探討工業與功能印刷發展趨勢(一)
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2022-01-27

探討工業與功能印刷發展趨勢(一)
印刷產業分類一般包括五大類：商業印刷、看板和展牌印刷(廣告寬幅印刷)、紡織品印刷、包裝印刷和工業印刷。而五大類之間的界限日趨模糊，相對而言，其中前四類的構成較為明確，但工業印刷的內涵就比較模糊。本專題主要是來探討以工業印刷未來發展為主，從世界發展趨勢來提供相關的訊息資料給有意投入這方面的台灣印刷業者參考。一般人通常會認為工業印刷是製造過程的一部分，在工業應用中印刷只是將裝飾、資訊和品牌等特性添加到產品上。有些某種類型的工業印刷也被稱為“功能性印刷”，強調除了具有印刷或基於印刷資訊交流以外的“功能性”。 工業與功能印刷的發展趨勢 本文主要是針對工業與功能印刷發展趨勢做專題報導，首先要釐清與定義工業與功能印刷的範圍，不論是在drupa 2016及2021都有提及工業印刷的分類與範圍，或是在專業的印刷期刊或專業報導都有論述到工業印刷分類與範圍。例如2016年出版的台灣印刷白皮書，2020荷蘭出版Roadmap Printing“From the World of Print to the Printed World”，在眾多參考資料中，本文將採用2019由Smithers公司出版“The Future of Functional ＆ Industrial Printing to 2024(到2024年的功能性印刷及工業印刷展望)”，文中界定工業印刷的九大類細分市場領域來介紹工業與功能印刷發展趨勢。九類工業印刷分別是裝飾層壓板材印刷、玻璃製品印刷、各類促銷商品的特種印刷、陶瓷製品印刷、航空航太及汽車零配件印刷、噴墨紡織品印刷、電子產品印刷、生物醫學產品印刷和3D列印。文中也預測全球工業與功能印刷平均年複合增長可達到7%，而印刷產量增加4.9%，請參見圖1。 荷蘭出版Roadmap Printing，主要是探討傳統印刷(平版、凸版、凹版、網版)到數位印刷發展趨勢，在2020年數位印刷增加18%市場價值，同時也預測到2025年數位印刷市場複合年增長率為8%左右，這也說明未來在工業和功能性印刷發展也將以數位印刷為發展主力，本文也將著重在更多數位印刷發展現況來說明。 但因為2019年底爆發Covid-19疫情，其預測值可能會有些偏差，某些商品會因為疫情而大幅增長，例如醫療相關商品，以防護口罩的增長最為明顯，從原防護功能為主慢慢增加許多印刷設計在口罩材質。而有些商品也因疫情而大幅銳減，例如一些促銷商品類因為疫情而停止活動，例如免稅店香菸酒類促銷品因無法隨意出國，而根本無法銷售出去，造成一些印刷品項銳減，但在工業與功能性印刷的平均應該不會太大，當然也希望全世界疫苗普打率提高到一定比率後，將會再回復到原先的生活習性。 ●圖1：2014∼2024年全球工業與功能性印刷市場增長趨勢圖(資料來源╱Smithers公司出版“The Future of Functional & Industrial Printing to 2024”、中國絲網印刷雜誌2020.04第38頁) 九類工業印刷採用印製方法 本文也將以這九類印刷品項來論述其印刷的方法與未來發展的趨勢，做為台灣印刷業未來發展參考資料。這九類商品中採用的印刷方法，涉及到我們認知的五大印刷技術，凸、平、凹、網版及數位等五大印刷技術，但目前都有共同發展目標，就是朝向環保的議題核心去做改變，從印刷五大要素去做創新或改良，從材料上的被印材質以環保材質為優先，選用環保油墨及環保版，原稿設計也朝簡約的設計概念。而在印刷機設備也朝數位印刷概念去發展，相信未來都會朝數位去發展，本文也將以數位印刷對這九類商品做更多的論述。 以下則分別以這九類印刷品項依序來做論述：(1)裝飾層壓板材印刷(Decoration and Laminate Printing)。(2)玻璃製品印刷(Printed Glass)。(3)各類促銷商品的特種印刷(Promotional and Miscellaneous Item Printing)。(4)陶瓷製品印刷(Ceramics Printing)。(5)航空航太及汽車零配件印刷(Aerospace and Automotive Printing)。(6)噴墨紡織品印刷(Inkjet Printed Textiles)。(7)電子產品印刷(Electronics Printing)。(8)生物醫學產品印刷(Life Science, Biomedical and Healthcare Printing)。(9)3D列印(3D Printing)。 一、裝飾層壓板材印刷 裝飾層壓板材印刷(Decoration and Laminate Printing)的定義與範圍事實上非常廣泛，例如壁紙、地板、陶瓷轉印、衣服、家具等，還有模內裝飾印刷，又與電子產品類印刷重疊，常見模內裝飾又分為模內射出膜(IML)、模內轉印膜(IMR)、熱轉印膜(HTF)、模內射出(IMD)、模內貼合(OMD)等，圖2滑鼠則為模內裝飾印刷的產品。 以室內外裝潢而言，因為需要大面積的印刷，早期是以網版印刷為主，近年來這方面的市場都被數位噴墨印刷所取代，現在除了四色墨外，白墨及透明墨都屬於基本款，可加上金屬墨及螢光等特殊墨，而材質的選擇性更高。紙張外的大面積非吸收材質都能印刷，例如木頭、金屬、玻璃、塑膠、布料及複合材料等，都適合做裝飾裝潢用途，除了片料也能捲料(軟質)印刷，現在都很容易從網路上查到生產設備商及生產公司。 早期這些產品都會採用不同的印刷技術(版式)來完成，尤其以採用網版印刷為主，目前大部分特殊加工及印刷適性問題，還是以網版印刷為主。但有時候為了配合設計的要求，而網版印刷無法印製那麼精美時，例如漸層的效果，而必須採用其他版式來取代部份的印刷設計，屬於多版式的複合印刷也是近年來常被使用較為高單價的商品上；例如手機外殼的裝飾印刷等商品，因為考慮使用的耐久性因而採用模內裝飾的製程，但此製程有優勢也相對存在一些的問題，製程手續繁雜及成本較高，因為是印刷完成要經射出加工，所以在印刷適性特別要求，目前此成功率(良品率)以網版印刷製程為主，後為改良此製程又有新的製程被提出，因射出成形在印刷好的薄膜做貼合，又類似目前的信用卡片製程，多層包覆貼合。 但此商品屬於曲面印刷，所以又與卡片有不同的製程，近年來有越來越多數位印刷廠商(噴墨印刷)也投入這方面的生產，不論是直噴或以熱轉寫方式來應用到此商品，但仍有很大的差異性，印刷的油墨層是在裡面還是外面。主要是以商品使用考量(功能)性，例如早期的鍵盤上的數字符號，使用久油墨會掉，油墨在外層，現改用在裡層就不會掉，現在科技發達改觸控也沒有按鍵。 二、玻璃製品印刷 目前玻璃製品印刷(Printed Glass)主要有三種方式，分別為網印玻璃、直噴玻璃及貼標方式。依照產品種類需求不同，例如醫療玻璃器皿以網印居多，大型裝飾玻璃以數位UV噴墨居多，酒類玻璃製品以貼標方式居多。網印玻璃是將陶磁漆料經過特殊設計的網版，將圖案印刷至玻璃上，經由強化爐將漆料熱融入玻璃表面，而製成穩定不褪色、具各式圖案變化的網印玻璃。