食品企業應正視3D列印技術@姚念周首席顧問

一篇2015.11.17在FoodManufacture.co.uk發表的專文呼籲全球食品企業應該將3D列印技術列入企業發項目,我們深有同感,在此我們分享我們對此一新興科技的探討,供企業朋友參考應用。

該文中,專家(Nottingham大學未來策略教授Christopher Barnatt)認定3D列印終將與網路一樣對食品製造商產生價值,包括降低生產成本、降低能源與提高生產效率(時間),預估10年內,3D製造技術將在食品與飲料供應鏈廣飯的被應用,且將有助於在地生產、原料節省與客製化上多所貢獻。”未來,我們將可以將物品於線上儲存、在網頁客製化、以數位傳遞,很可能不再需要貨車,而在消費者所在處列印出來即可”,消費者在家下單及設計(客製化要求)會是食品製造商的最新服務模式。

這裡的客製化並非指全產品的客製化,而是指特別情境的客製化,如復活節的復活蛋、情人節的巧克力,3D列印將是最佳行銷工具,因為因應複雜的客製化要求將很容易執行,包括食品形狀、包裝要求等通常佔據相當生產成本的元素,Barnatt說也許有人認為這想法很瘋狂,但這跟他在1990年代預估電子商務時的反應是一樣的。歐盟國會也已通過3D列印可納入新食品(novel food)申辦的範疇,Barnatt甚至認為3D列印可結合奈米技術與生物合成技術讓食品企業創造出很多未來產品,他也預估至2020年,全球至少有100萬台的3D列印機存在。

3D列印又被稱為積層製造,是快速成形技術的一種,以一種數位模型檔案為基礎,並用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料,透過逐層列印的方式,來構造物體的技術,先透過電腦裡的3D繪圖軟體建模後,就可使用特殊的印表機噴出立體成品來。3D列印應用在生醫的模型,或是科技產業、工業產品開發、建築模型及公仔設計等等,都能「立體印出來」,更白話的講就是「將實體製造出來」,3D印表機的新聞時有所聞,研究論文也常在專業的期刊上發表,相關的論壇在最近幾年也日趨頻繁。3D印表機的能耐就是那麼地讓人嘆為觀止, 舉凡動物的3D模型,建築模型、科技業產品開發、公仔、藝品等,所有塑料製品都可以用3D印表機來進行生產。

不同材料可做出不同成品,3D在各領域都有所應用,過去常用在模具製造、工業設計等領域,包括製造模型等,但現在正逐漸用在企業應用或消費性產品,幾乎可應用各行各業,當然包括食品或食材。

法新社報導,在許多人眼中,3D列印充其量只是噱頭,印出沒什麼用處的塑膠物品。但IHS科技公司分析師喬索夫斯基指出,美國軍方已投資研發列印制服、治療戰爭創傷的人造皮膚,甚至武器及食物,這將對國防工業影響甚鉅。美國麻省理工學院科學家最近更研發出4D列印,列印出的物質,會在接觸到某些元素時發生變化,例如水。有朝一日,4D列印能印出可隨環境變色的制服。

美國歐巴馬總統甚至以將引發第三次工業革命形容3D列印,從美國紐約、舊金山等各大城市,到英國倫敦、日本東京、東南亞的菲律賓、印尼、中國深圳…過去兩年間,這樣的「創客工廠」(Maker Space)正在全球各地蔓延展開,技術成熟、成本降低的3D列印技術,就是促使這些熱愛手作的人們聚集創作的最大原因。1980年代3D列印技術在美國、歐洲興起,美國擅長塑料,歐洲則發展金屬,但早期的專利大多掌握在3D Systems、EOS兩家公司手中,3D列印在近兩年來開始普及,最大的關鍵是兩大公司手中的專利已陸續過期,而開放社群開始研究並推廣3D列印。最著名的是RepRap開源硬體專案,能從社群取得所有打造3D印表機的資訊,台灣就有新創設計公司以此為基礎「自製」一台機器,只花了2萬多元。若想買現成的,則有基於RepRap專案產生的家用印表機品牌MakerBot,最便宜6萬多元就能購得。

日本矢野經濟研究所指出,產品多樣化使得產品生命周期越來越短,因此採用3D印表機的企業持續增加。3D印表機用戶先前多為大企業,近年來由於成本降低,也逐漸擴展到了中小企業。矢野經濟研究所預測,這種趨勢還會加速推進,2015年3D印表機的供貨金額和供貨量將分別達到77億日元和1800台。上一次工業革命帶領製造業走向量產、規格化,3D列印則實現了少量、多樣、客製化。安德森認為,未來有更多獨特的小量市場,這種市場最大需求量頂多1萬件,但毛利會比現在高出很多。以前須顧及開模成本、最低生產件數的限制,以量製價,但3D列印無須開模,要多少就印多少,有訂單才生產,沒有庫存、沒有廢料,唯一庫存就是3D設計圖。這項技術帶來的全新產製流程,正一點一滴顛覆製造業,且3D列印能一體成型,又打破材料限制,再一次顛覆製造技術邏輯。

