3D列印無氣籃球之設計評論

介紹:

2023年2月18日，NBA球員KJ Martin在AT&T灌籃大賽首輪比賽中展現出這款由威爾遜體育用品公司(註一)(Wilson Sporting Goods)打造、研發的3D籃球(註二)。當這顆籃球一展現在觀眾與媒體的眼前就震驚了所有人，沒有一個人不被這顆看起來新奇且古怪的籃球吸引。這顆黑色3D籃球外觀是由數百個六邊形孔所組成的，據威爾遜的發言人所說，這顆籃球不需要充氣幾乎符合常規籃球的性能、規格，包括重量、尺寸和反彈力(彈跳力)。這顆籃球的亮相，主要傳承其「承諾持續創新體育」的理念。可見科技的進步，影響的不只是人們的生活，更多的是科技產品的創新。

註一: Wilson旗下產品十分豐富，包括籃球、網球、足球、排球、橄欖球、高爾夫球以及運動護具。籃球是其中的一個重要品類。相對比其他品牌，擁有吸濕科技、波浪核心、貼皮筋溝等多項特有專利科技的Wilson籃球“一切為了手感”，是“一顆有科技的籃球”！麥可·喬丹、德里克·羅斯均為其代言人。2012年，Wilson籃球成為中國國家男子籃球隊和中國國家女子籃球隊的官方用球。 目前美國NCAA錦標賽、國際籃聯三對三比賽、肯德基三人籃球賽等多項賽事的指定用球也都是它！

註二:

主旨:

籃球介紹

籃球，是一種由兩隊參與，在一個長方形籃球場進行的球類運動。三對三半場，五對五全場，可將球向任何方向傳、投、拍、滾或運，目的是將籃球投入對方球籃得分，並阻止對方獲得控球權或得分。在五對五中三分線內投進可得兩分，若在三分線外投籃，可以得到三分，在時間到比賽結束之時，得分較多的隊伍獲勝，反之則敗，但若兩隊平手需要加時。在球賽中，控球者可以用持續運球（將球彈到地上，再反彈到自己手中）的方式行進或奔跑，也可以將球傳給其他隊員，但若走步（掌控球者沒有運球，且移動超過指定範圍或指定方式）、翻球或二次運球均是違例。如果違反籃球比賽的遊戲規則，罰則為失去控球權並由對方發界外球。犯規分為一般性犯規（如有身體接觸而侵犯他人等）與技術性犯規（如粗言穢語、不服判決、延誤比賽等非體育道德行為等），若個人於單場比賽中累計犯規超過一定次數，將被判下場，無法繼續上場比賽。若一球隊正要投籃時，防守球隊犯規，進攻球隊獲得罰球的機會。如有技術性犯規（例如動作粗野，侮辱對手）時，另一隊可以罰球，而且罰球後可自中場發球。

美國國家籃球協會(NBA) (註三)，是美國，甚至是全世界籃球好手夢想的最高殿堂，也是水平最高、競爭最激烈的賽區，其球隊遍佈全美，歷屆美國在奧運會的籃球項目金牌呈壟斷性，是以被稱為籃球王國。歐洲籃球聯賽(註四)亦享有極高的水平和知名度。美國的職業籃球聯賽除了NBA，還有國家女子籃球協會(WNBA)(註五)。國際賽則以奧林匹克運動會的籃球項目為最高榮譽。籃球至今都是最風流的運動，他不像棒球、足球、排球需要很多人，也需要羽球、桌球需要再體育館或室內才能進行。他需要的限制非常廣，二到十人，一顆球，一位裁判(也可以不用)就可進行。

 註三NBA，也稱美國職業籃球聯賽，簡稱美國職籃或美職籃）是北美的男子職業籃球聯盟，由30支球隊組成（29支在美國以及1支在加拿大），分屬兩個聯盟（Conference）：東區聯盟和西區聯盟；而每個聯盟各由三個分組（Division）組成，每個分組有五支球隊。NBA是北美四大職業體育聯賽之一，並被視為全世界水準最高的男子職業籃球賽事[2]。NBA前身是1946年6月6日於紐約成立的全美籃球協會（BAA）[1][3]，1949年8月3日和國家籃球聯盟（NBL）合併後更為現名。聯盟總部位於曼哈頓中城，現任總裁為蕭華。NBA三大代表人物:分別是Lebron James(現役) 、Michael Jordan(退役)、Kobe Bryant(已過世)

