雷射應用為製造加值

撰文/凃心怡

工研院「南部雷射光谷育成中心暨試量產工場」結合南台灣光電、精密製造、模具、醫材等產業,不僅帶動傳產高值化,也打造南台灣成為先進雷射應用與產業群聚的創新基地。本次「南台灣產業大進擊創新論壇」,也展示多項雷射技術研發成果,擴展雷射在製造業領域的實用性之餘,也推動產業升級。

過往人類慣用實體製造工具,對於光的利用僅侷限於能量的解析,工研院雷射與積層製造科技中心主任曹芳海表示,「我們知道光不只是能量而已,也能是製造的工具,只要妥善利用,無論是從檢測端、製造端,都可以利用光的效能執行製造與檢測。」

曹芳海分析,將「光」導入產業製造端,已有 30 多年歷史,應用非常廣泛。從早期的「減法製造」,銲接、切割、鑽孔、或表面處理等,「等於還是用傳統工具的做法,只是用光能讓整體製程變得更可受控制,也更精細。」


與市面上國外的類似機型相比,工研院研發的節能美光雷射清潔機不僅電費省、體積也僅有一只行李箱般大小,應用範圍與材質廣,作業精密度更是大幅提升。
與市面上國外的類似機型相比,工研院研發的節能美光雷射清潔機不僅電費省、體積也僅有一只行李箱般大小,應用範圍與材質廣,作業精密度更是大幅提升。

雷射從減法製造邁向加法製造

隨著時代科技的進步與研發能量累積,如今光的運用早已經突破過往,朝向「加法製造」前進。曹芳海說:「也就是一層層如列表機列印的方式列印出來,直接用來製造成品。」舉凡掃瞄成像、生醫手術、模具製造,雷射都扮演關鍵角色。

產業科技國際策略發展所資深分析師葉錦清進一步解釋,加法製造被大量且頻繁運用在工商業界的打樣製程中,有別於傳統打樣必須仰賴機械開模,短則 1 週、長達數週;積層製造打樣可節省一半以上時間,「加法製造演變至今,已不限於打樣,還可以直接生產零組件或是產品,進步速度非常快。」

慣稱為「3D 列印」的積層製造技術在台灣也開始發光發熱。由於技術越來越成熟,材料適用性也越來越廣,包含塑膠、陶瓷、沙、玻璃、碳纖維複合材料等,台灣的廠商也紛紛投入其中,無論食衣住行,皆已經有製造應用產品。葉錦清預估,2022 年,全球積層製造產值將達 250 億美元,成長非常快速。


工研院研發的「粉床式金屬 3D 列印及應用」可創造出於內部結構複雜的產品,就連航太專用的火箭推進器反應流道也難不倒它。
工研院研發的「粉床式金屬 3D 列印及應用」可創造出於內部結構複雜的產品,就連航太專用的火箭推進器反應流道也難不倒它。

 

雷射加工精細微準 兼具品質效率

雷射產業刊物 Industrial Laser Solutions 估計,2018 年工業雷射的應用主要仍來自於金屬切割、焊接,兩者合計達整體應用之 54%。近年蔚為風潮的積層製造比重則增加到 3%。由於雷射加工有品質與效率優勢,加上只有雷射可同時從事加法與減法製造,傳統加工設備整合雷射,成為複合加工已成為大勢所趨。工研院積極開發工業等級光纖雷射源,以及各項加工處理應用,協助產業加值,朝下世代製造前進。

現場展出工研院所研發的「粉床式金屬 3D 列印及應用」,是國內首見自主設計製造的雷射積層製造設備。此技術可應用於內部結構複雜的物件,無論是航太產業、汽車製造或民生消費用品等,皆能協助產業創造出更高效能且高值化的產品。

台灣氣候潮濕,機具與加工件除鏽成本高。工研院研發「節能美光雷射清潔機」,以自製低功耗、高脈衝光纖雷射源,以僅 50 瓦的低功耗,雷射瞬間峰值可達 5 萬瓦,脈衝寬度可自由調整、適應各種材質之清潔除鏽。與市面上國外的類似機型相比,節能美光雷射清潔機不僅電費省、體積也僅有一只行李箱般大小,應用範圍與材質廣,作業精密度更是大幅提升。

雷射持續在製造領域扮演重要角色,積層製造則是雷射應用的新趨勢,不僅可以讓產品一體成形,增加其價值,少量多樣更是它的強項。南台灣為金屬模具、加工重鎮,雷射的高品質、高精度與高生成率特性,隨著雷射產業聚落的形成,將為台灣製造業再添優勢。


文章轉載自工業技術與資訊月刊第 327 期

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