聚焦減碳與高機能—防蝕塗料智能化發展
全球防蝕材料在2017年的產值約248億美元，預估到2022年將可達317億美元，年複合成長率為5%。亞太地區為近年來應用需求成長之主要區域，主要應用範圍可概分為船舶塗料、石油天然氣、基礎設施、發電設施、汽車和交通運輸等。防蝕塗裝系統與厚度需求受環境影響甚大，近來政府積極發展5+N產業，在綠能產業中之太陽能光電框架、支架；離岸風機的基座、塔架、葉片等，都需要不同的高防蝕系統與施工程序，才能達到耐久之防蝕目的。此外，在相關金屬製品之表面防蝕前處理液，如扣件、汽車零配件、輕量化結構件等，也朝向水性、無鉻、低廢水量、無重金屬廢液等趨勢發展，甚至導入可自癒合之結構，更進一步地再提高整體之防蝕特性。著眼於綠色減碳與高機能防蝕應用之塗料需求，也因應環境面對PM_2.5減量的必要性，高固形分，甚至水性系統皆成為當今綠色塗料的發展主流。近年來，國內外法規也在VOCs限量規範等方面趨於嚴格，這些都驅使塗料往更高值、更低VOCs含量、更加智能化之趨勢發展。

台灣太陽能電站發展將近十年，早期電站所使用的支架與配件在這幾年問題層出不窮，根究其原因就是所參考的大氣腐蝕數據在台灣的環境無法確實適用。台灣許多電站設置的環境位在C5~CX等級，而國人喜歡引用的日規(JIS)卻不能完全適用於台灣環境，這是忽略了空氣污染的結果。歷年來，公共工程建設也常引用國外大氣腐蝕數據進行評估與設計，結果常有未及設計年限就已鏽蝕損壞的情形。「從台灣氣候談太陽能支架設計」針對台灣氣候來討論太陽能支架與配件如何防蝕與設計，文中由觀察熱浸鍍鋅螺絲的微觀世界來建議，鋼材要耐蝕二十年，若無法熱浸鍍鋅達600 g/m²的厚度，就一定要有其他耐蝕材料去做複合式的設計，希望能幫助更多加入再生能源設計的朋友了解太陽能電站的設計關鍵。

離岸風力發電為近年來台灣再生能源的趨勢。離岸風機之基礎和傳統陸上結構物基礎截然不同，嚴峻的海上條件大幅增加了設計上的困難。而離岸風場位於台灣西部海域，在結構物長期受到海洋環境及鹽害的影響下，勢必會加速鏽蝕的產生。為了確保整體結構和發電機組的使用壽命及穩定性，防蝕保護為離岸風機設計的一大重點。由於離岸風力基礎設計所需知識範圍十分廣泛，設計時亦須考量製造及安裝、運轉維護等因素，實為一大挑戰。國內目前的實務經驗不足，此階段大多引入國外廠商進行工程之設計與開發，國內廠商從中得到經驗累積，逐步地建立自身的實務經驗。「離岸風機基礎與防蝕設計」以中興工程顧問社擁有的離岸風機基礎設計實務經驗，從設計流程、設計關鍵議題，到海上結構物的塗裝和陰極保護，介紹一系列基礎結構設計與防蝕考量，提供國內相關工程界經驗參考。

據統計，因腐蝕帶來的經濟損失約占全球國家GDP的3%到4%。鑑於巨大的經濟效益，防腐蝕技術的發展一直以來都是各國非常重要的課題。在現代工業中，開發和使用的先進材料需要越來越複雜的塗層，以改善性能和耐用性，而奈米技術在支持塗料產業的創新技術進步中扮演了重要的腳色。「防蝕奈米塗裝於金屬表面處理之應用」介紹了奈米塗料的作用及各種表面處理應用，如封孔、薄塗及面塗。奈米塗層對金屬表面具有良好的修補性、密著性，可以提供底塗層所需具備的耐蝕及附著性；同時奈米塗層在硬烤後會形成均一且緻密的功能性表面，可以提供面塗層所需要的裝飾性、保護性。因此，奈米塗裝與其他塗料比較的差異化是來自其優異的性能，以及「一步到位」的塗裝製程。