(見圖3) 印製玻璃印刷有幾項重點必須注意，資料參見麥思印刷：https://www.mindscmyk.com/。玻璃印刷的七大重點：https://www.mindscmyk.com/2021/06/21/printingknowledge-no26/數碼印刷技術。漸層玻璃：http://www.yfg-glass.com/page/product/p02.aspx?kind=44。 三、各類促銷商品的特種印刷 當今消費市場競爭激烈，商品除本身優越的條件外，更需要精美的印刷包裝和設計構思與創意，目前各種促銷商品的特種印刷(Promotional and Miscellaneous Item Printing)，除了紙張印刷之外，還有更多塑膠材料，例如PVC、PP、PET、PC、PS、合成紙等特殊印刷技術。 目前常見一些主要促銷商品：(1)促銷商品用，例如刮刮卡、貴賓卡、打折卡、掛號卡、摸彩券等。(2)功能性卡片，例如電話卡、節費卡、網路遊戲卡、遠紅外線健康卡、悠遊卡等。(3)各式彩色海報、型錄、DM、說明書、彩盒、吊牌、吊卡、紙袋、貼紙等。(4)光柵立體印刷商品應用、特殊鐳射轉印、冷燙技術加互斥印刷等特殊印刷。(見圖4) 市場上也有利用創新凸版印刷技術印製立體貼紙、標籤貼紙、成捲貼紙、客製化印刷企業用商標貼紙等；以及採用各種紙材如銅版紙、珠光紙、模造紙、雷射紙、牛皮紙、麗龍、特多龍、靜電紙、鍍鋁箔紙等，將紙材的效果及特性呈現。 ●圖2：滑鼠是屬於模內裝飾印刷的產品 ●圖3：屬於貼標方式的玻璃印刷品 ●圖4：具有RFID的功能性悠遊卡 四、陶瓷製品印刷 說到陶瓷製品印刷(Ceramics Printing)，從早期以藝術為主的印刷，各種版式印刷方法都適合在陶製品印刷，只是陶製品印刷完要經燒烤的過程，所以所採用的油墨需耐高溫。另外市場需求陶瓷磚的美化效果，因此多元化的發展趨勢，噴墨印刷技術能夠在陶瓷磚不同的立體面上，實現不同花色需求的大量處理，在生產時不需要更換墨水和清理墨路，與傳統的輥筒雕刻技術比起來，節省了試板及時間成本等多方面的成本開支，大大縮短生產週期。噴墨技術與傳統生產技術相比，不需要接觸陶瓷磚表面，透過噴頭自上而下地進行噴刷，整體印刷效果均勻透亮，多角度、高緻密性地噴射上色，保證陶瓷磚印花的立體性，印花效果良好。(見圖5) 但隨著工業上一些產品需要使用到陶瓷材料，而目前興起3D列印加上陶瓷作材料一些優良的理化特性，已經成功應用於陶瓷材料的3D列印的技術，包括噴嘴擠壓成型、立體光刻成型(面曝光和雷射)、黏合劑噴射成型、選擇性激光燒結或熔融成型、漿料層鑄成型(漿料層鑄造)等。 陶瓷3D列印技術原理是噴嘴擠壓成型與塑膠3D列印的熔融沈積成型技術(FDM)類似，該技術採用混合陶瓷粉末的噴絲作為原材料，使用攝氏100度以上的溫度將噴絲中的高分子材料融化後擠出噴嘴，擠出後的陶瓷高分子複合材料因為溫差而凝固。直接透過噴嘴擠出後在空氣中乾燥這種陶瓷漿料的主要成分是陶瓷粉末和黏合劑，其中黏合劑在成型過程中起到黏合陶瓷粉末的作用。無論是陶瓷噴絲還是陶瓷漿料作為原材料，這種工藝得到的3D模型都需要進一步進行熱處理，即脫脂和燒結。立體光刻成型是目前市場上陶瓷列印的主要技術，也是商業化相對成功的技術。該技術採用一種由陶瓷粉末、光引發劑、分散劑等混合而成的光固化膠，立體光刻工藝製造出的3D模型也需要在高溫爐中進行脫脂和燒結。黏合劑噴射成型這種技術將黏結劑透過列印噴頭噴射到陶瓷粉末上，用於將粉末顆粒黏結在一起。 陶瓷3D列印技術特點：陶瓷3D列印機列印，不但大大縮減成本，而且性能穩定，具有無菌等特點。陶瓷3D列印技術優缺點：陶瓷材料具有高強度、高硬度、耐高溫、低密度、耐腐蝕、化學穩定性好等優異特性，在航空航天、醫療等行業有著廣泛應用。目前陶瓷3D列印主要用於工業產品，珠寶/奢侈品、醫療行業，陶瓷3D列印有著驚人的應用案例，高端訂製戒指、鈕扣、手錶等具有獨特的質量，可以獲得極高的附加價值，目前由於陶瓷3D列印成本較高， 所以只有國際頂尖的奢侈品牌才會有這樣的產品銷售。陶瓷3D列印技術介紹：http://www.caemolding.org/cmm/3dceram/。 五、航空航太及汽車零配件印刷 針對航空航太及汽車零配件印刷(Aerospace and Automotive Printing)，之前都以水轉印的方法居多，而水轉印(Water Transfer Printing)是一種透過水的作用將平面印刷的圖文轉印至不同材質物體表面的技術；水轉印又分為水標轉印與水披覆轉印(曲面披覆)兩種，水標轉印主要用於文字與寫真圖案的轉印，水披覆轉印則主要用於在整個物體表面進行完整的轉印。 而水轉印膜以大日本印刷株式會社開發了曲面加工，性能優異，適用於汽車等的彎曲後窗的輕量樹脂玻璃。DNP將出售這種彎曲樹脂玻璃，用於汽車、公共汽車和鐵路車輛等移動應用，其特性為最大可加工半徑30毫米的彎曲加工，在樹脂表面上使用“超耐候性硬塗層”，提高耐候性和耐摩擦性。由於硬塗層在樹脂擠出的同時被轉印和彎曲，所以與透過彎曲加工成形後透過噴塗等形成硬塗層的傳統方法相比，可以簡化工藝，硬塗層的平整度更加優異，也容易構成，同時耐衝擊性很高，與一般的玻璃相比不易破裂，安全方面也很出色，同時被要求油墨具高延展性。(見圖6) 而台灣森田印刷主要產品有模內轉印膜(IMR)、模內崁片成型(INS)、熱轉印膜(HTF)、模內射出膜(IML)、這些技術應用在汽車零配件印刷最多。另外導電油墨用量增多是目前汽車行業有部份零件需要使用導電油墨，產業增長發展的重要機遇，供應商致力於滿足車窗的除霧器、安全帶按鈕和安全氣囊彈出等裝置，對導電油墨的需求增加，現在進一步朝向觸控式螢幕、模內電子、透明加熱器、高溫模具材料等其他方面擴展。近年柔性組合的電子產品開發的新型材料和技術應用於手動或自動轉向，以檢測駕駛員困倦程度檢測的感測器提高安全性。隨著汽車變得更智慧、更加自動化，未來將需要更多感測器。 台灣大勤化成所開發之UV水轉印工藝，是將UV油墨印刷在特殊水溶性薄膜上的圖案與紋路，運用水浮力轉印到塑膠、金屬等各種材料並利用紫外線照射達到固化的技術。與原有水轉印工藝相比，特點是將大勤化成UV水溶性薄膜，以UV油墨經凹版印刷形成的圖案，浮於水面上，經過吸水、軟化、伸展，最終附著於複雜的原材料上，顏料和圖案會保持原樣地附著在被轉印材料上。因為大勤化成公司所開發之UV水轉印工藝的基本原理是，利用向下入水產生壓力來轉印圖案，因而可以在平面或不同弧度等各種複雜的形狀上，展現圖案與紋路的特點；並使用紫外線照射，使圖案快速固化產生高硬度物性之圖案層或紋路層。大勤化成公司官網： http://aqualux.com.tw/ 。 ●圖5：2021中秋節的陶藝禮品 ●圖6：數位印刷熱成型樣品
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探討工業與功能印刷發展趨勢(二)
