【跨域生態系系列專訪】3D列印引領數位鑄造「快時尚」

【跨域生態系系列專訪】3D列印引領數位鑄造「快時尚」
Photo Credit:推升中小企業跨域生態系價值共創計畫

我們想讓你知道的是

在還沒有3D鑄造列印時代,要做新產品,我們小企業一點機會都沒有;但在傳統產業得以透過數位科技轉型的現在,我們就能做到別人沒有辦法做的事。

有一句英文諺語這樣說:「你要怎樣吃掉一頭大象?一次一小口!」管理界常用來比喻實現大目標不躁進,從簡單的環節開始,一次走一步就好。套用在傳統產業的數位轉型尤其貼切。

2021年,台灣砂模鑄造商金晶矽砂接了一紙客製訂單:一具約莫20公分高的陶瓷迷你佛像。3D列印團隊先以電腦繪圖軟體掃描、建模,再以切層軟體將3D模型解構成為層層堆疊的幾何形狀,接著送到自動化數位控制機台一層一層印出來。

籌組亞洲第一個3D鑄造聚落

金晶矽砂從接單到交貨,花了3-5天,比起傳統的手工木雕快上不只2倍。原本金晶矽砂以為這是一次性的交易,事後才發現,詢問度、接單率都超乎預期,也讓管理階層重新思考,3D列印技術想要落地,原本排在開發時程表後段的民生精品反而更接地氣。

從那時起,金晶矽砂便將接單觸角伸向文創產業,客製生產民間傳說的人物、童話故事主角,甚至動漫公仔。不僅如此,金晶矽砂更加確定,數位化的3D列印技術正是傳統鑄造產業自我改造、全面升級的機會。

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「執行長經常和產、學界人士討論產業困境的解方,好比製作模具的時間與技術難度,加上他肯定3D列印高質化之類的優點。」金晶矽砂總經理朱良駿回憶,「但是因為大家都不了解,態度保留,所以他決定,『與其說破嘴,不如做給你們看。』」

那一年,是2020年。金晶矽砂就在苗栗中興廠區建置3D列印生產線,展現執行的決心。隨後11家上游供應商、下游客戶也呼應他的行動,加入一支被視為「3D數位鑄造國家隊」的行列。至今,這支隊伍已經集結超過40家當地與台中的相關業者,除了全台鑄造業都知道苗栗有一座3D數位鑄造砂模中心,更可說是亞洲第一個3D鑄造聚落。朱良駿把這道里程碑歸功金屬工業研究發展中心積極串連。

「其實最早是金屬中心與東台精機(金屬加工設備商)連絡,然後是金晶矽砂(砂材供應商)、金隆化學(合成樹脂及黏結劑供應商)再加入。一開始是我們三家先做。」朱良駿坦承,「初期的輔導學習中我們收穫很大,但是推廣業務時不太順。」

聚落廠商做中學,傳產轉型新典範

金晶矽砂副理陳一中身為專案主導者,他舉前述20公分高的佛像為例。理論上機器可以生產這套規格的產品,但實際操作時不斷撞牆,因為機器原本預設的材料是比較輕的石膏,改用混合黏土、氧化鋁砂等陶瓷原料後才發現超過承重度。繞道拆解成幾道步驟試做,雖然解決前述問題,卻又遇到新困難,好比避開邊角有難度,而且材料質量、重量不同,倒入設備後流動速度就不一樣,「這些情況都超出我們的經驗範疇,是靠輔導團隊協助,學會預先模擬,再去現場比對,慢慢累積出專業。」

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金屬中心專案經理吳慶財回顧,金晶矽砂從材料商跨入數位鑄造技術服務,並結合生態系的專案計畫,在兩年間從無到有設立硬體設備、培訓人才、陸續廣召超過40家業者,再到建置數位接單平台把新技術變現,堪稱傳統產業轉型的典範。

吳慶財強調,既然是亞洲第一個3D鑄造聚落,一切成果都是做中學而來。好比他們在前端的設計階段時就發現,缺乏電腦模擬、法務廠商;而在摸熟技術打算商業化時則想到,要有中游的汽、機車零件、醫療器材或是金屬物件等鑄造廠,連同表面處理、機械加工等夥伴才能連結終端客戶。