根據聯合國經濟與社會事業部(UN DESA) 2018年資料，預估至2050年將有68%的人口集中到都會區，因此直接引導都會區公共建設、交通建設與工業廠房數量的成長。都市建設使用大量金屬構件材料，也帶動金屬防蝕塗料的快速成長。以近年成長快速的中國大陸與印度為例，金屬防蝕塗料產值年成長4~6%，「自癒合塗料市場與技術現況」針對相關市場與技術現況深入介紹指出，先進、長壽命、易維護的防蝕塗料乃成為國際塗料大廠共同的研發方向。自癒合塗料是目前許多國際塗料大廠與學術研究單位共同聚焦的方向之一，在延長防腐蝕壽命的自癒合塗料，比外觀修復功能的塗料更有產業迫切需求。近年來六價鉻與磷酸等鈍化材料的陸續禁用，伴隨化學塗料與材料電化學的異業衝擊與合作，再加上水性環保的未來趨勢，如何發展能夠適用國內特殊腐蝕環境，所需求的水性、無毒自癒合防蝕塗料，是未來國內產學研可持續研發與融合的方向。

積層製造成形技術發展與應用
因應工業4.0發展趨勢，積層製造被認為有機會形成第三次工業革命。「智慧製造」與「Makers自造」是構成完整第三次工業革命的要件，積層製造即為自造的代表。世界主要工業國家針對積層製造技術的發展策略，均站在國家的角度進行規劃，並投入相當龐大的資源。匯集全球最頂尖3D列印廠商的積層製造展「Formnext 2018」甫於德國法蘭克福落幕，本次展出以金屬3D列印的參展廠商最多，其次為高分子3D列印廠商，另有少部分的陶瓷3D列印廠商參展，對3D列印而言可說又有新契機出現。積層製造設備的發展快速，從早期的單機設備進展到成形、加工、量測與後處理的工作站形式，甚至有On-line示範產線設備推出。距離積層製造規模化生產、智慧製造，甚至工業4.0智慧工廠的目標將越來越接近。本期技術專題以積層製造技術及其應用為主題，涵蓋3D列印技術國際重要發展現況及高分子3D列印的應用現況、金屬積層製造技術發展與應用、高熵合金3D列印技術及其應用領域與電子束積層製造技術於醫材應用等技術專文。透過全方位的技術剖析與應用情境說明，協助國內產業界掌握目前積層製造技術發展與應用現況，希望對業界有所助益。

「工業生產用3D列印發展趨勢及應用」一文透過目前工研院材化所3D列印設備能量與應用實例，說明目前3D列印技術在國內不論是企業或是社會討論的聲量都還不大，主因是大多數人的印象都還停留在打樣或樣品製作的應用，譬如公仔、玩具、雛形品等家用技術。然而之後真正會影響眾多產業的關鍵，將是隨著3D列印技術在成本降低、速度加快、品質提升、材料多樣性等各方面的努力，已漸漸從「樣品、打樣」的應用，跳躍至「小量生產、大量製造」的應用，最終希望走到客製化的量產技術，以滿足少量多樣、即時生產的世界流行趨勢。影響層面可能擴及企業的產品設計、庫存管理、供應鏈，甚至企業的生存。當3D列印越提升其量產製造性，將會有更多的產品以新的樣貌出現在未來的世界，勢必會顛覆你我現在的想像，也更能帶動許多新的產品或企業的型態。

全球金屬3D列印市場應用在過去的幾年變得越來越廣泛，「金屬積層製造技術應用發展」主要介紹幾種新型金屬積層製造技術及其相關製品，包括Desktop Metal、Markforged、Digital Metal、澳洲CSIRO等國外專注金屬3D列印的新創公司與其相關的金屬積層製造技術。使用3D列印金屬的好處是可靠，且結果一致，產品機械物性相對較強，也可製作一些比較輕巧且複雜之結構。現今一些公司已經將金屬3D列印應用於日常生活物品，最常見的是醫療和牙科植入物，因配件很容易因應個人化需求製作，被醫療人員認為是最佳的選擇；另外，市場上應用較多的部分則是民生珠寶業。而航空工業也越來越依賴金屬3D列印技術，下一個將大量使用金屬3D列印的產業應是汽車產業。如果可以有效地解決3D列印金屬材料的量產瓶頸問題，金屬列印技術在未來的3D列印行業中，勢必將占據主流地位並且快速地成長。

高熵合金為清華大學葉均蔚教授研發之材料，其展現出高強度、高硬度、耐腐蝕、耐磨耗和耐高溫等不同的優越特性，促使高熵合金材料突破傳統合金材料的性能及使用壽命限制，開創了全新的材料研究及應用領域。「高熵合金於3D列印的應用」一文指出，我國高熵合金粉末材料開發和3D列印技術目前以航太重點產業作先期應用推廣，藉由推動高熵合金材料及3D列印製程技術自主化，落實航太產業創造自主化高值應用。工研院材化所針對高熵合金粉末材料開發、3D列印製程技術與材料分析，建立高熵合金材料驗證平台，其成果可催生由高熵合金材料、氣體霧化製程技術、3D列印成形技術至終端應用產品之完整產業供應鏈，協助國內金屬產業上中下游進行產業製程技術垂直整合，將產業應用從航太產業擴散至塑膠射出、鋼鐵以及能源等產業。

