■數可科技 / 杜秉明 總經理
前言
數可科技為臺灣最專業、規模最大的積層製造公司，一直以來秉持著「品質第一」的原則持續在積層製造領域深耕拓展。對品質有高標準的自我要求，數可科技已取得了ISO13485、AS9100、ISO9001及TUV10998等國際認證，目前正積極準備Nadcap航太AM認證。
除了品質，環境友善及節能減廢也是數可極其重視的經營理念。在全球重視節能減碳的趨勢下，物件的「輕量化」成為設計領域最為重要的課題。然而在減重的同時依然要保持結構的完整性及功能性，晶格結構便成為輕量化設計過程中不可或缺的一環。
創新、突破、專業
晶格結構是一種重複的圖形結構，用於填充實體或沿著特定表面生成，結構類型的設計通常是受到大自然演化的結構啟發，如蜂巢、骨頭內部構造等，都是生物演化自然生成的結果。
不同的晶格類型、分布、厚度、間距、角度等參數，會使得晶格結構擁有不同的機械性質、熱性質、聲學性質等特性。
晶格結構同時具備高剛度、大表面積、伸長率、能量吸收、孔隙率等特點，隨著積層製造技術的應用日趨成熟，晶格結構除了輕量化設計外，也應用於散熱產品設計。
傳統工法如CNC、焊接、鑄造可以製作簡單的晶格結構，但唯有透過積層製造，才能以最符合成本效益的方式製作出複雜的晶格結構，應用在不同的領域。
依照不同的物件需求，晶格類型與套用的位置極其重要。由於積層製造的獨特性及自由度，晶格輕量化成為了數可在合作業務上重要的優勢。舉凡航太、模具、消費性產品等領域皆有晶格輕量化的成功合作案例。
晶格的獨特性也被醫學界重視。為了讓植入物與生物組織有良好的結合性，植入物的設計會需要具有各種孔隙率的多孔結構。數可在生醫領域持續地與許多醫院及實驗室合作，藉由代理的「nTopology」設計軟體及「EOS」生產設備製作出許多具有亂數或Voronoi分布的晶格結構。這樣的設計可應用在協助骨質增生、組織替換及牙醫手術上。
更快、更自由、更有效率
在各種製造技術及電腦硬體不斷進步的狀況下，nTop (nTopology)軟體橫空出世並提供了更加強大的設計功能。現在設計的物件隨著科技進步變得更加精密且複雜。然而，傳統的CAD軟體在如此的設計挑戰下面臨了極大的困難。受限於B-rep (Boundary Representation)的點線面與STL的大量三角面的儲存型式，設計複雜結構時經常遇到處理卡頓、編輯困難、難以檢視及儲存檔案容量過大等問題。
nTop提供了一種嶄新的建模型式-Implicit Model。相較於B-rep與STL繁複的儲存原理，Implicit Model將物件的構成以方程式來代替。這種方式使得物件的儲存容量大幅度地減少（容量大小可達到0.1%）並讓編輯及檢視更有效率。
晶格結構在各種領域上的應用愈加廣泛且多元，nTop讓晶格的設計更加有效率且輕鬆。受益於獨特的設計界面與Implicit Model的優勢，變更晶格的尺寸、厚度和排列方式等參數以進行再設計的時間成本變得極少。從變更到建模完成僅需數秒鐘即可完成傳統CAD軟體數小時以上的作業。
除了常見的樑柱型與蜂巢狀的晶格結構以外，nTop也提供了數種被稱為三重週期最小表面TPMS (Triply Periodic Minimal Surface)的獨特晶格結構。其中Gyroid因為具有自我支撐、高強度重量比、高面積體積比等特性，故在需要流體運作的熱傳領域裡被廣泛應用。另一方面，傳統的CAD軟體只能設計週期性的結構。然而，nTop利用「場」的概念創造出Field-driven這個功能。這使得週期性或常規的結構可以藉由外部條件（距離、其他物件、模擬分析結果等）來進行更高自由度的客製化設計。
更快速、更靈活、更具成本效益
在積層製造的領域中，EOS在全球扮演著舉足輕重的角色。不論是金屬還是塑膠材料，EOS皆發展出效能極好且可用於工業生產的機臺。數可科技不僅為EOS的獨家代理商，同時也引進臺灣歷史上第一臺金屬積層製造設備。
EOS設備的生產技術品質已在世界上被廣泛地認可，同時也根據合作廠商的發展性而應用在醫學、航太、汽車、珠寶以及許多消費性產品上。在醫學領域裡，EOS的積層製造技術通常用於生產生物植入物或客製化的一次性手術輔助工具。結合晶格結構的特殊性，植入物能夠有更好的組織結合性。同時，快速的客製化生產能夠針對每位病患製造對其身體結構最適合的治具。因此，積層製造的自由度、EOS高品質的生產技術與設備以及晶格結構獨特的功能性逐漸改變了醫學領域的研究生態並提供更自由、更快速的手術流程。
在航太領域中，利用晶格結構進行輕量化已是常見的減重方式。然而，除了結構支撐的強度以外，晶格結構帶來的高面積體積比也成為航太領域重視的特性。這項特性對於熱交換器的設計來說是很重要的設計考量。為此，EOS與nTop便利用這項特性設計了燃料機油熱交換器(FCOC)。
為了消散機油帶來的熱能並維持燃料溫度避免過冷結晶，FCOC的設計能夠有效利用機油的廢熱來對燃料進行保溫。EOS利用M290金屬積層製造設備並結合nTop獨特的TPMS-Gyroid晶格結構與Field-driven設計製造出一體成形的FCOC結構。與傳統的生產方式及設計模式相比，EOS與nTop設計的FCOC減少了40%的質量，並同時增加了146%的熱接觸面積。不僅達成了航太產業重視的輕量化，也大幅度地增加了熱交換的效率。同時，Gyroid獨特的結構也維持了物件應有的結構強度。結合Ansys的計算流體力學(CFD)模擬分析進行反覆比較能夠在製造前持續改善設計，最終可以讓熱交換器的性能提高超過150%。
結語
結合了nTopology在設計上的軟體優勢與EOS設備的高品質生產技術，數可科技利用多年累積的經驗持續在積層製造領域服務客戶，並希望持續拓展廣度與深度以寫下臺灣製造的新頁。
