论3D列印食品的趋势
食品资讯第280期(2017年8月号)p.28~33
第一、二次工业革命造就规格化、大量生产的製造业，但随着个人主义抬头，少量多样的客製商品已成消费趋势。3D列印的普及正带动一波自造者运动，全民製造、量身客製，人人都能拥有一座小工厂。这不是未来，而是全球正风起云涌的第三次工业革命(经济学人杂誌，2012)，也在各行各业(不只是製造业，也包括服务业)造成风潮，当然包括我们身处的食品产业囉！我们绝不能置身于外，我们与国际专家看法一致，食品产业应该将3D列印技术纳入企业发展规划当中。
到底3D列印食品离我们多远？我们认为离我们不远了！一个能被称为工业革命的技术发展，其翻转产业的速度绝对是很快的，通常主要牵涉到产业趋势、技术趋势与消费趋势的结合，其发展就是一泻千里，你如果没跟上车，自然只能望着竞争者绝尘远去！今日我们不讨论技术趋势细节的探讨，有兴趣的朋友可以参考食品工业发展研究所出版的食品工业[食品3D列印技术之发展与应]专辑(第48卷6月刊)。我们在此讨论一下产业趋势与消费趋势的部分。
Tips:该开发什麽样的产品，应透过产品概念调查服务找出消费者心中的缺口
颠复製造业生产思维
3D列印的商业发展，其技术、专利、材料、营运模式等，都将是影响该项技术发展与应用的关键，但是商业化影响因素却是网路(internet)、成本(cost)、能源(energy)、生产效率(production time)等经营因素，3D列印技术在这些影响因素的层面都佔据优势。
从技术面来看製造业本质，3D列印技术的关键在于设备(无论是哪种成型技术)与素材(无论是液态/粉态/细胞态，目前3D列印材料也是新兴商品，大致可分为塑胶、金属、陶瓷、蜡和可食用材料)，过去3D列印技术受限于可用的原材料种类有限以及硬体设备价格高昂，如今硬体成本降低，正是3D列印得以日渐普及的关键因素。美国科技杂誌《Wired》前总编辑Chris Anderson曾说：当製造一个产品原型，和製造1万个产品的固定成本几乎一样时，任何人都可以成为製造业的创业家。因此成本降低，势必促进普及。英国拉夫堡大学3D列印专家Richard Hague则表示，3D列印对经济有深远的影响，企业再也用不着把各种商品堆积在仓库中，再将其配送出去，因为，产品可以按照用户需求在当地列印出来。这种类型的3D列印模式，不但大规模减少仓储需求，也削减运输成本。
再者3D列印技术与传统製造最大的不同在于无须模具，上一次工业革命带领製造业走向量产与规格化，然而3D列印则实现了少量/快速/多样/客製化，让少量/快速/多样/客製化变成简单。Anderson认为，未来有更多独特的小量市场，这种市场最大需求量未必达传统的生产规模，但毛利会比现在高出很多。以前须顾及开模成本、最低生产件数的限制，以量製价，但3D列印无须开模，要多少就印多少，有订单才生产，没有库存、没有废料，唯一库存就是3D设计图。这项技术带来的全新产製流程，正一点一滴颠复製造业。
「少量多样」正是台湾製造业转型机会，如何充分让客製和极度量产可互相搭配，以模组概念重新思考将可以改变製造业的价值。中华经济研究院认为，3D列印技术革新生产流程，大幅缩短设计到製造之间的步骤，并可做出传统製造方法无法达成的複杂几何形状。未来製造业者更可能把工厂规模缩小，并分散至各国主要市场，提供即时、平价，且迎合各市场口味的产品。
国际食品技术学会学者指出，3D列印机在1980年代动辄50万美金以上，而今天一台已不到美金1,000元，未来势必冲击食品製造业模式，不但可以列印客製化食物，也可迅速将食物送至消费者面前。「3D列印与食品业十分合拍，能让食品业者以低成本提供消费者多样化及客製化食品。」美国哥伦比亚大学工程学教授霍德‧利普森表示。传统的食品业只能大量製造单一食品，而透过3D食物列印，可以省下许多时间和金钱，满足消费者的複杂需求，未来将成为显学。
