人手一機的時代,鑲嵌在手機裡的細小碳鋼螺絲、馬達中如指甲大小的微型軸心與齒輪,亦或是晶圓封裝細如髮絲的探針,這些不起眼的微型零組件,一旦缺乏產品就無法發揮正常功能。金屬微型零組件沖壓成形後,還需經「熱處理」提升韌性強度與穩定度,傳統熱處理設備多為大型連續爐,不適用於微型零組件,常發生良率不佳、品質性能不穩。
金屬中心精密熱處理實驗室針對產業痛點對症下藥,自主研發全球首創「連續式微型元件熱處裡系統設備」,4大創新設計使整體收料率達100%、良率達99%,更獲得R&D百大研發獎與愛迪生獎,兩項國際殊榮;另針對沃斯田鐵系不銹鋼開發「不銹鋼耐蝕暨表面硬化系統設備」,解決不銹鋼硬度低的缺陷,提升硬度6倍以上;而大量應用在汽車齒輪軸件的「高壓氣淬真空滲碳熱處理設備」,可扶植設備國產化,成為產業最堅實的智庫與後盾,擦亮台灣微型零組件產業的國際競爭力。
不論是傳統機械製造,或是半導體、電動車、無人機等高科技產業,關鍵零組件都少不了熱處理製程,透過均勻加熱材料,改善硬度、韌性。一般熱處理過程分為加熱、淬火、收料、清洗、回火等步驟,傳統大型熱處理系統設備,各種製程參數並不適用於精微零件,必要時得先運至國外完成熱處理,才能接續後段工序,費時又不易掌握生產效率。
左為熱處理設備;右為祥儀蔡逢春董事長
◎微型元件連續式熱處理設備技術獲國際雙料殊榮 打入特斯拉、BOSCH供應鏈
祥儀公司董事長蔡逢春指出,微型零件體積小且輕,傳統處理方法使用不銹鋼網袋包裹零件,易導致受熱不均,造成扭力不足、脆化斷裂和變形等問題。不使用網袋又會導致零件四處飄散,影響收料效率。公司曾考慮從國外購買設備,但1500萬元的價格僅能提供單一淬火功能,性價比不高,進而尋求金屬中心的幫助。
為此,金屬中心逐一針對缺陷做出修正,聚焦直徑2mm以下的微型零組件,從「自動進料系統」、「加熱爐」、「油槽裝置」與「收料裝置」進行大改造。副組長黃家宏表示,透過輸送與震動的送料技術,取代細鋼網包覆,使零組件均勻分布於板上,避免堆疊或擠壓,產品良率從60%提升至99%。另採用螺旋設計優化收料結構,利用泵浦輸送淬火油,使零組件快速沉入油槽並完全捕集,達到100%收料率,解決傳統熱處理過程中的原料浪費和混料問題。
除了改善關鍵結構,設備外觀也從原本20至30公尺長,縮減到只需佔地2~6公尺,降低設備成本超過50%,並導入智慧化服務功能。經由AI整合判斷,能針對特定材質提供精準的熱處理製程參數,使處理後的零件在硬度、滲層和尺寸等方面精準達標,降低對人為經驗的依賴,提升生產效率。透過雲服務,提供熱處理產業智慧生產專用的SaaS模組,實現智慧化的終極目標。
蔡逢春開心地說:「多虧有金屬中心幫忙,以往送樣作業期至少1個月起跳,而現在2天就能拿到處理好的零組件,大幅提升生產效率與競爭力,這不僅是技術突破,更是產業價值的提升。」
左為不銹鋼硬化設備;右為月涼如水盤
◎ 沃斯田鐵不銹鋼表面硬化處理技術 應用實績廣 米其林指定高級餐盤
