產業追蹤/突破銲接障礙 拓展商機
隨著航太與電動車等產業對輕量化材料的需求日益增加,鋁合金也因此成為熱門的選擇。但是鋁合金材料容易在銲接的加工過程中產生缺陷,也會因為銲接時的熱輸入控制影響強度及品質,為了有效解決這些問題,金屬中心在經濟部產業技術司科技預算補助下,發展國內首創4D(3D+異質)摩擦攪拌銲接技術,並榮獲2022年全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards),以及2023年愛迪生獎(Edison Awards)銅牌的肯定。
傳統銲接需要在極高的溫度來熔化金屬,摩擦攪拌銲接則是利用高速旋轉的攪拌工具產生熱能,以摩擦產生的熱能將金屬材料接合,不僅節省銲接製程能耗,還可以大幅降低銲接對金屬材料的熱影響,因此非常適合低熔點的金屬材料。舉例來說,鋁合金的熔點是660℃,但是使用摩擦攪拌銲接技術,只需400℃至500℃的銲接溫度,就能達到良好的銲接效果,而且不易破壞材料結構,品質和強度也會有更佳表現。
隨著產品設計愈來愈為複雜,許多產品開始採用不同金屬材料的組合,因此對於異質金屬製品的需求也逐漸增加,這也對銲接技術提出更高的要求。金屬中心透過經濟部產業技術司科技預算補助,建置「摩擦攪拌銲接示範產線與試作平台」,從早期基礎的攪拌工具材料開發至攪拌工具幾何設計及製作,期間更透過國際合作計畫,與國外機構共同合作開發特殊攪拌工具材料,在經過多年發展後,目前已經進化為數位化摩擦攪拌銲接技術,運用電腦輔助工程(CAE)預測銲接品質,優化關鍵銲接參數,並透過製程數位可視化進行銲接品質控制及驗證。
而在設備端方面,也和國內的工具機大廠合作,導入智慧化即時監控,「從製程、材料、設備到驗證,為業界提供最完整的解決方案」,可以提供國內外客戶以一條龍的服務及解決方案,填補業者在高品質銲接技術上的缺口。
傳統電弧熔融焊接容易因高溫輸入使雜質熔入銲道以及產生缺陷,影響銲接品質,金屬中心將摩擦攪拌銲接技術應用在回收鋁材上,採用摩擦攪拌銲接不僅可維持材料特性,還能達到良好的銲接品質,可使回收鋁材推廣應用於高階產品。
金屬中心結合摩擦攪拌銲接與積層製造技術,將金屬材料層層堆疊,以「加法製造」進行異質接合及摩擦攪拌製成3D曲線產品,這種方法比起傳統的「減法製造」,可以大幅減少40%的加工材料耗損,並節省70%的銲接時間,提升25%的銲接強度,目前已成功協助國內航太、5G通訊、電動車、重電、建築等不少產業邁向高值化發展,爭取國際大廠產品訂單。(作者是金屬中心金屬製程研發處銲接組副組長、金屬中心金屬製程研發處銲接組工程師)
經濟部產業技術司
經濟部產業技術司整合法人研究機構、產業界、學術界之研發能量與軟實力,促成國家創新系統成員間的科技創新連結,於智慧科技、綠能科技、製造精進、民生福祉、服務創新等領域,開發具前瞻性、關鍵性及跨領域之產業技術,並將研發成果多元移轉落實產業界應用,促進創新研發成果走向產業化與國際化,以厚實產業技術能量,提升產業創新效益。
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