註四歐洲籃球聯賽（Euroleague，簡稱EL），原名「歐洲籃球冠軍杯」（European Champions' Cup），是歐洲最大規模的跨國男子職業籃球聯賽，創立於1957年，現有來自歐洲18個國家的24支球隊參加。歐洲籃球冠軍杯原由國際籃球聯合會舉辦，但在2000年，一些頂級歐洲籃球俱樂部自行成立了歐洲籃球聯賽聯盟，接管了歐洲籃球冠軍杯，迫使國際籃聯另行舉辦FIBA超級聯賽，導致歐洲籃壇出現分裂，次年出現兩個冠軍。[3] 2001年，國際籃聯同ULEB妥協，將超級聯賽併入冠軍杯，改名為歐洲籃球聯賽，此後國際籃聯專職組織國家隊比賽，退出俱樂部際比賽組織活動。歐洲籃球聯賽歷史上，獲得冠軍次數最多的是西班牙的皇家馬德里，共曾11次奪冠；其次是俄羅斯的莫斯科中央陸軍，曾經8次稱王。

註五國家女子籃球協會（英語：Women's National Basketball Association，簡稱WNBA），是美國NBA主辦的職業女子籃球聯賽，成立於1996年。這與國家籃球協會（NBA）十分相似。WNBA於1997年舉辦第一屆，每年5月至8月期間進行常規賽，9月進行季後賽。

關於籃球的歷史

籃球運動起源於1891年12月21日，由美國麻塞諸塞州春田市基督教青年會學校（現今春田學院）體育教師詹姆斯·奈史密斯（James Naismith）(註六)博士發明。在設備還沒那麼齊全、先進的時代，奈史密斯從一些加拿大兒童用球投入桃子筐在加拿大被稱之為「Duck-on-a-Rock」(註七)的遊戲中受到啟發並在11月構思完成，一開始奈史密斯將兩隻桃籃分別釘在健身房內看台的欄杆上，桃籃上沿距離地面3.04米，用足球作比賽工具，向籃投擲，投球入籃得1分，按得分多少決定勝負。但麻煩的是，每次只要進球，都要爬梯子將求取出，而且每次進籃，都要重新跳球已分配球權。James Naismith起初將籃放在體育館的頭尾兩端，離地約十呎，將18位學生分為兩隊各9人，在場上比賽，而James Naismith看過第一場比賽之後，就立即後悔發明了籃球。因為第一場賽事並沒有任何規則，雙方只要用任何方法，將球放到籃裡面就能得分，造就了一場非常激烈，身體碰撞極多的比賽。於是James Naismith加入了13條規則，包含籃球可以從任何方向，以單手或雙手傳遞、也可以從任何方向，以單手或雙手拍打，但不能用拳頭、球員不能持球跑步，球員必需將球拋去某個地方再跑去接住…….等等規則，由於規則的介入，再加上James Naismith逐步將竹籃改為活底的鐵籃，再改為鐵圈下面掛網史球投進後可以掉下來以及1950年代晚期，湯尼·辛科爾引進了該項運動專用的褐色籃球，籃球這項運動正式誕生。

在籃球誕生之後，由於其精彩及刺激程度，觀賞性也極高，於是乎得以遞速傳揚出去。而James Naismith不單成為籃球的發明者，而且還成為了史上第一位籃球教練，身兼老師、籃球教練及籃球宣傳多項工作。他更是籃球名校Kansas University(註八)的第一位籃球教練，在1898年至1907年期間，擔任Kansas University籃球隊Jayhawks的教練。1896年，籃球加入了運球的規定，並在1898年禁止了雙重運球。1896年，在籃框後面增設了籃板。籃球由起初的9人上陣，縮減到變成7人，並在1897年規定每隊上陣人數為5人。

 註六詹姆士·奈史密斯（英語：James Naismith，1861年11月6日—1939年11月28日）是籃球運動的發明者和第一位倡導在美式足球運動中使用頭盔的人，同時也是召集了五位球員組成一支球隊的首位籃球教練。奈史密斯出生在加拿大安大略省的阿爾蒙特，是一個1851年到加拿大從事採礦業的蘇格蘭移民家庭之長子。

