隨著現今全球中產階級人口增加，刺激旅遊及商務、物流往來密集，廉價航空林立，航空運輸量亦隨之逐步攀升，即便經過911、SARS等重大國際事件，亦不受影響，顯見航空運輸已躍升為目前主要之交通方式。根據Frost & Sullivan最新統計2015年Q1亞太地區航空運輸量達4億人次，已超越北美(3.7億)、歐洲(3.4億)，成為為全球最大航空市場；且與中東地區航空運輸人次年成長率，分別為8.5%、9.2%，則印證了新興國家發展及中產階級人口快速成長所帶來的市場效應。

目前亞太地區主要航空樞紐為中國大陸的上海、香港及新加坡，馬來西亞則因鄰近新加坡的地利之便，吸引國際資金投入設廠，估計很快就能成為下一個航空樞紐；包含印尼、泰國等周邊東南亞國家也躍躍欲試，將航太產業列為重要國家政策。

全球航太業迎風高飛　爭搶新機與MRO市場

「而在考量成本及效率下，於鄰近客戶區域投資航太相關產業，也成為一種重要趨勢。」工研院IEK研究員邱琬雯認為，根據Frost & Sullivan統計未來20年(2015~2034)各地區交付的新客機將超過38,000架，新機交付量以亞太地區14330架最多，其次是北美(7890)、歐洲(7310)，在加入龐大機隊營運後，前者將逐步發展成為全球最大航空市場，並衍生可觀的新機製造及售後市場「維護、修復、檢查(Maintenance-Repair-Overhaul, MRO)」商機。

另依ICF International最新統計2015年全球航空器產值為1,803億美元，新機製造與售後市場比例分占58%、42%。未來10年(2015~2024)，除大陸之外的亞太地區，將成為全球第三大MRO市場，產值達1,672億美元，CAGR約6.4%，勢將帶動亞洲地區航太級精密零件、系統、精密機械設備等相關產業高度發展。

邱琬雯進一步指出，目前全球客機兩大龍頭波音(Boeing Co.)、空中巴士(Airbus)為達成兩位數獲利目標，持續採用多種方法降低生產成本，包括要求供應商降價、發展新材料與新製造技術；同時專注於最終系統整合，而將主要/次要模組等，逐步釋出委外製造、組裝，讓Tire1自行建構供應鏈體系。除了在選擇對外投資生產基地時，必先考量當地有無完整產業聚落的成本、效益，再導入新材料及製程、自動化等技術，以符合cost down需求。由於台灣航太加工業、設備業早期具有IDF戰機成功開發經驗，包括鋼鐵、石化業(複合材料)、工具機等上下游產業，亦皆具有航太產業基礎及研發能力，若能透過水平&垂直技術整合研發，結合新南向政策，將有機會快速搶進航空產業藍海。

因應民航機生產利潤及製造品質等因素考量，未來民航機之製造生產有4項主要技術趨勢之發展需要關注。「對製造供應商而言，既是一個機會，也是一個挑戰。」邱琬雯說，首要即是積層製造技術(Additive Manufacturing ,AM)，能一次成型所有複雜外型元件，以因應製造航太零組件需求，提高昂貴材料的使用率。既減少成本及增加零件可靠度，毋須準備大量模具，縮短準備時間，可用來修補昂貴航太零件，不必每次換新。其次是：新材料製程及加工技術(New Materials)、自動化技術(Automation)、快速製程技術(Faster Processing)。

因應積層製造需求　成功開發航太級3D材料

進入現代化工業轉型過程中，已有許多先進國家如美國、德國等，皆已積極布局的雷射積層加法製造技術，又以粉床熔融成型技術(PBF)與金屬沉積技術(LMD)為代表。惟前者易受製作空間尺寸限制，僅適用在中小型與微型零組件製造；後者則可搭配工業機器人或CNC多軸加工機，用於中大型工件與局部區域成型，若兩者相互搭配，將有助於創新製造金屬產品。

工研院IEK資深研究員葉錦清表示，包括美國NASA便透過雷射積層製造技術，減少了渦輪泵製程所需元件45%，比起傳統渦輪泵製程須耗時4年，現在僅須2年完成。航太引擎龍頭奇異公司(General Electric, GE)今年也已宣布斥資約14億美元，收購2家知名歐洲3D列印機製造商：瑞典Arcam AB、德國SLM SOLUTIONS集團，以協助GE與眾多製造業客戶，將生產力提升到新層次。雖然最後因SLM SOLUTIONS要求提高蒐購價格，轉而收購Concept Laser。但兩者都擁有可用來生產航太引擎零件的金屬積層製造技術，Arcam甚至能以更先進的電子束技術，融合金屬材料與其他堅硬物質。

