迎接当前国际净零碳排浪潮，不仅各国政府和制造业大厂纷纷要求供应链须协力节能减排（废）碳，让积层制造应用可??扮演重要角色；以及後疫时代通膨隐??和交期瓶颈，都推进航太、汽机车、模具等加工产业，希??能跟上数位转型脚步，导入零接触变更设计与生产流程，也催熟电脑辅助设计CAX系统软体云端商机。

自从2009年金融海啸过後，由德国、美国为首，分别投入发展工业4.0、先进制造夥伴等制造业回流政策以来，後者也因此促使「积层制造（Additive Manufacturing；AM）」技术更备受关注。不仅可发挥其层层堆叠材料成为立体物件，直到一体加工成型的优势，实现传统工法无法完成的庞大或复杂设计形状的工件，而毋须采取模具分件接合方式，得以有效提高精度、大幅减省开发时间与开模成本；同时提高可靠度，对於昂贵材料使用率更隹。

随着近年来制造业对於少量多样化与客制化产品需求，不断缩短量产规模的日程；以及精度、品质要求日益严谨，导致模具加工精度、寿命和耐用度，成为产业致胜的关键。让业者开始引进各项先进软体科技和高阶精密设备，来协助终端产品稳定效能与品质，让制造工厂生产效益最大化，亦可实现模具智慧制造的本质。

图1 : 由积层制造所使用的材料和产出工件效能，也都能符合现今半导体、航太、汽车等级品质要求，甚至用来披覆或协助修补、或翻新昂贵产品。（source：Autodesk）

因此而引进积层制造的快速模具，也确实有助於缩短产品研发时间50%，将大幅降低业者的开发成本。一旦产品设计变更时，快速模具即可随时重新开始列印生产，让业者取得产品开发先机，大幅降低模具费用和库存成本；同时解决以传统模具生产方式，常会有每批次最少订单量（MOQ）限制，一旦数量不足时，就会造成业者沉重的库存压力。

且由积层制造所使用的材料和产出工件效能，也都能符合现今半导体、航太、汽车等级品质要求，甚至用来披覆或协助修补、或翻新昂贵产品。惟因其材质及构造非铁金属，具有多层异质材料和非均匀性；在零组件加工所需机械设备特性，也与单纯金属切削/成型（减法）加工机种有别。

产研合推积层制造 迎合净零碳排趋势

台湾工研院则在2012~2013年间，便开始结合国内外设备、材料、应用等产学研技术能量，形成雷射积层制造产业群聚，进而打造「雷射光谷」，提供产业从研发到试量产等服务；并将自主建立的超快雷射加工应用与光纤雷射源技术移转台湾厂商，逐步落实於产业化应用。

叁与其中的工具机大厂东台精机，则在2011年已率先投入开发雷射积层制造机种，并陆续开发出选择性雷射熔融（铺粉式Powder Bed Fusion；PBF）、整合传统五轴金属切削的直接能量沉积复合切削加工机（攻粉式Directed Energy Deposition；DED），後者只要在刀库里更换雷射、铣削主轴头，即可整合加/减混合（Hybrid）工法与材料，或在攻粉过程中改变材料磁性。

图2 : 叁与工研院雷射光谷的工具机大厂东台精机，则在2011年已率先投入开发一系列雷射积层制造机种。（摄影：陈念舜）

另有东台独有的喷胶式砂模列印（BJ）加工机系列产品，尤其适合现今遭遇供应链瓶颈，客户需要更快速的模具制作方式来压缩模具制造周期，减少应变时间，才能提高抢单的竞争能力。模具业者既可透过喷胶黏粉积层制造技术，实现异型冷却水路设计，经过模拟分析验证後，用来开发电动车轻量化零组件所需热冲压模具。

既能提高水路复杂度，几??可列印出任何想像得到的复杂水路设计，更为贴近产品轮廓。当设置在接近产品表面、传统水路不易触及的领域，也能缩减冷却时间和热点，实现可调控模具温度的数位模具2.0时代，使之加工生产过程速度更快。

在日前举行的「打造净零时代竞争力论坛及特展（NET ZERO Day）」上，工研院也发表於积层制造所需「特用合金粉末试量产/验证技术平台」，透过合金材料设计与制作、气氛控制、粉末粒径控制以及造粒控制技术，达成高流动性合金粉末制备，并提升粉末真圆度与致密堆积度，降低烧结後合金之收缩率，维持产品的精度。

同时针对不同粉末成形及其後制程技术，提供符合该制程之粉末形态，建立各制程叁数，并进行微结构、物理和机械性质分析，以建立较隹的制程叁数，进行金属材料热加工模拟技术；加强技术差异化，提供量产前的特用合金粉末设计开发、高品质粉末制作、粉末粒径控制、制程叁数开发、粉末材料性能验证所需的Total Solution。

