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熱處理系統團隊

金屬中心(熱處理系統團隊)

|連續式微型元件熱處理系統設備|

團隊創新領航－熱處理系統團隊
金屬工業研究發展中心

金屬熱處理技術全面進化推動成熟產業高值化

有百年歷史的熱處理技術，是金屬加工最重要的製程環節，臺灣也早有技術完善的產業聚落。近年來終端市場快速變化，再加上多種新材料陸續問世，這些變局對臺灣熱處理產業帶來嚴苛挑戰，金屬中心熱處理系統團隊除了研發「連續式微型元件熱處理系統」滿足業者需求，也同時設計出符合臺灣企業特質的商業模式，讓設備國產化與產業升級的腳步更穩健。。

熱處理是已發展百年的金屬加工技術，做為臺灣金屬研發重鎮，金屬中心在1963年成立時就已建立相關團隊，之後南臺灣的產業聚落成形，企業對前瞻技術的需求漸殷，熱處理成為金屬中心精微成形研發處處理組的研發重點之一。

副組長黃家宏指出，「近年全球終端市場變化快速，消費者對產品的功能要求越來越高、種類選擇也更為多元，要滿足此要求，除了微縮產品內部元件體積與強化品質外，生產模式也須走向少量多樣，而這些需求對臺灣熱處理廠商而言是巨大挑戰。」

金屬中心精微成形研發處處理組由黃家宏副組長帶領鍾育霖士、劉俊呈工程師、陳其褘工程師、葉庭魁正級技術員等四人組成熱處理系統團隊，投入「連續式微型元件熱處理系統」研發，解決臺灣產業痛點。

賦與舊技術新價值解決產業痛點

對多數人來說，也許聽過「熱處理」，但是對於具體為何？可能不明就裡，「其實在電視劇、電影中，大家應該都看過工匠利用火爐高溫鍛造刀械器具的過程，這就熱處理技術之一。」黃家宏解釋，這項技術是透過控制金屬材料的加熱和冷卻過程，改變金屬材料的組織和性能的方法，「熱處理通常應用於金屬製品的製造過程中，藉此改善機械性能、物理性質、化學性質和其他性能，並讓金屬材料達到預期的用途要求。」

熱處理技術的應用層面相當大，例如製造業的工具和模具製造、汽車飛機的金屬部件、各種電線電纜等。熱處理技術在這些領域扮演著重要角色，藉由金屬材質的改變，優化產品性能和壽命。

黃家宏表示，「熱處理技術是產品最終成敗的關鍵，全球85%以上的材料都有對應的熱處理製程，這幾年新材料陸續被開發出來，金屬加工技術也快速精進步。

傳統熱處理面臨新挑戰，首先是，航太、醫療產業對高值、高端材料熱處理新技術需求迫切，熱處理業者必須打造出兼具強度、高硬度、高韌性等特質的金屬產品，其次是現在的熱處理製程在排程、節能、成本控制等面向仍然不足，要克服此挑戰必須具備軟、硬體整合能力，強化模擬分析的軟實力，並建構完整檢驗能量與國際認證基礎環境，而熱處理系統團隊研發的「連續式微型元件熱處理系統」，正可滿足上述要求。

「連續式微型元件熱處理系統」有三大創新價值，第一是開發出國內首創的高質高精密微小型熱處理設備，此設備包含三大技術：震動送料技術可讓零件依序平鋪於輸送帶上，解決傳統熱處理以「細鋼網」包覆零件成小包型式進行處理，零件處於疊料狀態，造成零件熱處理品質不均的問題。

精準控制滲層深度的均勻爐氣控制技術，可成功將滲碳氣氛控制於±0.03%C（國外滲碳氣氛控制技術為±0.05%C），滲層深度差異≦0.01mm（原滲碳層變異大於0.03mm），此「小型熱處理爐之爐氣產生裝置」技術，已經拿到臺灣與中國的發明專利。

第三項技術可縮短淬火路徑。國內現有熱處理爐爐床道淬火液面的高度差高達60～50cm，導致工件在淬火前，心部即會產生軟質之肥粒鐵組織，造成硬度不足，此設備則將焠火路徑縮短至30cm以內，減少工件自高溫滲碳爐爐床掉入淬火油液的時間，讓工件外緣及心部組織均可順利「麻田散鐵」化，讓心部硬度提升至國際水準。「麻田散鐵」為純金屬或合金從某一固相轉變成另一固相時的產物。