註七石頭上的鴨子是一款中世紀兒童遊戲，結合了標籤和射擊技巧（通過投擲準確性）。詹姆斯·奈史密斯在製定現代籃球規則時以這項比賽為靈感。

註八堪薩斯大學(University of Kansas，簡稱KU)是一所公立研究型大學，共有13個學院，多達200個專業科系。是美國大學協會AAU成員，AAU 聯盟為全北美 62 個最高學術水平大學的聯盟，成員包括常春藤大學和美國前 30 的大學。

KU位於堪薩斯州勞倫斯市，距離堪薩斯城只要40分鐘，是一座名副其實的大學城。這裡被視為全美最安全的城市之一，連續多年犯罪率幾乎為零。市中心商店，博物館林立，生活成本低，土地資源豐富，交通線路四通八達，氣候宜人。多家聞名世界的食品、航天科技與電信業企業座落於此。

籃球，爆炸?

超​​市買籃球！短髮女狂充氣突爆炸...3手鐲當場噴飛　下排牙齒慘遭殃

湖南省永州市一名謝姓女子10月20日在某超市，購買了一顆Jordan（喬丹）牌的籃球，期間她不聽店員勸阻，將已充飽氣的籃球又灌氣，沒想到正要帶回家時，竟突然爆炸。據悉，事發後，謝女手上戴的3個手鐲瞬間斷裂，而她的身體除了有多處挫傷外，連下排的牙齒也被炸掉一顆，慘不忍睹。

籃球必須是正圓體，外皮必須用皮、橡膠或 和合成物質等材質製成，重量為600g到650g，周長為75到78cm。並且對球所能承受的氣壓都有明確的範圍界定。而內部是由內膽、纏紗、中胎與表皮(註九)組成。內膽多是由橡膠構成，跟自行車輪胎原理相似，內胎充氣，鼓起，使外皮脹起，然後就具有了一定的彈性和韌性。纏紗(註十)就是均勻包裹在內膽之上的繭狀尼龍絲，它的作用一是為了使球不容易變形；二是為了投籃時球體飛行和旋轉更穩定、更準確。表皮就是上述所說的皮、橡膠或者合成物質構成。

但是如果不是由專業的店員打氣或是由不懂籃球的人根本不知道籃球的壓力飽和值上限在哪，所以不知道要打多少氣。事實上，所謂的爆炸應該是突然出現的漏氣現象。最常見的，就是籃球的變形

籃球變形後是不可逆的，變形後就變不回來了。籃球在使用過程中會出現磨損，每個地方的磨損程度也不一樣，磨損相對嚴重的地方就容易出現鼓包註(十一)的問題。有時候籃球砸在凸起物上，比如地上的石頭、籃板邊緣等，都會對籃球內的氣壓產生影響，從而縮短使用壽命。這也跟籃球的材質與保養有關，有黃牛面皮、PU合成皮、PVC合成皮、橡膠、ZK超細纖維等，黃牛面皮的籃球是最好的，一般NBA用球就是真牛皮的。 PU合成皮是用的最多的材質，平常我們日常打的80%的球都是PU皮的，優點就是防水、耐磨、室內室外都好用，而且粘度高，手感好。至於保養的方法有:1.選擇適合的場地: 國際常見場地，總共分成 3 種，有室內場地、室外場地以及處在前兩者中間的 PU 場地，要看你手中的球最適合使用在哪個場地。室內場地多半屬於體育館內的木質地面球場，所以在籃球的選擇上會採用真皮或是高等級的合成皮材質，這兩種材質較為柔軟，能給予打球時最舒適的體驗，也禁得起快節奏且質量重的耗損，因此若適當保養，一顆球可以用上好幾年。而室外場地，通常為水泥地，時常充滿砂礫及灰塵，若使用皮質球容易嚴重造成球面刮損，此時通常會選用橡膠材質的籃球來抵擋室外場地的考驗，表面較為堅韌，價格較為低廉。至於PU 地面的場地，因為介於內外場的中間，雖然會有飛砂細石覆蓋但地面相較水泥地確實較為柔軟、有彈性，同時也適合各種競賽程度的使用，因此除真皮球以外，可以嘗試使用質感較好的合成皮球進行比賽或練球。2.潤滑球針註(十二):功用在於保護打氣孔，也避免球漏氣變形。3.壓球:打完球時我們通常會坐在球上靠著球柱旁休息，但其實籃球不可以受到重壓或是擠壓，這樣非常容易讓球變形。4. 適當的充氣量: 過飽的充氣量造成球面緊繃破壞材質，更容易造成「吃蘿蔔乾」等受傷風險5.擦拭表面:台灣氣候較為潮濕，打完球必須以乾布擦拭表面，以免真皮發霉造成洩氣。

