五軸同動加工技術 應用於渦輪葉片製程案例探討
■ 捷 銳
多軸數值控制（NC）加工近年來隨著國內工業之發展需求日益殷切，為了滿足工件幾何複雜、高精度與高速化的需求，相關之研究工作亟待有系統地展開，目前多軸加工技術多應用於航空太空工業、船舶機械工業、汽車工業、流體機械工業及模具製造業。
多軸工具機未來技術發展是針對其生產型態的需求而改變， 主要在提高切削速度及可靠度， 並以降低加工成本為主要考量，故降低成本、高速化、高加速度化及高精度化將成為現階段國內外工具機產業之目標。
提到多軸加工，最常讓人想到的就是渦輪葉片的加工製造，因為渦輪葉片屬於複雜的自由曲面體零件，長期以來，在以往的製造工序上採用的是鑄造後，再以成型砂輪進行研磨，但是這樣的生產效率非常緩慢，而且因為以人工方式研磨，因此葉片表面精度難以保證，也不能有效地保證渦輪葉片表面準確性和製造品質，因為手工研磨的勞力較高，鑄造廠的工作環境也比較非惡劣，因此這樣的渦輪製造方式，已經不能滿足現今技術進步的要求。
因此，在近代電腦輔助設計與製造（CAD/CAM）技術不斷提升，以及五軸數值控制機械的普及化之下，有許多類似於渦輪葉片的相關複雜曲面零件，均已逐漸採用CNC進行五軸同動加工。
關於渦輪葉片的應用領域最主要乃用於飛機的發動機上，因此關於發動機的渦輪葉片設計與製造技術，早在80年代國外就開始投入了大量的人力和財力進行了大量的研究與開發，因為具有相當大的技術難度，且當時因為只有少數幾家公司掌握了該技術，因此該項技術極為保密，而這項技術也因此成為市場競爭的有力技術手段， 而「渦輪葉片的CNC五軸同動加工技術」是目前機械加工技術中的尖端高技術。它牽涉到的技術範圍包含－逆向工程（RE）的曲面擷取，電腦輔助設計（CAD）的三維造型，電腦輔助加工（CAM）的五軸同動CNC技術，而三維曲面表面測量（CMM）及定位技術亦為品質控管的重要環節。
在本文當中，筆者將就本身專長及所學，應用電腦輔助設計與製造軟體SolidWorks＋CAMWorks，針對渦輪葉片三維設計，以及在CNC加工過程中所需製作的五軸同動加工程式，進行軟體操作與設定之概略介紹及說明，也希望從事相關領域之各位資深先進能不吝給予筆者建議與指正。
使用SolidWorks建立渦輪葉片的三維造型
首先，我們必須利用3D CAD軟體進行渦輪葉片之模型建構，由於渦輪葉片的表面造型屬於自由曲面，因此在進行三維造型建立的過程當中，除了3D CAD需要擁有的強大的曲面建構功能之外，為了快速得到曲面造型精確與完整性，有許多業者會利用逆向工程（RE）技術來取的既有模型之曲面造型數據資料，並將取得之數據資料導入3D CAD中，用以進行曲面的建構與編修。操作方式如下：
1. 利用MicroScribe逆向設備擷取模型表面數據
在本案例當中，筆者使用MicroScribe進行曲面數據資料的擷取，而MicroScribe逆向工程系統屬於接觸式逆向設備，可與多家3D CAD系統整合，在本案例當中，筆者使用SolidWorks系統進行逆向數據資料之接收，該設備之機構為多關節之手臂造型，資料擷取範圍為半球狀空間，最大半徑範圍為該量測手臂之最大伸展長度，使用者利用該手臂前端之探針接觸於模型表面並移動，透過USB系統與電腦連接，在接觸過程當中，該系統將會擷取相關數據並導入電腦中所搭配的3D CAD軟體當中，而使用者可在軟體中設定讓該系統截取模型表面之點或線數據。
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運用Z Corp. 3D Printer 加速自行車上市
■ 張慧君
自行車產業的競賽就是比較誰能創造更好的外觀造型、更高的性能或是更堅固零組件，每個環節都十分重要及緊湊。從早期十分笨重的鐵馬，到至今訴求流線型且具多功能的休閒車，台灣自行車產業已經在全球佔有相當重要的地位，如何提昇研發人員的創新能力與加速開發流程，讓台灣自行車產業可以市場區隔化，獨樹一格，將是目前首要的任務。本文就以位於台灣研發自行車重鎮—台中的財團法人自行車暨健康科技工業研究發展中心為例，探討如何有效運用美國Z Corporation 所研發的3D快速成型系統。
