X wrote:
3D列印(3D Printing...(恕刪)

漲姿勢了!
哇靠
3D列印這麼進步
連木屑都可以再利用
佩服佩服
我的隨手拍 http://www.flickr.com/photos/yes-one/
太神奇了!這種技術可以把木屑變成有用的材料,可以有效的減少新鮮木材的使用,對環保也是一大助力!
吃地溝油的命,操中南海的心。
讚喔,能廢物利用,而且成品非常美觀,也有木質感受。
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