■虎門科技 / 楊舜如 總裁
前言
選擇性雷射熔融(Selective Laser Melting, SLM) 技術，是金屬積層製造（金屬3D 列印）中加工技術的一種，技術特色在於實踐高設計自由度，且具備廣泛材料應用與製造。只是在金屬粉末加熱熔化的成型過程中，高溫度梯度造成極大的殘餘應力，產生變形翹曲甚至結構破裂的問題，過去只能憑藉設計經驗與試誤法，減少加工過程中熱應力造成的產品缺陷。為解決SLM發展與應用的瓶頸問題，虎門科技成功結合CPS(Cyber-Physical Systems) 網宇實體系統，將SLM 製程中的熱應力預測模型與自主研發的雷射製造設備(SolidMEN-300) 實體應用，提供從圖形設計、製程模擬、3D 列印、後處理及成品測試的全方位雷射積層製造服務。
全球金屬3D 列印產業需求
金屬3D 列印具有適合複雜形狀加工與客製化、可提供內部孔洞結構、滿足輕量減重的需求、縮短產品設計與開發時間並量降低庫存的優點，特別用於模具、醫療、航太、半導體、汽車零組件、飾品及藝品……等產業，且2020 年市場產值達到158 億美元，預估到2024 年將攀升至356 億美元。臺灣更將金屬3D列印（選擇性雷射熔融，SLM）列為先進製造的關鍵技術，以因應(1) 臺灣邁入高齡化勞動人口趨勢；(2)產品的多樣化、客製化取代過去的大量生產模式；(3)推動智慧製造，克服缺工、缺技術、生產成本過高，未來競爭力無法提升的隱憂；(4) 因應2020 年新冠肺炎疫情的影響，造成全球分工協作的供應鏈面臨停班或分流上班的挑戰，因此急需建構雲端與機聯網等技術鏈結，提升產業面對疫情危機時的韌性，並確保生產體系能持續營運而不斷鏈。
虛實整合的金屬3D 列印服務平臺
因應海內外市場需求與科技發展趨勢，虎門科技提供具備雷射功率500W 及300mm X 300mm X 300mm 大加工平臺尺寸等規格的「SolidMEN-300」金屬積層製造設備，整合多元技術團隊，並結合虎門科技電腦輔助分析(CAE) 強項，以Ansys Additive Suite 軟體， 協助金屬3D 列印的製造設計、製程模擬以及微結構分析，投入金屬3D 列印的市場與研發行列。
選擇性雷射熔融(SLM) 成型技術具有金屬零件緻密度高達將近100%，因此抗拉強度等機械性能指標高於鑄件，甚至可達到鍛造件的強度。只是在成型過程因為溫度梯度極大，容易殘餘應力導致結構變形或破損，如圖1。
虎門科技以Ansys Additive Suite 的熱應力預測模型模擬SLM 製程中，金屬粉末在雷射燒熔成型中的熱傳相變化與熱應力分析，了解金屬粉末的熔固行為及微
結構特性，預測真實熔融成型後的熱應變與偵測可能造成翹曲與破損位置，並提供修正補償後的最佳化產品圖型設計，例如圖2(a) 所示，經由Ansys Additive Suite 分析得知原產品設計經熔固製造過程，會在產品前端結構產生膨脹變形，而經由分析修正補償產品圖檔後，可得到與設計相同的產品，如圖2(b)。
結語
虎門科技結合CPS(Cyber-Physical Systems) 虛實整合系統，成功打造金屬3D 列印營運平臺，並藉由資訊科技提供網路及實體服務，從各領域之產業應用、國防科技以及學術研究計畫形成產業鏈結，以期能加速臺灣金屬3D 列印產業的建制與量能，如圖3 所示。
並藉由此營運平臺提供全方位的3D 列印服務，圖形設計的最佳化、CAE 分析模擬、產品代工印製，產品印製後的研磨、拋光、熱處理等精修處理，同時提供產品密度、金相、強度測試等測試服務，不只希望能協助業者金屬3D 製造的產業發展與商機，並利用相關技術創造更多高價值的產品。■
參考資料
[1].金屬積層製造的化妝師-3D 列印後的處理加工，科學發展，2016 年7 月，53 期。
[2].智慧機械與數位製造3D 列印的發展，科儀新知，2020 年3 月，222 期。
[3].ANSYS_AM_Product_Application_ 原廠報告。
