【軍傳媒／軍事專欄】國家中山科學研究院飛彈火箭研究所副所長任國光日前接受「軍傳媒」專訪，針對其飛彈所在近年積層製造的成果做了詳細的說明。國家中山科學研究院（簡稱中科院）近年涉獵頗廣，但是最為核心的就是其飛彈的成果，從反艦的雄風一、二、三型飛彈到防空的天弓天劍飛彈系列，在亮眼的成果之下，小專案的推動才有可能顛覆未來。
中科院積層製造的歷史
國家中山科學研究院飛彈火箭研究所前身是機械所，負責全院所有機械零件的研製，因此將航太級積層製造的技術導入。自民國106年起承接國防部科技專案，發展國防及航太使用的金屬積層製造生產技術，包含積層設計、製造、後處理、驗證，以及積層粉末自製等，於106~109年的第一期計畫期間完成全製程製作能量的建立，於110~113年的第二期計畫期間則以未來穩定量產為目標，進行品質監測系統開發及零組件生產驗證。
由於一開始就鎖定軍工航太元件，因此從七大工法裡面選定兩種，一為PBF（Powder Bed Fusion），就是粉末熔融，這種工法適用於小型精密且表面粗糙度良好的工件，例如鎳基合金鈦合金，有了這個需求，就會請材料所調配出合適粉末，經過測試後再微調其比例，例如不鏽鋼17-4PH、718鎳基合金、Mar-M247鎳基合金等積層專用粉末的自製及試量產，這部分就是中科院自己經過研究的Know-How了。
這段期間發展出粉床熔融技術的積層製造設備，包含10公分立方、25公分立方等兩種機型，，並推展本院微型渦輪引擎關鍵零件使用積層製造技術，現已完成組裝、接收、耐久等引擎地面點火功能性測試，後續將安排飛行試驗。
積層製造的優點與成果
所謂的積層製造其實就是複雜的3D列印技術，由於要用在引擎或是飛彈的零件，因此必須要耐高溫耐衝擊，過往類似的零件都是用傳統工法由專業師傅打造，不但耗時且無法量產，且受限於製造工法，往往一個零件做出來前要討論許久，製作出來後要修改又要耗費數月；而如今的基層製造，除了可事先使用電腦模擬之外，像內流道這種難製造的零件，如今都可以快速製作，除了精度大幅提升，表面粗糙度藉由材料的控制及磨砂液體的控制都可以達到所需要求。
在此特性下，中山科學研究院飛彈火箭研究所就特別專注於小型引擎的開發，在111年就完成了微型渦輪引擎的關鍵組件試製，將微型渦輪引擎的進氣道、尾管、渦輪噴嘴、散熱內流道等零件藉由積層製造的技術，由72件整合成5個零件，過往由於製造工藝限制需要數個零件分開製造再組合，如今利用積層製造方式可以直接生產，大幅降低生產時程，同時也減輕許多重量，在微型渦輪引擎上減輕重量代表航程可以更遠或運載量可以更大。
目前中科院也利用基層製造的技術，承接漢翔公司高教機零件，完成4項共計484件的零件交貨；且已經可產製40立方公分的鈦64工件、25立方公分的不鏽鋼17-4PH、718鎳基合金、Mar-M247鎳基合金等材料的工件，品質均符合AMS規範。
積層製造的技術難處
一般都認為，積層製造只要外表一樣就好，但其實每個零件在不同環境下的抗拉強度、延伸率、孔隙率等都是要求，因此正個積層製造最難的其實是製成的開發訂立，要用什麼樣的材料粉末，積層鋪粉噴塗的順序、哪邊需要加支架增加強度，譬如斜出或懸空的零件要怎麼樣才能順利鋪粉後續能移除；另外航太件還有個特點，就是許多都是薄殼，因此要克服在不同溫度下的翹曲、如何控制殘留應力等問題。
積層製造技術涉及設計、模擬分析、製作、參數測試、機械加工、表面處理、檢驗等，步驟多而且繁雜，一環扣一環，中間有一點閃失，某一層製作因為突發意外都有可能讓零件產製失敗；團隊包含金屬積層製造從設計、製造、熱處理、機加工、表面處理、品保檢驗、粉末產製，乃至於專案生產管理等，也包含自製設備軟體開發維運等，所以涉及的專業領域範圍極廣，並非單一或幾項領域的專業人員即可完成。
相關技術在國軍裝備上的應用與幫助
以2024年為例，中科院已協助完成23項、共計289件積層零件的產製，並逐漸朝向引擎關鍵組件、大型工件等高階零組件的製作，協助各計畫加速產製效率。去年也協助空軍三指部導入積層製造能量，並協助進行人員實機教育訓練，讓他們能夠快速上手，即時解決部隊裡的消失性商源零件的問題。
美軍在今年環太平洋軍演時就有相關的裝備運用在海軍艦艇上，其從2020年開始就已經導入軍中，目前也已經實用化，用以減輕美國海軍長年巡弋在外的零件補給問題，不但減輕庫存壓力，同時也減少待料時間，未來隨著技術的發展，積層製造可以運用的領域將更廣泛，未來中科院也將朝向發展米級大型化工件快速生產技術、移動且一站式的積層製造技術，逐漸建立多尺度的製作能量，將相關技術應用在更多國造武器系統製造上。
