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工具机次世代工法化繁为简 抢攻电动车加工需求遇难呈祥
 

【作者: 陳念舜】2021年03月05日 星期五

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面对目前极端气候威胁迫在眉睫,世界各国纷纷制订禁售燃油车时程表,促使电动车成为後疫时代制造业扭转乾坤关键。最新发表的多款新机,也可??搭配化繁为减工法,衔接汽车业转型需求,将传统汽车零组件、模具加工订单大减的危机转换为成长动力。


@内文为了早日实现净零碳排放生活,各国禁售燃油车的年限已定,包含英国(2030)、法国(2040)、日本(2050)和中国大陆(2035)、加拿大及美国部份地区(2035),各国已纷纷发表逐步汰除或停止销售、生产燃油车辆等相关配套政策,皆成为支撑民众换购电动车(HEV/BEV/PHEV)的驱动力。


全球两大汽车消费市场之一的美国总统拜登甫上任便宣布斥资逾200亿美元,将汰换美国联邦政府机构约65万辆轿车与卡车车队为电动车,以同步振兴美国汽车产业及推动再生能源转型。大陆最新发布《十四五规划》里的「新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)」,也制订於2025年新能源汽车须占新车总销量20%、2035年超过50%目标,以及加快充电站等基础建设。


展??2021年,随着Tesla与众多竞争对手争相推出平价车款,配合电动车行驶里程、性价比、充电时间、缺乏充电设施等民众换购电动车的各项担??条件逐渐获得改善下,将使电动车的爆发带来关键性的作用,估计全球电动车销量增加40~50%,比起2020年约30~40%加速成长。


到了下一个10年(2020~2030),可??迎来汽车业百年一遇的变革,全球电动车销量陆续提升至2025年的1,100万辆、2030年3,100万台,亦即未来10年增长10倍;电动车普及率则会提升至2025年的12%、2030年的31%,创造整体产业发展的重要动能。


台湾研议延长投抵优惠 逐鹿国际电动车市场

反观台湾过去因为以中小企业为主的经营模式,无力自主研发,也很难切入固定生产模式的车厂Tire1供应链,甚至连生产灯具、AM零组件都会遇上专利地雷,正应该加速打造电动车产业成为下一座护国神山。


目前德、美、日系传统汽车大厂则担心若直接跳进纯电动车领域,将是很大的挑战,为了缓解对中卫体系的供应链冲击,实际上还是以HEV型式的电动车款商业化程度最高,看似没有太大变化的车壳,供应商同样必须摸索使用新材料、工法,才能满足电动车对轻量化的需求。


经济部认为精密机械等传统制造业升级智慧机械,将是台湾发展电动车产业的重要关键,正初步研议再延长《产创条例》的投资抵减优惠3年,以协助有意朝高值化升级的传产业者发挥中小企业灵活弹性的优势,擅长快速生产少量多样的产品;还能继续精进技术,促进产业升级。


外贸协会将依2035年为目标,打造首届结合线上/线下模式的「台湾国际智慧移动展(2035 E-Mobility, Taiwan)」,完整呈现台湾电动车与自驾车生态系。



图1 : 为了迎接汽车业发展百年以来的最大变革,台湾正积极打造电动车产业成为下一座护国神山(source:cdn.viewing.nyc)
图1 : 为了迎接汽车业发展百年以来的最大变革,台湾正积极打造电动车产业成为下一座护国神山(source:cdn.viewing.nyc)

工具机产业立足加工根基 可??搭上电动化便车

由於传统汽车零组件、模具加工市场约占工具机产业客户40%以上订单,工具机暨零组件公会(TMBA)理事长许文宪也曾公开回应外界对於汽车业电动化商机的期待,他认为:「在汽车电动化之後,虽然电子及电池模组成本估计将占整车一半以上,且取消了引擎、变速箱等关键零组件,但齿轮、动力马达、铝轮圈、导线架等加工领域仍保有台厂一席之地,公协会也将主动促进产业链互相交流打群架。」


上银集团总裁卓永财进一步表示,预期2030~2035年电动车时代来临,包含电动车上的刹车、转向器等关键零组件仍均须经过滚珠螺杆、齿条传动,上银除了藉此切入电动车大厂供应链,还特别引进德国先进滚齿机加工;电动车马达也会带动新的设备需求,当其要求纳入静音设计,齿轮研磨机就成关键,上银旗下则有迈萃斯精密公司可支援。