「美国军队计画利用3D食物列印取代军用厨房」，美军纳提克士兵研究院发展与工程中心食品技术师玛莉‧史嘉瑞表示，2025年至2030年，人在远方的士兵可以利用3D食物列印来印出任何想吃的食物，「有些士兵肌肉痠痛，有些则很久没有好好休息，有些士兵缺乏热量，有些则需要电解质，甚至有些人只是单纯想吃披萨，都可以立即获得相应的营养美食。」
因此对产业的研发来说，创新变成更多选择，不只食品加工业，还包括食材业与餐饮业等服务业态，因为3D列印的真正革命在于列印的地点，如果将3D列印机置于客户端，那麽产业链会变成产品储存于线上、在网路上客製化、最后数位递送给客户。这更会完全颠复原有的产业链与商业模式。这裡面客製化未必需要整个产品客製化，例如年节食品、伴手礼，大体相同，但可能颜色/造型/个人化等元素进行客製化而已；递送给客户的是素材(还不必每次送)，只要如何知道他快缺料了，某个程度会变成服务业概念来进行。3D列印在个人化的市场上将掀起一场新革命。
Tips：就食品产业而言，应透过产品概念调查服务找出市场的蓝海位置
食品产业应用
在可应用的食品型态方面，显而易见，这项技术一定是应用于固态或半固态的食品品项，不可能应用于液态食品，因此包括调理食品、糖果/巧克力(Hershey已进行)、糕点烘焙、年节食品、休閒食品、银髮族食品等等都可以是应用范围。我们来看看世界各地纷纷投入食品相关产业应用的案例。
如在银髮族食品方面，德国公司Biozoon针对咀嚼与吞嚥困难的银髮族开发适当的质地化食品，採用新鲜食物，透过3D列印改质成不同的质地，但外观仍像原本的食物，因此3D列印机可以提供便利及个人化的产品，该公司也获得欧盟官方的经费补助，因为这个方向完全符合德国政府让银髮族可以尽可能地在家而非都必须搬去照护机构。
澳洲则有3D列印肉品技术是以可食性蛋白质(来自于液态内脏与筋膜)为列印[墨水]，提供肉品厂副产物的附加价值，其列印机则是丹麦的byFlow公司的商品(每台2790欧元)，其实相较于传统肉品，其卫生条件反而更易控制(尤其是微生物污染部分)，也可以客製化特定营养与质地的肉品，并不会直接威胁传统肉品产业，比较可能是成为新的一种肉品类别。至于有美国Modern Meadow开发免养殖的(来自人造细胞) 3D列印肉技术，香港首富李嘉诚有投资此家公司，但对我们来说，这种模式还有比较远的路要走。
英国研究单位则致力于将纤维素作为3D列印的素材，显示除了蛋白质/脂肪/淀粉之外，3D列印蔬果类别的可行性将出现。爱尔兰的研究发现3D列印起士与传统起士比较下呈现较软较有咀嚼感。美国德州研发公司 Systems and Materials Research Consultancy研发可製作pizza的3D印表机，作法是将人类一天所需的营养素磨成粉后，透过机器列印成pizza，简单加热后就能让太空人难得一尝pizza饼皮酥脆的口感。同团队另成立3D列印食物公司BeeHex，专门在演唱会、体育赛事及游乐园等地提供客製化的3D列印pizza，顾客可透过BeeHex的app点餐及付款，从製作pizza到完成只需4分钟，比厨师製作pizza的时间快5分钟，大幅缩短在人潮拥挤场所等待食物的时间。
在东京的FabCafe咖啡厅推出了一项特别的服务：做一个人像巧克力及一个全身的人像软糖，吸引消费者排队等待，他们甚至与3D印表机经销商iGUAZU合作，让消费者下订购买3D印表机回家自己做。由荷兰3D印表机製造商by flow成立的Food Ink团队，2016年在伦敦推出全球首间提供3D列印食品的概念性餐厅，店内的桌椅、吊灯及餐具，以及从开胃菜至甜点的9道菜，全由3D印表机製成，即使这顿饭吃下来，需花费250英镑，依旧成功引爆话题，Food Ink在伦敦餐厅提供鱼子酱、牛排、炸鱼薯条等餐点，由于3D印表机的机械手臂稳定度比厨师的双手更好，在製作作工精细的分子料理时可展现绝佳的技术。
