國機國造起飛 靠3D列印裝上翅膀

「國機國造」隨著政府的「5+2創新產業」而成為熱門的議題,

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,3D列印技術應用於航太工業,

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,則是顛覆式創新也是必要的選項。3D列印具有將材料以一層層薄層的型式堆疊形成產品的特性,

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,相較於傳統加工方法(鑄造、銑削、焊接等),

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,3D列印最大優勢在於產品整體結構不論複雜或簡單,

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,對3D列印而言沒有差別,都能輕易完成;相反的,想用傳統加工方法製造扭曲不規則形狀、重複連續的微小結構等,成本極高,甚至不可能達到。因此3D列印已在航太產業找到利基。在巨觀上,飛機是一種模仿小鳥外形的人造機械;而微觀上,小鳥為飛行必須減輕重量,同時不犧牲結構強度,進化出空心、充滿巢狀支架的骨骼,這部分是飛機過去利用傳統加工方法所無法模仿。而3D列印能輕易製造複雜結構的優點,為飛機帶來輕量高強度結構的重大突破。3D列印提升飛機的「強度/重量比」,以更輕的材料重量,達到相同的飛機結構強度,意味著節省製造時的材料成本,甚至節省飛行時所要耗費的油料。航太產業龍頭波音從1997年投入3D列印的研發,如今在全球飛行的波音客機上,搭載超過5萬個3D列印的零件。波音在2016年8月發表用於機翼製造的3D列印修整鑽孔器,這個修整鑽孔器長5.3公尺,寬1.7公尺,重達0.74公噸,被金氏世界紀錄認為是目前世上最大的3D列印產品,將用於777X客機開發。在傳統做法上,製造機翼修整鑽孔器需要三個月時間,而3D列印只需30小時。2016年10月,波音與Stratasys公司、西門子合作開發機器手臂系統Infinite-Build,能在軌道上無限延伸執行3D列印,生產大型高強度、高精度的複合材料航太零件。波音還有一件專利揭露一種用於模擬在高空中機翼上結冰的3D列印塑膠冰;由於高空中機翼上的結冰對飛行安全有很大影響,所以模擬機翼結冰進行飛機測試,是美國聯邦航空管理局非常重視的技術。該專利提到,3D列印不但能模擬結冰外觀,連結冰內結構都能重現。空中巴士旗下APWorks是專門研究3D列印的單位,利用品名為Scalmalloy的鋁鎂鈧合金粉末材料進行3D列印,開發出重量減低45%(30公斤)而強度更強的艙體隔牆;若將艙體整個用此仿生高孔隙率合金製造,預計省下的油料相當於每年減少46萬5,000公噸二氧化碳排放量。空巴從2014年開始將Stratasys公司3D列印的零件用於新型飛機A350 XWB開發,2016年認證其產品型號為9085 3D的3D列印用樹脂材料的飛機零件適用性,認證標準包括強度重量比、耐火性、低燃燒煙塵度、低毒性等。2017年6月的巴黎國際航太展上,奇異公司一舉拿下310億美元的航太零件訂單,其中很大一部分有關3D列印零件;這使奇異公司過去在3D列印項目超過14億美元的投資顯得非常划算。奇異預計2020年以3D列印技術產出超過10萬個航太用引擎零件,目前的成果已應用在飛機引擎噴嘴。奇異的LEAP引擎噴嘴結構非常複雜,唯有以3D列印才能製造。材料方面則使用超級陶瓷材料,能耐受攝氏1300度的高溫,比絕大多數的合金高260度,比過去的引擎噴嘴更便宜、耗油量降低、更容易冷卻,同時具有壽命長、密度低、抗腐力強、高溫強度穩定的特性,重量也減少25%。隨國機國造的推動,國內業者看到3D列印在航太業日趨重要的地位。2017年6月15日工研院與漢翔簽署合作備忘錄,合作內容有關3D列印之部分包括「航空零組件雷射加工試製開發」與「航空零組件金屬積層製造試製開發」;將合作備忘錄對比6月奇異公司拿下310億美元訂單,顯示我國3D列印尚有討論空間。(作者是國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心研究員)專利情報分析團隊本團隊積極建立智財政策與經營策略、專利總體趨勢統計、技術競爭動態、專利訴訟及專利聯盟與標準組織等研究能量,透過系統化蒐集整理,並長期分析追蹤相關技術及公司發展之趨勢、專利布署相關概況,提供產官學研界研發決策參考。STPI簡介國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心(STPI)成立於1974年,長期以來專責於我國科技研究發展所需資料之蒐集、建置、分析、處理與服務等事務。近年來在既有之資訊資源基礎上,強化趨勢研析、關鍵議題發掘、專利情報分析、創新創業推動等能量,並協助政府擘劃我國科技發展之願景與策略,以朝向專業之科技政策研究智庫邁進。,

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