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六、噴墨紡織品印刷 常見的紡織品(布料)印刷(有稱印花)(Inkjet Printed Textiles)有四種的印刷方式，為網版印刷、直噴印刷、熱轉印及熱昇華。目前不論是大量或個性化的紡織品以數位噴墨最具發展的一種技術，目前國際生產數位印刷設備知名廠商有以下：Agfa(台灣愛克發)、Barberán、Canon Océ、Durst、EFI(台灣華旭代理)、Epson(台灣愛普生)、Fujifilm、HP(台灣惠普)、Hymmen、Industrial Inkjet(IIJ)、Kodak(台灣華旭代理)、Koenig ＆ Bauer、Mimaki(台灣御牧)、RICOH(理光)、Mutoh、Padaluma Inkjet (Palis)、Roland DG(樂蘭)、SPG Prints等(資料來源為Smithers公司出版“The Future of Functional ＆ Industrial Printing to 2024”)。在國內或國外當然還有許多噴墨廠商，除了噴印紡織品外，還有太多的商品不同的材質可以噴印，而且是速度越來越快，品質越來越高，價格越來越低，這代表這個市場是競爭非常激烈，如何在這個噴墨紡織品印刷領域獲取更多的商機，除了選擇適合的設備需符合開發商品，最重要是結合創意。 本段落就針對噴墨紡織品印刷為主介紹，各家生產數位噴墨機研發過程中有兩個主要核心技術，噴頭與墨水，所以有專為紡織印刷而設計的墨水，紡織印刷墨水的特性就是耐洗性、耐酸鹼汗漬性及耐光性(不褪色)，不論是直噴或熱昇華轉印紙需提供鮮豔的色彩，能夠快速附著、容易轉印並具有優異的耐光性、耐洗性及高延展性，而且墨水需無毒性材料。 目前噴墨機有平台與捲筒印刷機，直接噴印設備朝向被印材無需於印製前進行化學處理，印製後亦無需進行熱壓，可直接噴印於棉、紡織、聚脂纖維及各種混紡材質，而且有效降低工時、提高產能。除了紡織品材質外，大部分噴墨印刷機可使用於玻璃板或玻璃瓶、塑膠或木製等不吸收材質。墨水的顏色從基本的四色外，現在除了白墨加透明墨外，其他的特殊墨水也越來越多，當然噴頭的數目也需越多，噴頭越多價格越高，所以採購時就需考量商品的應用。(見圖7) 七、電子產品印刷 在功能性印刷技術方面，利用不同印刷方法印製的部份零件(例如天線、傳感器和電池等)“電子產品印刷(Electronics Printing)”與傳統的電子相結合，逐漸受到相關行業的重視，這技術涉及到有源和無源的電子功能性載體的印刷。目前主要是利用網版、凹版、樹酯凸版和噴墨印刷等技術，可以大量來印製這些電子零件，這個電子零件的體系很大，例如開關、電子電路、電池、天線、感測器、顯示器和光伏元件等，有些高精密電子產品印刷需要精細的網目，例如圖8為高階的網版網目。 國外有關電子產品印刷知名的公司，有德國Hyprint公司致力於印刷和混合的電子產品的服務和解決方案，以功能化包裝(智慧包裝)為例，為客戶增值服務的領域有機構設計、圖形和功能印刷，以及具有任何功能(數位安全標識)的傳統電子產品，Hyprint官網：https://hyprint.de/en/。最特殊的德國海德堡印刷機公司已經投入電子產品印刷多年，主要投資有電子感測器的生產線，研製用於牙科醫療技術的電感測器，並利用現代印刷技術生產數位應用的感測器醫療保健和物流，以及零售商或汽車行業的感測器。另外投入在印刷工業用新型智慧產品，例如導電油墨和功能性材料於智能產品上，特別是消費性電子產品(屬於綠色環保電子產品)。 根據Markets ＆ Markets公司的一份報告顯示，2020年全球導電油墨、膠黏劑及相關材料的市場規模為20億美元，在2021年市場規模將達39.1億美元，該報告指出：導電油墨在太陽能電池板、汽車電路和電子電氣設備中廣泛應用，有望推動全球導電油墨市場的發展。Brewer科技公司認為與汽車行業類似的醫療行業，也是推動柔性電子產品發展的重要因素，可穿戴設備和監測設備也是醫療行業最有發展前途的領域。目前以醫療診斷和患者追蹤技術的領域最受到矚目，例如血糖和心臟功能的無創監測。知名ChemCubed公司也一直在測試用於數位印刷電路的銀質導電油墨和電介質，計劃用於牙科、內科的傳感器和醫療器械的監測設備，檢測血流(如葡萄糖)或皮膚(如汗液)，關於醫療藥物應用領域的研究也在增加。醫療行業未來會有更多使用印刷電子產品的機會，例如使用RFID技術的血糖檢測儀到溫度、脈搏和血壓感測器，印刷電子產品在為病人檢測方面應用很廣泛。 在電子產品印刷領域中軟性電子印刷技術被開發出來，有些技術直接將導電油墨印刷至基材上，有些技術則是將軟性電子元件基板從玻璃基板上取下，每項技術各有其優點與競爭力。將導電油墨或絕緣油墨直接印刷至基材上，是一項環保與較低成本的製程。近年來軟性印刷電子的優勢與競爭力得到業界許多的關注，軟性電子的應用方式眾多，舉凡像是軟性感測器、穿戴裝置、智慧包裝、軟性OLED照明、金屬導電網格等等，皆已受到許多應用市場的矚目。依據IDTechEx數據統計，2025年軟性電子產業的成長預估將達到730億美元。在軟性電子領域方面，國內坤裕精機公司提供相關製程設備，其中包括柔版印刷機、凹版印刷機、塗佈機、貼合機、軟性基板取下設備等，並提供與客戶合作開發、實驗測試等客製化的相關服務。坤裕精機官網：https://www.kymc.com/webls-zh-tw/Flexible-and-Printed-Electronics-Application.html。 國內另外一家投入電子產品印刷的華創噴墨科技公司，利用印刷電子產品來開發智能設備已是市場趨勢，近年來，由於半導體和傳感器技術的不斷進步，引起技術供應商、商業決策者和消費者的關注；也因為網路連接和數據傳輸速率的改進及雲端基礎設施的發展。印刷技術在智能電器、智能家居和聯網汽車等領域都有應用。同時印刷技術在可穿戴設備、智能包裝解決方案、智能服裝和醫療可穿戴設備中的應用也越來越多，導致對用於無處不在的傳感，以及安全數據存儲、數據傳輸的低成本和輕型印刷電子產品的需求逐漸增加。華創噴墨科技公司官網http://www.3mac.tw/news/main_detail.php?id=178。 ●圖7：數位紡織印刷設備 ●圖8：高階的網版網目 八、生物醫學產品印刷 目前生物醫學印刷(Life Science, Biomedical and Healthcare Printing)是指採用印刷的方式，一般以網版印刷、噴墨印刷、3D列印方法居多，將生物活性成分(例如蛋白質、DNA和細胞及一些營養成分等)定點沉積到二維或三維支架上，用於藥物篩選、生物傳感、組織工程等研究領域並開發應用到新產品。噴墨列印技術是以高速噴射微小墨滴噴印在支架上，過程不產生高溫、不需要壓力，可以依據正常組織的細胞分佈在三維結構中依特定的位點列印細胞，列印出的三維立體更接近活體組織結構。目前世界有許多國家的科學家投入這方面的研究，例如英國丁堡赫瑞瓦特大學研究人員以3D列印出人類胚胎幹細胞，這是世界上第一個人類胚胎幹細胞。美國Organovo公司研製3D生物印表機可以按需列印患者所需的人體活器官，Organovo公司表示未來有可能只要按個鍵下指令，3D生物印表機製造出人們所需要的器官。 而在維吉尼亞理工大學-維克森林大學生物醫學工程學院，透過3D列印結合微流控晶片加速藥物檢測。美國康乃狄克大學等機構的科學家提出，透過3D列印技術進行器官生物晶片的製造技術。