目前，包括Stratasys与3D Systems等公司均提供了重要的工业级3D列印机，但却还未能在主流工业领域展现积层制造的真正实力。因此，在日前由美国维吉尼亚理工大学(Virginia Tech)主办的「2014年春季积层制造挑战赛」(Spring 2014 Additive Manufacturing Grand Challenge)，就成了证实这些3D列印工具能力的最佳机会。包括美国空军科学研究院(AFOSR)、美国国防大学(NDU)、机器人研究公司(Robotic Research LLC,)以及Stiefel家族基金会均赞助了这项竞赛。


Virginia Tech美国维吉尼亚理工大学主办「2014年春季积程制造挑战赛」，展示3D列印工具打造能以遥控行驶的小汽车。

美国维吉尼亚理工大学(Virginia Tech)主办的2014年春季积层制造挑战赛(Spring 2014 Additive Manufacturing Grand Challenge)展示实用3D列印工具，打造出可在地面行驶的汽车或空中飞行的载具。

Virginia Tech教授Christopher Williams表示：「3D列印的重点在于降低供应链的复杂度，而不是预先制造出所有的元件，然后再输送至世界各地进行组装。如今你只需要拥有一台3D列印机、一套电子模型套件以及打造元件所需的原始材料即可。这就是3D列印的愿景。」

「这项挑战赛的想法是要证明如果您将3D列印机送至比赛现场，你就能在几个小时内看到它制造出符合特定任务的汽车。目前的趋势是制造出多功能的昂贵汽车，但透过3D列印工具，你可以打造出完全因应某种场合需要的低廉汽车，可在不需使用时收在架上或甚至直接丢弃，」Williams解释。

第一届积层制造挑战赛目前只开放给Virginia Tech的学生参与，如果举办成功的话，未来希望能扩大开放至每一所大学。「这是该领域的第一次竞赛，」William表示，「但我们预计这项先驱性的竞赛最快将在今秋开始也开放给其他大学共襄盛举。」

厂商赞助这项竞赛的动机有两方面：首先，为了证明3D积层列印不只是新奇的玩意儿，而是具有生产出可用工业级元件的能力，且最终将取代整个减层制造供应链。其次，赞助商想藉此开始建立一个人才库，培训工程师实现最佳化利用3D列印技术进行制造。

Williams表示：「虽然我们还未能完全评估有多少学生正在学习3D列印，但目前所掌握的资料都是十分正面的。这些学生们一般都已经学习3D列印技术，尤其还大量学习了机电整合。在参与这项竞赛之前，他们几乎都已经具备基本知识了，并且将这项竞赛视为一种激励的动力，作为一个策动他们去学习一些过去一直想学却从来没时间开始的理由。」

这项竞赛一开始总共有200名学生组成72个团队报名，所有的团队打造第一代原型进行为期1个半月的非正式竞赛。通过初赛的36组团队着手进行完整的设计，最后淘汰到剩下14支队伍——地面载具7组，以及空中载具7组。

「全部14件设计作品都是可实际操作的载具——都能飞行或或驾驶——也都有各自的强项与优点，」Williams说。「尽管在这些汽车中最后只有一辆能在这项竞赛中胜出，但其他作品在不同项目的表现可能会更好。这就是3D列印最棒之处。」

这项竞赛也试图回答两方面的问题，一是军事方面，另一个则与普罗大众有关。军队可在前线战地部署3D列印机以及因应需求列印出侦察机吗？在等待救援小组到达以前，一般民众第一时间列印出的搜救车辆能否具备展开搜救幸存者的性能？

总决赛在2014年5月15日举行，分别为地面车辆与空中载具设置了四关任务挑战。无论是陆地行驶或空中飞行的载具都必须通过一些障碍，然后在每个关卡拍照。

Williams解释：「针对地面载具赛程，每个关卡都设有一些障碍，如陡坡、瓦砾场或隧道，你必须克服这些困难，或者，在其中的一个迷宫，必须展现急转弯的性能。针对空中载具赛程，则有不同的障碍，例如就像跳林波舞一样穿过逐次降低的横杆，或在一个开顶的塔中盘旋向下并拍摄照片。其中还有一个关卡是飞近一扇窗，并在通过窗口时进行拍照。」

为了定量地判断拍摄照片的品质，每个关卡本身就像是验光师的视力表，经由评分载具可清楚读取的最低线，来决定团队在这一关所取得的分数。最后只有一支团队分别以地面与空中载具成功地通过这项挑战。

第二部分的评分则是比赛队伍所使用的3D列印工具。

「让这次竞赛更特别的是比赛队伍可自行选择3D列印的材料，这与过去的竞赛规则全然不同。例如采用注塑成型和加工，限制了参赛者的创造力。但3D制造的本意就是在让设计者控制每一滴材料，所以才能列印出更加复杂以及重量更轻的物件。」

在一项名为「积层制造最佳表现」的奬项，评分标准包括列印载具所需的元件花费多少时间，组装花费多少时间、材料的使用量以及非3D列印元件数量有多少等等。

Robotics Research公司为每一支队伍提供了电子元件工具套件。此外，所有的空中载具组必须用相同的螺旋叶片，而地面载具组则可选择使用所提供的轮子或履带或自行列印均可。

参赛队伍可选择使用现有的三种3D列印机：Stratasys提供的熔融沉积(FDM)列印机；同样由Stratasys公司提供的Poly-Jet列印机(唯一可支援从橡胶到刚性以及透明与不透明材等各种材料的列印机)；以及3D Systems提供的选择性雷射烧结(SLS)塑模3D列印机，利用高强度雷射光硬化烧结塑料、陶瓷、玻璃或金属等小部份材料粉末。

他们可以从这三种列印机中选择使用，但条件是整个载具都必须在同一台3D列印机上进行。这一方面为参赛团队赋予一些设计的空间，但又不得不在这三种3D列印技术的优缺点之间进行一些权衡折衷。4支队伍选择了FDM，7支队伍选择Poly-Jet，另3支队伍选择SLS。

Stiefel Family Foundation赞助了这项竞赛的奬金——地面与空中载具组的冠军分别可得到3,000美元，最佳表现与最佳设计奬分别可得3,000美元。

编译：Susan Hong

(参考原文：3D Printed Vehicles Meet US Grand Challenge，by R. Colin Johnson)