技術專題主編前言｜雷射與積層製造技術專輯主編前言

2015年有機會陸續接觸到英國、德國、比利時、瑞士、俄羅斯、美國、日本及韓國等歐美亞專業人士，在雷射與積層製造的技術領域進行交流；在雷射技術應用上，英國曼徹斯特大學無論在脈衝雷射微細加工或高功率粗加工，都深具技術能量與產業化，諸如利用雷射提供汽車車尾金屬板及塑膠板焊接的清潔及焊接，雷射清潔幾年前德國Fraunhofer ILT才提出研究構想及初步結果，如今在英國已用於汽車製程取代傳統化學製程，既簡單又環保；德國的雷射大廠Trumpf約兩年前市面上只看到雷射減法加工設備，如今雷射加法加工設備或積層製造設備如LMD (laser metal deposition）無論機器人型或工具機型都已上市，銷售量若含模組已超過百套，且PBF (powder bed fusion）積層製造設備也即將上市；俄羅斯因國際制裁造成經濟蕭條，研究單位或學校研究經費劇減卻也促成轉型到工業化，舉凡超快雷射源、微細及粗加工雷射設備、製程及代工等公司如雨後春筍，尤其在莫斯科與聖彼得堡兩大城市更明顯。

各國在積層製造的投入更不遑多讓，英國無論曼徹斯特大學、諾丁罕大學、MTC等單位的研究經費都是以五年約15億台幣以上在支持，著力於前瞻創新基礎議題或應用，在設備則較不重視;日本在金屬積層製造的設備開發從2014年其政府宣布投入於雷射、電子束與砂模等積層製造，無論研究單位或產業界皆已見成效，且有加減法複合機開始上市;比利時及瑞士則在軟體及微細尺寸積層製造積極投入;美國原在塑膠材料3D列印執牛耳，現利用併購法國、比利時等公司及自行投入，也在金屬積層製造發揮影響力，尤其依賴航太產業的興盛，從應用端切入後也在國際舉足輕重;韓國雖然才開始投入金屬積層製造，然以其國家投入資金是台灣四倍以上，相信也將很快有成績展現，而新加坡政府也大力支持金屬積層製造；當然中國眾所皆知大手筆投入，目前是全球積層製造設備最大買家尤其金屬積層製造設備，包含華北、華中、華南也都有研究機構及公司投入研究。

從國際在雷射與積層製造技術競相積極投入資源，代表此一大方向是為大家所認同，而台灣積層製造也已納入生產力4.0，目前由科技部主辦，雖然目前經費規劃與鄰近國家相較略顯偏低，卻也顯示政府已在重視；因此，就國內外情勢觀之，此技術很值得大家來投入及關注；本期共編輯12篇文章，從市場趨勢切入，再談雷射技術與應用，隨之介紹積層製造技術與應用，包含金屬及非金屬，最後介紹量測以提醒讀者，無論何種產品或研究最終皆需有量測或檢測才能確認規劃與製作的正確性。

雷射屬於基礎技術及工具，可應用範圍非常廣泛無論軍事、工業、醫療、農業、生活等皆可運用，要直接由雷射應用設備或終端應用進行產值統計非常困難，因此，雷射市場規模統計資料皆以雷射源為主，「雷射與積層製造產業現況」從世界知名雜誌Laser Focus World提供的全球雷射源產值開始引領讀者，由全球雷射市場觀點先見林，接著介紹加工設備由傳統加工機廠正開始轉進雷射加工設備，也引出積層製造市場及設備與雷射的關連，最後近身回顧台灣本身的雷射與積層製造產業現況，希望提供大家見林亦見樹的視野；一般雷射源大多提供鐘型高斯光束或多模態不規則型光束，而雷射加工常因應用需求不同，需有對應光束或光型才能達到良好加工品質，比如想開挖方型孔，若仍採用圓錐型高斯光束，則不可能產生真正直角方型孔，若能才用平頂光束或方型光型，就容易獲得方型孔加工品，至於如何調變光束或光型，「雷射光束整形技術及其應用」介紹各種將雷射光斑進行圖案化的光整形技術包括折射式光整形器、繞射式光整形器、矽基液晶元件光整形等，也分享各式光整形的技術與國際研發團隊於圖案化雷射光斑的加工成果，及目前工研院利用飛秒雷射圖案化光斑加工的成果，包含此圖案化雷射光斑廣泛運用於影像顯示、鑽孔、表面處理等領域加工。

精密模具及機械元件目前主要仍依賴人工進行拋光，因工時久而導致交期不易縮短外，也容易影響品質的穩定性，另也有人力傳承及培養不易的問題，有別於傳統拋光製程利用摩擦顆粒移除工件表面突起，雷射拋光使用能量光束熔融表面材料，使熱熔材料因表面張力流動，填補表面波谷而達到表面平整的作用，可提供精密元件的自動化拋光解決方案，「雷射拋光製程發展及應用」說明雷射拋光技術的作用機制、發展歷程及應用，另也介紹工研院投入雷射拋光領域的研發現況，以及全球雷射拋光機台的發展現況；雷射雕刻尤其雷射彩色雕刻，因雷射能量可在金屬板如不銹鋼板上產生氧化物膜層，造成光學建設性干涉顯現彩色光澤，遂為大家所驚艷，然其加工機制卻頗耐人尋味，「奈秒光纖雷射應用於不鏽鋼深蝕刻製程之參數分析與優化」一文，探討奈秒光纖雷射加工技術應用於不鏽鋼板深蝕刻製程，並且以田口實驗方法(Taguchi method）探討雷射主要參數，如雷射功率、雷射脈衝重複率、雷射光束掃描速度與雷射光束掃描間距，對不鏽鋼材料移除速率的影響，找出最佳的參數組合，並實驗確認最佳化的參數組合確實達到最佳的移除效率，或許可以提供同行深耕技術靈感。