圖1 : 航太引擎龍頭GE投入金屬積層製造早已超過25年，2016年由內部GE Aviation部門開始大量列印第一個金屬零件，就是波音、空中巴士飛機的最新Leap引擎燃料噴嘴。(圖片來源：dsg.files.app.content.prod.s3.amazonaws.com/)

葉錦清進一步指出，其實GE投入金屬積層製造早已超過25年，只是過去雖在自家應用純熟，瞭解該場域客戶端需求，卻未跨足設備。直到2016年欲加速3D列印從原型到零組件的過程，內部GE Aviation部門開始大量列印第一個金屬零件，就是波音747 Max、空中巴士A320neo飛機的最新Leap引擎燃料噴嘴。強調新的噴油嘴設計，是將20個零組件合而為一，除了重量比傳統噴油嘴減輕25%、燃油效率增15%，耐用性也多了5倍。現已訂定將在2020年前，使用積層列印製造超過10萬件飛機引擎零件為目標。

值得一提的是，由於積層製造所需頂級金屬粉末要求純度高、粒度大小一致，導致技術門檻高，國際市場有能力生產的廠商有限，售價高達NT.15,000元/kg。台灣的成功大學機械科技研發中心經多年鑽研，終於解決鋁的氧化活性，比起傳統不鏽鋼、鈷鉻合金粉末過大，容易在鋁塊熔解液化再霧化的噴粉處理過程中爆炸的難題。得以在無氧化的環境下製作，調整出最佳控制參數及環境，目前從材料系統到生產100%台灣製造出高階3D鋁金屬粉末，不必再受制於國外。

圖2 : 工研院雷射與積層製造科技中心自主開發的LMD/DED雷射金屬直接沉積熔覆加工頭，能在大氣環境中，用於模具/金屬件缺陷修補等。(攝影：陳念舜)

成大3D金屬粉末研發計畫主持人、航太系教授王覺寬表示，3D鋁金屬粉末可用於快速生產傳統模式不易製作的高複雜性、少批量金屬零組件，用於追求輕量化的航空、汽車產業上，可發揮關鍵性的價值。成果發表會現場還展出3D鋁金屬粉末製造的首個渦輪引擎壓縮器，經大幅簡化工序，成本比進口品減少一半到只需6,000元/kg以下，性能還優於傳統模式製造的產品。現已與多家國內外大廠SLM Solutions Group AG、健舟企業，與成大、欽揚科技、安集科技共同成立的圓融金屬粉末公司簽署合作備忘錄，未來成大機械科技研發中心將協助圓融公司商業化生產，並共同開發3D列印金屬系列粉末，以因應國際需求。

工研院開發積減法應用　發表LMD關鍵零組件

工研院雷射與積層製造科技中心經理李閔凱表示，因雷射積層製造技術突破傳統金屬切削/成型加工限制，具備形貌複雜化、設計客製化與結構輕量化等優點，在工件複雜度較高的航太產業具有成本低、提升消失性備品籌獲率，與實現隨隊及零庫存補給等優勢。在這兩年歐洲EMO、日本JIMTOF等國際工具機大展，也可見到各大廠DMG、HAMUEL、OKUMA等大廠紛紛訴求以「積減法」設備提升技術深度，跨界結盟來促進工具機高值化；研發複合加工系統與智能化製程結合，應用於航太高品級製造需求。

該中心則將專注以國產控制器為核心，開發AM智機化與參數圖案化技術，經由軟體加值，模擬預測參數輸出及智慧排程；利用雷射加工頭，搭配加法雷射光刀引擎，以提升產品緻密度、表面平整度，加速達成雷射關鍵模組CNC化；進而結合工研院智慧機械科技中心，開發CNC加減法介面整合技術、碰撞檢測技術等。

於日前所發表的105年度可移轉研發成果中，即包含自主開發的LMD/DED雷射金屬直接沉積熔覆加工頭，其係透過複合光路調控，以成型均勻熔池；再搭配4ways噴嘴模組技術、同軸高效率噴嘴噴粉/流流場分析設計、溫度感測模組監控技術輔助；光機高效散熱模組化的冷卻優化設計等，藉以最佳化積層製造品質。得以在大氣環境中，實現均勻堆積與高效熔覆燒結成型的優勢，可用於模具/金屬件缺陷修補等。