就這樣,這個生態系在一次解決一道挑戰的過程中,做出9項高質、高價的產品,甚至為生態系成員中勝國際打下扎實的「72小時快速出貨」基礎,更強化勤旺輕金屬轉換業務跑道的技術能耐。

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中勝國際總經理童世豪指出,改裝車渦輪在3D數位鑄造技術支援下,最快接單到出貨只要72小時。

渦輪模組化,挑戰72小時就出貨

中勝國際是專注供應改裝房車引擎渦輪的利基業者,總經理童世豪接受專訪時坦言,雖然已經找到明確市場定位,但是3D數位鑄造「讓我創業10幾年才真正搞懂,要走客製模組化的生產路線。」

他分析,改裝車渦輪市場本來就不大,熱門車型更是所有業者搶破頭都要爭取到手的訂單。以前他做生意只能繞著全球車展跑,先是亂槍打鳥接單,之後還要克服特殊規格開模生產成本、運輸交貨的時差等問題,才能讓客戶放棄當地競爭對手相信他。但是他發現,不管怎麼精簡流程,都很難壓低成本。因為「改裝車渦輪的模具量少、質精,可以說是『汽車零配件的帝寶』。」光是一顆模具就要新台幣70萬元,但是一張訂單往往是幾顆起跳,即使定價10多萬元,風險依舊很高。

童世豪與經營團隊花了很多工夫討論、聚焦,直到2014年飛往韓國參訪3D數位鑄造工廠,才腦洞大開,「回來以後我就找上金屬中心,因為全台灣唯獨它有這一套要價5500萬元的設備。」雙方從此結緣,因此2020年數位鑄造中心專案上路,中勝國際也是第一批加入的會員之一。

在3D數位鑄造技術支援下,童世豪定調,將相同的車種渦輪模組化,因應客戶的需求放大或縮小最終成品。而且「只要客戶在今天中午12點之前下單,下午我們就撿料、備料;明天開始組裝,5點下班之前就能送到國際快遞手中;晚上10點搭機分送全球。最快是72小時內就可以收件。」

在專業玩家領域,搶先速度幾乎就代表搶贏訂單。童世豪自比為改裝車界的「快時尚」代表:「就像網購精品包,幾乎沒有消費者下單後願意等一個月才收到產品。」事實上,美國同業普遍做法是,消費者下單並付清款項,生產線才開動,最快是還要再等1週才到貨。

比起來,中勝國際足足快了不只一倍。而這一點也反映在業績上:從草創時期3名員工做到現在已有50人規模;人均貢獻營收是250萬元。

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原先是製作鞋模的勤旺,董事長劉達士也加入生態系行列,轉型精密鑄造。

切入精密鑄造,鞋模廠跨足航太零件

中勝國際的成績固然出色,也是數位鑄造中心12名創始會員的勤旺,重生之旅也一樣吸睛:從鞋模廠升格為航太零件供應商。

勤旺董事長劉達士表示,最早是聽金松化工材料提起這個生態系,需要更多上、下游廠商參與,於是他加入打群架。「一開始用在鞋模,這種商品流行性很強,關鍵技術就是模具。」劉達士解釋,傳統製程是先由設計師製作款式,交由電腦數值控制(computer numerical control,CNC)雕刻做出代木,之後得拿掉代木做成矽膠模,灌注鑄造石膏並送去焙燒。整道程序耗工費時,加上產品世代交替太快,光是做到尺寸齊全,開模成本就會不斷攀高。

勤旺改與3D數位鑄造中心合作,足足省略代木和矽膠模這兩道環節。他帶著產品去拜會某國際運動鞋品牌的代工廠,「它們內部光是做矽膠模的空間、人力就是一座廠房了。但是成品只能一次性使用,放一、兩個月又會變形。改成3D列印後,這些問題就不存在。」

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金晶砂砂3D列印團隊先以電腦繪圖軟體掃描、建模,大幅縮減接單到交貨時間。