图3 : 工研院引进Gleeble 3500热加工模拟系统，模拟金属材料之高温性质测试或制程（source：research.unsw.edu.au)）

其中，在金属材料热加工模拟技术方面，工研院使用Gleeble 3500热加工模拟系统模拟金属材料之高温性质测试或制程，由於采取电阻式加热的速率高，可同时快速改变温度与变形速率，进行单道次或多道次、单一或变化温度的热加工（拉伸、压缩）或热处理制程模拟；测试效率高，可降低测试材料消耗，缩短制程研发时间。

奥奔麦引进积层制造CAM模组 形塑完整流程链

此外，现由奥奔麦科技公司（Openmind）所引进的3~5轴高阶CAD/CAM系统软体hyperMILL ADDITIVE Manufacturing，也因为可直接获得德国总部支援先进制造技术、资源共享，强调不只卖软体，还可透过後处理器与客户端任何等级的工具机CNC控制器进行安全连线。

既有别於其他金属积层制造采取雷射逐层烧结或熔合粉末材料的PBF制程，仅适用於平面。而是专注於辅助经过喷嘴送入粉末或线材，并利用雷射或电弧熔化的DED制程，可应用於任何平面或自由曲面；或是於合适机台上添加材料，依照相同设置完成DED Hybrid machining混合加工。

分别针对航太、汽车、模具、能源、生医等产业需求，在2D/3D空间中控制不同材料应用的种类组合；透过hyperMILL同一软体介面编辑、模拟和产出程式，以辅助五轴工具机加工如倒钩区域、异型冷却管路等，特别复杂的零件几何形状，减少因大量刨除工法而浪费的材料，且具有主动防撞功能；进而灵活更新或修改、优化零组件设计版本，甚至在原有材料上增加不同特徵、材质，以修复损坏的零组件。

同时管理雷射控制指令和技术叁数，形成各种格子/网格策略，可以单独微幅控制进给方向和角度、馀量重叠、应用厚度，自动计算应用区域的刀具路径，防止在同向重覆堆叠过程中，造成材料遭受过多剪力而易脆；以及选择连续或间断供料，避免因过度集中起始点过热。

图4 : 奥奔麦科技公司目前专注於雷射积层制造DED制程，并透过单一软体hyperMILL ADDITIVE Manufacturing完美整合设计、分析、制造流程链（source：source--designworldonline.com）

藉此可在原本基板或零组件素材上，透过焊接组（混）合材质、特性的材料而创建零件；逐步添加各种复杂功能，例如再经过铣削，强化刚性、硬度抗磨损。进而添加其他几何特徵到现有零件上并重新加工，以灵活应对设计变更；通过额外添加的材料层，来强化某些区域的零件，或者是针对性改变其表面特性或属性。还可结合工业机器人、机上量测修复和返工损坏区域，例如冲压模具磨损的切削刃，或是再次翻新整修涡轮叶片、模具等零组件等，不必拆卸送修而影响精度。

奥奔麦科技公司AE经理李瑞胜进一步指出，现今积层制造零组件面临的挑战，包括：对於外观须精准加工特徵和曲面，以提高表面光洁度；待完成加工复杂工件或内部空洞结构後，还须规划移除支撑结构，或不必要的刀具路径。

若能将之完美整合到hyperMILL设计←分析←制造流程链中，在设计阶段就会有各种接囗介面（interfaces），用於导入模型和积层制造素材数据，并加入CAD模型与真实夹持状况的最隹拟合（Best Fit）解决方案，在单机或多站积层制造时，经过夹紧/固定、对齐和检查复杂工件、定义实际的NC原点，与CAD数据确保一致性。

进而在制造阶段生成最隹NC程式、调校CNC数控系统，针对难以到达的区域执行2,5D、3D和五轴综合加工策略，以及模型和积层制造素材的主动模拟、防干涉或碰撞、空（过）切等检查功能，优化积层制造与五轴切削加工路径，实现精确加工，控制残料位置，减少不必要浪费。最终在机上量测阶段处理CAD数据（printed stock），反??到hyperMILL软体检查加工特徵的尺寸和方向，并使用3D点量测对於积层制造零组件的各区域进行表面品质检查。

奥奔麦甚至还提供了Teamviewer软体，以便协助设计部门工程师进行居家作业，随时更新软体版本、延伸应用模组，与现场操作人员连线变更设计；只要得知刀具叁数、工件摆放位置及座标原点，就能更精准模拟实机上线状态，自动计算出最隹刀具路径，预估加工时间，提升品质和效率。

欧特克结合衍生式设计 提供积层制造平台应用服务

然而，由於现今所有的市售软体，几??没有任何一套可100%涵盖所有功能，即使有也是天价。惟若能在关键环节选用正确的方法或是工具，才是真正完善的制造解决方案！美商欧特克公司（Autodesk）旗下的云端完善生态系Fusion360，便相当符合此当今趋势。

