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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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四大策略 創造雷射科技世代成型

劉麗惠

過去臺灣在雷射產業的著墨不多,但是近年來在產官學研的攜手努力之下,臺灣雷射產業在關鍵零組件、創新應用等方面有很好的發展,產業鏈也初具雛形,相信未來臺灣雷射產業將持續起飛,贏得商機。

雷射科技結合機械、光學、電機與資訊等技術,可廣泛應用於汽車、醫療、國防、農業及民生用品等領域,因此一個國家如能發展完整的雷射產業,不僅有助於各大產業的向上提升,更可協助業者搶攻龐大的雷射產業相關商機。

突破障礙 創造更大產值

工研院IEK統計資料顯示,2013年全球雷射產值大約為88億美元,預計2015年全球雷射產值將達101億美元,其中工業用雷射占27%,約25億美元,而雷射源、機構平台、光路、控制系統占雷射設備約80%成本。另外根據Laser Focus World預測,2014年全球雷射營收將達93.3億美元。

在國內市場部分,在機械設備應用領域,雷射加工設備年產值約新臺幣40~50億元,每年進口超過新臺幣100億元的雷射相關設備,使用雷射加工設備應用在電子零組件、半導體、面板、金屬製品所生產產品產值更達新臺幣3,000~3,500億元,顯示無論是雷射設備製造或相關應用,商機都非常龐大。

面對雷射產業龐大商機,我國業者想要取得相關商機,仍面臨不少障礙。工研院南分院積雷中心主任也是經濟部雷射光谷關鍵技術開發暨整合應用計畫主持人洪基彬博士指出,目前我國雷射產業的發展存在著3大瓶頸,首先,我國在雷射源、雷射加工頭等關鍵零組件自主能力不足。其次,我國業者缺乏系統整合能力,創新應用能力也因此較為薄弱。最後,我國雷射產業專業人才不足,導致在關鍵零組件技術與創新應用的研發上,較難有表現。

有鑑於我國雷射產業發展的障礙仍多,我國政府自2008年起開始積極推動雷射科專計畫,協助我國廠商深耕雷射相關技術。2013年起,政府更特別參照德國、矽谷的經驗,再進一步推動「雷射光谷計畫」,洪基彬指出,經過工研院針對國內產業的深入研究發現,雷射科技在臺灣的發展在金屬、光電兩大應用領域最有機會,由於金屬與光電廠商多集結在南部,因此政府特別自北起嘉義、南至屏東,結合產學研優秀人才及創新環境,推動我國雷射技術平台及策略聯盟。

洪基彬進一步指出,雷射光谷計畫為2期8年計畫,第1期目標在於建構我國產業聚落體系,擴大競爭優勢,希望可以在2015年整合超過100家廠商,推動10個產業群聚,孕育1 家旗艦型公司;此一時期也希望達到創新應用開發能力,使整體產業附加價值率由18%提升到23%,並且預期於2020年,臺灣雷射產業2期末時,達到目標將產值拉升至新臺幣800億元。

4大策略 打造堅實產業競爭力

經過一年多以來,藉由雷射光谷計畫所採取的「深耕技術」、「引領創新」、「邁向卓越」與「延伸創業」4大策略,我國雷射產業已經逐步建立完整供應鏈體系,慢慢建構我國堅強的雷射產業競爭力。

策略1》深耕技術 厚實基礎實力
洪基彬強調,在深耕技術部分,目前已經有非常豐碩的成果展現。例如,在雷射源技術,已開發奈秒、皮奈秒雙脈衝光纖雷射源及實驗型飛秒光纖雷射;在雷射切割模組技術領域,工研院與廠商攜手合作之下,成功提升雷射切割頭速度並深化Robot 3D切割製程,達成縮短加工時間及少量多樣生產效益。另外,在IC封裝精微檢測模組技術領域,工研院也與業者共同發展2D/3D同步資訊量測技術,突破傳統方式生產瓶頸,提升3D IC高價產品能量。更值得一提的是,在飛秒雷射改質模組技術領域,目前已經建立光束極化設計與模擬技術,創造材料表面自主干涉效應,完成飛秒雷射改質技術開發。最後,在雷射寬幅成像技術領域,則已經成功開發高頻掃描元件、遠距虛像光機、高畫質雷射投影系統等技術,均超越目前國際規格。

在技術不斷往前推進下,我國已成功創新光電業陶瓷產品所需的高速鑽孔技術,其效率較一般UV雷射高出4倍以上。此外,金屬積層製造(3D列印)技術也成功建立殘留熱應力模擬機制,提升熔融成形的緻密度達99%以上,並且完成首批自主化模具鋼粉末製造。

策略2》從0到1 引領創新
在引領創新的發展上,洪基彬指出,在政策推動與工研院力推之下,過去許多從來沒有應用雷射相關技術的業者,現在也開始引進雷射技術,達到創新應用與產品開發的目標。包括和和、新代、榮剛、鑫科材料、宏瀨、哲亮、洋華、東捷、矽格、嘉華盛……等廠商,都藉由雷射技術提升其創新能量。