只是儘管品牌代工廠很心動,但最終雙方仍因3D列印技術無法弭平表面粗糙度放棄合作。劉達士說,這是機器、材料本身的局限,至今表面精緻化仍是它走向民生用品最亟待克服的痛點。

升級技術接單不成之餘,製鞋產業外移速度也越來越快,劉達士有感於新技術接班態勢蔚然成形,斷然切割鞋模本業,直接數位化轉型跨入精密鑄造。他的思維是從國際貿易型態切入:「同樣產品可能5家比價,如果競爭對手需要20天做出樣品,我卻只要10天,有很高機率訂單不會流到對手手上。」

劉達士認定,精密鑄造這一行想做到最頂級,非得接到航空或國防訂單不可。不過,那時勤旺還沒有應用3D鑄造技術,轉型初期只能咬著牙從頭學起,除了連年虧損,還一路從不斷被挑剔、要求的過程中學技術。

2016 年勤旺申請計畫補助,與金屬中心協力導入3D列印砂模,完成航空燃料控制閥,積極開發這項技術相關應用,也成功切入專業醫療設備市場,供應核磁共振、脈衝光製造商瑞士商萊卡(Leica),以及當紅的達文西機械手臂。「如今是幾乎年年都有賺錢。」

迎戰工業4.0,小企業突圍搶市新利器

2008 全球金融海嘯以來,復興製造業就成為各國政府重振經濟的主流政策,2011年德國率先喊出「工業4.0」(Industry 4.0),更掀起一波自動化、數位化到智慧化的革命浪潮,重量級財經媒體《經濟學人》(The Economist)斷言, 3D列印技術將是二十一世紀工業革命贏家的關鍵。

根據統計,2019年台灣鑄造業產值938億元,整體約900家業者中近90%是70人以下的小型企業,大多面臨技術能量不足、服務體系匱乏,而且無力突圍新市場的困境。
「在沒有3D鑄造列印時代,要做新產品,我們小企業一點機會都沒有,」童世豪直言,「但是現在它讓我們可以快速打樣、快速小額試產再快速搶進市場,我們就可以做到別人沒有辦法做的事。」

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多元觀點GRB模式,打造另類台灣之光

臺灣大學智慧生活科技整合與創新研究中心策略長──賴宏誌專訪

以金晶矽砂為核心的3D鑄造業屬於解決方案型生態系,整體來說,它們比較像是產業聚落升級,因為就生態系而言,它的物種多樣性不夠。因此,金晶矽砂在此除了扮演集結材料、設備等協力廠商,共同提供客戶高階技術、完整解決方案的系統整合者(system integrator),還要多擔綱一個將產業服務化的角色。

就實務而言,金晶矽砂的關鍵作用在於熟稔材料特性與鑄造製程,基本功就是當下游模具客戶規劃、設計好整套方案後,交由它完成參數設定、模擬分析,這樣一來成功機率至少就達到80%以上。一旦這種支援服務的能力駕輕就熟,3D鑄造產業聚落就可以越做越大。

3D數位鑄造生態系成員的潛在客層著眼全球,整合成功的話,對台灣整體的經濟結構性升級或轉型有顯著的示範作用。因為傳統鑄造成本高、時間長,精細度不夠,若是順利數位轉型並槓桿3D列印技術的優勢,不只花上20天的流程可能大幅減至一星期,爭取高精度航太、高質感精品產業的機率也提高。

在國外,生態圈是一種市場機制自然形成的商業模式,政府介入的個案不多。在台灣,經濟部中小企業處主動擔綱促進者,集結學界、法人機構打造出一個政研企(government-research-business,GRB)鐵三角,採取由上而下(top-down)的方式建構並催化人造生態圈壯大,最終目標是服務消費者。

這套GRB模式是台灣獨有,前一、兩年曾在APEC上與菲律賓、越南等國家分享政府如何發揮促進者的功能,串接中、小企業跨域創新。值得注意的是,謹守促進者不是孵化器、兩年為限並鼓勵主動提案這三道底線,生態系才可以永續發展。

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