目前在芬蘭國家技術研究中心，利用印刷技術研製出生物活性試紙，這種試紙可廣泛應用於醫療保健和環境保護等領域。能對測試標本作出反應的抗體印刷到試紙上，測試結果以線條形式顯示，能夠測試標本中是否含有所要檢測物質。這種新技術結合生物、造紙和印刷等技術，非常適合大規模生產。(見圖9) 中國在生物醫學產品印刷研究方面，有華南理工大學陳廣學、田君飛團隊採用改造後的噴墨印刷機和工業上常用造紙施膠劑，結合熱感印刷原理與生物酶反應成功地實現在生物活性紙上的印刷顯示，用於血型檢測的抗體。中國清華大學化學系劉冬生與英國瓦特大學舒文淼等人合作，將DNA水凝膠成功地用於活細胞3D列印，該論文在《德國應用化學》發表，研究成果也被《Nature亮點報導及關注。中國發明專利CN105463586A公佈了一種“用於生物晶片的印刷方法及其應用”，微流控生物晶片可以為人類診斷疾病、治療和防治功能。 而在生物醫學產品印刷領域，國內的正美集團在2020年初成立汽車與醫療事業部，以更嚴謹的生產環境和國際認證，專注在汽車與醫療產業解決方案。透過集中研發資源，由於疫情衝擊，加速全球智慧醫療發展契機，正美除了在醫療耗材與醫療電子儀器提供印刷解決方案，更整合集團技術平台，深耕醫療敷材、檢測貼片、原材料配方等研發生產，持續跨領域合作創造醫療產品新亮點，打造讓消費者安心的產品。正美集團官網：https://www.cymmetrik.com/zh-tw/innovation/category/pharmaceuticals/。 ●圖9：生物醫學3D列印製作示意圖(圖片來源╱3D Printing In Biomedical Engineer，Springer出版，P83頁) 九、3D列印 首先從維基百科對3D列印(3D Printing)解釋，其又稱立體列印(與視覺化立體印刷是完全不同)、增材製造(Additive Manufacturing，英文簡稱AM)、積層製造，可指任何列印三維物體的過程。3D列印主要是一個不斷添加的過程，在電腦控制下層疊原材料。3D列印的內容來源於三維模型或其他電子資料，其列印出的三維物體可以擁有任何形狀和幾何特徵。3D列印機屬於工業機器人的一種。「3D列印」這個詞的原意，是指將材料有序沉積到粉末層噴墨列印頭的過程。最近此詞的含義已經擴大到廣泛包括的各種技術，例如擠壓和燒結過程。技術標準一般是使用「增材製造」這個術語來表達這個廣泛含義。維基百科官網：https://zh.wikipedia.org/wiki/ 3D%E6%89%93%E5%8D%B0。 3D列印源自於數位噴印概念，將設計好的原稿以數位的形式傳給噴印設備，經解譯成機器可讀的指令後驅動噴印設備，原數位噴印設備都以二維平面驅動方式，被印材從紙張再進化到各種物質，例如玻璃、紡織、木頭、陶瓷、金屬等材質都可以噴印，現在3D列印從墨水改成各種特殊的材料以噴印堆疊方式成產品，而且成長的速度大幅增加，各式應用也不斷的再產出；而且3D印列普及化，也引發許多的嶄新商機。https://smelab.com.hk/e20200602-3d-print/。 目前的印刷商品市場越來越追求個人化，熱愛獨特性的個人客製化產品越來越多，凸顯自己的商品與眾不同，這都因數位印刷的普及加上各式後加工設備搭配，讓更多人願意在這方面上的投資。而3D列印的發展大家印象可能停留在印印公仔、工具等小物件上，實際上現今科技已經一日千里，3D列印可以製作的材料及形狀已經是千變萬化，隨著列印設備的改良，價格低生產快速，3D列印除了工業用途外，現在也慢慢推廣家用型的列印機，大家都可以成為設計師，發揮無窮創意。如何掌握那些商機，茲挑選幾種比較熱門品項來陳述： (一)2019年Covid-19疫情以來最需要的是戴口罩，而長時間戴口罩令耳朵產生不適而疼痛，因此有設計師利用3D列印功能設計頭帶，短短的時間，歐美各地就已經超過5,000次下載，其中含有許多醫護人員。 (二)利用3D列印訂製服裝，配合現今的3D掃瞄系統，只要掃瞄全身一次就可以建立3D立體模型數據，搭配軟體就可以輕易打造精確的客製化版型，製作完全合身造型的服飾、飾物及鞋子等等。 (三)美國一家名為Wiivv的製鞋公司，使用自己開發的APP軟體，顧客只要對自己的足部進行掃描並上傳到雲端，軟體就快速產生腳部的三維圖像，顧客選擇自己喜歡的鞋型、顏色和圖案，最後3D列印出專屬的鞋墊或涼鞋。為了更具個性化，Wiivv公司還提供顧客把自己名字列印在產品上。目前該公司已經跟國際知名運動品牌Nike合作推出個性化訂製鞋子服務，「Nike By You專屬訂製」網上平台，挑選鞋款、並配搭自己喜歡的顏色及加上自己的文字或標誌，製作出獨一無二的專屬鞋子。 (四)3D列印器官一直是醫療迫切需求的品項，但因涉及到人的生命問題，技術門檻比較高，在技術成熟後相信應該是等待器官移植病人的一大福音，可減輕病人的長時間等待與痛苦，我們期待更多科學家投入這方面的研究，這將是3D列印發明以來對人類偉大的貢獻之一。(見圖10) (五)3D列印可以準確含量的維他命、膳食纖維和熱量的食物，而且可以長時間儲存，做為糧食儲藏，以備將來有大災難時可消除饑荒。 (六)3D列印機器進入傳統家用市場時，一般的家庭都可以透過3D列印機器來列印零各種簡易零件，例如修復破損的家具或稀有零件，人們更容易複製修復一些部份損壞的設備不用丟棄換新，減少更多的浪費。隨著技術愈趨成熟，更多產品設計師將結合創意，製作出突破傳統的商品。 ●圖10：3D列印模擬(左)與實際列印樣品(圖片來源╱3D Printing In Biomedical Engineer，Springer出版，P33頁) 邁向工業4.0及5G的來臨 隨著科技不斷在更新精進中，印刷產業也是如此，從人工製程、機械自動化、電腦數位化，現在機器人及人工智慧化的來臨，邁向工業4.0加5G的來臨，文中工業與功能性印刷也勢必受到重大影響。雖然我們將工業與功能性印刷分九大類分別來陳述，但從許許多多的資料發現其中都有或多或少的相關性與重疊性。所以本文分類只是從眾多角度依比較知名權威刊物依據參考，相信大家都會看到不同分類與不同技術的說法。但所有的印刷製程技術都無法離開印刷五大版式，只有依照某種印刷品的特性與功能性，而採用其中一種版式的技術或複合式版式，當然也離不開印刷五大要素的基本原則。 未來還是會朝向以最具環保議題為中心的技術發展，數位印刷當然是最佳首選，工業與功能性印刷也不例外。因此建議台灣印刷業者從長期發展趨勢，應該提早做數位設備與流程的規劃，才能夠永續經營與未來更好的發展，同時也讓台灣印刷業在國際上獲得更多的佳績。  ●備註：本文整理過程中，筆者要感謝許多的台灣印刷設備廠商(分公司)或代理商，提供很多寶貴的重要資料供參考，可能涉及一些相關利益問題，本文就沒一一列出廠商的名字，感謝大家的協助與支持。 ●參考資料：(1)2019由Smithers公司出版“The Future of Functional & Industrial Printing to 2024”。(2)2020荷蘭出版Roadmap Printing“From the World of Print to the Printed World”。(3)中國數字印刷2020年第1、2期”從印刷科學屬性看印刷功能漂移”。
