2017年6月及11月為推動台灣雷射產業接軌國際及拓展市場，邀約國內廠商一同組團參加兩年一度的2017年慕尼黑國際雷射展及法蘭克福2017 Formnext第三屆積層製造展，期間有些觀察藉此略作說明。
2017年慕尼黑國際雷射展於六月舉行，我們除參訪雷射展覽外，也參訪德國幾個重點雷射研究單位與公司，如：Coherent-Rofin、IPG、Trumpf、Scanlab、Fraunhofer IWS、blz、LZH、3D MicroPrint 、3D MicroMac等全球雷射源、模組及設備系統製造商；2017年慕尼黑雷射展幾個整體的概況：(1)參展商共計1,293家，其中800家來自德國境外，有42家是全球頂尖公司；(2)參訪者來自90個國家約有32,000人次，超過60%來自德國境外，德國除外的最多參訪者依次為法國、英國、日本、瑞士及美國；(3)全球光子學經濟代表，統計產業實際產值增長趨勢分別為2005年€228 billion、2011年€350 billion較2005年複合成長+7.5%、2015年€447 billion較2011年複合成長+6.2%，以2015年的產值佔比而言排序依次為中國、日本、歐洲、北美、韓國、台灣、其他地區，就歐洲觀點主要貢獻產業依次為顯示器26%、資訊16%、太陽能12%、照明8%、醫療8%、武器及安全7%、量測及機器視覺7%、量產技術6%、光學元件5%、通訊5%；(4)2017年運用光子學及雷射技術於創新應用較吸引人的為無人車及生醫診斷，另外量子光學亦有長足進展。
由於雷射展為兩年一次，因此全球重要雷射廠商皆有參與，包括Trumpf、Coherent- Rofin、JENOPTIK、IPG、SPI等；其中地主國德國居於歐洲雷射領導地位，重量級廠商(如Trumpf、Rofin等)亦為展場焦點，而德國研究機構Fraunhofer、LZH也同步發表研發成果；中國廠商參展攤位也不少，其中具知名度的如大族激光；因Coherent併購Rofin，今年變成Coherent-Rofin一家公司的攤位展出，該公司為全球主要雷射源大廠之一，專注在雷射源的開發，應用領域包含micro到macro，會場展示主要以各種不同波長的雷射源(從UV到IR波段)，包含氣體雷射、固態雷射與半導體雷射，Coherent除併購Rofin也併購DiLAS、nuFERN，另有屬於Swiss Precision的LASAG不確定是否被併購，但其用於切、鑽、銲的加工頭也一起展示，因其併購多家公司，今年除雷射源外也有展示雷射設備及系統，顯然Coherent已透過併購成為一家可提供全方位解決方案的雷射公司。
IPG為全球最主要光纖雷射源大廠，主要訴求廠內垂直整合，光纖從預型體到最後抽出自用光纖，Diode從wafer磊晶到封裝都自行生產，因此組裝成光纖雷射源模組都在可控制範圍內，無論品質、成本皆可提供讓人安心的產品，雖然展場以雷射源為主，但光束整型、fiber delivery、collimator、power module等也都有涉足及提供，顯示IPG也在擴大經營範疇及轉型，似乎也有幫人樣品試作，早期不涉足飛秒雷射也踏入了，應是超快雷射市場漸成形，其中UV nanosecond laser、12萬瓦光纖雷射及飛秒雷射為其展出主軸。
Trumpf本次以展出他們新推出的產品為主，諸如TruDisk Pulse 421、TruLaser station 5005、TruLaser Cell 3000、TruDisk 4001、TruMicro 7370、TruMicro 2020、TruDiode 4001.5、PFO 33、TruPrint 3000、Welding/Cutting Heads，以模組、設備、系統為主，可應用於切割、銲接、鑽孔、打標、3D成型等，其模組、設備、系統相互間皆可搭配，端看應用目的為何進行選配，其雷射源最高功率可提供達8KW，Marking設備則具有視覺自動對位、定位功能，已與工業4.0銜接，真正作到數位化製造，從其品項的齊全度、軟體未來銜接的布局，似乎想得到的應用，TRUMPF皆可提供解決方案，由此讓人感嘆台灣技術的腳步與觀念尚需大大努力，才有機會在國際競爭，然由Trumpf提供的2015/2016財報，銷售額2,808.5百萬歐元，雖較2014/2015成長3.4%，但訂單收入卻衰退0.9%，稅前營收衰退15.2%，及年度淨收衰退13.3%，若非他們資本投資大幅成長，似乎也代表雷射應用產業遇到瓶頸，但後來在與其他德國廠商交談，普遍反映今年景氣很好，顯示Trumpf積極投資布局中。
