回顧2009年金融海嘯過後，全球製造業(yè)先後面臨各國貨幣寬鬆政策，導(dǎo)致上游原物料價格不斷下跌，供過於求；下游則是資訊消費性產(chǎn)品生命週期加劇縮短，亟須大批量客製化。但過去扮演世界工廠角色的中國大陸，卻正致力於轉(zhuǎn)型世界市場，調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)，以及日、韓、臺灣等地，也有少子化、老齡化問題，促成亞洲製造業(yè)缺工及工資上漲問題。

反觀德、美先進工業(yè)國家，則在此時推動製造業(yè)革命再造，從以往全球化代工，集中式大量生產(chǎn)的封閉式供應(yīng)鏈，改為彈性開放產(chǎn)業(yè)鏈，以貼近市場使用者需求，加速開發(fā)客製化產(chǎn)品。其中，由美國大力推動的3D列印(積層製造)加法製造技術(shù)，則號稱足以突破傳統(tǒng)製造上的限制，可實現(xiàn)少量多樣、客製化的未來生產(chǎn)需求。雖然目前個人消費性產(chǎn)品成長趨緩，所幸過去高度仰賴傳統(tǒng)減法製造的金屬加工產(chǎn)業(yè)，也開始投入研發(fā)該領(lǐng)域的雷射積層製造(Additive Manufacturing, AM)應(yīng)用。

看好金屬積層製造　工研院可移轉(zhuǎn)技術(shù)

根據(jù)Wohlers最新統(tǒng)計，2015年全球3D列印市場達51.6億美元，雖仍較2014年成長26%，成長幅度維持兩位數(shù)，但已經(jīng)低於前年36%有一段距離。若仍持續(xù)下降，估計2020年要達到200億產(chǎn)值的機會不大，依IEK分析該年產(chǎn)值約可超過110億美元。至於兩大龍頭3D Systems、Stratasys業(yè)績平平，不再有高幅度的成長，在獲利方面也大不如前，甚至出現(xiàn)虧損赤字。

圖一 : 工具機大廠東臺精機應(yīng)國研院之邀，成為「國研醫(yī)材創(chuàng)價聯(lián)盟」一員，提供1部金屬積層列印設(shè)備，以加速積層設(shè)備與金屬植入式醫(yī)材研究及推廣。(圖片來源：pgw.udn.com.tw)

惟如EOS、SLM solution、Concept Laser、Arcam等雷射積層製造設(shè)備廠商到了2015年營收，仍保持平均超過40%以上的高度成長。其大致上均採用粉體熔化成型技術(shù)(PBF ,Bed Fusion)為基礎(chǔ)發(fā)展相關(guān)設(shè)備，源自於早期選擇性雷射燒結(jié)(SLS,Selective Laser Sintering)；而Arcam是現(xiàn)今全世界唯一採用電子束熔融(EBM, Electron Beam Melting)積層的業(yè)者。

工研院產(chǎn)經(jīng)中心(IEK)機械與製造系統(tǒng)研究部資深研究員葉錦清進一步指出，如依Strategies Unlimited最新統(tǒng)計，2015年全球雷射產(chǎn)值已正式突破100億美元，相較於2014年成長6.2%；預(yù)計2016年產(chǎn)值將持續(xù)成長，到了2017年將達到121億美元，2012~2017年複合成長率(CAGR)約6.8%。其主要應(yīng)用於：感測與儀器(含自駕車光達)、照明、顯示、通訊、資料儲存、醫(yī)學(xué)美容、軍事與科學(xué)、半導(dǎo)體(準(zhǔn)分子微影)、材料加工(含3D列印)等領(lǐng)域。

尤其是在工業(yè)用的材料加工及準(zhǔn)分子微影市場占比約41%，已經(jīng)超越了通訊與儲存(34%)，成為第二大應(yīng)用領(lǐng)域。新興國家如中國大陸等地對雷射加工設(shè)備需求旺盛，其應(yīng)用則約可依雷射源功率，概分為：粗加工(macro machining>1kW)、微加工(micro machining<1kW)、雷射標(biāo)籤(打標(biāo))，用於接合、分開、成型3大材料加工市場。