註九

註十

纏紗:由尼龍絲一層一層包裹在內膽上呈現繭狀

註十一

籃球外表皮質之內，還有一層橡膠的內膽、尼龍絲網、中胎，尼龍絲網有斷裂，內膽材料受力不均，就會撐開，形成鼓包。

註十二

打氣孔如果發生龜裂，氣將會外洩，所以要用潤滑劑塗在針上在打氣以保護氣孔。

3D列印是什麼?

3D列印，正名「積層製造」，印機的3D版，只是從一般列印機的墨水換成了可固化的材質，用途就是製造模型、公仔，而最近科技也帶來很大的突破，例如製造飛機和汽車零件，世界目前還研發多樣化的材料列印，譬如在未來可能有3D列印的食物(註十三)、3D列印的器官(註十四)...。

至於3D列印最重要的就是要有「3D設計」的技術，要利用電腦軟體例如SOLIDWORK、RHINO等等軟體建立3D的模型，才能輸出到3D列印機做出層層的堆疊，形成你所想要的3D物體。

目前3D列印技術分為三種

1.FDM（熱熔融層積）技術及應用

FDM是最普遍的3D列印技術，其3D列印原料通常是在捲軸上輸送的熱塑性聚合物，通稱為線材(註十五)；線徑寬度公定為1.75mm或3mm(或2.85mm)，再透過加熱噴頭擠出。加熱噴頭安裝在移動桿上，讓噴頭的擠出材料可以在列印範圍內層層堆疊、冷卻並固化於平台上以完成物體。FDM的優勢是適用於辦公環境、簡單操作、不需用化學品進行後處理、原料多元便宜、可以長時間存放，FDM技術有時需要支撐結構，但依照 CAD建模設計時的考量可以有效精簡支撐材料。市面上可見最早的單噴頭到最新的雙噴頭兩大類型，使用雙噴頭就能在單次列印中同時運用兩種材料；透過兩種不同類型的相容材料，能直接列印具有卡榫、轉動…等，機械功能的產品；或者採用可直接剝離的分離材料，讓產品具有較平滑的表面、高質感、減少後加工。FDM有Ultimaker、BCN3D、Prusa、Snapmaker(註十六)．．．等品牌系列的3D列印機。

註十三: 德國食品新創公司biozoon製作的3D列印食物(圖1)NASA研發的3D列印披薩(圖三

註十四

研究人員透過從志願患者身體取出一份脂肪樣本，然後將脂肪分離成細胞和非細胞材料，隨後細胞編輯為多功能幹細胞（具自我更新、自我複製能力的多潛能細胞，能分化成任何類型的體細胞），而非細胞材料（主要由膠原蛋白和糖蛋白組成）就製成水凝膠，相當於印刷的「墨水」。與水凝膠混合後，細胞分化成心臟或內皮細胞（後者是排列血管內表面的細胞），隨後 3D 生物列印機就能逐層構建生物組織，產生與患者特異性免疫相容的心臟貼片，透過 CT 掃描技術勾勒心臟形狀、血管結構，最後「列印」出整顆心臟。

註十五

PLA線材十分容易列印且不易翹曲，能提供物件良好的表面質感，同時可以搭配Cura 切片軟體，展現最佳的成品品質，是價格最經濟實惠且容易列印的3D列印材料。

註十六

1.SLA／DLP／LCD 光固化技術及應用

光固化成型是世界上第⼀個 3D 印刷技術, 發明於 1980 年代, 仍然是專業⼈⼠最受歡迎的技術之⼀。光固化技術是使用液態樹脂(註十七)作為原料，在樹脂槽內倒入樹脂並將列印平台浸泡其中，再以光照面板或雷射UV照射光束到列印平台上，受到照射的樹脂會硬化成型，藉由平台從樹脂槽中升起來層層堆疊成型。其中常因光照技術的不同而稱SLA（雷射）、DLP（投影器）、LCD（LCD面板）(註十八)…簡稱，但技術原理大同小異；工業精度而言SLA高於DLP及LCD，同時價格也高出許多，而最親民的為LCD技術，約台幣八千元以內即可入手。