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2022-01-27

探討工業與功能印刷發展趨勢(一)
印刷產業分類一般包括五大類：商業印刷、看板和展牌印刷(廣告寬幅印刷)、紡織品印刷、包裝印刷和工業印刷。而五大類之間的界限日趨模糊，相對而言，其中前四類的構成較為明確，但工業印刷的內涵就比較模糊。本專題主要是來探討以工業印刷未來發展為主，從世界發展趨勢來提供相關的訊息資料給有意投入這方面的台灣印刷業者參考。一般人通常會認為工業印刷是製造過程的一部分，在工業應用中印刷只是將裝飾、資訊和品牌等特性添加到產品上。有些某種類型的工業印刷也被稱為“功能性印刷”，強調除了具有印刷或基於印刷資訊交流以外的“功能性”。 工業與功能印刷的發展趨勢 本文主要是針對工業與功能印刷發展趨勢做專題報導，首先要釐清與定義工業與功能印刷的範圍，不論是在drupa 2016及2021都有提及工業印刷的分類與範圍，或是在專業的印刷期刊或專業報導都有論述到工業印刷分類與範圍。例如2016年出版的台灣印刷白皮書，2020荷蘭出版Roadmap Printing“From the World of Print to the Printed World”，在眾多參考資料中，本文將採用2019由Smithers公司出版“The Future of Functional ＆ Industrial Printing to 2024(到2024年的功能性印刷及工業印刷展望)”，文中界定工業印刷的九大類細分市場領域來介紹工業與功能印刷發展趨勢。九類工業印刷分別是裝飾層壓板材印刷、玻璃製品印刷、各類促銷商品的特種印刷、陶瓷製品印刷、航空航太及汽車零配件印刷、噴墨紡織品印刷、電子產品印刷、生物醫學產品印刷和3D列印。文中也預測全球工業與功能印刷平均年複合增長可達到7%，而印刷產量增加4.9%，請參見圖1。 荷蘭出版Roadmap Printing，主要是探討傳統印刷(平版、凸版、凹版、網版)到數位印刷發展趨勢，在2020年數位印刷增加18%市場價值，同時也預測到2025年數位印刷市場複合年增長率為8%左右，這也說明未來在工業和功能性印刷發展也將以數位印刷為發展主力，本文也將著重在更多數位印刷發展現況來說明。 但因為2019年底爆發Covid-19疫情，其預測值可能會有些偏差，某些商品會因為疫情而大幅增長，例如醫療相關商品，以防護口罩的增長最為明顯，從原防護功能為主慢慢增加許多印刷設計在口罩材質。而有些商品也因疫情而大幅銳減，例如一些促銷商品類因為疫情而停止活動，例如免稅店香菸酒類促銷品因無法隨意出國，而根本無法銷售出去，造成一些印刷品項銳減，但在工業與功能性印刷的平均應該不會太大，當然也希望全世界疫苗普打率提高到一定比率後，將會再回復到原先的生活習性。 ●圖1：2014∼2024年全球工業與功能性印刷市場增長趨勢圖(資料來源╱Smithers公司出版“The Future of Functional & Industrial Printing to 2024”、中國絲網印刷雜誌2020.04第38頁) 九類工業印刷採用印製方法 本文也將以這九類印刷品項來論述其印刷的方法與未來發展的趨勢，做為台灣印刷業未來發展參考資料。這九類商品中採用的印刷方法，涉及到我們認知的五大印刷技術，凸、平、凹、網版及數位等五大印刷技術，但目前都有共同發展目標，就是朝向環保的議題核心去做改變，從印刷五大要素去做創新或改良，從材料上的被印材質以環保材質為優先，選用環保油墨及環保版，原稿設計也朝簡約的設計概念。而在印刷機設備也朝數位印刷概念去發展，相信未來都會朝數位去發展，本文也將以數位印刷對這九類商品做更多的論述。 以下則分別以這九類印刷品項依序來做論述：(1)裝飾層壓板材印刷(Decoration and Laminate Printing)。(2)玻璃製品印刷(Printed Glass)。(3)各類促銷商品的特種印刷(Promotional and Miscellaneous Item Printing)。(4)陶瓷製品印刷(Ceramics Printing)。(5)航空航太及汽車零配件印刷(Aerospace and Automotive Printing)。(6)噴墨紡織品印刷(Inkjet Printed Textiles)。(7)電子產品印刷(Electronics Printing)。(8)生物醫學產品印刷(Life Science, Biomedical and Healthcare Printing)。(9)3D列印(3D Printing)。 一、裝飾層壓板材印刷 裝飾層壓板材印刷(Decoration and Laminate Printing)的定義與範圍事實上非常廣泛，例如壁紙、地板、陶瓷轉印、衣服、家具等，還有模內裝飾印刷，又與電子產品類印刷重疊，常見模內裝飾又分為模內射出膜(IML)、模內轉印膜(IMR)、熱轉印膜(HTF)、模內射出(IMD)、模內貼合(OMD)等，圖2滑鼠則為模內裝飾印刷的產品。 以室內外裝潢而言，因為需要大面積的印刷，早期是以網版印刷為主，近年來這方面的市場都被數位噴墨印刷所取代，現在除了四色墨外，白墨及透明墨都屬於基本款，可加上金屬墨及螢光等特殊墨，而材質的選擇性更高。紙張外的大面積非吸收材質都能印刷，例如木頭、金屬、玻璃、塑膠、布料及複合材料等，都適合做裝飾裝潢用途，除了片料也能捲料(軟質)印刷，現在都很容易從網路上查到生產設備商及生產公司。 早期這些產品都會採用不同的印刷技術(版式)來完成，尤其以採用網版印刷為主，目前大部分特殊加工及印刷適性問題，還是以網版印刷為主。但有時候為了配合設計的要求，而網版印刷無法印製那麼精美時，例如漸層的效果，而必須採用其他版式來取代部份的印刷設計，屬於多版式的複合印刷也是近年來常被使用較為高單價的商品上；例如手機外殼的裝飾印刷等商品，因為考慮使用的耐久性因而採用模內裝飾的製程，但此製程有優勢也相對存在一些的問題，製程手續繁雜及成本較高，因為是印刷完成要經射出加工，所以在印刷適性特別要求，目前此成功率(良品率)以網版印刷製程為主，後為改良此製程又有新的製程被提出，因射出成形在印刷好的薄膜做貼合，又類似目前的信用卡片製程，多層包覆貼合。 但此商品屬於曲面印刷，所以又與卡片有不同的製程，近年來有越來越多數位印刷廠商(噴墨印刷)也投入這方面的生產，不論是直噴或以熱轉寫方式來應用到此商品，但仍有很大的差異性，印刷的油墨層是在裡面還是外面。主要是以商品使用考量(功能)性，例如早期的鍵盤上的數字符號，使用久油墨會掉，油墨在外層，現改用在裡層就不會掉，現在科技發達改觸控也沒有按鍵。 二、玻璃製品印刷 目前玻璃製品印刷(Printed Glass)主要有三種方式，分別為網印玻璃、直噴玻璃及貼標方式。依照產品種類需求不同，例如醫療玻璃器皿以網印居多，大型裝飾玻璃以數位UV噴墨居多，酒類玻璃製品以貼標方式居多。網印玻璃是將陶磁漆料經過特殊設計的網版，將圖案印刷至玻璃上，經由強化爐將漆料熱融入玻璃表面，而製成穩定不褪色、具各式圖案變化的網印玻璃。(見圖3) 印製玻璃印刷有幾項重點必須注意，資料參見麥思印刷：https://www.mindscmyk.com/。