以上可以看出3D列印食品俨然成为潮流，我们甚至预测将成为主流之一，就像现今已无企业会反对投入on line或O2O的情境一样。
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消费趋势引领发展
我们在从另一个角度来看，3D列印食品非常符合新世代的消费趋势，甚至可以将之视为商机的方向。
首先在社群化趋势上，3D列印技术可以是社群式製造概念，Chris Anderson则认为，未来十年人们将把过去在网路虚拟世界所学到协同合作式的生产方式，应用在实体世界中，所谓协同合作生产方式，正是製造业前所未有的新商机[社群式製造](social manufacturing)，构成社群製造的三大要素包括：开放的软硬体、群众募资平台，以及最重要的就是让点子能快速成真的3D列印技术。
例如2009年成立的Quirky就是基于此概念成立的美国新创公司，Quirky从网路上募集创意清单，使用者只要缴交10元美元，就能在网站上提出自己想做的产品，构思不完整也没关係，因为有广大的网路社群做为你的产品顾问，Quirky每周会选两个最热门的计画登上网站「头条」，再让社群帮忙出意见和订价。最终，Quirky便会利用3D列印做出原型(prototype)，并和通路商议上架，真正商品化。
《经济学人》讨论到一个重点消费趋势，[人们想要自己製造的产品，而不是向工厂买现成的]。这种趋势某种程度来说，[家庭就是工厂的时代回来了]或是改成[社群就是工厂的时代来了]！
再来，DIY的消费趋势(包括自行烹饪)已越来越明显，不论是亲子概念或独食概念或聚会概念，DIY就是一种流行与乐趣。
3D列印食品让一般消费者也可以从线上资料库下载无数食谱，只要将各式营养原料盒放入3D食物列印机中，随时可以在家中享受营养丰富又美味的客製化食物，所有营养素或原料都可以设计替换，适应每天不同的营养需求。因此3D列印时代，人人都是设计师。随着3D列印技术发展，使用者可透过软体自行设计产品，以现实模拟(reality simulation)、虚拟实境(virtual reality)的功能彻底检视，再用3D列印方式製出客製化产品。为因应云端、行动趋势发展，3D设计软体商也顺势推出社群协作平台与行动App，加速开拓行动设计。
未来家中厨房可能都会有一台食物印表机，以后出门买菜就像去买印表机墨水一般，仅需添购缺乏的原料。用餐时间一到，食物印表机就直接把原料组成一道道客製化且营养均衡的餐点。使用者要等到原料夹用完后才会添补，不仅可以有效解决食物浪费，也能改善许多人类吃的食物对环境并不友善的问题。
还有近几年有关食安诚信问题的需求趋势，某种程度来说，由于3D列印食品有可以DIY的元素，因此可以成为食安诚信问题的解决方案。
人们越来越讲究食物的安全性，一名荷兰设计师将这两项概念结合，打造出「会自动生长的点心」，不单单有营养，且不必担心食安问题。荷兰设计师Chloe Rutzerveld 所打造出的自动生长糕点，是先用3D 列印製作食物容器，外型像个空心泡芙，在其中再放入香菰蕈类的孢子和植物种子，当种子经过三至五天发芽之后，就可以食用，而且如果放入不同的植物种子，还能做出不同口味的点心，完全没有食安疑虑。Chloe Rutzerveld 表示，高科技的3D 食物不见得不天然，且透过科技，可以缩短食物生产链、减少运输食物的成本、降低资源的浪费。
我们认为除了上述3大趋势外，还有其他商机还包括个人化零食与”带着走”(on the go)食品、用特定食材生产避免过敏或不耐证的食品、专门提供食材供应的服务、降低食物的浪费(只列印需要的部分)、远距提供食品等等方向，也都是消费需求的趋势。
面临问题与挑战
所以食品3D列印的技术有其优势，包括：
1.少量/多样/客製化/平价完全可行。