同樣走出新藍海的還有歷時3年研發的「沃斯田鐵不銹鋼表面硬化處理技術」。不銹鋼種類與成分多元,其中沃斯田鐵不銹鋼正是民眾熟知的304、316等3系列不銹鋼,佔全球不銹鋼總使用量4成,其優點為耐蝕、可抗酸鹼,缺點則是硬度低、不耐刮磨。
為改變上述缺點,金屬中心從3大方向著手改良設備:①內鍋設計:提高氣體對流效率、②氣體流量控制:精確控制氣體流量、③爐內感測器;智慧化動態監測溫度、氣體濃度、爐氣流量等指標,以低溫滲碳方式降低工件變形機率,使不銹鋼表面滲層達10~30μm,硬度達到HV 900~1,200,讓處理後的沃斯田鐵既耐磨又耐蝕 。
沃斯田鐵不銹鋼被廣泛應用於建築扣件、民生、工業產品中。台灣設計品牌「澄市設計」創辦人林洧緹,正是利用這項技術將鈑金餘料變成高檔餐盤。其招牌產品“月涼如水盤”在燈光映照下如月光灑落水面,波光粼粼,成為米其林三星主廚指定使用的餐具,從論斤計價的鈑金變成讓人難忘的餐桌藝術品。
在建築扣件方面,目前市面上多採用碳鋼與不銹鋼的複合扣件,但這類扣件存在銲接處易斷裂的風險。為符合歐洲建築法規並提升建築物的安全性,國內扣件大廠慶達科技與金屬中心合作,利用這項技術開發出一體式不銹鋼鑽尾螺絲,其硬度和滲層能精準達到需求,並且可以一次處理大量不銹鋼扣件,顯著提高產能並降低生產成本。
另一項扣件上的應用,是用在半導體設備的鎖固螺絲,能有效防止鎖固時螺絲卡死問題,目前與國內半導體設備大廠帆宣科技技術合作,交由ASML驗證,服務台灣半導體設備供應鏈。
從建築到餐桌再到半導體,不銹鋼表面硬化處理技術應用實蹟相當廣泛,更榮獲兩項國際獎項之肯定,商業技轉價值高,用硬實力奠定台灣產業科技國際地位。
「亞太真空熱處理研發中心」揭牌活動合影
◎超高壓氣淬真空滲碳熱處理設備技術 扶植國產設備接軌國際
國內精密機械零組件品質精良,技術水準與日本並駕齊驅,產業供應鏈體系完整,具群聚效應優勢,早已是歐美、東南亞、中南美洲等精密零組件的主要供應國。近年來,全球機械、車輛與電子等產品設備市場持續高度成長,帶動機械零組件需求量增加,加上地利與製造優勢,有極大潛力發展為全球機械零組件供應中心,而熱處理技術成為產業決勝負的關鍵。
金屬中心藉由引進國外標竿技術「高壓氣淬真空滲碳熱處理設備」,其著重於汽車齒輪件/軸件的滲碳熱處理製程。鑑於傳統油淬製程,從液態轉換氣態會有冷卻速率差異,易造成品質不均,高壓氮氣淬火在工件冷卻過程中,介質不會有相轉變,排除冷卻速率差異的問題,有效提升工件淬火品質,延長工件嚴苛使用條件;且高壓氮氣淬火能調整淬火壓力,以達到不同淬火速率來符合需求,同時降低變形量。除了設備本身,還提供專業檢測服務,包括金相分析、硬度量測,建立高壓氣淬真空滲碳熱處理試做平台,幫助業者縮短新產品開發時程。
金屬中心逐步建立完整的熱處理製程開發、模擬與檢驗分析能力,並與法國ECM集團合作,成立了亞太真空熱處理研發中心,協助國內熱處理產業建立從材料、製程、系統到設備的一站式解決方案,成為全球精密零組件供應鏈的重要後盾。這一合作將幫助產業穩步走向高值化,並瞄準光電半導體、醫療器材、電動車和通訊等應用產業,接軌國際市場,搶佔先機。
「一起努力、使命必達」一直是團隊的座右銘