玻璃印刷的七大重點：https://www.mindscmyk.com/2021/06/21/printingknowledge-no26/數碼印刷技術。漸層玻璃：http://www.yfg-glass.com/page/product/p02.aspx?kind=44。 三、各類促銷商品的特種印刷 當今消費市場競爭激烈，商品除本身優越的條件外，更需要精美的印刷包裝和設計構思與創意，目前各種促銷商品的特種印刷(Promotional and Miscellaneous Item Printing)，除了紙張印刷之外，還有更多塑膠材料，例如PVC、PP、PET、PC、PS、合成紙等特殊印刷技術。 目前常見一些主要促銷商品：(1)促銷商品用，例如刮刮卡、貴賓卡、打折卡、掛號卡、摸彩券等。(2)功能性卡片，例如電話卡、節費卡、網路遊戲卡、遠紅外線健康卡、悠遊卡等。(3)各式彩色海報、型錄、DM、說明書、彩盒、吊牌、吊卡、紙袋、貼紙等。(4)光柵立體印刷商品應用、特殊鐳射轉印、冷燙技術加互斥印刷等特殊印刷。(見圖4) 市場上也有利用創新凸版印刷技術印製立體貼紙、標籤貼紙、成捲貼紙、客製化印刷企業用商標貼紙等；以及採用各種紙材如銅版紙、珠光紙、模造紙、雷射紙、牛皮紙、麗龍、特多龍、靜電紙、鍍鋁箔紙等，將紙材的效果及特性呈現。 ●圖2：滑鼠是屬於模內裝飾印刷的產品 ●圖3：屬於貼標方式的玻璃印刷品 ●圖4：具有RFID的功能性悠遊卡 四、陶瓷製品印刷 說到陶瓷製品印刷(Ceramics Printing)，從早期以藝術為主的印刷，各種版式印刷方法都適合在陶製品印刷，只是陶製品印刷完要經燒烤的過程，所以所採用的油墨需耐高溫。另外市場需求陶瓷磚的美化效果，因此多元化的發展趨勢，噴墨印刷技術能夠在陶瓷磚不同的立體面上，實現不同花色需求的大量處理，在生產時不需要更換墨水和清理墨路，與傳統的輥筒雕刻技術比起來，節省了試板及時間成本等多方面的成本開支，大大縮短生產週期。噴墨技術與傳統生產技術相比，不需要接觸陶瓷磚表面，透過噴頭自上而下地進行噴刷，整體印刷效果均勻透亮，多角度、高緻密性地噴射上色，保證陶瓷磚印花的立體性，印花效果良好。(見圖5) 但隨著工業上一些產品需要使用到陶瓷材料，而目前興起3D列印加上陶瓷作材料一些優良的理化特性，已經成功應用於陶瓷材料的3D列印的技術，包括噴嘴擠壓成型、立體光刻成型(面曝光和雷射)、黏合劑噴射成型、選擇性激光燒結或熔融成型、漿料層鑄成型(漿料層鑄造)等。 陶瓷3D列印技術原理是噴嘴擠壓成型與塑膠3D列印的熔融沈積成型技術(FDM)類似，該技術採用混合陶瓷粉末的噴絲作為原材料，使用攝氏100度以上的溫度將噴絲中的高分子材料融化後擠出噴嘴，擠出後的陶瓷高分子複合材料因為溫差而凝固。直接透過噴嘴擠出後在空氣中乾燥這種陶瓷漿料的主要成分是陶瓷粉末和黏合劑，其中黏合劑在成型過程中起到黏合陶瓷粉末的作用。無論是陶瓷噴絲還是陶瓷漿料作為原材料，這種工藝得到的3D模型都需要進一步進行熱處理，即脫脂和燒結。立體光刻成型是目前市場上陶瓷列印的主要技術，也是商業化相對成功的技術。該技術採用一種由陶瓷粉末、光引發劑、分散劑等混合而成的光固化膠，立體光刻工藝製造出的3D模型也需要在高溫爐中進行脫脂和燒結。黏合劑噴射成型這種技術將黏結劑透過列印噴頭噴射到陶瓷粉末上，用於將粉末顆粒黏結在一起。 陶瓷3D列印技術特點：陶瓷3D列印機列印，不但大大縮減成本，而且性能穩定，具有無菌等特點。陶瓷3D列印技術優缺點：陶瓷材料具有高強度、高硬度、耐高溫、低密度、耐腐蝕、化學穩定性好等優異特性，在航空航天、醫療等行業有著廣泛應用。目前陶瓷3D列印主要用於工業產品，珠寶/奢侈品、醫療行業，陶瓷3D列印有著驚人的應用案例，高端訂製戒指、鈕扣、手錶等具有獨特的質量，可以獲得極高的附加價值，目前由於陶瓷3D列印成本較高， 所以只有國際頂尖的奢侈品牌才會有這樣的產品銷售。陶瓷3D列印技術介紹：http://www.caemolding.org/cmm/3dceram/。 五、航空航太及汽車零配件印刷 針對航空航太及汽車零配件印刷(Aerospace and Automotive Printing)，之前都以水轉印的方法居多，而水轉印(Water Transfer Printing)是一種透過水的作用將平面印刷的圖文轉印至不同材質物體表面的技術；水轉印又分為水標轉印與水披覆轉印(曲面披覆)兩種，水標轉印主要用於文字與寫真圖案的轉印，水披覆轉印則主要用於在整個物體表面進行完整的轉印。 而水轉印膜以大日本印刷株式會社開發了曲面加工，性能優異，適用於汽車等的彎曲後窗的輕量樹脂玻璃。DNP將出售這種彎曲樹脂玻璃，用於汽車、公共汽車和鐵路車輛等移動應用，其特性為最大可加工半徑30毫米的彎曲加工，在樹脂表面上使用“超耐候性硬塗層”，提高耐候性和耐摩擦性。由於硬塗層在樹脂擠出的同時被轉印和彎曲，所以與透過彎曲加工成形後透過噴塗等形成硬塗層的傳統方法相比，可以簡化工藝，硬塗層的平整度更加優異，也容易構成，同時耐衝擊性很高，與一般的玻璃相比不易破裂，安全方面也很出色，同時被要求油墨具高延展性。(見圖6) 而台灣森田印刷主要產品有模內轉印膜(IMR)、模內崁片成型(INS)、熱轉印膜(HTF)、模內射出膜(IML)、這些技術應用在汽車零配件印刷最多。另外導電油墨用量增多是目前汽車行業有部份零件需要使用導電油墨，產業增長發展的重要機遇，供應商致力於滿足車窗的除霧器、安全帶按鈕和安全氣囊彈出等裝置，對導電油墨的需求增加，現在進一步朝向觸控式螢幕、模內電子、透明加熱器、高溫模具材料等其他方面擴展。近年柔性組合的電子產品開發的新型材料和技術應用於手動或自動轉向，以檢測駕駛員困倦程度檢測的感測器提高安全性。隨著汽車變得更智慧、更加自動化，未來將需要更多感測器。 台灣大勤化成所開發之UV水轉印工藝，是將UV油墨印刷在特殊水溶性薄膜上的圖案與紋路，運用水浮力轉印到塑膠、金屬等各種材料並利用紫外線照射達到固化的技術。與原有水轉印工藝相比，特點是將大勤化成UV水溶性薄膜，以UV油墨經凹版印刷形成的圖案，浮於水面上，經過吸水、軟化、伸展，最終附著於複雜的原材料上，顏料和圖案會保持原樣地附著在被轉印材料上。因為大勤化成公司所開發之UV水轉印工藝的基本原理是，利用向下入水產生壓力來轉印圖案，因而可以在平面或不同弧度等各種複雜的形狀上，展現圖案與紋路的特點；並使用紫外線照射，使圖案快速固化產生高硬度物性之圖案層或紋路層。大勤化成公司官網： http://aqualux.com.tw/ 。 ●圖5：2021中秋節的陶藝禮品 ●圖6：數位印刷熱成型樣品
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探討工業與功能印刷發展趨勢(二)
供應鏈服務
2022-01-27

探討工業與功能印刷發展趨勢(二)
