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產業技術評析

借鏡美國鎳鈦合金材料研發投入現況反思臺灣未來布局
發表日期:2018-06-06
作者:傅珮雯(金屬中心)
摘要:
本文將藉由分析美國小型企業創新研究與小型企業技術轉移計劃補助案,了解美國鎳鈦合金材料研發投入現況,進而反思臺灣鎳鈦合金材料之未來布局。

全文:

一、前言
 

於2011年由美國總統的科學和技術顧問委員會(PCAST)提出之「確保美國先進製造領導地位建議報告」中,明確指出先進製造的概念應包含運用新材料於既有產品改善或新產品開發,以突破技術限制,賦予產品史無前例的功能。隨後,美國的先進製造夥伴計畫(AMP),進一步將「縮短先進材料由開發推進至市場應用時程」列為四大目標之一,更加突顯了先進材料研發與應用對於先進製造地位的重要性。
 

鎳鈦合金(nickel-titanium alloy / Nitinol)最早發現於1962年美國海軍軍械實驗室,因其具有形狀記憶、超彈性、抗疲勞與生物相容等主要特性,自1969年起陸續被應用在軍事、醫療、航太、工業與民生消費品上,是改善人類生活品質的重要金屬材料。根據GIR市調公司的估計,2017年鎳鈦合金材料全球產值約4.3億美元,2103-2017年複合成長率(CAGR)達11.8%,可見鎳鈦合金市場之成長潛能。
 

瞄準鎳鈦合金市場之成長性,臺灣第一家鎳鈦材料公司-「里特材料科技」於2016年創立,主要產品為醫療級與工業用之鎳鈦線材與管材,目標成為專業鎳鈦材料供應商,立足臺灣、領航亞太、切入全球市場。為使臺灣鎳鈦合金材料產業有更多元的出海口,本文將藉由分析美國小型企業創新研究(SBIR)與小型企業技術轉移計劃 (STTR)補助案,了解美國鎳鈦合金材料研發投入現況,進而反思臺灣鎳鈦合金材料之未來布局。
 

二、美國鎳鈦合金材料研發投入現況
 

美國SBIR/STTR首件鎳鈦合金補助案出現於1987年,由Tini Alloy公司獲得,截至 2017年為止,共計有29件鎳鈦合金補助計畫,總補助金額高達962萬美元,補助主題涵蓋6大領域,包含健康與人類服務、科學研究、交通運輸、國防、農業與航太,其中又以醫材與國防設備研發項目占多數。
 

在醫材研發部分,美國SBIR/STTR主要有三大補助重點,分別為「植入性醫材開發測試」、「鎳鈦合金醫材製程改善」以及「手術器械效能提升」,研發項目包含人工眼外肌、攝護腺增生微創手術用之彈簧系統、鎳鈦合金支架製程(產量、精密度、成本)改善、白內障手術器械改良等。
 

在國防設備研發方面,美國SBIR/STTR補助項目以「提升/改善物件效能」、「鎳鈦致動器(nitinol actuator)研發應用」為多數,研發內容包含提升防彈衣的抗刺穿功能、降低緊急降落傘之維護成本、套筒式彈藥改良、彈葯儲存區電池/電力系統維持、軍用之微型藥物注射泵改良等。此外,Abbott Ball Company於2012年獲得SBIR補助,與NASA合作開發與測試一項新鎳鈦合金材料-鎳鈦諾金屬粉末60(Powder Metal Nitinol 60),主要應用於解決海軍使用到的齒輪、滾珠軸承等元件的腐蝕問題。
 

除了醫材與國防設備研發外,美國SBIR/STTR在其他領域亦有部分經費投入,研發項目包含農用發電機(農業領域)、車用安全帶(運輸領域)、航太用散熱器(航太領域)與盲人電子點字頁面輸出設備(民生設備)等,研發投入領域相當多元(詳見【表1】)。
 

三、反思臺灣鎳鈦合金材料未來布局
 

綜合前述,美國鎳鈦合金材料研發投入主要聚焦於國防與醫材領域,其中醫材研發更是近十年之補助重點,可預見該領域之市場成長潛能。然而,醫材研發因涉及人體試驗與較嚴謹之安全性檢驗與評估,產品從研發到商品化之時程較長,企業難以在短時間內獲得收益,對於像臺灣這種新進入市場者,著實是一大生存挑戰。儘管如此,從美國鎳鈦合金研發項目中,不難發現鎳鈦合金在其他領域之出海口,例如將鎳鈦合金材料用於提升農用發電機之電池耐用度、改良車用安全帶提升安全性等,都是臺灣可以借鏡的良好應用範例。
 

反思臺灣鎳鈦合金材料產業之發展與佈局,長期而言,可將醫材材料研發作為主要經營項目,並以此立足全球市場;中短期則可聚焦於國防設備、民生用品等能在短時間內獲得回饋之領域,以此加速培植臺灣鎳鈦合金材料之研發能量,早日在全球先進材料市場上取得一席之地。
 

表1 美國鎳鈦合金材料研發現況
研發領域 研發項目
醫材 人工眼外肌、心臟瓣膜置換系統、攝護腺增生微創手術用之彈簧系統、鎳鈦合金支架製程改良、白內障手術器械與肺栓塞血液凝塊清除器械之效能提升
國防 防彈衣抗穿刺功能提升、緊急降落傘維護成本縮減、套筒式彈藥改良、彈藥儲存區電力/電池系統提升、軍用微型藥物注射泵改良、導彈設計、鎳鈦諾金屬粉末60(Powder Metal Nitinol 60)開發
農業 增加農用發電機電池的耐用度
交通運輸 設計具有主動拉緊功能的車用安全帶裝置
航太 改良航太散熱氣以增加衛星與航天器的設計彈性
民生設備 開發盲人電腦使用者可使用之電子點字頁面輸出設備

資料來源:美國SBIR網站/金屬中心MII-ITIS研究團隊整理。
 


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更新日期:2020-04-08

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