科技專案成果

金屬中心 ▶ 開發4D(3D+異質)摩擦攪拌銲接技術

 技術特色 
我國首創4D(3D+異質)摩擦攪拌銲接技術，提升銲接強度25%，節省製程能耗40%，滿足產業3D形狀及異質金屬製品開發需求。

 產業擴散  
2020年~2022年帶動廠商投資1.2億元，協助我國業者切入電動車、低軌衛星、5G訊號量測等先進領域。

輕量化的鋁合金是航太或電動車領域大量使用的金屬材料，但因鋁合金的材料特性，在銲接過程容易產生缺陷及材料強度弱化，也讓業者極為困擾。在經濟部技術司科技專案支持下，金屬中心首創國內4D(3D+異質)摩擦攪拌銲接技術，榮獲2022年全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards)、2023年美國愛迪生獎(Edison Awards)銅獎的肯定。

金屬中心工程師王智楷指出，所謂的摩擦攪拌銲接，是透過高速旋轉的攪拌工具，摩擦產生的熱能而讓不同金屬材料接合。由於是用機械式摩擦提供熱能而非熔融方式，可達到節省能耗的功效，且降低對金屬材料的熱影響，特別適合低熔點的金屬材料。以熔點660度的鋁合金來說，只要400~500度即可達到非常穩定的接合效果，也不會破壞材料結構，銲接品質和強度表現更佳。
 

▲ 經濟部技術司支持金屬中心開發低能耗的摩擦攪拌銲接技術，解決產業3D曲面及異質金屬製品開發需求。
 

完整解決方案 助攻先進領域

近年來隨著異質金屬製品需求趨向少量多樣，不僅外型設計增加複雜曲面，還有不同金屬材料的接合挑戰，於是金屬中心2020年開始投入結合3D和異材質的摩擦攪拌銲接技術研發，以補足國內業者高品質銲接技術缺口。

金屬中心從自行開發金屬攪拌工具開始，到製程設計、銲接參數優化、夾治具製作，克服過去角度限制的問題，運用電腦輔助工程(CAE)預測銲接品質，到最後的銲接品質驗證；在設備端也和國內工具機大廠友嘉合作，導入智慧化即時監控，提升銲接品質，推動設備國產化，金屬中心副組長林典永說，「從製程、材料、設備到驗證，我們為產業提供完整解決方案。」

金屬中心將摩擦攪拌技術結合積層製造概念，將金屬材料層層堆疊，以「加法製造」方式進行異質接合及摩擦攪拌製成產品，比起傳統電腦數位控制加工(CNC)將一大塊材料切削加工的「減法製造」，更減少40%的加工材料耗損，低溫製程也節省能耗40%，林典永指出，「我們落實綠色製程，也為產業創造競爭力。」

另相比昂貴的3D電子束或雷射積層設備，這項技術可減少設備成本80%、節省銲接時間70%，並提升銲接強度25%，銲接品質符合國際ISO認證。

由於這項技術保有鋁合金的輕量優勢，又有更高的銲接強度，特別適合用在5G、低軌衛星、電動車等先進領域上，現階段已協助電子零組件廠應用在特斯拉電動車的充電零組件、為航太產業開發低軌衛星的燃料桶槽鋁合金殼體等。
 

▲ 金屬中心低軌衛星燃料槽銲接應用燃料桶槽試作產品。
 

材料循環再應用 回收鋁化身高階產品

呼應2050淨零排放，金屬中心也將這項技術應用在回收鋁材上。王智楷指出，回收鋁在重製過程中，可能夾雜其他成分，傳統高溫熔融的銲接方式，容易因雜質影響銲接強度，而本次開發的低入熱摩擦攪拌銲接，可維持材料特性，可達到良好的銲接品質，回收鋁也能打造高端的產品。

比如金屬中心協助悅誠開發5G訊號量測的大型反射裝置，其尺寸達3公尺乘3公尺以上，需要大量的鋁合金材料，於是反射器裝置的表面採用原生鋁，背面的附加結構則導入回收鋁，達到材料循環再利用，也成功促成悅誠建立摩擦攪拌銲接技術產線能量。

本案以創新製程解決產業3D及異質金屬製品開發需求，2020年~2022年每年平均創造技術移轉和工業服務收入新臺幣800~1,000萬元，3年累計下來共帶動廠商投資達1.2億元，協助國內業者轉型投入先進領域，同時也實現低碳製程和循環材料再應用的目標。
 

• 成果案例出處：2022科技專案執行年報