工研院雷射展秀入圍全球百大科技獎雷射技術 及國產金屬3D列印機

國人雷射技術大精進!工研院於台灣國際雷射展中「雷射光谷成果專區」展出今年2015二項全球百大科技獎入圍的雷射無痕玻璃削整設備(gLaserTrim)與3D列印材料晶控雷射光引擎技術,一同展出的還有第一台國人自製雷射金屬3D列印機與自主專用粉末材料,並有工研院輔導,由和和機械、新代科技、榮剛材料科技共同開發的台灣第一台3D光纖雷射全自動切管機,與工研院技轉搏盟科技推出的台灣第一台量產型20瓦脈衝奈秒光纖雷射源,展現台灣在雷射技術的能量。

     工研院協理暨南分院執行長俞貴馨表示,工研院在經濟部技術處的支援下,在雷射源、雷射加工及雷射積層製造(3D列印)已累積相當技術能量。此次發表入圍2015全球百大科技獎的雷射技術,一為「3D列印材料晶控雷射光引擎技術」,可讓單一工件同時擁有韌硬不同之特性,突破目前市面3D列印設備僅能產生單一機械性質的製造限制,工研院設計具專利的雷射光學引擎,調控製程中不同雷射光學與材料作用機制來改變金屬材料結晶結構,可依照產品需求調控工件不同部位所需的強度、硬度、韌性等機械性質,如汽車渦輪葉片,在需要耐磨的地方具有高硬度、在旋轉葉片則需要高溫韌性,透過工研院開發的「3D列印材料晶控光引擎」,可一次列印完成。另一技術為「雷射無痕玻璃削整設備(gLaserTrim)」,透過設計調控雷射的最佳參數,可精準控制雷射溫度與玻璃的作用範圍,使玻璃基板不整齊的端面,經雷射照射後,藉由溫度產生之熱效應,可連續移除玻璃不整齊邊緣裂紋,使端面成為光滑面,進而提高玻璃強度。該技術可讓0.1毫米的多層超薄玻璃經削整後,彎折強度達到 500MPa 以上,彎折半徑明顯提升,技術水準與國際齊驅,已應用於日本玻璃材料大廠。

入圍2015全球百大科技獎的3D列印材料晶控雷射光引擎技術,可讓單一工件同時擁有韌硬不同之特性。

工研院金屬3D列印機,可製作10公分及25公分立方體積工件,同時已開發適合3D列印的國產鈦、鋁合金、模具鋼等金屬粉末,經雷射燒熔後層層疊加成型,成品尺寸精度可達正負50微米(µm),最小製作直徑約100微米相當於頭髮粗細、緻密度大於99%以上,拉伸強度以鈦合金為例已達950MPa以上,符合醫材及航太強度規格需求。現場並展示與自行車中心共同開發的3D列印鋼管自行車之焊接管材(LUG),符合人體工學的3D列印結構設計使重量更輕,還可客製化打造個人專屬腳踏車零組件。此外,與管樂器專業代工製造廠益豐國際共同開發的3D列印薩克斯風彎管,以益豐公司的3D樂器資料與工研院共同設計製作的彎管,不僅音色重現,還減少動輒百萬的開模費用及節省開模時間。現場另有3D列印精細的項鍊、戒指等珠寶產品展示。俞協理表示,工研院已與東台精機合作開發出第一台產業化3D列印機,並與精剛及嘉鋼公司組研發聯盟投入開發商用型國產金屬3D列印機及專用材料,國內廠商金屬3D列印量產指日可待。

工研院語益豐國際共同開發的3D列印薩克斯風彎管及吹嘴,不僅音色重現,還減少動輒百萬的開模費用及節省開模時間。

此外,亞洲最大切管彎管設備公司和和機械與新代科技、榮剛材料科技開發出台灣第一台「3D光纖雷射切管機」,由新代科技研發專屬切管機的控制器,榮剛材料則開發雷射切管機光學頭,再由和和機械整合開發完成。採用光纖雷射,不僅可節省廠房空間、生產時間、人力及電力,精準性更勝傳統CO2雷射加工,可用於汽車、醫療輔具、健身器材及建築業各種型狀管件的精準挖孔及斜口切割加工,價格較國外設備更具競爭力。在雷射設備的重要關鍵組件-雷射源,工研院已成功開發500瓦連續式與30奈秒光纖雷射源,其中奈秒光纖雷射源已技轉搏盟科技,促成該公司成立雷射源事業體,讓台灣在雷射產業從無頭工業晉身有頭(雷射源)產業。

穿戴式及先進智造產業帶旺這一波雷射產業!根據Laser Focus World資料顯示,全球雷射源市場在2015年可達到3071億台幣,以應用領域分,材料加工的雷射源首度超越光通訊元件達1,206億台幣,佔39%,成長8%;以雷射源種類看,光纖雷射成長最快,產值為342億台幣,年成長13%,主要的成長動能除了來自切割、焊接的便利與普及外,金屬3D列印設備亦推波助瀾。雷射鑽、切、焊、微加工特性符合穿戴式電子產品輕、薄、小的加工特性需求,而先進智造中的3D列印,特別是金屬雷射3D列印的加工優勢,更是改變傳統以機械加工的製造思維,帶動數位製造及大量客製化的市場的成長。台灣雷射產業從無源到有源(雷射源)、從傳統減法 (車、銑、鉋、磨)到新世代加法(3D列印)的能量,將協助國內產業搶攻穿戴式及先進智造產業的商機。

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