在今年雷射展的四個展場論壇中，因時間有限大多只去聽工業雷射應用場域，其他就較沒時間聽，尤其較傾向前瞻及學術的ICM B0場域完全沒時間去聽頗可惜，從大會的佈置來看ICM B0為World of Photonics Congress，B2為Bio-photonics and Medical Applications/Optical Metrology and Imaging，B3為Laser and Optics，A3為Industrial Laser Applications，就近程而言A3是與我們關係較貼近，若將時間拉長五年以後，那其他的場域都會有關係，而以台灣產業遠景規劃需求而言，ICM B0是對國家雷射或光子產業規劃提供訊息的參考場域。
本次行程也安排到三家公司廠區實地參訪，包含SCANLAB、3D MicroPrint及3D MICROMAC，發現SCANLAB雖列為全球掃描器大廠，確沒自己作產品burn in testing，不禁讓人深思，我們有時太高估競爭對手或侷限自己，以為國際大廠都會進行完整測試才會對外銷售其產品，而自我要求要完整產品建立後才可出售，反壓縮自己的勇氣及時機，從此次參訪掃描器實例看來，無論德國或大陸都採取以戰養戰商業模式經營，前者可能憑藉技術的自信及系統夥伴的協助而敢運用此商業模式，大陸可能基於政府補助、市場規模、工業文化等因素而如此作，台灣是否也可找出自己有把握的模式來競爭呢，諸如透過網路連線及軟體線上診斷服務，以即時服務克服技術及成本的挑戰；3D MicroPrint以提供雷射精微積層製造設備為主，其金屬粉末顆粒以2~5 mm為主，就技術而言是我們可以參卓的對象，但其主要定位在銷售，由其訂價一百萬歐元代表此類商品尚在高利潤階段，但自2013年迄今近四年賣出4台，也意味市場還在試溫中，如果我們能在兩年內進入市場，應該是個高值及市場漸起的好時機，是值得我們此時好好思考進入與否的時間點；3D MICROMAC從其介紹的雷射應用技術內涵及設備種類，已經漸漸由計畫導向轉入專用機導向公司，由此也給我們一個啟示，奠基技術深度，先計畫導向漸轉專用機導向，是在現有大廠林立競爭下可生存的模式之一，而且因奠基技術深度，較有機會走差異化及高值化的商業路線。
十一月在法蘭克福展出的2017 Formnext 相較去年本次展覽成長頗多，諸如展場28,129 m²較去年擴大50%、參展商470家增加53%、參訪者21,492人增加61%、演討會人數1,028人增加59%，且有約46%參訪者來自德國境外，顯見法蘭克福已成全球最大AM(Additive Manufacturing)國際展場，AM市場愈趨熱絡，積層製造目前較具高值化或更實用性的仍以金屬AM為主，在此將用較多篇幅對金屬AM略作說明。
金屬AM迄去年止仍只見PBF(Powder Bed Fusion)及LMD(Laser Metal Deposition)兩種方法，然今年卻冒出以FDM(Fused Deposition Modeling)為基礎的方法，包含德國3d-figo推出FFD 150H利用金屬或陶瓷粗顆粒，直接送入列印機，透過列印(printered)、去膠(debindered)、燒結(sintered)三道程序完成金屬列印；美國Markforged則採用線材式材料推出Metal X，其製程也是列印、去膠、燒結三製程，由三台設備完成全製程，全買共需160K歐元，若單買列印機定價100K歐元；同樣是美國麻州的Desktop metal 推出的Studio System，定價120K美元，是採用蠟和高分子將金屬粉先做成棒材，再以類似FDM方式列印，接著用流體方式去膠，最後用約1400ﾟC進行近乎燒熔的furnace，得到聲稱緻密度98~99%，以上三種方式詢問展出單位皆稱有20~25%的收縮率，認為可以取代金屬射出模具，另外，Desktop Metal也展出一台量產型類似HP fusion的系統，可以雙向列印，聲稱可以較一般單頭雷射PBF快100倍，每個生產零件成本便宜20倍，但須到2019年才會上市，不知是專利問題，還是如HP一樣策略，先在市場廣宣讓大家期待，兩年後上市較易被認同，也爭取時間進行改善。平鋪鐳射熔融
金屬AM除原有EOS、SLM、Concept laser、Raineshaw、Trumpf、Stratasys等知名廠商外，多了幾家大公司也投入PBF及LMD，諸如HOFMANN、Sisma、InssTek、Citim及韓國研究單位的LMD；其中Trumpf會場更展出單頭、兩頭及三頭雷射共工的PBF TruPrint 1000、300及5000三種設備，其雷射源有200W及500W兩種，較去年更新的有供粉採雙槽輪流供粉，確保量產不中斷，且製程監控軟體採視覺式，使用者介面親和力強，也可連線遠端監視及中央資料收集，具備工業4.0能力；觸控式人機、製程監控、量產供粉及管理、具工業4.0連線能力等四大特點，是本次歐洲機種共同特點，顯見metal AM已開始準備進入工廠量產，歐洲很快就會實現加減複合製程於工廠。
