電子報第79期提到工程界願意投入工地作業的人員日益減少，將影響工程的效率與品質。目前先進國家已朝向「無人化施工」發展(詳電子報 第50期、第87期)，藉由自動化機器代替人力進行現場施工，並減少暴露在危險的工作環境。
另外「3D列印」這個詞已出現數十年，提供人類須親身投入生產以外的更多選擇。一般民眾日常能接觸到的應是日常用品、模型玩具，但是否想過，土木建築工程其實也在這塊領域已耕耘許久，開始投入實用化，並成為現場工作者的救星!?
本期電子報將介紹3D列印在世界土木建築工程界的最新技術能力發展、目前可實際投入使用的列印材料、除了常見的房子作品外，還能做出甚麼驚奇作品，以及台灣的新創公司和農村水保署在這塊技術的世界版圖角逐之潛力!

目前土木建築工程在3D列印這項技術已醞釀多年，在近幾年開始爆發性成長，尤其在歐洲各國已發展出獨有的技術能力(圖2)。因為傳統3D列印的積層式列印法(類似牙膏擠出條狀，並層疊出物體的方法)無法在有鋼筋的區塊堆疊成型，因此瑞士的 MOBBOT公司推出積層型噴射列印技術(圖3) (影1)與德國的Aeditive公司推出手臂型噴射列印技術(圖3)，可從鋼筋外部進行噴射堆疊，不需要模板即可列印成型，表面亦可接續抹平促進美觀，破除過去對3D列印無法應用在易受地震影響區域的印象。
丹麥的 COBOD國際公司推出大型門式水泥3D列印機(圖3)，因應國際市場需求，近三年已生產超過20台機器投入使用，可以印出超過380平方公尺(約114坪)、兩層樓以上的大型建築，從室內裝潢幾乎看不出列印痕跡(詳室內360環景)；英國倫敦帝國學院(ICL)推出 UAV型3D列印機(圖3)(操作影片詳文字連結)，其受蜜蜂築巢方式啟發，利用UAV在飛行時進行3D列印且自行補償列印時的飛行穩定，最低僅與設計圖相差5mm，未來在無法架設機器之位置完成結構物的願景指日可待。

位於亞洲的日本與中國(圖4、圖5)(影2)，更推出「超大型構造物3D列印技術」，跳脫固定機台印製概念(詳上述連結介紹)，針對大型水壩工程以「全無人化施工機械」、「土砂材料直接就地取材(CSG（Cemented Sand and Gravel）)」等技術進行施作，如日本的工法只要4個遠端控制人員即可完成4種類型多達20台的全自動工程重機械運作(詳電子報第87期介紹)，並且完全取用現地土砂材料24小時生產輸出，最終目的為發展前往月球或外太空建設開發的頂尖技術能力，突破以往大家對於3D列印的想像!

在傳統土木建築工程的世界中，常見的材料應該屬混凝土，只要有水、礫石、細砂等材料，即可達到施工簡單、快速成型、結構穩定等特點，隨著技術的演進， 3D列印也常以混凝土為主要材料。
但其實跳脫傳統混凝土概念，目前有更多種材料在各自的領域發展。如堅硬無比的鋼鐵，過去需要經過層層冶煉的製程或昂貴的合金列印材料才可生產，現在荷蘭MX3D公司推出以焊接鐵絲為主要材料進行堆疊的「WAAM」技術與日本JGC Global公司的複雜構造建模能力「Autodesk Fusion 360」進行合作，開始 生產各種複雜結構、建設常用的碳鋼製品(圖6)，較傳統生產製品之重量減輕約30-40 %、抗壓強度提高20-60%，對於解決施工現場危險、提高生產效率或土石流防災等有巨大的助益。

另外，隨處可見的土壤、稻穀、植物等天然材料，也都是有趣且值得應用的3D列印材料。台灣過去常見傳統形式的建築「土角厝」，皆由人工搭建而成，然而，因社會型態改變而逐漸技術流失。韓國、義大利與 西班牙則積極以自然材料為出發點，嘗試開發生產列印的材料與方法(詳上述連結介紹)(圖7、影3)。在印製的過程中，致力於不產生廢棄物、100%使用當地材料與淨零碳排為目標，具有美觀、貼近自然，為人們的日常生活帶來高品質的體驗。對於災後替代材料運用、在地文化保存、傳統技術能力提升與農村再生有明顯的幫助，或許值得台灣未來參考。

筆者在過去有機會在日本東京赤坂「中城百貨」，參觀由工程挖掘的廢棄土壤，所製作目前 全日本最大規模的天然材料3D列印展覽(圖8)。筆者曾嘗試觸摸展品後，發現其強度堅硬如混凝土，且不容易剝落，顛覆以往對天然資材柔弱不敷使用的想法，作品的溫度與環境舒適度也恰如其分，與整體環境融合，受現場參觀者喜歡。目前世界上有眾多相關3D列印作品展覽，推薦大家關注與前往現場參觀。

其他如丹麥的WOHN公司 利用廢棄塑膠與廢木材重新3D列印住宅、日本的鹿島建設利用會吸碳的負碳混凝土搭配3D列印之組合與日本大林組突破傳統混凝土須搭配鋼筋，在混凝土混入 鋼纖維塑型之3D列印等先進技術(圖9)，相關材料應用與技術，值得持續關注後續發展。