第二個創新價值為精微零件收料系統開發，黃家宏指出這也是國內唯一，「國內雖也有熱處理業者採用小型批式爐處理微小工件，但無法大量生產，我們開發的設備收料模組，工件收料率則可達100%，技術領先國內業界。」透過此技術開發的「熱處理收料裝置」不僅取得臺灣與中國的發明專利，同時也拿下「2018台灣創新技術博覽會發明競賽-鉑金獎」、「2017金屬熱處理年會暨研究成果論文優等獎」、「2017台北國際發明暨技術交易展金牌獎」。

第三個創新價值是建構國內領先的可視化數位製程控制，為臺灣熱處理產業打下數位轉型基礎。由熱處理系統團隊攜手國內業者共同開發的國產化熱處理設備，在設備內部建置製程可視化監控模組，可讓熱處理廠商藉由數位熱處理控制平台，即時監診並控制熱處理過程中的溫度、時間、滲碳氣氛等製程參數，將誤差控制在1%以下。

不只會研發技術也會銷售技術創造高值

「連續式微型元件熱處理系統」完成研發後，熱處理系統團隊開始透過技術移轉，與產業合作開發或以小批量試製代工取得業者認證及肯定，讓技術有更多曝光機會。

黃家宏表示：「我們的第一步是行銷推廣與建立營運模式，團隊不只要會做技術，更要會賣技術。」目前「連續式微型元件熱處理系統」有四種營運模式，包括試做/打樣/促成技術開發服務提供、多量關鍵模組提供、各類技術/專利授權、生產系統開發完整解決方案提供等。

以小批量試製代工流程為例，在產研合作前，熱處理系統團隊會先分析業者的產品圖面是否超出熱處理設計極限，並提供團隊在熱處理技術上的建議及指導，修正後再將雛型品投入熱處理製程。進入熱處理製程也不是直接投入設備生產製作，而是透過團隊建立的熱處理模擬技術，分析出最佳製程參數，並據此參數試製，縮短產品試誤期。

產品完成製作，金屬中心的熱處理檢測分析實驗室可協助業者分析產品的金相、硬度…等數值，檢測是否符合圖面要求，並提供產品及報告讓業者再次分析、驗證。「驗證通過後，如果業者確認可由熱處理系統團隊協助代工，我們會跟業者簽署先期小批量代工及後續技轉等相關合約，讓業者未來可以直接保有這項技術的自行生產權利。」黃家宏說明。

金屬中心熱處理系統團隊開發的「連續式微型元件熱處理系統」，已開始為臺灣產業創造綜效，其中，祥儀企業就透過此技術提升產品附加價值，搶佔高端微小精密馬達齒輪箱市場。

在熱處理系統團隊的協助下，祥儀建構「特殊精微齒輪熱處理設備產線」，可依不同產品需求，提供所需模組客製化設備建置，讓生產更具彈性，祥儀因此順利切入國際高階手工具大廠Bosch供應鏈。祥儀目前投資約新臺幣1億元，並衍生出5億元以上的碳鋼/ 合金鋼等高值高精度零組件等關聯產值。

第二個案例是協助萬寶至馬達公司改善軸受板熱處理均勻性及收料率，熱處理系統團隊協助該公司匹配熱處理製程條件，並藉由微小零件連續熱處理設備、油槽與收料的製程整合，成功強化軸受板淬火後的扭力，藉此降低馬達噪音及震動，延長產品使用壽命，收料率達到100%，並讓軸受板單價從原本為每件新臺幣5元翻倍至10元，萬寶至馬達公司也因此投資1元，2019年共計生產1千萬件，產值達1億元，附加價值提升5千萬元。

第三個案例是中國探針公司的3C晶片精微探針高值處理，延長產品使用壽命。精微探針主要用於印刷電路板與IC電流量測，傳統熱處理製程常導致探針變形，且收料率不佳。熱處理系統團隊協助該公司建立的精微金屬零組件熱處理技術，可有效增加探針硬度，提升使用壽命2倍以上，經由此技術加值，產品單價從每公克20元翻倍至40元，並促進業者投資3千萬元，衍生3C探針高值高精度零組件關聯產值1億元。