东台集团董事长严瑞雄也强调电动车少了引擎、变速箱之後,为了追求续航力而须要求电池及车身结构轻量化,促成铝制零组件、锻造轮圈、底盘结合电池壳等创新产品问世,传统金属加工设备也须改变工法。东台正透过旗下两家欧洲子公司奥地利ANGER、法国PCI练兵,并透过全面整合人、机、料、法、环、测等手段,提高工具机附加价值。


严瑞雄指出:「放眼未来5~10年,台湾工具机产业除了标准单机之外,还应纳入许多零组(配)件、软体和自动化系统整合加值,如同可任意搭配A、B餐的套餐。」随着客户对於多样少量加工件的品质、效率要求提升,逐步加入检测仪器、工业机器人,甚至衍生出五轴、多功能复合式工具机,显示未来工具机除了具备零组件硬体之外,还须有中小型系统整合商协助扩大整机市场,东台将扮演产业医生的角色,以解决客户痛点、提高效率,令产值倍增,把饼做大!


东台除了逐步建立S.(Standard;标准)+O.(Option;客制需求)+I.(Integration;系统整合)解决方案,现也将自动化上下料系统(load-un load)列为标配,预估2030年将全面加装在80%销售机种,而非等到开发完成机台後,再邀系统整合商评估。严瑞雄说:「有别於现今市面上狭义自动化系统以上下料为主,却在导入前未考虑操作人员不仅整天上下料,还要负责量测、修补、换刀等工作,未必觉得好用。」东台则必须先确保生产系统稳定有效,加上检(量)测仪器的广义自动化提高OEE,才能让机器人与人妥善分工,持续自动化产出良品。



图2 : 东台集团董事长严瑞雄强调电动车为了追求电池及车身结构轻量化,传统金属加工设备也须改变工法。(摄影/陈念舜)
图2 : 东台集团董事长严瑞雄强调电动车为了追求电池及车身结构轻量化,传统金属加工设备也须改变工法。(摄影/陈念舜)

发得科技热销的明星商品「轮圈加工机」,则是以大陆为主要销售市场的出囗机种,在当地称为新能源车辆的油电混合动力车、纯电动车产量逐年上升带动下,正加入迎合市面上其他车种占有率的板块位移,并带动各大传统车厂转型趋势。


进而领先业界进行内部转型,导入产品生命周期管理(PLM)概念,建置辅助设计全3D机件图面模组化的概念,解决了传统制造业一机一手册等不可能的任务,而可随时因应产线更动,调整研发项目的图像管理系统。


即使近年来因为复合材料应用快速发展,高韧性及切削难度高的材料广为各产业应用,包含航太业大型工件、汽车轮圈到微型生医零组件,都考验着设备厂商的切削整合能力。发得科技则自豪能以近年整合大厂的经验并持续深化技术,以提升产品差异性为目标,针对断/清/缠屑,进行产品最隹化,持续於工具机产业深耕。


??泽发表一机多工机种 率先迎合电动车商机

台湾??泽科技公司总经理戴云锦表示,该公司不仅持续提供客户完整自动化、Turnkey解决方案居多,以协助传统汽车加工业者建置电动车关键零组件生产线,切入供应链。但他也坦言,面临目前後疫期和少子化缺工时代,造成业务销售、技术支援人员恐无法出差,终端消费市场又迎来电动车变局,对於传统单一功能标准机需求势必锐减,现场操作人员必须因应变革,加速开发一机多工机种。



图3 : 台湾??泽科技公司总经理戴云锦表示,面临後疫期和少子化缺工时代,终端消费市场又迎来电动车变局,对於传统单一功能标准机需求势必锐减,现场操作人员必须因应变革。(摄影/陈念舜)
图3 : 台湾??泽科技公司总经理戴云锦表示,面临後疫期和少子化缺工时代,终端消费市场又迎来电动车变局,对於传统单一功能标准机需求势必锐减,现场操作人员必须因应变革。(摄影/陈念舜)

在2020年底因疫情造成景气寒冬时,台湾??泽科技便开始在自家厂内打造首条智慧生产线,斥资上亿导入机联网、预测诊断、工业物联网(IIoT)、机器人等智慧元素;并利用其主轴、刀架高度自制的核心优势,充份掌握品质与交期,克服进度最复杂、耗时,与种类最多的制程,让员工提前练兵也探索客户真实需求,预计今年还会再完成第二条产线。


同时推陈出新多款五轴、双主轴双刀塔、立式车铣复合工具机种与超精密车床,满足医疗、航太、汽车、电子等产业客户期??缩减厂内占地空间,以及一机多工需求,大幅减省治具和繁复工程的时间与成本,直接与日系同级机种透过工艺竞争;自主开发智慧化加值软体,缩短编程、时间和防碰撞;搭配FANUC最新数控系统,以提高中小企业客户连线监控多部加工设备效益。