六、噴墨紡織品印刷 常見的紡織品(布料)印刷(有稱印花)(Inkjet Printed Textiles)有四種的印刷方式，為網版印刷、直噴印刷、熱轉印及熱昇華。目前不論是大量或個性化的紡織品以數位噴墨最具發展的一種技術，目前國際生產數位印刷設備知名廠商有以下：Agfa(台灣愛克發)、Barberán、Canon Océ、Durst、EFI(台灣華旭代理)、Epson(台灣愛普生)、Fujifilm、HP(台灣惠普)、Hymmen、Industrial Inkjet(IIJ)、Kodak(台灣華旭代理)、Koenig ＆ Bauer、Mimaki(台灣御牧)、RICOH(理光)、Mutoh、Padaluma Inkjet (Palis)、Roland DG(樂蘭)、SPG Prints等(資料來源為Smithers公司出版“The Future of Functional ＆ Industrial Printing to 2024”)。在國內或國外當然還有許多噴墨廠商，除了噴印紡織品外，還有太多的商品不同的材質可以噴印，而且是速度越來越快，品質越來越高，價格越來越低，這代表這個市場是競爭非常激烈，如何在這個噴墨紡織品印刷領域獲取更多的商機，除了選擇適合的設備需符合開發商品，最重要是結合創意。 本段落就針對噴墨紡織品印刷為主介紹，各家生產數位噴墨機研發過程中有兩個主要核心技術，噴頭與墨水，所以有專為紡織印刷而設計的墨水，紡織印刷墨水的特性就是耐洗性、耐酸鹼汗漬性及耐光性(不褪色)，不論是直噴或熱昇華轉印紙需提供鮮豔的色彩，能夠快速附著、容易轉印並具有優異的耐光性、耐洗性及高延展性，而且墨水需無毒性材料。 目前噴墨機有平台與捲筒印刷機，直接噴印設備朝向被印材無需於印製前進行化學處理，印製後亦無需進行熱壓，可直接噴印於棉、紡織、聚脂纖維及各種混紡材質，而且有效降低工時、提高產能。除了紡織品材質外，大部分噴墨印刷機可使用於玻璃板或玻璃瓶、塑膠或木製等不吸收材質。墨水的顏色從基本的四色外，現在除了白墨加透明墨外，其他的特殊墨水也越來越多，當然噴頭的數目也需越多，噴頭越多價格越高，所以採購時就需考量商品的應用。(見圖7) 七、電子產品印刷 在功能性印刷技術方面，利用不同印刷方法印製的部份零件(例如天線、傳感器和電池等)“電子產品印刷(Electronics Printing)”與傳統的電子相結合，逐漸受到相關行業的重視，這技術涉及到有源和無源的電子功能性載體的印刷。目前主要是利用網版、凹版、樹酯凸版和噴墨印刷等技術，可以大量來印製這些電子零件，這個電子零件的體系很大，例如開關、電子電路、電池、天線、感測器、顯示器和光伏元件等，有些高精密電子產品印刷需要精細的網目，例如圖8為高階的網版網目。 國外有關電子產品印刷知名的公司，有德國Hyprint公司致力於印刷和混合的電子產品的服務和解決方案，以功能化包裝(智慧包裝)為例，為客戶增值服務的領域有機構設計、圖形和功能印刷，以及具有任何功能(數位安全標識)的傳統電子產品，Hyprint官網：https://hyprint.de/en/。最特殊的德國海德堡印刷機公司已經投入電子產品印刷多年，主要投資有電子感測器的生產線，研製用於牙科醫療技術的電感測器，並利用現代印刷技術生產數位應用的感測器醫療保健和物流，以及零售商或汽車行業的感測器。另外投入在印刷工業用新型智慧產品，例如導電油墨和功能性材料於智能產品上，特別是消費性電子產品(屬於綠色環保電子產品)。 根據Markets ＆ Markets公司的一份報告顯示，2020年全球導電油墨、膠黏劑及相關材料的市場規模為20億美元，在2021年市場規模將達39.1億美元，該報告指出：導電油墨在太陽能電池板、汽車電路和電子電氣設備中廣泛應用，有望推動全球導電油墨市場的發展。Brewer科技公司認為與汽車行業類似的醫療行業，也是推動柔性電子產品發展的重要因素，可穿戴設備和監測設備也是醫療行業最有發展前途的領域。目前以醫療診斷和患者追蹤技術的領域最受到矚目，例如血糖和心臟功能的無創監測。知名ChemCubed公司也一直在測試用於數位印刷電路的銀質導電油墨和電介質，計劃用於牙科、內科的傳感器和醫療器械的監測設備，檢測血流(如葡萄糖)或皮膚(如汗液)，關於醫療藥物應用領域的研究也在增加。醫療行業未來會有更多使用印刷電子產品的機會，例如使用RFID技術的血糖檢測儀到溫度、脈搏和血壓感測器，印刷電子產品在為病人檢測方面應用很廣泛。 在電子產品印刷領域中軟性電子印刷技術被開發出來，有些技術直接將導電油墨印刷至基材上，有些技術則是將軟性電子元件基板從玻璃基板上取下，每項技術各有其優點與競爭力。將導電油墨或絕緣油墨直接印刷至基材上，是一項環保與較低成本的製程。近年來軟性印刷電子的優勢與競爭力得到業界許多的關注，軟性電子的應用方式眾多，舉凡像是軟性感測器、穿戴裝置、智慧包裝、軟性OLED照明、金屬導電網格等等，皆已受到許多應用市場的矚目。依據IDTechEx數據統計，2025年軟性電子產業的成長預估將達到730億美元。在軟性電子領域方面，國內坤裕精機公司提供相關製程設備，其中包括柔版印刷機、凹版印刷機、塗佈機、貼合機、軟性基板取下設備等，並提供與客戶合作開發、實驗測試等客製化的相關服務。坤裕精機官網：https://www.kymc.com/webls-zh-tw/Flexible-and-Printed-Electronics-Application.html。 國內另外一家投入電子產品印刷的華創噴墨科技公司，利用印刷電子產品來開發智能設備已是市場趨勢，近年來，由於半導體和傳感器技術的不斷進步，引起技術供應商、商業決策者和消費者的關注；也因為網路連接和數據傳輸速率的改進及雲端基礎設施的發展。印刷技術在智能電器、智能家居和聯網汽車等領域都有應用。同時印刷技術在可穿戴設備、智能包裝解決方案、智能服裝和醫療可穿戴設備中的應用也越來越多，導致對用於無處不在的傳感，以及安全數據存儲、數據傳輸的低成本和輕型印刷電子產品的需求逐漸增加。華創噴墨科技公司官網http://www.3mac.tw/news/main_detail.php?id=178。 ●圖7：數位紡織印刷設備 ●圖8：高階的網版網目 八、生物醫學產品印刷 目前生物醫學印刷(Life Science, Biomedical and Healthcare Printing)是指採用印刷的方式，一般以網版印刷、噴墨印刷、3D列印方法居多，將生物活性成分(例如蛋白質、DNA和細胞及一些營養成分等)定點沉積到二維或三維支架上，用於藥物篩選、生物傳感、組織工程等研究領域並開發應用到新產品。噴墨列印技術是以高速噴射微小墨滴噴印在支架上，過程不產生高溫、不需要壓力，可以依據正常組織的細胞分佈在三維結構中依特定的位點列印細胞，列印出的三維立體更接近活體組織結構。目前世界有許多國家的科學家投入這方面的研究，例如英國丁堡赫瑞瓦特大學研究人員以3D列印出人類胚胎幹細胞，這是世界上第一個人類胚胎幹細胞。美國Organovo公司研製3D生物印表機可以按需列印患者所需的人體活器官，Organovo公司表示未來有可能只要按個鍵下指令，3D生物印表機製造出人們所需要的器官。 而在維吉尼亞理工大學-維克森林大學生物醫學工程學院，透過3D列印結合微流控晶片加速藥物檢測。美國康乃狄克大學等機構的科學家提出，透過3D列印技術進行器官生物晶片的製造技術。目前在芬蘭國家技術研究中心，利用印刷技術研製出生物活性試紙，這種試紙可廣泛應用於醫療保健和環境保護等領域。