以上介紹了百家爭鳴的技術能力和豐富材料，發現目前以房子作品為最多。但是否會好奇除了房子之外，3D列印有甚麼可用武之地?
以生活基礎建設為重的日本，在這塊上發揮大家所認知的日本式創意精神。例如日本Polyuse公司素以日本國產3D列印技術在日本國內進行服務，主打平民生活化的土木製品，研發出尺寸3m X3mX3m的攜帶型門式3D列印機，只要想印的地方，機器就可以到現場幫你印製出來，不用再事前安裝模板，以及部分施工後不用再養護!(圖10)
目前完成的作品像路邊常見的 高速公路路緣石和 排水箱涵、排水溝系統常見的集水井與台灣海邊最常見形狀複雜的消波塊(圖11)，製作完成後均持續發揮其引導、排水和消能的功效。

Polyuse公司另針對3D列印技術提出了完整的施工流程，亦被日本國土交通省選為「2021 PRISM（引進和利用創新技術大幅提高建築工地生產力項目）」的試驗項目(圖12、圖13)，流程即先利用行動裝置(如手機、平板)內建的3D掃描功能功能進行施工測繪，提供複雜的3D列印點雲數據，再利用攜帶型門式3D列印機至現場即時列印成品，最後將兩者工作數據回饋至雲端系統紀錄與實行BIM概念整合利用，從規劃設計到施工與管理完成緊密數位技術扣合，跳脫傳統的施工方式，成為新趨勢的工作型態!

關於水保領域方面，日本吉村建設與Polyuse公司合作，針對邊坡工程在過去排水孔埋設需配合人工拍漿固定。若以3D列印施作，預先印製 排水孔固定塊，僅要安裝塊體、排水孔與少量水泥砂漿填縫後即可完成，改善過去人工填充的人力與施工時間(圖14)；大成建設則研發針對任何的斜坡與曲面，僅要架設機器後即可列印製出貼合地形的技術「T-3DP 」(圖14、影4)，過去面對複雜地形如果要使用3D列印，會因為機器列印方向只能直線前進，而無法克服不規則地形問題，該技術做到自我判斷地形位置，進而面對凹凸不平的區域可自行移動並層疊出漂亮的成品，不需要再人工調整，誤差僅約0.8%，成為3D列印未來重要發展技術。

另外日本國內3D列印技術相對規模較大的案例是位於山形縣新莊市，由新庄砕石工業所與Polyuse公司合作，建立長44公尺高2公尺的防落石柵 (圖15)，採用3D列印製作的空心基座，內部填充混凝土固定上方攔石支架，做到不用模板、快速印製大型產品與兼具真實防災功能的工程，經過 完工後的第一個雪季，已攔阻不少的積雪，此證明這項技術可以發揮在野外的防災效果。

在上述介紹了這麼多的土木作品，除了酷炫、好看與實用以外，最重要的是能解決本篇電子報開頭所提工程缺工、提升效率與兼顧品質這件事。
以Polyuse公司在國土交通省認證資料庫NETIS顯示(圖16)，目前該公司在日本全國已完成超過100件的3D列印應用，遍佈全國各地，比起傳統混凝土施工流程最多可減少70%的施工時間、現場人力減少47%與3天教育訓練即可上工的驚人實績，在國家各項數位大獎均是常勝軍。就案例來看，單一中小型企業就有如此成績，更何況日本各大建設公司在全國積極發展相關技術的成果。

目前台灣的逢甲大學Roso機器人建造實驗室與潤譽科技公司也正積極拓展建設3D列印的服務，在建築圍牆、家具上已有實際案例，並且積極嘗試各種材料投入在生活使用中(影5、影6)。

農村水保署在施工安全的創新這件事，也積極的投入與3D列印概念相似的「預鑄工法」，在單位技術研發中，至西元2001年以來累積了超過23年的經驗(圖17)，除一般生活化的土木作品外，在水保防災工程上得到豐富的實驗成果與現場使用經驗，並得到台灣多年金安獎的比賽殊榮，在各面向發揮實用的成果。
位於農村水保署的技術研究發展平台，即展示了歷年來研發的預鑄專利 (圖18)，並免費提供民眾自由使用，在未來相關領域的銜接上指日可待。

1.第79期
2.第50期
3.第87期
4.MOBBOT公司推出積層型噴射列印技術
5.COBOD國際公司推出大型門式水泥3D列印機
6.室內360環景
7.UAV型3D列印機
8.日本
9.中國
10.第87期
11.生產各種複雜結構、建設常用的碳鋼製品
12.韓國
13.義大利
14.西班牙
15.全日本最大規模的天然材料3D列印展覽
16.利用廢棄塑膠與廢木材重新3D列印住宅
17.會吸碳的負碳混凝土搭配3D列印之組合
18.鋼纖維塑型之3D列印
19.Polyuse
20.高速公路路緣石
21.排水箱涵
22.集水井
23.消波塊
24.PRISM
25.3D掃瞄功能
26.排水孔固定塊
27.T-3DP
28.由新庄砕石工業所與Polyuse公司合作，建立長44公尺高2公尺的防落石柵
29.完工後的第一個雪季，已攔截不少的積雪
30.以Polyuse公司在國土交通省認證資料庫NETIS顯示
31.至西元2001年以來累積了超過23年的經驗
32.預鑄專利成果