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「3D列印新材料」國產技術問世 預估投資2.5億元創造年產值100億元

大成報/ 2015.10.07 00:00
【大成報記者羅蔚舟報導】

我國發展3D列印新材料技術跨進自製量產新里程碑!在科技部之經費支持下,國立成功大學航空太空工程學系陳介力教授、王覺寬教授、機械工程學系李森墉教授、羅裕龍教授、國立雲林科技大學機械工程系張祥傑教授等人,研發出自製金屬粉末製程與雷射燒結積層之製造精密平台,並開發完成金屬粉末量產試產線,可生產出多種工業、航空用及生醫用金屬粉末材料,這項技術完成轉移並將成立新創公司,計畫將來投資新台幣2.5億元,初期預計每年生產500公噸。

近年來,傳統製造業技術所提供之方法已漸漸無法提供隨著科技進步衍生的產品製造需求。一般傳統的加工技術,由於是以材料切除的方式進行加工,往往也伴隨著過多的材料浪費與組裝的問題。相較之下「積層製造技術(Additive Manufacturing, AM)」,又稱「3D列印(3D Printing)」,採用與傳統的切除加工方式相反的方法進行加工,其利用材料層層相疊的方式,堆疊出所需的工件。此技術除了具有裝配優勢外,也可加工出一般傳統加工無法生產的特殊、複雜造型工件。

國立成功大學積層製造研發團隊為了提升積層製造機台產品的品質,在金屬粉末製造的研究方面,已建立金屬粉末氣霧法核心技術,尤其在氣霧法噴粉設備及噴粉製程技術方面皆具自主設計建構能力,與世界先進國家並駕齊驅。由於金屬積層製造所需粉末規格要求甚嚴,故粉末材料為原材料市場價格之20~50倍,所產生之產業效益將達千億元之格局。例如一公斤不銹鋼材的價格為120元,但是製造成積層製造用的高檔金屬粉末,每公斤價格為3600元,又以每公斤鈦合金原材料價格為1500元計算,製造成積層製造用的高檔金屬粉末,每公斤價格為30000元。

現階段積層製造用主要金屬粉末材料種類包括鐵基、鎳基、鋁基、鈦基、鈷鉻合金、鎂系合金及銅合金等,大部分用於航太產業,將來會拓展到其他領域的需求,帶動整體產業的成長。在機構設計方面,有別於以往單一滾輪或單一刮條的鋪粉機構,採用整合式設計先刮後滾以提升粉末緻密度,進而增強工件品質強度。這項技術的研究團隊為使研究更加順利,並與國內廠商合作規劃整合機台,像是與東台精機公司討論積層製造雷射燒結所需的雷射規格與製造,與新代科技公司討論雷射反射振鏡的相關規格製作,均是自製機台成功的一大助力,致使產出機台在業界中具有競爭力。

金屬3D列印主要分為七大類,國立成功大學航太系與機械系研究團隊這項研究成果,主要是針對SLS(選擇性雷射燒結)進行研究探討;金屬積層製造技術的關鍵在金屬粉末之生產技術自主化,生產設備自主化,工程設計數位化,這是技術難度高,需要高度跨領域的技術,此即現階段世界主要工業國所推動的工業4.0精神。這項技術之強力推動有助於產業升級,提升台灣之國際競爭力。目前該團隊已完成之金屬粉末製程核心技術開發,生產積層製造所需之鐵基及鋁基粉末,平均粒徑在18-35微米之間,金屬粉末得料率高達60%以上,具有極高的產業價值,可應用於生醫與航太科技產業。

這項計畫所發展的雷射燒熔方面也已建立創新技術,其中即時的線上加工監控技術提供鋪粉緻密與工件尺寸監控功能,更是未來積層製造機台不可或缺的關鍵系統。目前已完成技術轉移,並將成立新創公司,重要成就包含金屬粉末量產試產線已開發完成,所有技術均自有,而且經試量產証明技術成熟可靠;設備成本為國外設備1/5價格;產出良率90%以上,比現有任何設備產出量率都要高 (目前粉末平均粒徑為18~35微米;現生產以用於製造模具所需之高強度高韌性的麻時效鋼及航空工業用鎳基合金為主;以目前粉末生產成本而言,具極大國際競爭力,例如現有市場之麻鋼粉末價格為NT$8,000/kg,該研究團隊生產的粉末價格可以擊敗任何供應商。

3D列印乃現今發展趨勢,國外技術已經接近穩定發展,這次在科技部經費支持下,計畫團隊積極與國內廠商公司合作,將結合國內製造能量產出金屬粉末雷射燒結積層製造精密平台系統。未來藉由國內產、學、研緊密合作,將使本研究能夠順利完成。由於高性能合金粉末具有重要的工程應用背景和龐大的市場發展潛力,未來將著重於以下幾點進行研究探討包括1.研發超輕型高強度高熱傳鋁鎂、鋁鈦合金粉末。2.研究金屬積層製造技術製程參數與工件精度之關係。3.建立加工參數與模型材料資料庫。4.開發SLS製程線上檢測系統。5.建構多光源與自動光程補償之新型光學掃瞄系統。

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