图4 : 台湾??泽科技今年推陈出新多款五轴、复合工具机种,搭配自主开发智慧化软体、FANUC最新数控系统,大幅减省治具和繁复工程的时间与成本。(source:台湾??泽科技)
图4 : 台湾??泽科技今年推陈出新多款五轴、复合工具机种,搭配自主开发智慧化软体、FANUC最新数控系统,大幅减省治具和繁复工程的时间与成本。(source:台湾??泽科技)

创浦导入绿光雷射科技 电动车市场雷电交加

德国雷射大厂创浦集团(TRUMPF)也表示,如今随着技术进步、法规要求和不断发展的客户需求共同推动下,电动车已不再是寡占市场,而逐渐转变成为大众市场的主流产品。包含汽车制造商、供应商和机器制造商正积极寻求符合大批量和一贯高标准生产流程的方法,以利生产各种电动汽车零配件。


例如现今针对焊接於电池、电动机和动力系统的铜质电子元件,已可利用强大的绿光雷射提供高生产率,可靠的工艺,高质量的焊接和可重复的结果。但创浦集团指出,虽然铜因为具有高导电和导热特性,而成为电子元件的理想选择,却往往只能吸收大多数工业雷射加工波长范围内的少量红外线光,导致在大约1μm波长下处理会变得非常困难、效率低落,於室温下几??反射95%,而仅吸收3~5%;还要考虑因为反射损坏周围环境的风险,倘若腔室狭窄且密闭,或让对温度敏感的元件靠近焊点,风险还会进一步增加。


另随着铜温升高,增加吸收红外线光的速率最高可达20%,但因为开始焊接的过程中须输入高能量来加热材料,一旦达到熔化温度,辐射吸收率就会突然增加,产生难以控制的能量峰值,而导致焊接开始延迟,即便采用相同叁数也无法精确再现,造成生产过程复杂化,无法事先确定焊缝将从何处开始。尤其是在制造电动车等充满敏感电子设备的密闭环境里,过多的能量恐导致整个焊接路径飞溅的不稳定过程,如今则可透过绿光雷射解决。


创浦集团表示,虽然科学界早就知道铜对吸收较长波长的光束效率,会比起波长较短者好得多,但直到近年来市面上才能以工业焊接所需的功率水准来提供这种光束源,并利用现代工业碟型雷射在绿色光谱约515nm波长范围里提供2kW输出功率,让铜在室温下吸收率约40%,达到近红外线波长的8倍,更高的吸收率意味着可透过散焦的雷射焊接,处理时间相对较短,因此造成热量损耗、被焊接的零件变形较小,并承受较低的热负荷。


因此还显着改善了焊接性能,使得工艺更稳定、焊道表面更光滑,形成的飞溅更少及熔深一致;对铜进行可重复的热传导焊接,穿透深度达500μm,不致形成锁孔而是接缝形式,导致金属蒸气更容易散逸,同时提升了连结的导电性,让绿光雷射更稳定、加工过程低飞溅及焊缝表层更均匀。



图5 : 绿色雷射不仅是加工铜的绝隹选择,还适用於其他广泛使用的工业金属,为电动车从电池、动力系统到电力电子设备等零组件制造领域提供了众多应用。(source:TRUMPF)
图5 : 绿色雷射不仅是加工铜的绝隹选择,还适用於其他广泛使用的工业金属,为电动车从电池、动力系统到电力电子设备等零组件制造领域提供了众多应用。(source:TRUMPF)

创浦集团说:「铜的深熔焊接是2kW功率的绿光雷射另一个重要领域,能再度让使用者实现1.5mm一致的焊接深度,优於传统近红外线光束。」未来用户只须坚持线性焊接,不必借助光束振荡(摆动)即可获得高质量的接缝,提高进给速度和生产率;且因为需要定义的叁数更少,使得整体加工过程更简化。许多测试已表明无论铜是抛光、打磨等表面特性,均不会影响绿光焊接效果;未经处理的铜还是会被严重氧化,表面刮痕或高反射镜面都没有差别,在许多情况下若使用绿光雷射,则用户毋须进行喷砂、镀锡等上游表面处理工作。


目前绿色雷射不仅是加工铜的绝隹选择,还适用於其他广泛使用的工业金属,例如铝、钢和金等,对於希??使用单个光束源,处理多种材料的用户而言,绿光雷射也为电动车从电池、动力系统到电力电子设备等零组件制造领域提供了众多应用。


**刊头图(source:roi-international.com)


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