封面故事─精密模具

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李榮顯特聘教授Profile

現　　職：成功大學機械工程學系特聘教授

專長領域：機械製造、製造可行性評估、金屬成形、

　　　　　多軸虛擬工具機

專利獲證：中華民國2件、美國2件

技術授權：共4件，授權廠商包括寶一科技、世德工業等

產學合作：包括鴻海精密、中鋼公司、順德工業、

　　　　　克瑪里能源科技等

國內產學合作的倡行者

　　成大很早就開始嘗試與產業界接軌，早在

1990

到1995

年時，全台第一件大型國科會產學合

作﹁變導程螺桿傳動機構之電腦整合設計與製

造﹂計畫，就是由成大機械系教授顏鴻森與李榮

顯共同主持。而這，已經是18

年前的事情了！

　　回憶起這一段，李榮顯笑著說：﹁這是台灣

第一個產學合作計畫，以前國科會從未讓產業界

參與過相關計畫，經過這次的合作後，學界與業

界才開始產生互動，甚至現今國科會產學合作的

架構、技術移轉方式、資金規定的雛型，其實都

是由這個案子開始催生的。﹂

「金屬成形實驗室」的特色

　　李榮顯的專長領域包括塑性力學、模具設

計、金屬成形加工、電腦輔助製造、模擬工具機

以及智慧型製造系統等。而﹁金屬成形實驗室﹂

的特色，更是致力於金屬成形系統之製程力學、

金屬材料與自動化及電子化之整合性研究等。

　　李榮顯說，﹁金屬成形實驗室﹂主要的研究

課題約略可分為四大項：一、金屬成形系統之研

成大以工學院起家，創校之初就有機械相關學科，歷史相當悠久，成大特聘教

授李榮顯博士，更是道地的「成大人」，他從成大機械工程系畢業，後來在

英國里茲大學拿到機械工程博士，目前是成大「金屬成形實驗室」的主持人。

金屬成形實驗室主持人李榮顯教授 替業界挖掘聰明的腦袋

文 ‧ 郭 靜 蓉

成大產學合作

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NO.9

封面故事

究。二、多軸加工電腦輔助製造系統研

發。三、遠距協同虛擬設計與製造。

四、生物醫學製造系統之研發。

　　以金屬成形系統之研究來說，主要

包括溫鍛模具磨耗壽命之預測、冷鍛與

板金成形極限之預測、金屬成形之製程

模擬，在學術的創新部份則是金屬成形

之可成形性預測理論模式並以實驗方法

加以驗證。

　　除此之外，李榮顯說，最近在精微

薄板成形之可成形性研究上，考慮晶粒

尺寸效應，而將極限深抽比及能量破壞

準則加以修正；在液壓成形方面，透過

進行拉伸試驗建立管材之成形極限資

料，並利用破壞能量準則預測管液壓成

形之成形極限。

　　李榮顯表示，﹁金屬成形實驗室﹂

主要致力於金屬成形及多軸曲面加工，

目前有一百噸金屬成形試驗機、輥壓

機、二十噸萬能板金試驗機等設備，並

有五軸虛擬工具機，可評估模具曲面加

工及葉片五軸加工。

與成大合作後，僅一到兩個星期即可完

成，充分滿足廠商的需求。

　　在多軸加工電腦輔助製造系統研

發方面，特色包括：︵一︶在多軸虛

擬工具機之研發上，提出一個基於D

-H

notation

一般性的新建構方法，可以快速

地建構各種構形之多軸虛擬工具機，對

於虛擬工具機之發展，以及應用在工具

機產業上將有重大意義。︵二︶空間凸

輪及自由曲面之四軸與五軸加工C

AM

系

統，創新與突破包括五軸後處理程式之

ㄧ般化運動模式推導，並建立國內自行

撰寫五軸後處理程式之關鍵技術，不必

仰賴國外的後處理軟體。︵三︶創成與

雕刻複合加工法的提出，此一創新的刀

具路徑產生法，使得空間凸輪之加工法

得以突破，不必使用凸輪加工專用機及

成形刀，在泛用型五軸加工機上用一般

化的刀具即可加工，提高精度且降低成

本，且經由技轉提升了我國凸輪加工業

之競爭力，建立自主技術能力，原本仰

賴進口之滾齒凸輪已可自製。︵四︶提

出虛擬包絡元件之新觀念，以自動化決

定五軸加工時不產生過切之刀具方位，

　　對於金屬成形系統的研究，李榮顯

說，每年至少會有一到兩個合作案，目

前正在進行的是中鋼與寶一科技，其

中，中鋼是主動前往成大尋求合作機

會，主要是利用﹁金屬成形實驗室﹂的

軟體，縮短中鋼建﹁成形極限圖﹂至只

要原有二分之一的時間。

　　其中，在溫鍛模具之磨耗預測方

面，﹁金屬成形實驗室﹂提出一個包含

模具高溫硬度之磨耗模式，結合製程模

