國機國造起飛 靠3D列印裝上翅膀
2017/11/132017-11-12 經濟日報
「國機國造」隨著政府的「5+2創新產業」而成為熱門的議題，3D列印技術應用於航太工業，則是顛覆式創新也是必要的選項。3D列印具有將材料以一層層薄層的型式堆疊形成產品的特性，相較於傳統加工方法(鑄造、銑削、焊接等)，3D列印最大優勢在於產品整體結構不論複雜或簡單，對3D列印而言沒有差別，都能輕易完成；相反的，想用傳統加工方法製造扭曲不規則形狀、重複連續的微小結構等，成本極高，甚至不可能達到。因此3D列印已在航太產業找到利基。
在巨觀上，飛機是一種模仿小鳥外形的人造機械；而微觀上，小鳥為飛行必須減輕重量，同時不犧牲結構強度，進化出空心、充滿巢狀支架的骨骼，這部分是飛機過去利用傳統加工方法所無法模仿。而3D列印能輕易製造複雜結構的優點，為飛機帶來輕量高強度結構的重大突破。3D列印提升飛機的「強度/重量比」，以更輕的材料重量，達到相同的飛機結構強度，意味著節省製造時的材料成本，甚至節省飛行時所要耗費的油料。
航太產業龍頭波音從1997年投入3D列印的研發，如今在全球飛行的波音客機上，搭載超過5萬個3D列印的零件。波音在2016年8月發表用於機翼製造的3D列印修整鑽孔器，這個修整鑽孔器長5.3公尺，寬1.7公尺，重達0.74公噸，被金氏世界紀錄認為是目前世上最大的3D列印產品，將用於777X客機開發。在傳統做法上，製造機翼修整鑽孔器需要三個月時間，而3D列印只需30小時。
2016年10月，波音與Stratasys公司、西門子合作開發機器手臂系統Infinite-Build，能在軌道上無限延伸執行3D列印，生產大型高強度、高精度的複合材料航太零件。波音還有一件專利揭露一種用於模擬在高空中機翼上結冰的3D列印塑膠冰；由於高空中機翼上的結冰對飛行安全有很大影響，所以模擬機翼結冰進行飛機測試，是美國聯邦航空管理局非常重視的技術。該專利提到，3D列印不但能模擬結冰外觀，連結冰內結構都能重現。
空中巴士旗下APWorks是專門研究3D列印的單位，利用品名為Scalmalloy的鋁鎂鈧合金粉末材料進行3D列印，開發出重量減低45%(30公斤)而強度更強的艙體隔牆；若將艙體整個用此仿生高孔隙率合金製造，預計省下的油料相當於每年減少46萬5,000公噸二氧化碳排放量。空巴從2014年開始將Stratasys公司3D列印的零件用於新型飛機A350 XWB開發，2016年認證其產品型號為9085 3D的3D列印用樹脂材料的飛機零件適用性，認證標準包括強度重量比、耐火性、低燃燒煙塵度、低毒性等。
2017年6月的巴黎國際航太展上，奇異公司一舉拿下310億美元的航太零件訂單，其中很大一部分有關3D列印零件；這使奇異公司過去在3D列印項目超過14億美元的投資顯得非常划算。奇異預計2020年以3D列印技術產出超過10萬個航太用引擎零件，目前的成果已應用在飛機引擎噴嘴。
奇異的LEAP引擎噴嘴結構非常複雜，唯有以3D列印才能製造。材料方面則使用超級陶瓷材料，能耐受攝氏1300度的高溫，比絕大多數的合金高260度，比過去的引擎噴嘴更便宜、耗油量降低、更容易冷卻，同時具有壽命長、密度低、抗腐力強、高溫強度穩定的特性，重量也減少25%。
隨國機國造的推動，國內業者看到3D列印在航太業日趨重要的地位。2017年6月15日工研院與漢翔簽署合作備忘錄，合作內容有關3D列印之部分包括「航空零組件雷射加工試製開發」與「航空零組件金屬積層製造試製開發」；將合作備忘錄對比6月奇異公司拿下310億美元訂單，顯示我國3D列印尚有討論空間。