今年PBF有幾家公司令人印象深刻，諸如DMG正式推出新機種Tech 30 SLM，從約四年前首先推出Tech 45咬花機、三年前推出Tech 65 LMD+CNC複合機、今年則首度推出Tech 30 SLM的PBF，從DMG的發展可看出工具機廠如何步步進入雷射領域的方式，這是目前面臨嚴峻挑戰的台灣工具機廠可以借鏡的例子；日本Richo去年開始在展場看到以SLA(Stereolithography)進入AM領域，今年新增PBF令人相當驚訝，從傳統照相機快速進入AM，且很快推出金屬PBF，意味AM市場前景歐美日皆看好；展場中，GE Additive攤位相當具規模，主要強調幾點包含1.)其購併的Concept laser花九個月研發剛推出一款BETA machine可進行Build volume: 1.1 x 1.1 x 0.3M (x,y,z)的PBF設備，鋪粉方式看起來別於一般每次全鋪而是以如蓋印章方式，完成整個大面積製造，因其為龍門框架聲稱z軸可增至1.0M，將可應用於航空、汽車、太空、鑽油及鑽汽等工業，2.)積極行銷其AddWorks軟體，強調可涵蓋design、material及industrialization三層需求，GE Additive以自身BETA machine剛於兩周前完成的渦輪螺旋槳發動機引擎(turboprop engine for Cessna)為例，傳統工法須由855零件組成，利用此軟體及AM可簡化為12零件，而燃油噴嘴尖端(power fuel nozzle tip)製造工期由15~18個月縮為3~5個月，並將此噴射引擎零件由20件整成1件，零件耐用性提升五倍，減重25%，材料方面則於27個國家投入超過1000位科學家進行研究，預估經由軟體及AM的結合，未來十年將可為GE在各方面的應用，省下約30~50億美金，3.)推廣AM自動化工廠，正規劃GE未來生產工廠為無人化自動化，以動畫呈現未來工廠運作情境，包含各站全部藉無人運載傳輸、連線監控、自動下載上載原料及成品、機器人做後處理等。
葡萄牙已有60年歷史的adira公司展出TLM (Tiled Laser Melting)PBF大型設備，工作範圍1000x1000x500mmm，宣稱是世界最大金屬工件列印機，從尺寸來看確實較GE BETA machine大些，因現場不提供任何詢問，雖聲稱有專利申請中的創新工作方式，但從機械結構來看，似乎與GE的蓋印章方式相像，因其網站提及有與研究機構或學校合作，猜想Concept laser與adira都是技轉自歐洲某研究單位，在GE展場也不讓人家問，由此顯見，歐盟諸如H2020的計畫，確實形成產學研的綜效，見證群體戰的效果；adira這家公司從網站發現其產品系列也是一家工具機，從沖壓機、折床機、切割機、雷射切/鑽/銲，到金屬AM的擴充例子。
土耳其成立於1965年的ERMAKSAN也展出PBF的ENA 250，工作範圍250x250x300 mm，500W fiber laser(1000-750 W optional)，從規格看推想是新進者，但強調其雷射全自製，高效率高精準，不用關機，穩定性1~3%，且粉末也自製，從網站發現也是從沖床、折床、離子切，跨入雷射切/鑽/銲，再進入metal AM，特別的是自製雷射源及金屬粉末，可能這家公司是土耳其國家想培養可自主的重點公司或屬於集團式公司，然也表示單純的工具機公司，很難滿足市場，需納入雷射才更有競爭力。
美國賓州大學創業園區(Penn State University’s Innovation Park)的新創公司Xact Metal，推出XM 200，build volume 127x127x127 mm，250W fiber laser，定價12萬美金，約360萬台幣，XM 300，build volume 254x330x330 mm，fiber laser 250W x 2 定價美金37萬元，250W x 4定價美金55萬美金，此案例顯示PBF門檻愈來愈容易跨入，大學新創公司即可推出，同時價格開始急速往下降，可預見金屬AM新公司及新價格三年內將急速產生及下降，很快PBF就進入戰國時期，當設備、粉末便宜，意味進入生產線，改變現有設計、製造、消費的型態，很快就會發生，而台灣的工具機及傳統工廠若未能跟上時代改變，設備廠及生產工廠將受到極大衝擊。
