突破銲接障礙 拓展商機

榮獲全球百大科技研發獎和愛迪生獎雙料國際獎項。(金屬中心)

隨着航太與電動車等產業對輕量化材料的需求日益增加，鋁合金也因此成爲熱門的選擇。但是鋁合金材料容易在銲接的加工過程中產生缺陷，也會因爲銲接時的熱輸入控制影響強度及品質，爲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。

3D摩擦攪拌銲接技術。(金屬中心)

隨着產品設計愈來愈爲複雜，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臺」，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劃，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，目前已經進化爲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。

經濟部產業技術司補助下建置「摩擦攪拌銲接示範產線與試作平臺」。(金屬中心)

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，爲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。

由2D直線銲接升級爲4D(3D+異質)銲接。(金屬中心)

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「加法制造」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「減法制造」，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）