用3D列印技術製成列車部件？第四次產業革命的積層弧銲製造(WAAM)技術－現代樂鐵 Hyundai Rotem (TW)

3D列印為第四次產業革命中受到矚目的技術之一，列印機超越平面界線，可以印出三維的立體圖形，在醫療、生活用品、配件等領域也導入了此領域的技術。今天現代樂鐵官方部落格要帶大家來看看運用金屬的3D列印技術WAAM(Wire Arc Additive Manufacturing積層弧銲製造)的發展現況。

隨心所欲堆砌而成的「3D金屬印刷」

在產業上所被運用的3D列印的原理為積層加工(AM, Additive Manufacturing)，依照製作者自己的想法一層一層的進行積累，從而製作出立體的模樣。積層加工也會因內部材料的不同，種類而有所不同。將塑膠融化層層堆砌形成或是焊接金屬等都是代表性的方法。

今天要介紹的WAAM技術就是3D金屬列印的一種，WAAM為Wire Arc Additive Manufacturing的簡稱，鋼圈形狀的材料利用電弧熱源進行焊接和層疊加工(AM)。該WAAM工法是將製作者想要的形狀層層焊接精密定型(near net shape)，再透過過加工完成最終形狀的工法。

迄今為止3D金屬列印的缺點是很難去除輸出物，且在此工程的特性上紋理較為突出。不過藉由後加工工法的開發和量產的解決方案，此技術即將商用化。

WAAM技術所帶來的變化

另外，就像焊接薄金屬鋼絲一樣堆砌製造的WAAM工法在去年10月舉行的現代汽車集團的M:Week上也受到了關注，並在共享生產技術研發成果的現場被認可為能夠替製造業帶來革命且具有競爭力的技術。我們從現代國防產業生產技術組資深經理李熙俊(音)了解到零部件製造和WAAM工法結合的契機。

「在現代樂鐵所生產的品項中，有使用原料價格相當高的鈦合金的配件，由於鈦合金在韓國國內無法生產，所以必須仰賴海外進口，且在配件製作過程中相當數量的材料透過切削加工而被丟棄。為了解決這些問題，讓韓國國內可以自主供應幾乎並呈現與成品類似的形態(Near net shape)，我們發現了3D列印的這個方法。」

▲運用WAAM工法可節省多種金屬部件的製作成本

如上所述，WAAM技術是為了減少零部件生產過程中的費用及提高效率而引進的工法，但目前還處於起頭的階段，仍存在著不確定性。現代樂鐵認為這種引進WAAM工法會帶來多大的效果呢？

「藉由WAAM技術可以期待的銷售效果有兩種：搶佔技術專利所帶來的技術費收入和實際製作產生的銷售。目前很難預測透過WAAM工法能獲得多少收益，但是以2016年為例，韓國的金屬模具生產額達9兆1,638億韓元，占全世界市場的6.1%(第6位)，我們以1%的銷售額為目標，正在埋頭於技術的開發。」

透過市場的搶占期望產生多種效果，因此現代樂鐵藉由與相關企業的合作，加快了技術開發的步伐，我們與在汽車配件領域享受協同效應的KISWEL與現代WIA合作。

「與Hyundai WIA合作的過程，我們獲得的效果相當多樣。第一，在汽車模具市場應用WAAM可以搶佔市場。第二，使用現代 WIA以WAAM製成的模具獲得一定效果時，將更容易向使用金屬模具的現代MOBIS等其他集團公司拓展事業。最後，由於現代WIA也在生產汽車零部件，所以預計不僅在模具領域，且在汽車零部件領域也會出現使用WAAM的機會。

以WAAM方法製作的產品品質和性能與焊接材料的品質和性能成正比，因此開發符合使用者所要求的焊接材料非常重要。KISWEL是韓國焊接材料製作公司中唯一一家生產模具焊接材料的企業。透過與該公司的合作，將活用焊接材料方面的技術訣竅，更輕鬆、快速地開發出符合本公司要求的品質和性能的材料。」

現代樂鐵透過與KISWEL和現代WIA的合作，計畫將WAAM工法最先用於溫間鍛造工程的金型O/RACE punch上。過去模具磨損後只能全部報廢重新製作，未來將改用WAAM工法更換磨損部分來進行維修。O/RACE punch存在過多的費用和供需困難，如果解決該問題，預計公司未來的業務範圍將擴大到汽車零部件和模具領域。

簽署共同開發WAAM技術MOU

今年3月4日現代樂鐵與KISWEL舉行了簽訂技術開發MOU的簽約儀式。此次簽訂MOU的目的為現代樂鐵在WAAM領域的技術力與KISWEL在焊接材料領域的技術力合作，以共同開發針對模具等的WAAM工法。期望能利用層層堆砌的WAAM工法特性，來確保與現有產品同等或更出色的耐用性。另外，透過減少從海外進口的焊接材料費用，製作費用與現有產品相比將減少約10%。