2.符合消费趋势，包括健康/新奇好玩/减少浪费。
3.消费者可以成为行销助力，创意资讯还可即时分享，社群的交流可令使用者乐在其中，并感到物超所值。
4.有很多次族群需求可以发展，如上述银髮族产品、个人化营养与保健产品、个人化趣味餐饮、个人化休閒产品等。
5.提供企业发展创新食品的机会。
然而3D列印食品的发展，仍然面临一些问题与挑战，需要食品产业(包括机械业/包装业/原物料业/服务业等)去研究与突破，包括技术面与商业模式，我们彙整如下：
供应端方面：
1.如何与量产公司结合(大型列印机还是多台小型列印机)？3D列印机到底要大还是要小？大型食品企业在何时会投入相关领域？
2.素材与设备的匹配性？可用原料的极限是哪些？
3.素材成分供应链的建立？可用原料供应商如何呈现？
4.商业模式如何建立？软硬体供应商的配套？有人提出像咖啡机一样，机器免费但绑原料配方know-how)的模式是否可行？
5.所面临的法规挑战，如食品药物卫生管理法规、製造管理法规等，主管机关会怎样看待？这将是从政策上需关注的课题。
消费端方面
任何新科技要让消费者买单，好吃与安全永远是最重要的评估指标。
Tips:可以委託感官品评实验室进行消费者喜好的测试以评估上市的成功机率
1.新素材成品之感官品质的符合性？3D列印食品安全议题似乎并不明显，因此关键突破点在于代表好吃的感官品质。Food Ink经理Sasha Mather曾表示，「在列印肉类食品时要保留肉的纹理及口感，是较大的挑战。」
2.消费者如何认知？以3D列印食物来说，食物口感与传统食物的差距，是消费者最大考量，毕竟若可以吃原形食物，谁会选择将食物打成泥再印出来的3D列印食物？
3.列印食物可能相当耗时，无法短时间内大量製作食物，能否符合使用情境，例如冷冻年菜曾被抱怨，解冻时间太耗时了。
4.3D列印食品的供应链中是否真的无食安议题？
这些问题与挑战有赖我们的产官学研投入去突破。
其他跨领域应用
除了食品产业的应用，3D列印技术也已在其他生技相关产业有很多应用，其应用能量可以是跨产业跨领域应用于食品产业的概念。
生技产业的应用如3D打印义眼、人造血管(採用洋菜胶与明胶为素材)、心脏/肺脏/肝脏等内脏、骨骼/嵴椎/牙齿、综合组织器官列印系统(Itop，以可生物分解塑胶与水性凝胶为素材)、人体皮肤活组织(化妆品L'Oreal公司)等等。其中凝胶类的应用于食品加工是可行的，可生物分解塑胶应用于食品包材是可行的。
甚至美国FDA最近核准首项3D列印的处方药—「SPRITAM」，这项技术使用3D列印出多孔的药物，用水服用即可迅速分解，可让儿童、老人或吞嚥困难者正常服药。该技术亦可应用于营养食品、保健食品与银髮族食品。
Tips:特定的成分或技术，要确认可以在美国上市，必须经过美国FDA食品一般认可为安全的成份表列登记进行合规。
美国一款3D列印技术，用食用性墨水即可「印製」化妆品，其实该技术应该可应用于食品包材印刷上，甚至食品包材本身，从这些角度来看，饮料产业也有应用可能。
未来自然资源恐将不足，食物印表机将是一个有效率喂饱大众的方法之一。由于食物印表机直接处理各式不同的原料，原料的来源可以很多元。例如现在人类蛋白质的摄取主要依赖吃肉或是豆类製品，食物印表机蛋白质的来源可以来自昆虫，或是其他人类原本没有在吃的东西。
目前已知我们国内工研院有一座金属3D列印实验室及3D列印医材的研发；三鼎公司有在研发生物3D列印技术；三纬国际公司则有食品3D列印机。而大陆已提出[国家增材製造发展推进计画(2014-2020年)]的国家级计画，来进行3D列印技术的发展。有待大家结合力量来进行投入。
总结
「製造业脑袋要改变」，就跟要搭上虚拟通路的大潮流一样的道理。我们呼吁我们产业脑袋要改变，找出可以结合这些不同元素的商业模式，我们可以充分利用台湾在ICT产业的优势，创造全球华人新文化的领头羊角色。