產品高值化 競爭力加分

台灣工具機產業出口產值居世界第五，是國內重要的設備產業，2021年工具機出口達27.8億美元，但面對未來仍有許多挑戰。

台灣工具機多年來皆以優秀性價比與國外品牌競爭，在品質精度上與歐美日產品差距不大，但近年來日圓貶值有利日本出口、提高日本工具機價格競爭力，台灣工具機的性價比優勢面臨挑戰。

經濟部技術處發現並針對產業問題，加強業界合作，透過關鍵性技術研發及新興材料技術，如碳纖維、複合材料等應用，導入工具機產業，共同為工具機產業高值化努力，同時以減輕工具機重量，帶來節能減碳之附加價值，並以科技專案計畫推動我國工具機產業轉型升級，協助業者提高國際競爭力。

在工具機領域，舉例來說，由於機床傳統製造皆考慮剛性為主，床台本體大部分由碳鋼鑄造而成。但在如雷射切割等不需要高切削阻力之機種，碳鋼材料之頭部與橫梁動件由於本身材料重量，限制機台加減速，加減速上不去將限制機台之加工效率，近年歐洲開發出複材橫梁動件之大型龍門雷射切割機，可將機台之加減速由1G變成4G以上，獲得市場好評。

科技專案2021年起支持工研院協助本土雷射切割機公司，開發國內首款自主設計製造之高速雷射切割機複材橫梁動件模組，以科學化方法，透過動態特性量測成果分析碳纖纏繞對動態特性的貢獻度，再進行新版橫梁電腦輔助工程（CAE）分析與肋板製造規畫，並協助廠商將碳纖複材導入工具機結構輕量化設計與製造，完成碳纖橫梁製作，進行效能測試，經分析橫梁碳纖用量自占比19%提升至46%，且在維持衡量剛性條件下，橫梁重量可減少13%，再結合工研院複材加工技術，節省製作成本約15%，有效達成機台動件輕量化。

近年面對歐洲淨零碳排法規要求，以出口市場為主之台灣工具機業者來說是站在風尖浪口，感受來自客戶端的減排壓力。但事實上，工具機製造的過程排碳量較低。

台灣上千家精密機械廠家與下游供應商組成的工具機產業鏈，從結構件到整機組裝，分工明確，其中占工具機整機重量比重相當高的鑄件，多半是委外加工，整機廠再負責最後的加工與組裝。因此就整個工具機製造過程來說，除鑄造有加熱過程，相對較耗能，後段加工與組裝並非大量排碳的製程。

相較於工具機製造過程，工具機在運作時相當耗能。工具機在進行加工使用時的溫室氣體排放量最多，約占九成以上，工具機業者雖不見得直接受到影響，但卻會間接影響終端客戶的減碳表現，此點讓將工具機動件輕量化有了利基點。

工具機結構件大部分是使用鑄鐵，通常設備結構愈重，運作時所消耗的電力愈大，道理其實與電動車車體輕量化可更省電、飛機機身使用複合材料減重更省油一樣。如何透過工具機輕量化協助客戶減碳，也成就為工具機業者下個十年的競爭關鍵。但畢竟工具機安置在地面上，一方面要支撐床身重量，另一方面要承受機台切削力與移動件移動時產生之力矩，且須考慮到使用材料的安全性、耐用性和剛性，所以結構輕量化問題還有許多需要克服，才能達成綠色工具機之目標。

近年基於綠色工具機概念，技術處以科技專案助產業發展碳纖維複材應用技術，並運用專案推動關鍵性產業技術擴散，如複材貼合、複材結構設計、複材動態特性分析等技術，可以有效推廣至工具機頭部、鞍座與龍門橫梁等動件，解決機台輕量化之需求。此舉讓我國的工具機產業在這場綠色革命競賽中得以不落人後，引領我國機械製造業航向新的天地。

（作者時任經濟部技術處複合材料智慧製造及模組開發計畫主持人及計畫成員）