随着近年来疫情反覆爆发，迫使企业居家工作、远距开会等零接触形式已成为常态，导致各部门的协同作业模式也出现改变。「当工程师不再待在办公室或产线上时，产品从分析、设计、制造等各阶段资料共享也会比过往更加严峻。」

目前已有许多企业开始导入数位转型，改善并加快设计流程，同时须导入合宜的工具或平台，才能真正收「工欲善其事，必先利其器」之效。Autodesk的Fusion 360云端平台多年来发展至今，向来都是基於云端去开发各种功能，进而整合了CAD/CAM/CAE系统软体。

一旦有必要整并各种工作流程，即可选用Fusion 360线上CAD软体，包含AutoCAD、Inventor；CAE软体领域，则有Nastran in CAD、MoldFlow；以及属於CAM软体的PowerMill、Inventor Cam，可让每个生产环节都有相对应软体可提供客户，并带来衍生式设计及Fusion Team等全新功能。

例如在设计部门中，工程师就可以透过完善的建模功能，或是衍生式设计预先设定限制条件，再透过Autodesk的云端伺服器运算分析上传的资料，朝着特定方向来为客户找出成千上百万种方案，使用者只需要利用筛选器，从中找到自己想要的「最隹设计解」，就能往下延伸工作，不像传统地端设备占用CPU运算、记忆体资源且耗能，省去大量时间及成本。

接着经由Fusion 360保存档案，利用CAE功能来分析、验证；待延伸到了CAM制造介面，无论是增材或减材制造，Fusion 360的CAM软体都能胜任模拟机台动作和加工路径。且因为後者具备完善的车削、3~5轴铣削和积层制造功能，即使需要再行产品设计变更，也毋须切换软体。现场操作人员只要透过Fusion Team来传递讯息和共享最新版本CAD/CAM/CAE资料，在家上班的设计人员就可以马上修正、变更，提高整体生产效率与品质，让公司能藉转型数位制造得到最大好处！

未来Autodesk也不排除导入人工智慧（AI）技术，利用累积资料建立模型、云端计算力，让使用者、厂商加速找出最隹解；进而将之相关叁数定型化，产生自动化流程并通过验证，方便其他人不必再重新搜寻或输入叁数，将有助於提高模拟分析验证的效率和精度。

图5 : Forge平台可以接受任意一家厂商或是友商的MES、AR/VR等资料，符合近几年来相当推崇的AnyCAD概念，得以让Autodesk用户藉此开发的各种平台及软体功能，享有非常高的自由度，（source：Autodesk）

Autodesk在近年来持续推广积层（增材）制造解决方案过程中也发现，经常有客户选择与性价比极高的Fusion360衍生式设计串联整合，从减少材料用量与找到产品最隹结构的方向考量，提供更多样化设计优势。

例如欧洲航太制造龙头AIRBUS，便透过Fusion360的衍生式设计来优化无人机结构，确保在减重50%的情况下，仍然保有相同结构强度，更能提高生产效率。也有通用汽车（GM）工程师在设计汽车座椅支架的阶段，导入Fusion360的衍伸式设计与增材制造，使之产品减重40%、提高结构强度20%。

面对当前远距离、居家工作等上班模式，Fusion 360还可以透过帐号授权模式，取代过往一机一用户的License授权模式，让用户得以随时随机，跨装置登入使用；以及透过Fusion Team共享资料，比起过往透过USB传递或e-mail发送资料来得更安全、有效率，不必担心公司运作可能随时中止，用户也可以透过Fusion Team来读取团队资料。

值得一提的是，Autodesk还有另一个开源平台Forge，可以接受任意一家厂商或是友商的MES、AR/VR等资料，这也是Autodesk近几年推崇的AnyCAD概念，得以让Autodesk众多用户，都能藉此在Forge平台上开发各种平台及软体功能，整合不同软体间的工作流、营运价值链，促使平台间的串连性与客制化程式可以有非常高的自由度，更为符合使用者开发需求！

原因即在於Forge平台能做到完整的可视化，将Inventor建立的工具机设备模型与Revit建立的工厂实景，一起汇整至Forge进行整体产线的可视化开发及评估，能让企业在购买工具机设备前，可以很快速了解设备与自家工厂是否吻合，也能清楚掌握整体的产线状态，省下高额成本与避开风险。

近期Autodesk也宣布叁与工研院VMX公有机械云平台商转，不仅利用Autodesk也有类似於App Store或是Play商店的程式集，而称之为Autodesk App Store，可以接受由各国用户或是程式开发商、法人单位所发行的各类外挂程式，其中Forge创建完成的工具也都是针对程式而执行客制化开发，以提高CAD/CAM/CAE整合能力及效率；进而导入国外先进制造场域累积的应用经验、工法，刺激产业数位转型成长。

**刊头图（source：Autodesk）