1992年，由經濟部正式成立「財團法人自行車工業研究發展中心」，最初階段致力於變速器的研發，目標在於提昇台灣自行車零件產業的自主性。2001年開始，台灣傳統自行車因全球佈局，兩岸分工的模式進入轉型期，需加強台灣廠商的研發，以區隔大陸產品。在新功能和新用途產品中，很多因為電動化的加入而創造出新的產品，這些產品大部分屬於運動休閒及健身領域，無形中由原來的服務傳統自行車產業，擴展到運動器材、醫療器材和電動自行車等產業，而這些產業的產值也在近年逐漸增加，因此，於2003年更名為「財團法人自行車暨健康科技工業研究發展中心」，正式邁向以健康休閒為主的多元產品研發。
目前中心的研發團隊有25人，從事自行車各種成車與零組件的研究發展及材料開發，並整合與其技術相關之電動自行車、電動休閒車、電動代步車、電動輪椅、跑步機、橢圓機、走步機和健身車等高附加價值產品之產業，中心內部積極建立造型設計、機構設計、機電整合、產品開發和標準測試等關鍵核心技術。因此，研發過程之效率極為重要，部門人員間彼此的溝通協調也需提昇，整體生產開發流程才能順利完成。
面臨挑戰
過去研發人員將3D CAD 圖製作成3D實體，需大量倚賴CNC加工來完成，光是加工部分的工作最少耗費2週以上的時間，有時候還會因故而延遲，無法全面有效掌握交期的時間，將整個開發產品的時間拉長，無法達到客戶的要求。
而且3D CAD所繪製的模型，有時候CNC加工廠因為沒有適合的刀具，而無法達到研發人員所需要的效果。為了獲得更加完美的模型，整個交貨期就得延長，否則就無法兼顧達到模型精確度的期望。另外，如果不論及時間及成本的考量，使用3D CAD圖在轉換為原型時，往往非設計人員所構想的，但是重新製作的時間又十分冗長。............................《精彩內容，詳閱第220期 8/2006》
高耐熱性能PPSF快速原型材料的應用實例
■ 黃至明編譯
快速原型技術的應用在近年來呈現蓬勃發展與成長，主要原因之一，是因為工業設計與機構設計日益受到市場的重視，於是各式快速原型機器應運而生，由於各家原理與技術都不甚相同，所以無法進行齊頭式的比較。因為系統原理不同就會產生極大差異，也就會各有特色，只能說依據客戶實際的預算與需要，取得較合適的快速原型系統，才是消費者之福。
對於目前快速原型最大應用市場的北美客戶而言，因為經濟力量雄厚，可以同時擁有數種系統，例如初期試做草模看看，精度不重要，可以使用速度快的系統；做機構設計時，須要進行組裝測試時，可以使用一台製程乾淨、模型穩定、系統耐用的工程材料系統，然而，對於台灣的中小企業而言，則需要將預算花在刀口上，一台能夠塑形、裝配與功能性測試的全自動工程材料快速原型系統，是最符合客戶需要的系統。
對於原型的需求，速度很重要，調表面細緻度也很重要，然而，要符合原型的精神與用途，唯有滿足客戶需求的材料特性的原型，將會是滿足七成原型市場的終極因素。
關於T-class 平台
FDM 熔融擠製成型（Fused Deposition Modeling）技術是由STRATASYS公司所設計與製造，採用類似射出成型的原理與概念，可應用在一系列的辦公室型工程材料快速原型系統中。其中，採用伺服控制系統的T-CLASS平台的系統，包含有高階強悍機種FDM Titan，以及中階擴充型系列機種FDM Vantage，分別是有Vantage I、Vantage X、Vantage S以及Vantage SE等共五種。
FDM技術利用ABS，polycarbonate（PC聚碳酸酯，可耐衝擊），polyphenylsulfone（PPSF纖維聚合物，可耐高溫）以及其他材料成型。這些熱塑性材料受到擠壓，通過預熱的噴嘴而成為半熔融狀態的細絲，藉由沉積在層層堆疊基礎上的方式，依據3D CAD資料直接建構原型。該技術通常應用於概念設計，零件塑型，裝配確認以及各種實際運作的功能性測試，也就是所謂的Working Sample實作，並非純粹有外觀確認的Mockup。
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