綠色切割技術

2.5.1 自動化切割技術發展

18 世紀末重大發明是蒸氣動力技術，轉動了生產製造過程的機器巨輪，大規 模的工廠化製造生產並取代傳統製造的手工人力，也造就人類歷史上的第一次工 業革命，如今過一百年之後的第二次工業革命是電力、內燃機、電動馬達、汽車 等新技術廣泛應用上，有效大大堤升製造時間效率，開啟了產品可以大量生產化 和專業化的分工時代。1960 年代開始的電腦革命你我熟知「IT」，是早期電腦運 算的開始、演進入到個人電腦之後則稱為是「虛實整合系統」（Cyber-Physical System）。直到 21 世紀的今天只要按一下列印的開關(電腦王，2015)。

產品從設計到製造過程中就只有一線之隔巨大之差別，有別於前兩次工業革 命要追求大量化生產。有電腦網路、再生能源「3D 列印」等技術所構成的第三次 工業革命，透過數位化、社群化的設計朝向個人化生產製造邁進發展。因為工業 革命改變下，初期電腦都是跟大象般地巨大，可以使用電腦的場合，幾乎都是要 進實驗室，所以很多公司開始致力於將電腦體積有效縮小化，IBM 就是其中一家，

而蘋果的 Apple II 則是另一個強勁對手，直到 1977 年，史蒂夫·賈伯斯(Steve Jobs) 和 史 蒂 夫 · 沃 茲 尼 克 (Stephen Gary Wozniak) 等 人 所 成 立 的 蘋 果 電 腦 (Apple)，成功的生產出「蘋果二號」(Apple II) 這台電腦並打入家庭，於是開 啟了「家用個人電腦」的時代。

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設計者不斷想製造更複雜的產品，這種欲望造成一種趨勢方向，使得製造過 程更為能量密集。最明顯的例子，就是金屬片的切割，從高效能的鍘刀式切割

（guillotine cutting）直到電漿切割（plasma cutting）(圖 2-1)，再到現今 廣為使用、非常耗能源的雷射切割（laser cutting）(圖 2-2)。製造過程中損耗 的能源不斷增加，為免全球暖化，二氧化碳排放量勢必得降低，所以產品與設計 師也得深入關切這個議題，審慎考量產品的設計是否對環境造成的衝擊。然而智 慧工廠卻可以生產出千變萬化的客製化產品，近幾年來，隨著網路經濟的發展，

製造業又出現客製化「3D 列印」機所製作模式的產品(圖 2-3)。此一模式雖然可 以滿足消費者的需求，但卻因成本高居不下而難以形成規模經濟效應，而智慧工 廠卻可以能夠讓一條生產線產出多元化的產品，不僅可快速達成市場佔有率，也 將成本大幅降低。

圖 2-1：台灣電漿 CNC 切割機 圖 2-2：雷射切割大型工作機台 圖 2-3：3D 列印工作機台 圖片來源：

台灣電漿股份有限公司官網

圖片來源：

銘晟數控機型 MS1390HQ150W

圖片來源：

達億機械]KINGSSEL1820 官網

個人電腦推動軟體程式的進步，因而再推動列印技術進步從 2D 列印轉到 3D 列印技術，幾年蓬勃發展被受各國工業界重視，甚至被視為第三次工業革命關鍵 技術之一，目前 3D 列印技術發展概況，藉由「積層製造」（Additive Manufacturing）

「加法式加工法」技術是目前較為成熟技術與綠色材料做相關結合(Nikkei

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Trendy,2014)。也因此各家廠商陸續推出不同的技術與材料，並開發出各種因應 不同需求的 3D 列印使用的機器。近年來隨著幾個 3D 列印關鍵技術專利到期。許 多廠商也紛紛推出低價 3D 列印機並開發各種各類材質列印使用的材料，硬體裝 置又更佳低價化早期一台 3D 列印機器往往造價相當昂貴，每台造價都是數百萬 台幣起跳，因此相當昂貴列印機器只能應用在特殊需求上(電腦王，2015)。

2.5.2 雷射 3D 切割技術

雷射這個名詞似乎對於現代人來說好像跟生活密不可分，舉例來說：雷射印 表機、雷射美容、近視雷射手術、雷射鑽孔、雷射雕刻等等。雷射有各種不同的 應用，小至數毫瓦的雷射簡報筆到大至進行核融合研究用的雷射系統，雷射光源 應用的領域涵蓋通訊、光儲存、材料加工、微影應用、醫療美容、科學研究及軍 事、儀器及感測器、娛樂及顯示器和雷射列印．其中材料加工為其中主要的應用 (雷射知識網，2012)。所以往往雷射加工被寄望成為目前機械製造上可以所產生 比較少的污染及損耗，但又能進行更複雜化製作方式成型，加快工程設計的程序，

所以「雷射切割」上是綠色生產前哨方式。

雷射加工的第一個關鍵在於如何選擇一隻適當的雷射光源，市場上常見的雷 射光源相關的名詞有二氧化碳雷射、半導體雷射、光纖雷射、二極體泵浦固態雷 射、YAG 雷射、飛秒雷射、皮秒雷射、Ｑ開關雷射等五花八門的名詞(雷射知識網，

2012)。雷射切割加工範圍有汽機車金屬鈑金、管件、半導體、光電、3C、重工、

能源、文創(雷射知識網，2012)。而雷射燒結技術 (Selective Laser Sintering)

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int.com/BRONZE_AGE_C ollection/110538

https://hi-news.ru/t echnologyla.html

http://www.jorislaar man.com/work/gradien t-chair/

http://www.dayinhu.c om/news/66214.html

(資料來源本研究彙整)

雷射加工 3D 技術說明細項說明歸納以下；

253D 列印「3D printing」，又稱增材製造、積層製造「Additive Manufacturing，AM」。3D 列印技術是 21 世紀工業 4.0 開始掀起，因縮短開發與測試時間的成本縮短進料跟生產時間，回饋到產品設計開發研 發製造過程並影響開發過程，是非常值得探討的技術。

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(1)、「SLA」光固化分層實體製造列印，表面光滑，質感好可用的列印材料多以 液體的光敏樹脂為主成型後易發生形變成本較高。

(2)、「SLS」選擇性雷射燒結列印特點表面有磨砂感承重好，韌性較強造型實現 程度好可用的列印材料為多種固體粉末，如金屬、陶瓷等成本會比較高。

(3)、「SLM」選擇性雷射熔化列印家具的特點是金屬質感承重好，結構強度高，

可用的列印材料為金屬混合粉末成本非常高。

(4)、「FDM」熔融沉積製造列印家具的特點，表面呈線圈質感，較粗糙結構強度 低，成型後易變形可用的列印材料多為固體卷材，如 PVC 工程塑料、金屬 絲等成本低(創想智造 3D 打印，2017)。

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