金屬積層製造車業創新應用及發展

摘要： 積層製造技術可實現快速原型製造、高自由度客製化設計、材料多元使用等特性，在模具、半導體、汽機車零組件、航太及醫療等產業均具有眾多應用實績，其中產品強度與緻密度已超過傳統鑄造元件，製作成品可直接作為功能性之零組件直接應用，突破過去僅原型展示之用途，展現極高之工業應用與經濟價值。同時，帶動全球知名工業、車業、AM 廠商與研發單位，全力投入金屬積層製造車業技術發展，並結合工業 4.0 未來工廠情境，搭配物聯網、智慧機器人及巨量資料分析，朝向開放架構、模組化可擴充、多站式連結，實現跨場域之智能化整線量產製造。

Abstract：Additive manufacturing technology can realize rapid prototyping, high degree of freedom customized design, and multiple use of materials. The finished product’s strength and density have surpassed the traditional casting components, and can be directly used as a functional component, breaking through the prototype display in the past and showing extremely high industrial application and economic value. At the same time, it drives the world's well-known automotive industry, AM manufacturers and R&D units to fully invest in the development of metal additive manufacturing for the automotive applications. It can be combined with the industrial 4.0 future factory scenarios, Internet of Things (IOT), intelligent robots and big data analytics towards open architecture,modularization, scalability, and multi-station connection, to achieve multi-factory and cross-system intelligent mass production.

關鍵詞：積層製造、汽機車零件、金屬
Keywords：Additive manufacturing, Auto parts, Metal

前言
傳統加工技術隨著工業、航空、醫材領域的蓬勃發展，多樣少量高值需求與加工極限挑戰逐漸浮現，如對於深槽、深孔、高曲率與高深寬比的特殊需求以及複雜形貌加工，甚至內部複雜水路或特殊結構均非常難以加工或實現。金屬積層製造技術，以逐層堆積製造之加法式製造方法加工，解決上述傳統加工所遭遇之瓶頸與限制，減少加工所產生之廢料，更可縮短複雜工件之設計製作工期，免除多道製程以及轉換加工機所需的時間，大幅提升製造效率。

積層製造技術趨勢
積層製造技術由塑膠桌上型製造系統的普及化，帶動許多文創業者的實踐與商品化，而技術上更由塑膠打樣進展到金屬直接成型。金屬積層製造技術一次成型功能性零組件的實踐，帶動新一波積層製造工業材料與應用的發展，未來除了成為金屬加工不可或缺的一環，更將引領產業邁入下世代製造如圖 1 所示。
1. 七大積層製造技術
積層製造技術依照所使用的材料以及成型 技 術， 統整所有積層製造技術，2009 年ASTM(American Society for Testing and Materials)將現有的積層製造技術定義成七大種類 [1][2]，其詳細的定義以及技術說明如圖 2 所示。目前金屬元件的製造可利用各種塑膠積層製造技術成型後再翻鑄轉製或脫模鑄造，又或如黏著劑噴塗成型技術 (Binder Jetting, BJ) 利用黏著劑將耐火砂粉末沾黏成型，可提供傳統砂模鑄造產生金屬元件使用，這些均可間接製造金屬功能性元件，市場上以此技術為主的 3D 列印廠商又以 Desktop Metal及 HP 較知名。以上所述間接成型的方法，受到燒結過程致中會產生收縮變形，且在脫模條件限制下不易成型複雜元件，因此皆會增加產品無法應用的可能性。其中，粉床熔融成型技術 (PowderBed Fusion, PBF ) 與雷射金屬沉積技術 (Laser
Metal Deposition, LMD) 皆為可一次金屬成型技術，所製作的成型品質接近傳統塊材緻密度，甚至成品機械強度已超過傳統鑄造元件，對於工業上直接應用的價值性更高，本文主要針對金屬一次成型的粉床熔融成型技術之創新應用作介紹。
 

圖1 積層製造技術應用演進

圖 2 七大積層製造技術