臺灣雷射加工相關(guān)廠商在下游的帶動之下，已在雷射產(chǎn)業(yè)漸漸取得一些成果。依IEK統(tǒng)計2015年臺灣雷射產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值約臺幣90億元，並將逐年成長。但大部分公司幾乎都是把雷射相關(guān)產(chǎn)品成為多角化的一部分，廠商以自動化的背景切入居多，也有從下游應(yīng)用往設(shè)備整合的廠商，卻尚未有100%專業(yè)經(jīng)營雷射生產(chǎn)設(shè)備的公司。

因看好雷射加工的高智能、高效能、高度複合化等特性，可滿足製程精微細準(zhǔn)、大量客製、高效能的需求，應(yīng)用到政府大力推動的5大創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)中的智慧機械、航太、綠能及生技等領(lǐng)域，是提高產(chǎn)業(yè)競爭力的重要利器。扮演臺灣積層主要推手工研院南分院的雷射中心，也於日前舉辦「迎接光製造時代─智能雷射、積層製造成果發(fā)表暨研討會」。

會中邀請專家分享智能雷射與積層製造醫(yī)材應(yīng)用技術(shù)新知，並展示光纖雷射源、雷射加工、雷射強化玻璃切割、高密度電漿模組技術(shù)，以及積層製造(PBF/DED/FDM)技術(shù)等多項科技研發(fā)成果，於105年度可移轉(zhuǎn)研發(fā)成果中的雷射金屬積層製造技術(shù)，則包含直接沉積熔覆加工頭模組、軟性材料列印模組等。

聚焦關(guān)鍵應(yīng)用　航太、生醫(yī)蓄勢待發(fā)

此外，在諸多金屬積層製造的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域裡，又以航太、汽車、生醫(yī)成長趨勢較為明顯。主因除了有別於傳統(tǒng)汽車模具製造，都是先用刀具削切出想要的形狀，再經(jīng)設(shè)計水路快速冷卻，成型大量產(chǎn)品。但在切削過程中，卻常在設(shè)計異型、複雜冷卻水路與結(jié)構(gòu)時受限，難以掌握冷卻時間與品質(zhì)，導(dǎo)致生產(chǎn)流程延誤。讓許多業(yè)者開始從「減法」製造，轉(zhuǎn)而思考「加法」或「加減複合」的加工技術(shù)。

針對航太業(yè)應(yīng)用，還能藉此製作更輕量化的零件，讓飛行器減重，使燃料消耗與排碳量變得更少；且高品質(zhì)零件對飛行器安全至關(guān)重要，以目前積層製造航太工件，加上必要後處理過的品質(zhì)、精細度已不輸CNC加工機切削及模具成型生產(chǎn)模式，降低須耗時委外分工製造、大量庫存零組件，乃成為最大優(yōu)勢。

圖二 : (Source: 3D Printer Hub)

此外，於3D列印產(chǎn)業(yè)不可忽略的潛力項目，還有在醫(yī)療器材上的應(yīng)用。根據(jù)SmartTech Markets預(yù)測，生醫(yī)應(yīng)用市場規(guī)模至2020年將達到42.87億美元，2015~2020年複合成長率預(yù)期高達34.5%，邁向全球高齡化與注重運動健康的人口結(jié)構(gòu)，未來高端醫(yī)療器材勢必朝向「客製化」及「精緻化」的方向發(fā)展。臺灣醫(yī)療器材產(chǎn)業(yè)歷經(jīng)多年發(fā)展，已成為我國生技產(chǎn)業(yè)中發(fā)展最快速的領(lǐng)域，3D列印也被視為關(guān)鍵技術(shù)之一。未來若能順利突破如FDA認(rèn)證等各國不同的食品、藥物衛(wèi)生管理法規(guī)的挑戰(zhàn)，市場潛力將不可限量。