光固化技術適合用於精密細節的複雜零件或珠寶設計，幾乎在所有情況下都要使用支撐結構，在一般通風良好的小型工作室或技術實驗室都能使用。後處理相較於FDM技術較複雜，通常需要使用酒精進行清潔，或根據需求放入紫外線箱中另外照射以加強固化。樹脂原料有些刺鼻、易燃且保存期限較短，新舊樹脂不可混合使用，材料價格相對其他兩種技術較高；但光固化技術的成品表面最光滑，適合作為精細的造型物或小型零件的原型。

 註十七

一般光固化技術所使用的液態樹酯為光敏樹酯，主要是製作動作人物行業中非常流行的材料，甚至是裝飾和珠寶行業的主要材料。因為光敏樹酯便宜又好清潔，所以比較適合新手。光敏樹酯3D打印機可以打印出更精確、分辨率更高的打印成品，並具有易於拆卸的支撐件，使其成為小型、高細節打印項目的好選擇。

註十八

SLA 物件具有最高的解析度和準確性、最清晰的細節以及所有塑膠 3D 列印技術中最可達成表面光滑, 另 SLA 的主要優點在於其通用性。材料製造商創造了創新的 SLA 樹脂配方, 具有廣泛的光學、機械和熱性能, 以配合標準、工程和工業熱塑性塑膠。

DLP打印技術（Digital Light Processing 3D Printing），又稱FTI（Film Transfer Imaging）。DLP 3D打印技術與FDM技術完全不同，但和SLA 3D打印技術十分相似，利用液態光敏樹脂（Resin）作爲打印材料，以逐層逐層打印的方式把物品打印成型，打印時也可能需要加支撐，而整體的仔細度（精準度）是極高！DLP 3D打印技術的特別之處，是透過投影機投影的方法將液態光敏樹脂光固化，打印製成品。

LCD光固化3D列印是使用立體平版印刷（Liquid Crystal Display）的光照技術，樹脂會藉由LCD顯示螢幕發射出的LED光線照射，由液體逐步固化的原理；過程中LCD面板會遮擋部分光線，只有部分區域會照射到光敏樹脂，分層重複硬化，最後堆疊出完成品。

3.選擇性雷射燒結（SLS）

選擇性雷射燒結（SLS）3D列印因為有著強大的功能性物件，因此受到許多不同行業的工程師與製造商信任。數十年來，SLS 3D列印(註十九)直是工程師與製造商的熱門選擇。零件的低成本、高生產率與成熟穩定的材料，讓這項技術成為許多應用的理想方式，從快速打樣、客製化生產到小批量生產都沒問題。

機械、材料與軟體的快速進步與發展，讓SLS列印可以用在更廣泛的企業用途上，也有越來越多公司可以使用先前僅有少數高科技行業可以使用的工具

SLS技術使用粉末聚合物(註二十)作為3D列印的原料，將粉末倒入機器中，機器內部會將薄層粉末來回鋪平在列印範圍，再以雷射光融合材料，並透過微幅的高度升降堆疊並完成印品。由於粉末列印材料會填滿整個內部空間，因此不須使用支撐結構輔助成型（因為整體在列印完成前是緊密的粉末，因此不會有中空材料掉落的問題），未使用完的粉末可以透過專用設備過篩後再與新的粉末混合使用。​SLS技術適合設計結構複雜、可動性高且懸空細節多的作品，成品為霧面質感，不易產生堆疊紋理。在初期設置和維護方面，SLS是三種3D列印技術中成本較高的，使用設備的難度和複雜性相對高於前述的FFF及LCD技術。建議每次進行3D列印時都盡可能的使用整個機器內部的列印體積以避免浪費粉末。

註十九

1.列印：粉末會以薄層方式散步在成型粉槽內頂部的平台中。列印機將粉末預熱到略低於原料熔點的溫度，這讓雷射在追蹤模型以固化零件時更容易針對特定的區域加溫。雷射會掃描3D模型的橫截面，將粉末加熱到略低於熔點或正好等於熔點。將粒子燒結融合在一起，進一步形成實體零件。未燒結的粉末可在列印過程中作為物件的支撐，因此不需要專門的支撐結構。接著，平台會下降一層進入成型粉槽，通常是介於50-200微米之間，接著會持續重複這個過程，直到物件完成。

