量產是AM(加法製造)活躍的未來
從蟲的眼睛變成鳥的眼睛
關鍵在改變思維
 
機械資訊 758期
文/許熟珍 會務開發組 台灣機械東京服務中心
 
3D金屬列印機的製造商，同時也是使用者的美國General Electric(GE)，製造航空機的引擎時使用多數的AM(Additive Manufacturing)零件。其中之一的燃料噴嘴，從2016年開始量產，目前為止，已交出約6萬個的實績。在GM擔任AM事業的GE Additive日本統括責任者ThomasPon說：「要活用AM'不能只專注於零件單體生產，而是必須要更上一層，從開發高功能性的零件及系統級技術切入。」
 
正式投入AM事業是在甚麼時候?
 
GE設立Additive事業部是在2016年收買到金屬列印機的製造商瑞士Arcam及德國Concept Laser的時候。但是，在這之前我們已經使用AM去造形航空機零件。現在，我們已用AM去量產渦輪葉片及燃料噴嘴等各種的零件。
 
例如LEAP噴射引擎的燃料噴嘴，在2015年我們取得了美國聯邦航空局(FAA)的認證'證明了AM製品在高溫的燃燒環境下也可以使用。2016年開始交貨，到今年目前為止，已交出6萬個左右。一架飛機大概要使用4叫固，計算起來已有1，胸架以上的飛機導入我們的製晶。
 
對AM的強烈印象是在打樣等單個造形時使用。如何大量生產?
 
一般認為AM在造形時需要花時間，單價成本也高，不適合量產。但是，那是因為過去許多使用者是針對既有產品，考慮用AM去製作，著眼於替代方法所限制。所以，首先應該是檢討在何種情況下用AM會有好處，必須要正確地去理解。例如，去善用它的特徵，造形出目前為止無法做到的高功能形狀，或是以前需要使用多數的零件去組合，才能製造出一個有功能性的製品，若是使用AM也許可以一次就造形。先前談到燃料噴嘴的例子，本來需要總共20個的零件組裝，現在可以整合成只有一個零件。在此重要的是，要用系統級(system level)的思維方式(mind set)去開發。
 
何謂系統級(system level)?
 
系統級是指，不是做最小單位的零件，而是做更大空間的功能性零件，或是組裝而做成的單元組件。用「鳥的眼睛」看製品的整體再去設計開發，這樣就可以削減零件的總數，造形出最適當的形狀。在GE導入的製程中，有的本來需要用300個零件，現在可以一體造形完成。
 
也就是使用統合的設計就可以量產。
 
是的。若統合複數的零件為一體的話，單體的製造成本即使很高，但是計算到目前為止所需要的零件的單價、供應鏈的成本、組裝等的前置時間等，綜合性來看成本效益會提高。當然到達量產階段，還會有其他許多的課題會發生，總而言之，先從統合後的設計開始。還有削減零件的件數，讓構造簡單化，省去焊接及螺絲鎖付的接合部分，零件的強度也會增高。也就是說與其設計小零件的代替品，不如用系統級去設計，越接近最終製品，這樣優點會越來越高。
 
製造工程會有很大的變化吧。
 
拿馬車跟汽車的關係來思考會比較容易理解。坐馬車的人希望馬好走路，就給馬做馬蹄鐵，維持馬的健康狀態等項目，投入精力於馬身上。但是道路被鋪裝，汽車登場後，以前需要做的工作，作業都不要了。AM技術就是要求要有這樣的思考變化。GE Additive是根據公司累積的經驗去推展AM的顧問服「ADD Works」。最初投入的工作是，為了讓AM成為一個事業部門，包含設計方法的思維方式(mildset)的教育。也就是說，不要去思考既有的零件如何造形，而是甚麼樣的零件應該用AM去造形才是重要。
 
要成為事業部門的條件?
 
首先，一定要考慮用AM造型的必要性。GE的燃料噴嘴，只能用AM製造，所以比其他公司的製品有絕對的優勢。一般容易誤導的是，用AM去造形既有製品的原來形狀。零件及製品大多是用以往的製造方式去進行最優化設計。這樣的話AM的優點就無法充分發揮。只是考慮AM是「只要輸入數位資料，完成品就會自動出來的裝置」。這樣就無法創造出商機。在GE。我們視AM為「放在箱子裡的鑄造工廠」。造形物是被要求要像鑄造品一樣被設計及進行後處理工作。表面的品質及外型尺寸多數會比切削加工來的低劣。所以要利用AM必須要針對AM的造形前後去考慮，再去做最適當的設計。
 
AM專用的設計者很重要吧。
 
是的。要完全會執行運用，必須要有完全理解系統級理念的設計者不可。只是日本人不擅長於用[鳥的眼睛]看大局，而是專長於用[蟲的眼睛]去看每個零件的細節部分。這也是日本為什麼能夠維持高品質的原因之一。另外，日本企業大多跟顧客建立良好的供應鏈體系，互相探討並配合對方細節性的技術要求，所以在量產體制上，要導入新的技術AM比較困難。但是，我們看到海外的製造商已經開始應用AM'這個潮流一定會流入國內。為了面臨未來的衝擊，現在，企業有必要去培育會用AM思維方式(mindset)的人才。
 
在日本，AM還未滲透市場。今後該如何?
 
現今與90年代後半期，5軸加工機械剛剛上市的情景類似。5軸加工機械出現時，沒有工程師會設計加工程式，也不知道加工出來的結果，那時遲遲不能普及市場。現在社會對AM的理解還不是很高。使用傳統的加工方式的人曾經指責說：「用AM外型尺寸量不出來」，「用粉末做出來的製品很脆弱」。如果，AM設計者增加，3D金屬列印機的特性被廣泛理解，導入的實績漸漸增加時，檢討購入的企業也一定會出現吧。當然，我們身為一個製造商也會繼續推展AM的敵蒙活動。不只是航空機的實例，在日本我們也要努力做出成功的事例，更加宣傳AM可能性，期望能夠成為日本企業成長的催化劑。
 
 
原文連結》http://www.tami.org.tw/print/759/759_05.html