透過產研合作,工研院協助結合和和、新代與榮剛3家企業,開發高階光纖雷射擺頭切管設備,降低機台成本28%,取代國外設備30%市場,創造我國雷射產業產值的提升。除此之外,工研院成功協助鑫科材料公司成功以合金熔煉技術及粉末氣噴技術加值,協助發展積層製造專用模具鋼粉末,提升國內金屬粉體自製率。

再者,穗成順利以雷射光路技術完成線性滑軌表面雷射快速淬火製程,提升自製率並提高產能30%;以及宏瀨開發AMOLED LTPS雷射退火結晶特性量測設備,有效分類面板品質。

策略3》A到A+ 邁向卓越
除了從0~1讓更多業者跨入雷射應用領域,經濟部與工研院也極力協助已投入雷射應用企業,可以從A邁向A+,成為雷射產業的卓越業者。洪基彬以東台精機為例,東台精機2008年領先業者自主完成第一台高單價高階PCB雷射鑽孔機,即積極配合政府科專計畫進行超快雷射表面處理設備開發,以及雷射金屬快速成型技術開發,在電子業與醫療產業領域均有實績。如今與工研院合作開發臺灣第一台飛秒雷射雛形商業設備,後續將結合現有工具機能量,創造新型複合加工技術設備。

在工研院輔導下,搏盟順利進行奈秒光纖雷射源高速打印機台試量產,其打印速度較國際大廠SPI提高50%~100%,品質通過國際最大記憶體模組廠商認證,並且目前已成功導入生產線。

至於慶達也藉由超快雷射金屬表面處理技術,針對人工牙根進行特有表面改質,以達到優良的表面親水性、生物相容性及較佳的骨整合效果,首開國內外超快雷射製程應用於植牙醫材的先例。


策略4》推進創業 提升競爭力
有鑑於創新創業對於帶動我國經濟與產業成長有很大的幫助,我國雷射產業各界也積極發展創新創業,藉以提升產業競爭力。洪基彬強調,推動雷射光谷產業群聚以來,至今已經促成華順文化、台灣積層製造公司、東捷雷射、捷安司生技與艾克夏5家新公司成立、整體廠商投資超過新臺幣6億元。

其中台灣積層製造公司自日本引進國內第一套金屬積層及CNC複合機,提供業界AM成品表面粗糙處理,並可提升尺寸精度。洪基彬解釋,在金屬堆疊製造過程中以CNC提高成型速度及精度,可一體成型工件,精度可達+-5um,如用在製作模具上,無需傳統CNC加工的電極製造及放電加工製程,可大幅縮短模具成形的測試成本和縮短製造時間。目前,台灣積層製造公司已經進駐工研院南分院試量產工場,在臺灣發展3D列印服務系統。

另外,東捷雷射投入雷射相關零組件及後續維護服務,在臺日基金及工研院連結下,東台、東捷及日本Cyber Laser共同投資,將更名為賽博爾雷射科技公司,成為國內第一家臺日合資的雷射源公司;至於艾克夏則以客製化醫療用飛秒光纖雷射源,建立高質化醫療設備。

我國雷射產業鏈已具雛形

透過上述4大策略所達成的成果,至今我國雷射光谷已經聚集53家廠商,產業鏈雛型已經形成。在上游部分,包括搏盟、榮剛等廠商投入雷射源、雷射加工頭設備關鍵組件開發;在中游部分,則有東台、和和、台勵福、寶創、舒瑞普等公司,已經建立整機自主整合能力;其餘部分公司則投入於雷射PCB鑽孔、銲接、切割、圖案加工等各式工業加工應用,建立下游產業實力;至於震旦行則是以品牌與工研院的技術及東捷科技的製造相結合,推出辦公用的個人化3D列印機,建立積層製造特有的合作模式。

在產業鏈成形之後,工研院還要在2015年底之前,在全臺力推10個雷射相關產業群聚,目前已經完成3個產業應用群聚的成立,分別為雷射積層製造應用群聚、雷射接合產業應用群聚與雷射源產業應用群聚。另外也將積極建立研發聯盟,目前國內產業各界已經共同籌組五軸管件雷射切割研發聯盟,以及軍用高韌性高強度手持光學儀器殼件研發2個聯盟。
綜觀過去幾年臺灣在產官學研各界攜手努力下,已在關鍵零組件、創新應用等領域,逐漸建立能量與基礎實力,但距離擁有自主關鍵零組件實力及高度創新應用能力,仍有路要走,因此未來產官學研不能有所鬆懈,必須更緊密連結合作,協助產業解決重要技術瓶頸外,也為業界整合行銷帶來新面貌,讓雷射產業成為臺灣下一個新興產業。

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