科研案例

金屬中心 ▶ 開發電極智慧化3D變曲率電化學成型加工技術

 技術特色 
打造出臺灣第一套電化學成型加工航太零件的技術及設備，具加工自由度高、速度快及電極消耗低的優勢。

 產業擴散 
和國內航太製造業者合作開發難度極高的航太擴散器，進而成功切入全球航太零件重要供應鏈。

為了確保飛行安全和性能，品質要求嚴格的航太零件，向來被製造業視為高階精密加工的技術指標。在經濟部產業技術司科技專案支持下，金屬中心投入開發「電極智慧化3D變曲率電化學成型加工」技術，鎖定航太零件中高難度的擴散器，打造可用於航太零件的電化學成型加工設備，獲2023年全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards)及2024年美國愛迪生獎(Edison Awards)銅獎雙重肯定。

擴散器是飛機引擎中的關鍵零件，由近百個彎曲葉片組成，葉片多為複雜曲面且精度要求高，加工難度極高，臺灣極少廠商投入。目前擴散器以放電加工方式為主流，運用放電火花熔化工件材料，需多次加工，加工時間長達11天之久。
 

▲ 國內第一套航太封閉式輪葉電化學成型加工設備，具CNC加工自由度高之優勢。
 

掌握加工參數和設備 補足我國技術缺口

金屬中心所投入的電化學成型加工，屬於非接觸加工，以電解原理為基礎，運用電解液和陰極工具從工件陽極去除材料，加工速度比放電加工快上4倍，且加工後無毛邊產生，也幾無加工應力，非常適用於航太產業常用的難切削金屬材料加工。

但電化學成型加工因技術門檻高，加上設備昂貴，幾乎都是客製化，多年來技術全都掌握在國外廠商手中。早在15年前，金屬中心便開始投入相關研究，摸索加工製程、參數，連機械設備也自行開發，補足臺灣技術缺口。

金屬中心正工程師陳弘毅表示，如何有效控制電化學成型製程參數，是重要關鍵，「控制得當，是加工；控制不當，就成腐蝕。」過去業者必須耗費大量時間摸索嘗試，金屬中心則與美國喬治亞理工大學展開國際合作打造一套智慧化方案，以大數據建立模型，預先模擬加工參數，反覆修正驗證。

解決加工參數後，還有另一道關卡，國際對航太產業極度要求可靠度和重現性，設有嚴謹的製程管制流程，確保每個工件加工結果一致。金屬中心以此標準為依據，設計、調整設備，打造出臺灣第一台可用於航太零件的電化學成型加工設備，相比國外設備動輒新臺幣上億元，國產化設備的成本可大幅減少一半。
 

▲ 金屬中心「電極智慧化3D變曲率電化學加工系統」獲得2023年全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards)肯定。
 

助業者切入全球航太供應鏈

過去金屬中心研發的電化學成型加工，已實際應用在汽車和自行車產業，這是首次跨入航太產業，後續還可應用於飛機機身的特殊結構件、航太扣件，或少量多樣等各類金屬料件加工。

這項技術連同設備，已和國內航太製造業者合作，比起原先廠商的放電加工製程，粗加工時間可減少60%，中加工時間則縮短40%，粗、中加工可完成90%的材料移除率，僅剩最後的10%再以放電加工精修即可。因製造速度快，提升業者在航太擴散器產能，進而取得國外訂單，成為全球航太零件的重要供應鏈。

電化學成型加工技術，是臺灣精密加工的關鍵一哩路。若未來想要加工的更快更好，甚至跳脫加工限制，實現更多精密的產品設計，電化學成型加工技術必不可少，為臺灣製造業帶來升級契機。
 

• 成果案例出處：2023科技專案成果案例彙編