能對測試標本作出反應的抗體印刷到試紙上，測試結果以線條形式顯示，能夠測試標本中是否含有所要檢測物質。這種新技術結合生物、造紙和印刷等技術，非常適合大規模生產。(見圖9) 中國在生物醫學產品印刷研究方面，有華南理工大學陳廣學、田君飛團隊採用改造後的噴墨印刷機和工業上常用造紙施膠劑，結合熱感印刷原理與生物酶反應成功地實現在生物活性紙上的印刷顯示，用於血型檢測的抗體。中國清華大學化學系劉冬生與英國瓦特大學舒文淼等人合作，將DNA水凝膠成功地用於活細胞3D列印，該論文在《德國應用化學》發表，研究成果也被《Nature亮點報導及關注。中國發明專利CN105463586A公佈了一種“用於生物晶片的印刷方法及其應用”，微流控生物晶片可以為人類診斷疾病、治療和防治功能。 而在生物醫學產品印刷領域，國內的正美集團在2020年初成立汽車與醫療事業部，以更嚴謹的生產環境和國際認證，專注在汽車與醫療產業解決方案。透過集中研發資源，由於疫情衝擊，加速全球智慧醫療發展契機，正美除了在醫療耗材與醫療電子儀器提供印刷解決方案，更整合集團技術平台，深耕醫療敷材、檢測貼片、原材料配方等研發生產，持續跨領域合作創造醫療產品新亮點，打造讓消費者安心的產品。正美集團官網：https://www.cymmetrik.com/zh-tw/innovation/category/pharmaceuticals/。 ●圖9：生物醫學3D列印製作示意圖(圖片來源╱3D Printing In Biomedical Engineer，Springer出版，P83頁) 九、3D列印 首先從維基百科對3D列印(3D Printing)解釋，其又稱立體列印(與視覺化立體印刷是完全不同)、增材製造(Additive Manufacturing，英文簡稱AM)、積層製造，可指任何列印三維物體的過程。3D列印主要是一個不斷添加的過程，在電腦控制下層疊原材料。3D列印的內容來源於三維模型或其他電子資料，其列印出的三維物體可以擁有任何形狀和幾何特徵。3D列印機屬於工業機器人的一種。「3D列印」這個詞的原意，是指將材料有序沉積到粉末層噴墨列印頭的過程。最近此詞的含義已經擴大到廣泛包括的各種技術，例如擠壓和燒結過程。技術標準一般是使用「增材製造」這個術語來表達這個廣泛含義。維基百科官網：https://zh.wikipedia.org/wiki/ 3D%E6%89%93%E5%8D%B0。 3D列印源自於數位噴印概念，將設計好的原稿以數位的形式傳給噴印設備，經解譯成機器可讀的指令後驅動噴印設備，原數位噴印設備都以二維平面驅動方式，被印材從紙張再進化到各種物質，例如玻璃、紡織、木頭、陶瓷、金屬等材質都可以噴印，現在3D列印從墨水改成各種特殊的材料以噴印堆疊方式成產品，而且成長的速度大幅增加，各式應用也不斷的再產出；而且3D印列普及化，也引發許多的嶄新商機。https://smelab.com.hk/e20200602-3d-print/。 目前的印刷商品市場越來越追求個人化，熱愛獨特性的個人客製化產品越來越多，凸顯自己的商品與眾不同，這都因數位印刷的普及加上各式後加工設備搭配，讓更多人願意在這方面上的投資。而3D列印的發展大家印象可能停留在印印公仔、工具等小物件上，實際上現今科技已經一日千里，3D列印可以製作的材料及形狀已經是千變萬化，隨著列印設備的改良，價格低生產快速，3D列印除了工業用途外，現在也慢慢推廣家用型的列印機，大家都可以成為設計師，發揮無窮創意。如何掌握那些商機，茲挑選幾種比較熱門品項來陳述： (一)2019年Covid-19疫情以來最需要的是戴口罩，而長時間戴口罩令耳朵產生不適而疼痛，因此有設計師利用3D列印功能設計頭帶，短短的時間，歐美各地就已經超過5,000次下載，其中含有許多醫護人員。 (二)利用3D列印訂製服裝，配合現今的3D掃瞄系統，只要掃瞄全身一次就可以建立3D立體模型數據，搭配軟體就可以輕易打造精確的客製化版型，製作完全合身造型的服飾、飾物及鞋子等等。 (三)美國一家名為Wiivv的製鞋公司，使用自己開發的APP軟體，顧客只要對自己的足部進行掃描並上傳到雲端，軟體就快速產生腳部的三維圖像，顧客選擇自己喜歡的鞋型、顏色和圖案，最後3D列印出專屬的鞋墊或涼鞋。為了更具個性化，Wiivv公司還提供顧客把自己名字列印在產品上。目前該公司已經跟國際知名運動品牌Nike合作推出個性化訂製鞋子服務，「Nike By You專屬訂製」網上平台，挑選鞋款、並配搭自己喜歡的顏色及加上自己的文字或標誌，製作出獨一無二的專屬鞋子。 (四)3D列印器官一直是醫療迫切需求的品項，但因涉及到人的生命問題，技術門檻比較高，在技術成熟後相信應該是等待器官移植病人的一大福音，可減輕病人的長時間等待與痛苦，我們期待更多科學家投入這方面的研究，這將是3D列印發明以來對人類偉大的貢獻之一。(見圖10) (五)3D列印可以準確含量的維他命、膳食纖維和熱量的食物，而且可以長時間儲存，做為糧食儲藏，以備將來有大災難時可消除饑荒。 (六)3D列印機器進入傳統家用市場時，一般的家庭都可以透過3D列印機器來列印零各種簡易零件，例如修復破損的家具或稀有零件，人們更容易複製修復一些部份損壞的設備不用丟棄換新，減少更多的浪費。隨著技術愈趨成熟，更多產品設計師將結合創意，製作出突破傳統的商品。 ●圖10：3D列印模擬(左)與實際列印樣品(圖片來源╱3D Printing In Biomedical Engineer，Springer出版，P33頁) 邁向工業4.0及5G的來臨 隨著科技不斷在更新精進中，印刷產業也是如此，從人工製程、機械自動化、電腦數位化，現在機器人及人工智慧化的來臨，邁向工業4.0加5G的來臨，文中工業與功能性印刷也勢必受到重大影響。雖然我們將工業與功能性印刷分九大類分別來陳述，但從許許多多的資料發現其中都有或多或少的相關性與重疊性。所以本文分類只是從眾多角度依比較知名權威刊物依據參考，相信大家都會看到不同分類與不同技術的說法。但所有的印刷製程技術都無法離開印刷五大版式，只有依照某種印刷品的特性與功能性，而採用其中一種版式的技術或複合式版式，當然也離不開印刷五大要素的基本原則。 未來還是會朝向以最具環保議題為中心的技術發展，數位印刷當然是最佳首選，工業與功能性印刷也不例外。因此建議台灣印刷業者從長期發展趨勢，應該提早做數位設備與流程的規劃，才能夠永續經營與未來更好的發展，同時也讓台灣印刷業在國際上獲得更多的佳績。  ●備註：本文整理過程中，筆者要感謝許多的台灣印刷設備廠商(分公司)或代理商，提供很多寶貴的重要資料供參考，可能涉及一些相關利益問題，本文就沒一一列出廠商的名字，感謝大家的協助與支持。 ●參考資料：(1)2019由Smithers公司出版“The Future of Functional & Industrial Printing to 2024”。(2)2020荷蘭出版Roadmap Printing“From the World of Print to the Printed World”。(3)中國數字印刷2020年第1、2期”從印刷科學屬性看印刷功能漂移”。
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