「電子束積層製造技術於醫材之應用」一文，介紹積層製造七大分類、金屬積層製造市場與專利概況，並探討以積層製造技術進行鈦合金多孔結構改變楊氏模數以符合人體骨頭需求，最後以電子束積層製造製程為例，進行椎間融合器的開發。國內金屬中心研發電子束積層製造技術，協助台灣醫療器材業者搶占客製化高端醫材市場，鏈結產學研成功開發「耐籠三維多孔椎間融合器」產品，成為台灣首例以金屬積層製造拿到第二級脊椎長期植入物許可證的案例。因應全球高齡化族群比率持續上升，面臨脊椎退化的族群也將增加，提供更好的脊椎治療植入物是各家醫材廠商不斷努力的目標。傳統塑料椎間融合器與骨親合性較差，不易骨細胞貼附，利用鈦合金電子束積層製造技術，可生產出易於骨長入的多孔結構，將技術應用於脊椎植入物上，可提供更好的長骨效率與環境。

主題專欄
「深耕基礎技術是責任 找尋藍海出口為策略」一文專訪材料與化工研究所新任李宗銘所長，闡述其對我國材料化工產業發展的看法，以及對材化所的期許與目標。李宗銘認為，面臨內外夾擊的環境，「零組件」跟「材料」是台灣未來發展一個很重要的根基，這其中最重要的主軸就是「系統創新」，台灣的材料發展就是要抓住系統創新的機會！材化所累積了全方位且厚實的研發能量，將持續深耕基礎技術，以找尋藍海出口為策略。未來也將布局循環經濟，並將AI人工智慧運算導入材料設計開發中，為材料技術發展與應用爭取更多新機會。

製鞋及紡織均是台灣重要之產業，擁有完整產業鏈，如何開發創新材料導入，以及符合各品牌廠商2020年在節能及減少化學品排放之綠色永續與自動化要求，是重要的課題。循環經濟專欄「創新綠色鞋材與循環經濟」介紹利用綠色永續材料及生質資源（如植物纖維、木質素和植物油），開發符合ZDHC要求之無氟處理劑、綠色生質及循環利用的高分子材料，應用於生質、吸震、高彈發泡中底及車墊；同時因應循環經濟可回收及自動化鞋面布的需求，著手於機能性聚酯纖維的開發。

在醫療、船舶與水下作業器具，生物沾黏是一件難以克服的問題，而抗污材料的修飾、塗層能有效地降低沾黏的問題。材料與技術專欄「親水型抗污材料與抗污快速檢測技術」簡介親水型水下抗污原理與常見的有機型親水抗污材料。有機型抗污材料有良好的生物相容性與無毒的特性，在醫療、食品器具、飲用水過濾器具的應用上，有良好的競爭力。工研院材化所選用濾膜作為抗污材料之載具，抗污濾膜有效地降低污堵的形成，降低操作時維護的成本。在抗污效能的評估上，除了建立小型過濾測試機，本研究也開發探針式快速檢測技術，有效且快速篩檢表面抗污的優劣，達到節省時間與成本，加速抗污材料開發的進行。

國內工具機廠家普遍遭遇國產零件（材料）壽命不夠問題，其中雖有因為磨損或是操作不當造成零件損傷必須更換，但是極大部分是零件（材料）在使用過程中，尺寸逐漸改變，致使精度變差。材料與技術專欄「材料尺寸安定性影響機制及操控技術探討」一文指出，此一現象雖然可以藉由重新調校讓精度恢復，但是數次之後仍必須要替換更新零件，相較於國外機台，可以維持10年而尺寸精度不變，國內機台大概只能撐到2年（有些甚至只能到6個月）。對於使用相同材料卻有著不同之性能表現，這顯然是國內產業未能確實掌握如何維持材料尺寸安定之關鍵技術，值得國內學研攜手，由學理及技術來突破，以有效解決國內廠家長期以來無法克服、不易與國際競爭的難題。

熱門專利組合本月推出工研院材化所兩類八組優質專利組合。「高值綠色塗料專利組合」精選防污自潔塗料、金屬表面處理技術、生質發泡/塗料技術、多功能聚氨酯材技術；「智慧積層專利組合」包括複合醫材技術、雷射積層製造技術、高熵合金材料、金屬粉體積層應用。材化所技術豐富多元，歡迎業界挖寶與材化所智權加值推廣室（03-5913737）聯繫洽談。

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