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摘要
智慧製造技術在雷射積層製造領域的應用日益關鍵,透過整合路徑優化分析、掃描策略最佳化與加工狀態即時監控等智慧系統,可精準控制雷射能量輸出與熔融行為,實現高品質、高精度的立體製造。此技術已廣泛應用於航太、醫療與汽車等高階產業,滿足複雜結構與功能性零件的製造需求。此外,雷射積層製造具備低碳排放與高材料利用率的製程優勢,結合數位化設計與客製化生產能力,成為推動製造業邁向永續發展與智慧轉型的關鍵技術。本文將探討積層製造在快速製造技術開發趨勢,並針對其智能化分析方法進行系統性說明,涵蓋製程優化、掃描策略與智慧監控等關鍵技術,以提供高效、精準且可持續的製造解決方案。
Abstract
Intelligent manufacturing technologies are increasingly crucial in the field of laser additive manufacturing. By integrating intelligent systems such as path optimization analysis, scan strategy optimization, and real-time process monitoring, it is possible to precisely control laser energy output and the melting behavior, achieving high-quality, high-precision 3D manufacturing. This technology has been widely applied in high-end industries such as aerospace, medical, and automotive, meeting the manufacturing needs of complex structures and functional parts. Furthermore, laser additive manufacturing offers advantages such as low carbon emissions and high material utilization, and combined with digital design and customized production capabilities, it has become a key technology driving the transformation of manufacturing towards sustainability and smart manufacturing. This article will explore the development trends of additive manufacturing in rapid prototyping technology and systematically explain its intelligent analysis methods, covering key technologies such as process optimization, scanning strategies, and intelligent monitoring, to provide efficient, precise, and sustainable manufacturing solutions.
前言
雷射應用領域廣泛且多樣,近年雷射技術突飛猛進,且因其高可控性與多元應用,已成為全球材料加工領域的主力技術並發展整合至智慧製造系統趨勢。隨著雷射加工技術進步與自動化需求提升,雷射加工正朝向智能化發展,各大廠商與研究中心積極投入智慧系統、AI 演算法優化、機聯網技術、數位雙生(Digital Twin)模擬開發,以建構高效能的智慧工廠。透過系統整合並導入智慧化,達成精準控制與即時監測等智慧製造需求,進而優化生產獲得最佳量產效益。
積層製造(Additive Manufacturing,AM)結合雷射技術已成為金屬加工的重要突破。相較於傳統的減法加工或鍛造製程,雷射積層製造能以逐層堆疊的方式快速製作高複雜度的零件,特別適用於客製化、小量高值產品。然而,製造工藝過程涉及多變數交互作用,如:雷射功率、掃描速度、粉末特性等,導致品質不易穩定。為提升效率、降低成本並確保品質,智能化技術的導入成為必要趨勢。
全臺首創「八雷射 3D 列印系統」雷射設備
目前市場常見的金屬 3D 列印設備多以單雷射或四雷射為主,雖具有高精密度,但在產品尺寸放大或批量製造時,往往受限於生產速度與效率,而八雷射系統,具備八組同步光束,能同時在列印平台上進行加工,大幅縮短零件的生成時間,根據試驗數據,本設備列印速度較現有主流設備快逾一倍,顯示在工業應用中具備突破性優勢。除了硬體規格外,本設備也導入智慧化元素,包括搭載即時光學監測與人工智慧演算法,能在製程中主動偵測缺陷,並即時修正列印參數,確保成品的一致性與可靠度。這項技術將有助於醫療植入物、航空航太零件及工具模具等需高度精度的領域,降低失敗率,提升製程良率。
透過開發小型模組化光路鏡組與智慧路徑以提升列印速度,開發自動化吸供篩技術與模組,以確保連續式生產不間斷,並研究縫合策略與客製化參數調整、配合本土供應粉末廠商提供使用者一條龍的服務方案,兼具品質與速度,打造輸出國際之國產自主高階設備供應鏈。有別於硬體縫合(光學加工區採固定邊緣重疊區域)方式,本系統設備採用軟體縫合(搖擺式雷射縫合)以及智慧路徑優化模組,可同時兼具產速提升及並兼顧細緻度(模具表面數位咬花)等功能。
自動化吸粉、供粉、篩粉系統技術
由於現今模具產業因客戶需求,須提供相較於傳統工法更為快速與節能的生產方式,故積層製造工藝提供模具製造業一個轉型與提升競爭力的平台。以鞋模製造來說,產品的生命週期縮短,意味著模具可能每季都會推出新品,所以如何提升製造效率成為各家設備廠商的競爭點,而最直接的方案為增加雷射源提升生產效率。
然而在增加雷射源與機台尺寸後,伴隨而來的是需要大量的粉末回收、焊渣處理、粉末品質維持、快速且持續的供粉,若仍維持人工作業將大幅降低設備的稼動率,同時增加生產中的工安風險,故須建立一套全新的高速粉末循環系統。
DOI:10.30256/JIM.202602_(515).0013
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2026年02月號
(單篇費用:參考材化所定價)