國研院助產(chǎn)醫(yī)整合　加速驗證應(yīng)用

然而臺灣醫(yī)療技術(shù)雖然相對先進，其醫(yī)材設(shè)備仍缺乏在地化生產(chǎn)端，因此今年國家實驗研究院儀器科技研究中心主導(dǎo)推動的「臺灣生技醫(yī)療器材挺進國際市場計畫」，即試圖透過策略合作，整合上中游產(chǎn)業(yè)及下游醫(yī)院，要將臺灣自行開發(fā)的金屬積層製造設(shè)備、粉末等生技醫(yī)療器材產(chǎn)業(yè)周邊廠商整合，建構(gòu)完整供應(yīng)鏈，並以「打群戰(zhàn)」方式進軍國際市場，共創(chuàng)醫(yī)材產(chǎn)業(yè)的新榮景，此一計畫集結(jié)了國研院、東臺、中鋼及鑫科材料、鐿鈦科技等產(chǎn)醫(yī)界80餘單位，將共同推動臺灣生技醫(yī)療器材產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加速臺灣應(yīng)用基礎(chǔ)的實驗，全力挺進國際市場。

圖三 : (Source: 3dprintinggeeks)

目前鑫科材料科技公司已成功開發(fā)出生醫(yī)級金屬粉末，再經(jīng)國研院和麥德凱生科TFDA-GLP認(rèn)證實驗室醫(yī)療器材生物相容性測試，成為臺灣首家通過臨床前動物試驗生醫(yī)等級的3D金屬列印粉末供應(yīng)商，此外工具機大廠東臺精機也是「國研醫(yī)材創(chuàng)價聯(lián)盟」一員，提供1部金屬積層列印設(shè)備，以共同進行產(chǎn)品列印、法規(guī)及臨床檢測驗證合作，加速積層設(shè)備與金屬植入式醫(yī)材研究及推廣，聯(lián)合骨科設(shè)計出的骨板、膝關(guān)節(jié)，也在產(chǎn)、學(xué)、研、醫(yī)界共同合作之下，成功列印出3D醫(yī)材產(chǎn)品，並通過嚴(yán)峻的ISO-10993生物相容性國際法規(guī)驗證，獲英國Renishaw、美國3D Systems、及德國EOS等國際大廠青睞，取得進入國際市場門票，期望未來能協(xié)助國家醫(yī)材3D列印產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

東臺集團董事會嚴(yán)瑞雄表示，加工設(shè)備產(chǎn)業(yè)是一個跟著臺灣各產(chǎn)業(yè)發(fā)展、默默擔(dān)任幕後推手的產(chǎn)業(yè)，東臺也是以此理念踏實經(jīng)營，以能提供各行各業(yè)最佳的金屬加工解決方案為榮。目前主要客戶包括汽機車、航太與模具業(yè)等，在近年來成功研發(fā)出金屬粉床式積層製造設(shè)備後，也開始有機會接觸過去相對陌生的生醫(yī)產(chǎn)業(yè)，瞭解國外法規(guī)通過速度比臺灣更快的優(yōu)勢。為造福本地病患，應(yīng)結(jié)合臺灣產(chǎn)業(yè)鏈及法規(guī)訂定，來完成生醫(yī)界使用AM零件的系統(tǒng)性架構(gòu)。

該公司已與國研院儀科中心合作，結(jié)合雙方能量，加速應(yīng)用基礎(chǔ)的實驗進展，另為服務(wù)北部生醫(yī)科技應(yīng)用，東臺也將著手成立聯(lián)合實驗室，以滿足北部市場需求，加速產(chǎn)業(yè)結(jié)合。期待藉由該公司設(shè)備自主研發(fā)製造能量及設(shè)備量產(chǎn)技術(shù)，促成生醫(yī)設(shè)備在地化、國產(chǎn)化及客製化；再搭配國研醫(yī)材創(chuàng)價聯(lián)盟，引進學(xué)研技術(shù)並提供醫(yī)療臨床需求，可望擴大臺灣整體生醫(yī)供應(yīng)鏈的研發(fā)與製造能量，共同讓醫(yī)材產(chǎn)業(yè)在臺灣扎根，再逐步蔓生國際。

**刊頭圖片來源：thekidshouldseethis.com