而我們工研院也以新顯學稱呼之,只是供研院目前主要是以金屬材料為目標,成立目前國內唯一一座金屬3D列印實驗室。其他國家也早已開始布局,目前3D列印的主要掌握在美國兩家上市公司3D Systems和Stratasys,以及德國的EOS共三大巨頭,掌握全球九成市占。中華經濟研究院認為,3D列印技術革新生產流程,大幅縮短設計到製造之間的步驟,並可做出傳統製造方法無法達成的複雜幾何形狀。未來製造業者更可能把工廠規模縮小,並分散至各國主要市場,提供即時、平價,且迎合各市場口味的產品。

根據新加坡產業市場研究機構Canalys最新研究報告顯示,預計全球3D列印市場的規模於2018年將達到162億美元,比起2013年的25億美元市場值,成長倍數高達5倍以上。

當然,就跟其他潮流一樣,並不是你只要搭上順風車就可以,你必須確認你的商業模式與消費對象是契合的,例如賣列印機的MakerBot公司,2年前MakerBot出盡鋒頭,創辦人培提斯成為科技搖滾明星,但如今MakerBot資遣了20%員工,關了三個零售賣場。網路提供林林總總的3D機器,MakerBot引進掃描機制和方便易用的軟體,希望把這些機器變成消費者容易使用,民眾會買回家的工具,就像當初電腦列印機一樣,並且MakerBot還開設店面讓民眾接觸這類觀念。問題出在一般消費者至今不知道拿3D列印機做什麼用,而且一般人不太會用這些列印機做有用的東西,如果只能誇耀你列印了花瓶、公仔,或複雜而不能穿戴的穿戴品「嗜好」的階段,而非與生活相關的實用物品,因此出現消費級3D列印機除了做玩具,不知有何大用的情境,造成該情境模式失敗。但筆者認為這不代表3D列印本身的失敗。

3D列印應用於民生產業的案例還包括化妝品及生醫產業。哈佛商學院畢業生蔡家碧(Grace Choi)開發出「美妝版iTunes」的Mink列印機,可把各種影像轉換成各式彩妝。女孩們很快不必再光顧美妝店,只要在家自製口紅、唇蜜、眼影、腮紅、指甲油與眉粉就好。高檔品牌化妝品的基底或成分其實與較平價的化妝品大致相同,Mink列印機能以這些基底製作彩妝、並加入顏色,讓使用者根據用途自製適量化妝品,既節省又不至於讓化妝品瓶罐堆積如山。使用者只要在網路上選好顏色、再用小畫家等軟體轉換為色碼。這些色碼被送到Mink列印機後,Mink就會把顏料印到用於製作粉末或乳液化妝品的原料上,不到一分鐘就能把顏色印到腮紅、眼影、唇蜜等各種化妝品內。蔡家碧希望,售價300美元的Mink不僅能撼動彩妝供應鏈,也能改變美妝產業塑造出的審美觀。

而台灣首家生物3D列印公司三鼎(台北醫學大學衍生公司),將向衛福部申請生物3D列印的器官重建/移植臨床試驗,首案將鎖定乳癌患者,並啟動「癌症醫療/器官(乳房)重建」臨床程序,其生物3D列印專屬工廠,投資逾億元、將符合GTP、GMP標準,並擁有十餘部高階機械手臂,及自行設計具有美國FDA認證完成的3D Bio-Factory生物列印專利設備。該公司由台北醫學大學口腔醫學院院長歐耿良擔任總經理,並由其技術團隊提供生物3D列印專利智財,目前已獲得全球包括美國、台灣等九個國家專利保護,潛在的客戶即可儲存關鍵生物資料,未來一旦有狀況,即可取有關器官的幹細胞組織予以培養、列印後進行移植、重建手術。生物3D列印取材的是人體的血液、器官組織,透過細胞培養、放大後,由具備生物列印功能的專業設備,照著器官的模狀,用特殊的機械手臂予以複製。複製之後,在具備生物性的環境下,完成保存、運送並移植的工作,歐耿良說,這一套程序全都有嚴格的法規與專業規範,連運送的過程都必須符合規定。生物3D列印的關鍵是,必須先以組織的幹細胞堆疊器官外型,再另外建構器官的血管並予以拼合,據悉,列印一個成人心臟約不到兩天即可完成,而列印乳房則因脂肪幹細胞與血管重組較費工夫,大約要五天到一周不等,除了乳房重建,歐耿良表示,只要有生物資料,幾乎所有器官都可以列印後重建,換言之,未來的人只要覺得自己的器官有問題,就可「換一個新的」,包括眼睛、心臟、關節、肝臟。不過,歐耿良指出,肺臟的組織必較複雜,列印仍有一定的難度。

如何應用於食品產業

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