2.冷卻：列印後，成型粉槽內需要在列印機內與列印機外稍微冷卻，以確保最佳的機械性能也避免零件翹曲。

註二十

粉末聚合物製造方式:首先在密閉容器中將復膜高分子粉末及抗氧化的混合物加熱，使溶解於溶劑中，然後逐步使樹脂以高分子冷卻聚合物顆粒為封裝，逐步成型包覆在聚合物高分子顆粒表面，經真空乾燥、球磨，篩分選擇一定大小的粉末即為成形包膜高分子顆粒聚合物粉末材料。本發明所製備的高分子聚合物粉末/成形樹脂複合材料燒結性能優良、流動性好。材料中規定含量少，而進行激光燒結（SLS）最終形坯具有較高的精度

3D列印籃球的製造方式

3D列印籃球其實與最近開發的3D列印米其林輪胎有著大同小異的製造方式。

3D列印米其林輪胎:

這個打造理想輪胎的計畫始於2016，最原始的初衷是要改善輪胎的碳足跡，也要減少輪胎對環境帶來的負擔，因此研發團隊進行有機材料的測試，利用有機材料可生物分解的特性製作輪胎，以解決廢輪胎回收不易的問題。

輪胎採用無空氣概念，輪胎不再需要填充空氣，而是利用有機原料製成結構體，這樣胎體結構使車輪更堅固，也因為不須填充空氣而排除爆胎造成的危險，更重要的是，這樣的結構還能加強舒適性與耐用性。

MICHELIN VISION將3D列印導入概念，利用即時製作的方式打造輪胎的胎面，如此一來可以將橡膠的使用量降到最低，令胎紋深度與橡膠厚度優化，還能即時針對使用著的需求進行更改。透過網路將資訊彙整後，再由車輛的目的地進行分析並選則最佳胎面，再由預約的3D列印站進行即時胎紋列印，如此就將輪胎的效能維持在一定的水準，大幅增加行車安全。

3D籃球的設計團隊首先就是要建模出籃球的模型並依靠3D列印格子結構和研究級材料來複製傳統籃球的彈跳力。球的表面被六邊形小孔包圍，讓空氣自由通過，有助於彈簧。普通籃球常見的接縫結構出現在無空氣原型的肋骨上，還有八個板狀裂片。至於原型開始於一個白色粉末床和一個雷射，該雷射在粉末中水准蝕刻球的六邊形設計。隨著圖案的堆疊，3D列印的無空氣籃球栩栩如生，團隊將大量的白色粉末灑在上面。該團隊用另一台機器將粉末密封到3D結構中，然後將其放入染色機中，從純白色變成全黑色。雖然3D列印籃球雖人不是跟3D列印輪胎一樣使用生物重組技術，也不能及時修補、製造胎紋以適應路況，但是其概念-不需要填充空氣、排除爆炸危險、可以減少塑膠、橡膠的產生以達到環保的目的都是相似的。

結論

目前的3D列印無氣籃球還在測試階段，而且蠻多球員都對這顆籃球不予置評，雖然說3D列印籃球在性能、規格、重量、尺寸和反彈力都符合現在的比賽用球，但是一般籃球的優勢還是在於籃球員喜歡的還是皮革般的手感還有籃球上面的線形凹槽可以在比賽時更快速地掌握好投籃的球感，而3D列印籃球從四面八方摸起來，都是六邊形的空洞，讓球員摸起來有滿滿的粗糙感。

但是我覺得在未來3D列印技術勢必會有更大的突破，在這個時代這顆3D列印籃球絕對是推動所有產業和開拓想像力的創新代表。Wilson在聲明中表示：「在這款籃球準備好面對世界各地的球場之前，還有很多工作要做，但我們對這款籃球創造出的可能性感到興奮，它有機會成為其他運動裝備的創新先驅，也代表了Wilson未來的發展潛力。」說不定在未來3D列印技術真的有辦法製造出一模一樣的外觀、一模一樣的觸感的3D列印籃球，讓我們相當期待。