金屬粉末積層製造技術在航太領域之發展與機會(上)

刊登日期:2016/9/5
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金屬粉末積層製造(AM)或 3D列印是近幾年來掀起新一波產業革命熱潮的領域。積層製造的優勢在於擁有短時間內,製造任意複雜零件之能力及結構輕量化之性質,此技術可以製作出傳統製造技術無法製作的高複雜度工件,特別是在航太、汽機車及生醫領域深具潛在應用商機。目前政府正致力於推動五大創新研發計畫與行政院生產力 4.0發展方案,國防、航太與積層製造為發展重點項目,可藉此推動航空產業服務化,以提升台灣航太產業附加價值,擴大市場效益。

航空市場趨勢
根據國際航空運輸協會(IATA)公佈資料顯示(圖二),整體航空運輸市場已於2012年回到2008年之水準。長期來看,從目前到2028年,全球市場新增客機和貨機的數量將達29,000架,總價值達到 3兆2,000億美元。依照目前旅客成長趨勢,全球航空客運預計以平均每年 4.9%的速度增長,在20年內增長將近3倍,全球航空公司 100座以上飛機機隊的規模也將成倍增長,由目前的13,300架到2028年將增加 26,900架,預計接近8,723架舊飛機需要更新,這就意味著市場需要 29,000架新飛機。與此同時,全球航空貨運預計以更快的速度增長,年平均增長率達到5.4%。加上機隊更新所需的飛機數,預計未來20年內需要3,800多架新貨機,其中 900多架將由新飛機來滿足。



圖二、全球市場成長指標

航空發展趨勢
根據文獻資料,如表一及圖四,飛機載重與油耗之對應關係成正相關,目前全世界正面臨化石燃料使用率過高,造成二氧化碳排放量日益增加而溫室效應日趨嚴重之環保問題,因此,飛機輕量化零組件之開發勢在必行。依據所訂定的目標,可透過機身和引擎等零組件輕量化技術開發,分別為減重與讓飛行更有效率,各國競相投入資金、人力研發輕量化材料與輕量化結構設計,已成為目前機體減重的主要發展重點。

積層製造在航太領域之產值
表三顯示全球積層製造產值,目前主要仍以消費性產品為最高,預計 2020年,產值將達到 15.75億美元。而積層製造運用在航太領域的產值,在 2020年預計達到 10.2億美元,年複合成長率達 23.4%,是成長最快的應用領域之一。另外,觀察市場的變化,其增長最快的領域是國防工業,年複合增長率達 25.2%。從市調結果得之,航太與國防將是成長最快的領域。

依據調查機構研究指出(表四),全球航太積層製造產值在 2020年將達到 10.2億美元,年複合成長率達 23.4%,其中北美地區是目前航空最大市場。預計2020年歐洲地區將成為全球最大的航空積層製造市場,年產值將達 4.2億美元,年複合成長率達 24.5%。亞太市場的年複合成長率高達 25.4%,預計2020年達 1.63億美元。

積層製造在航太產品之應用
近三年內,不論是德國「工業4.0」、美國的先進製造夥伴計畫(AMP)政策、日本產業重振計畫、韓國的下世代智慧型工廠或是中國製造2025計畫,全球主要國家均積極推動建構智能化製造、生產、銷售系統,以快速反應或預測市場需求。產業供應鏈垂直與水平數位化、智能化,成為全球搶單競爭關鍵,而……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。


圖八、GE Avio之積層製造GEnx 2nd Stage TiAl渦輪定子專業廠


 
★相關閱讀:金屬粉末積層製造技術在航太領域之發展與機會(下)

作者: 陳溪山、周育賢、侯彥羽、楊智超 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」357期,更多資料請見下方附檔。

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