激光加工速度快、可塑性高,但應用層面仍有拓展空間。生產力局在創新科技署的資助下,開展激光拋光加工技術,及以創新氣霧化系統生產金屬粉末兩個研發項目,為未來實現智能製造打穩根基。

激光加工可以做得更多

激光加工是非接觸式的技術,最大好處是可局部加工,而不影響整個加工工件表面。激光加工可分為不同的工藝,目前本地業界在掌握激光切割、激光焊接、激光燒結及激光雕刻等工藝已日趨成熟。

智能製造及材料科技部高級顧問黎偉華表示:「隨著激光加工本身不斷發展,使應用層面不斷擴闊,加上激光加工設備的價格不斷下調,吸引業界採用。過去兩年,生產力局已掌握激光輔助漸進成形技術,提升金屬沖壓成形能力,生產高強度輕量化的部件。」

生產力局智能製造及材料科技部高級顧問黎偉華、顧問陳偉倫博士生產力局智能製造及材料科技部高級顧問黎偉華、顧問陳偉倫博士

我們期望,通過各項激光加工技術的研發成果可起到示範作用,並將技術轉移給更多業界,提升香港金屬製造業的核心能力。

創造本地金屬粉材

激光加工與3D金屬打印的關係密切。生產力局兩年前引入全港首部混合式3D金屬打印設備,結合激光燒結和銑削的複合加工技術,製造高精密的模具、關鍵性零部件等。激光燒結是3D金屬打印的關鍵技術,利用激光照射在鋪上細微金屬粉末的金屬底板上燒結加工,逐層「打印」。雖然,現時的3D金屬打印機的價錢已逐步下降,但粉材多從外國進口,價格昂貴,推高整體成本。

為了使更多業界採用此技術,生產力局正著手研發創新的氣霧化系統,生產高質量的金屬粉末。黎偉華表示:「我們期望可協助本地廠商掌握自己的技術,生產金屬粉材,協助業界找到突破。」

氣霧化是其中一種製造金屬粉末的方法,將金屬加熱至熔融狀態,然後再以氣流噴射,製作出細微的金屬粉末。顧問陳偉倫博士介紹,是次研發的「真空緊耦合超音速惰性氣體霧化系統」,旨在提升氣霧化的效率,和降低消耗惰性氣體。

創新的氣霧化系統是如何減少氣體的消耗?陳博士表示,從整個系統設計作出改善,例如引入超音速噴嘴技術及改良噴嘴熔體輸送管道的設計,從而改善粉材生產效率。

粉末收集圖解

激光拋光改善金屬工件質量

隨著微型化的市場需求不斷升溫,部分3D金屬打印的產品需要拋光,以提升表面光滑度。正由於產品體積愈趨細小和複雜,以傳統人手拋光的方法已不合時宜,生產力局在德國弗勞恩霍夫激光技術研究所(Fraunhofer ILT)的技術支援下,正研發一套激光拋光設備,利用新型激光打磨拋光技術,處理形狀複雜的微型工件。

他們表示:「目前,3D金屬打印的產品表面常有「砂面」,質素較差,引入激光拋光技術,可將工件的表面質量加以改善,並且提升加工效率。」

當激光照射於五金模具或零件的表面時,其表層融化,形成光滑的表面,可省卻人手打磨的工序。具體上,可先以連續波激光照射工件表面進行粗加工,然後再使用脈衝激光,處理精加工,進一步提升光潔度,以符合不同的加工需要。

激光拋光的好處

  • 可處理複雜曲面
  • 大幅縮減生產時間
  • 提高零件精度
  • 高度自動化,減少人力成本,提高品質穩定性
  • 可做到高光潔度的精細表面紋理
  • 減少材料表面的微孔或裂紋缺陷

知多一點激光拋光

激光加工推動智能製造

未來,生產力局將進一步研究模具鋼、不銹鋼等材料,了解不同工藝參數和零件表面質量的關係。此外,亦積極發展各種激光加工技術應用及3D金屬打印的生產能力,協助企業邁向智能製造,為下一步開設「激光加工科技中心」累積更多實踐經驗。

由皮紋模具做出的注塑試件,經激光拋光的產品表面光澤。(圖中物件由德國Fraunhofer ILT提供)由皮紋模具做出的注塑試件,經激光拋光的產品表面光澤。(圖中物件由德國Fraunhofer ILT提供)

有關激光加工的技術開發與應用詳情,請與本局聯絡。