智慧、精準、快速改造熱處理產業滿足國內產業新需求

整體而言，金屬中心熱處理系統團隊開發的「連續式微型元件熱處理系統」，已能滿足高值化、量產化、節能化、小型化、低成本化需求，對國內金屬加工產業發展帶來巨大效益。

除了技術研發外，該團隊也與國內的設備、資訊可視化、終端應用等領域業者和相關學術單位共同成立「精準熱處理智慧化設備產業聯盟」，宗旨是將可視化數位控制技術導入設備，協助國內熱處理加工及其相關設備產業進行技術升級與轉型，接軌國際產業趨勢，並爭取高附加價值產品訂單，藉由設備國產化的推動，預期可取代每年1千萬元以上的進口值。

在建立設備國產化的同時，金屬中心熱處理系統團隊也致力協助國內業者切入全球市場，黃家宏指出：「目前已有國內業者進入國外電動車大廠與軍方的供應鏈，成功將國內傳統熱處理製程技術，升級轉型至高品質/高精密熱處理設備技術。」後續更可持續支援臺灣的精密機電、3C電子、半導體、光電、遙控機械、模型、航太、醫療等產業之發展，強化業者開發精密小型熱處理設備與產品應用能力，黃家宏估計可創造的關聯年產值將達6千萬元以上。

「連續式微型元件熱處理系統」的亮眼成績，除了歸功於金屬中心長官的大力支持與團隊成員全心投入外，黃家宏還特別感謝前任金屬中心執行長林秋豐於2019年支持精密熱處理實驗室導入智慧製造技術，讓團隊可以透過智慧監控系統精準掌握管控工件加工品質。「此一智慧化效益也帶動了後續的技術升級，我們會持續將可視化數位監控模組導入到各式熱處理設備中。」

對於金屬中心熱處理系統團隊的下一步規劃，黃家宏表示將力促國內熱處理加工及相關設備產業創新技術升級並推動轉型，建立設備程控自我深度學習，達到設備即時監控製程參數，進而管控及預測工件熱處理加工品質，實現無人工廠並往高附加價值之精準熱處理處理技術及設備發展，達到高值化目的。後續也會協助相關業者開發精準熱處理設備與產品應用，應用領域包含原先扣件、齒輪，並擴及精密機電、3C電子、模型及科技產業。

「熱處理可說是工業之基礎，在六大核心戰略產業是不可或缺的一環。」黃家宏接下來將帶領團隊全力投入物聯網和人工智慧的發展，讓國內的熱處理產業走向智慧化，落實「智慧、精準、快速」的創新藍圖。

練功心法

● 金屬中心熱處理系統團隊在投入技術研發的同時，也深耕南臺灣產業聚落，與在地業者緊密鏈結，長期站在產業第一線所累積的經驗，使得團隊成員能夠深切了解業者的營運挑戰與技術能力。
● 研發技術選擇和商業模式都是以目標為導向，技術方面可補強業者缺乏的能力，解決當前痛點；因應在地企業特質所設計的商業模式，則可協助業者妥善規劃手上資源，將其效益最佳化。
● 將推廣策略延伸到產業聯盟，藉由「打群架」模式結合各方戰力，擴大臺灣產業優勢，賦與產品更高價值，有效爭取海外訂單。

得獎感言－金屬工業研究發展中心黃家宏副組長

本團隊此次獲獎，有賴團隊成員的努力，積極拜訪國內產業、廠商，深入了解廠商產業現況及痛點，並結合各領域專家積極協助產業解決痛點，帶來產品創新加值應用及產業創新升級。如何開發及創新技術是一個難處，但開發出一個能為產業所用的創新技術更是一大難處，本團隊能夠適當切和產業需求，絕非一人之力能夠達成，結合整個團隊的力量為國內產業盡一份力，才能為產業做出貢獻，感謝團隊執行計劃過程的努力，也謝謝委員的賞識，未來本團隊會持續精進及深化核心技術，為其他產業帶來貢獻。