SLA技術除Stratasys及3D System外，RICHO繼續展出大設備並強調可以做到很微細，若論SLA日本確實最早研發並已有良好基礎，在日本國內AM兩波熱潮失敗後，如今捲土重來卻以日本擅長的精微切入，未來SLA市場將會更趨可用性及務實；HP的BJ設備這次現場展出，仍吸引很多人潮排隊聽其解說，目前仍以展示Nylon 12或PA 12為主，但也有展出金屬新製品，只是都拿在業務人員手上，不接受詢問，不知又再行使何種策略；以色列XJET公司仍展出雙卡匣奈米金屬粉末BJ技術，似乎與去年沒太多差異；荷蘭Additive Industries公司這次就有實機展示他們的Metal Fab，主要以模組化將金屬AM製程各站模組組裝起來且可彈性調整，諸如從前端的入料模組、列印模組、下料模組、去支架模組、後處理模組等連成一產線，整個製程都在一密閉隧道內完成，減少粉末飄污，達成乾淨製程的實現，各站間以自動機構進行傳輸，且全部連線是工業4.0的水準，今年可以現場實際生產展示，顯示AM已可全自動化在工廠進行量產，值得我們開始規劃導入！
Fraunhofer每次的展覽都令人期待及驚訝，這次ILT仍續展出動態自動光型調控雷射表面處理可以在高低曲面上依設定進行硬化或改質或拋光的實機展出、µ-SLM技術可以列印精緻金屬製品、網印金屬3D製品、金屬AM製程後直接以雷射拋光表面到Ra~0.2µm等成果，讓人不得佩服ILT，其中，雷射拋光技術從去年的金屬表面，今年更發表玻璃粗拋Rms < 5 nm、細拋Rms < 0.4 nm及塑膠表面粗拋Rms < 25 nm、細拋Rms < 1 nm的拋光技術，在金屬AM設備今年新推出Die Alpha 140，build space fd140 mm x 200 mm，採用915 nm diode laser，spot size 140 um，one laser 125 W，現場展出INC 65與SL 615製品，緻密度99.9%，定價79K歐元含軟體，同樣在百人規模研究機構，為何每年都可以源源不絕有好產出，且也往低價方向研發，而不再只追求高科技，務實！入世！是今年研究機構及新創公司的鮮明信息，頗值得我們學習，另外，在技術說明會也發表用綠光雷射進行銅或合金的AM研究，以1064 nm對銅吸收率僅約5%，而綠光則有約45%為論點，但尚在研究階段，還未有設備做出製品，目前銅製品仍是以fiber laser為主。
中國大陸除原有的FDM、SLA設備展出，新增多家金屬AM設備及粉末公司，諸如杭州德迪智能(DediBot，www.dedibot.com)有FDM、SLA、DLP(digital light processing)、DED(Directed Energy Deposition)、SLS（Selective Laser Sintering）及SLM（Selective Laser Melting），其中SLM的DS1-200 小面積fd 106 mm x 62 mm，大面積fd 170 mm x 145 mm，西安伯力特(BLT，www.xa-blt.com)主推SLM、DED，2017年售出80台設備含14台EOS，64台BLT，打算推出四頭 60 x 60 x 60 cm，目前公司超過100人，相較四年前去西安拜訪僅20幾人，可見大陸市場的蓬勃；這次會場金屬粉末廠粗估超過十家，其中大陸廠約有5~6家，而歐洲廠商較值得重視的是，原本的粉末大廠如BASF都加入行列，顯見市場漸明郎且激烈，成熟度也將隨設備、材料多廠加入，加速技術愈趨成熟、成本更低，而更快產業化！
從本次AM展場規模成長超過50%以上，大公司、中小企業、新創公司積極投入，意味AM市場愈趨成熟，已可導入量產，各國公司皆積極加入，顯示AM將如市場預期快速成長，台灣目前僅有科技部較積極在投入，相對韓國、日本、中國大陸，台灣反而由領先變成落後，面對未來複合加工及綠色生產趨勢，若我們不更積極投入，恐怕連既有的工具機產業也將倍感艱辛！以目前台灣AM及政府財政狀況，或許以應用領域如下世代汽機車等車載系統，當作應用驅動力及計畫，結合產學研資源，形成一大團隊，分工進行，如此耕耘3~5年應該就能有機會帶動產業生態鏈，跟上世界趨勢正向循環，同時協助既有產業升級，諸如工具機、模具、生產工廠等，果如此，此時就須積極行動！
透過國際雷射及積層製造的展覽說明，加上「雷射與積層製造技術專輯」的介紹，希望國內先進能藉此廣為交流，觀察國際產業態勢共同為台灣雷射及積層製造產業的茁壯加油、努力，本期共有九篇文章，包含產業市場現狀、超快雷射技術及應用、奈秒雷射彩雕技術、高功率雷射製作組裝、高功率雷射長距切割、兩種金屬積層製造及仿生皮膚積層製造，分別針對雷射及積層製造技術的研發結果作探討，以享讀者。