｜基於快速模具之快速試作技術現況與案例

摘要：快速試作方法應用於歐美已行之多年，快速試作之成功應用於產品開發實為先進國家保持產品創新與技術領先之關鍵策略。本文介紹積層製造與快速模具之軟硬體設備，說明整合多項電腦輔助技術的快速試作技術可以提供產品開發之全面解決效果，彙整2011年快速技術國際研討會暨展覽會（RAPID 2011 Conference & Exposition）之參訪心得，解析美國快速試作應用於鑄造（Casting）、3C消費性產品（Consumer Product）、醫療（Medical）、汽車（Motor Vehicle）、航太國防（Aircraft, Aerospace & Defense）、3D Imaging（影像）、藝術與珠寶（Arts & Jewelry）之現況，提出金屬中心多年快速試作之服務案例並說明這些案例的應用效益。國外快速試作技術應用效益顯著，國內產業可仿效創新實現與試作技術並行策略，提高產品價值與利潤，然而，採用試作件材料與其製程與量產的產品材料與製程不同，降低試作件的參考價值與全面應用性，塑膠產品之工程塑膠或橡膠材料、金屬鑄件試作模具無法生產壓鑄件與金屬鈑金試作生產時在最小R角的呈現度、反彈率與摩耗誤差…等，實為試作技術未來發展之方向。

Abstract: Rapid trial manufacturing based on rapid tooling which is applied in the field of rapid prototyping in Europe and USA for many years. This situation keep them as the leaders in the rapid product development. In this paper, we firstly introduced hardware of rapid try and integration of rapid trial manufacturing work system. A method of rapid trial manufacturing system is to become complete integrating several computer aided technology to solve the problem in the stages of research and development. Many examples of repaid try is successfully applied in casting, Consumer Product, Medical, Motor Vehicle, Aircraft, Aerospace & Defense, 3D Imaging, Arts & Jewelry as shown in rapid 2011 conference and exhibition. We also introduce many cases study of rapid try in local company to present the application of Rapid trial manufacturing in Taiwan.  However, the more reduces the value of application of rapid parts, the more different material and process from mold used in the mass production adapted in Rapid trial manufacturing. In the future work, we will study to improve the property of engineering plastics and rubber liked material, to enhance the strength of metal material in the trial working process, to minimize radius of metal sheet appearances and spring back factor, to reduce the errors of trial tooling.

關鍵詞：快速試作、快速原型、積層製造

Keywords：Rapid Trial Manufacturing, Rapid Prototyping, Additive Manufacturing

前言
隨著科技的進步與經濟的高度發展，市場競爭愈來愈劇烈，大陸與東南亞地區挾著優勢人力結構佔據了大量生產代工製造的市場，近年來，我國單純訂單代工之傳統製造業者已經無法與大陸、越南、泰國等地區製造業競爭，紛紛到海外設廠並另尋生路。堅持留在台灣奮鬥的廠商需要建置研發與設計核心部分，除了引進自動化設備提高生產效能且不斷改善產品的品質外，同時強化產品的創新設計感來提高產品售價並提高企業國際知名度，然而，具有創新設計元素之高質化產品通常具有流線外型輪廓，增加模具設計困難度與生產製造的成本。因此，紛紛導入現代快速原型與快速模具等電腦輔助工程技術於新產品的研發，整合快速試作流程技術地縮短新產品的開發週期、減低開發成本，以便快速因應用戶最新的需求，爭取到國際訂單。歷經十多年兩岸的經貿交流，近年來，台商在台灣建置研發設計中心與接單運籌中心且在大陸與東南亞生產基地建造高效率生產工廠的產銷研平行發展的佈局成為當今立足台灣放眼世界的趨勢，這種趨勢在汽車、機車、電子產品、家電產品、玩具等製造業呈現得尤其顯著。國內企業由單純代工製造業逐步轉型升級為製造與服務業，自創品牌與產銷合一爭取大陸等國際市場之經營方式已經是當今台灣企業進入藍海市場的關鍵策略。例如，10年前，台灣幾乎沒有新汽車品牌開發案例，對於汽車的核心技術皆源自國外原廠，現在，裕隆關係企業華創公司生產的「納智捷（Luxgen）」已經是東南亞地區知名汽車品牌，該公司更將設計研發核心技術根留台灣，創造與大陸地區不同的優勢。

如果採用傳統汽車開發需要的時間大約為60個月，而現在僅需18個月，電子3C產品的開發週期已降至半年，家電產品更是大量採用共用模具技術，使產品開發半年內完成且大量節省模具費用，台灣著名風扇製造產的80％以上的利潤來源於年齡不到1年的產品，而且，產品更新的速度比想像中的快很多，在玩具等製造業，常常是第一季度開發，第三季度大批量生產，第四季度銷售。所以，快速、高效地開發新產品是競爭取勝的一個關鍵要素。然而，工廠生產產品離不開模具，尤其是鑄造、鍛造或沖壓、射出成形等工藝所需的模具。除了大量生產需要模具外，產品開發階段之試製原型件常常亦需要大量模具，但是，模具的開發、製作時間與成本，又往往是整個產品開發時間與成本的主要部分，既費時又花錢。例如，一台新車開發約需500多付大大小小的板金模具需求，傳統板金模具皆為永久性鋼模，其製程繁瑣且造價昂貴，模具鋼胚經下料、粗加工、應力釋除、線切割、放電、研磨加工、拋光到表面處理等嚴格道次始得量產模具，開發時程冗長且造價高昂，建置一副大型、複雜的模具的開發，一般需要6個月以上的時間與幾十萬至幾百萬元以上的費用，一副小型、中等複雜的模具的開發，一般也需要3個月以上的時間與幾萬元至幾十萬元以上的費用，整車零件完全採用傳統模具來開發成本非常高昂，業界常選擇簡易模具取代永久性之鋼模。由此可見，模具的開發與製造成本限制了新產品開發並造成生產流程的延長，縮短新產品的開發時程與生產週期、降低整體開發成本，首先必須縮短模具的開發與生產週期，降低模具的成本。隨著汽車、家電及塑膠加工業的不斷發展，模具市場對新產品的要求更加嚴格，其中非常關鍵的就是速度。在競爭日益激烈的模具市場上，誰先拿出品質一流的產品，誰就能贏得這一個市場。基於這一嚴酷的事實，早在70年代，歐、美、日..等先進國家就開發研製許多不同於傳統模具製作的快速模具試作開發流程，這個流程乃是基於積層製造與快速原型快速打樣原型所生產出來之模具，可應用塑膠件、金屬板金件與金屬鑄件的少量多樣雛形製造與中批量的試量產生產上。在產品開發階段應用快速原型與快速模具進行試作打樣，特殊產品進行量產前的試量產開發可以應用快速模具之試作工法加以克服，應用快速試作技術之產品可以在正式投入量產模具之前進行產品行銷並得到初期市場資訊，提前評估產品製程、市場機制與售後服務系統，節省產品研發投入之模具成本，降低流程修改所需的成本與縮短產品正式量產時間。

本文首先介紹積層製造系統與快速模具之硬體設備，該系統應用之優勢與商用機種介紹，快速模具應用於塑膠件、金屬鑄件與金屬板金快速試作生產所需之硬體設備，完整的快速試作工法系統需要整合許多積層製造上游之技術與少批量生產之快速模具技術，再者，筆者加入美國最新的積層製造快速試作產業應用現況與金屬中心多年在快速試作上之應用案例增加讀者對快速模具與快速試作之瞭解，最後結論出快速試作技術之瓶頸與未來發展方向。