擬，可在模具設計階段預測模具壽命，

此項突破已應用在鈦合金人工關節熱鍛

模具壽命預測；在冷鍛方面，﹁金屬成

形實驗室﹂提出一個以應變能為基礎之

鍛造成形極限準則，並成功地應用在冷

作鍛粗製程設計上。

　　而在寶一科技方面，寶一科技主要

是生產飛機引擎零件，在模具開發過程

中遭遇困難，同樣也是利用李榮顯所主

持的﹁金屬成形實驗室﹂所研發之電腦

試模技術，節省試模的成本與時間，進

行製造的可行性評估。李榮顯說，寶一

科技原本耗費的時間為四至五個月，但

封面故事─精密模具

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此方法及實作出之軟體模組突破了以往

五軸C

AM

工程師僅能憑經驗來決定刀具

方位之困境，此方法並可適用於共軛曲

面︵如空間凸輪︶及自由曲面︵如渦輪

葉片或模具曲面︶之五軸加工。上述技

術已在成大及產業界之五軸加工機上以

工業實例實作及應用，展現了國內大學

從基礎研究、應用研究至產業應用之能

力。

　　李榮顯表示，在虛擬工具機加工渦

輪葉片方面，目前已自創軟體，正在進

行專利佈局，且已與進駐路竹科學園區

的克瑪里公司在渦輪發電機葉片上進行

合作。

　　至於在遠距協同虛擬設計與製造

上，包括遠距協同虛擬切削驗證、鍛造

系統、逆向工程等，此為因應全球化競爭

的產品開發與製程開發之創新系統。在學

術上發展出﹁遠距協同工程﹂之系統架構

及模式，在實用上提供一個可加速產品開

發週期及知識分享的新解決方案。

作。

　　鴻海找上門後，李榮顯與門下兩位

學生積極研究，一同利用半導體微影蝕

刻技術測量變形並與模擬預測進行比

對，最後終於找出問題並解決之。李榮

顯與鴻海的合作，前後共歷時了一年八

個月的時間，後來李榮顯還把相關技術

技轉給鴻海，甚至當時與李榮顯共同研

究此案的其中一位學生，也順勢進入了

鴻海，現在更已成為資深工程師。

產學計畫要點滴練功

　　研發最好能客製化

　　李榮顯指出，產學合作的最大問

題，在於產業界偏重製造與生產，而學

術界則重視分析與論文，雙方常因此而

產生落差。

　　事實上，產學計畫要一點一滴的練

功，老師與學生要先練好核心技術，而

且要不斷的擴充，再應用到產業界，而

且最好還要能夠做到客製化。李榮顯

說：﹁這裡的客製化，不只是設計與製

　　在生物醫學製造系統之研發上，包

括人工股骨莖及脊椎矯正用金屬桿設計

與製造整合系統，已獲美國及中華民國

專利並技轉骨科合作醫師使用，2006

年

並完成器械之實作。

　　在專利及其應用範圍，李榮顯指

出，在生物醫學製造系統之研發中，新

型專利﹃外科手術校正用金屬桿之可調

整式彎桿機構﹄突破了以往骨科醫師於

開刀房現場直接在Ｘ光片上彎桿比對的

缺點，可以事先利用所發展之ＣＡＤ／

ＣＡＭ系統進行脊椎曲線重建及彎桿，

此項突破對於脊椎外科及脊椎曲線之醫

學研究提供了有效的工具。

與鴻海合作

　學生已成資深工程師

　　除了中鋼、寶一科技與克瑪里公司

外，﹁金屬成形實驗室﹂也與全球最大

代工廠鴻海合作過，在民國88年時，鴻

海當時無法解決連接器在沖壓製程上所

產生的破裂問題，因此找上李榮顯合

成大產學合作

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NO.9

封面故事

多軸虛擬工具機建構技術

【研發團隊】成大金屬成形實驗室團隊

【研發領域】機械與先進製造

【技術成熟度】開發驗證中、可商品化

【專利】申請中

【應用情境說明】本技術之目的為提供快速建立客製化虛擬工具機的環境。虛擬工具機可進行運動模擬、

碰撞檢測、切削模擬，避免工具機因加工失誤如碰撞及過切所造成的巨大損失，進而縮短因生產需求

改變所需之先導期。應用本技術可彈性開發虛擬工具機，並依數值控制碼驅動虛擬機台，在運動過程

中進行碰撞檢測及切削模擬；亦可建立具多工具機及機械手臂之加工單元。

【關鍵技術簡介】基於C/C++，本技術包含虛擬機台組裝函式庫、虛擬機台運動模擬函式庫、碰撞檢測函式庫、切削模擬函式庫，可快速建立客製化虛擬機台及虛擬加工單元。

【產業價值】本技術未使用內嵌商業套件，有利國內相關產業自主開發。本技術可降低建立客製化虛擬工

具機所需之時間與成本，虛擬工具機軟體可提高工具機附加價值；亦可應用於工具機設計及製造模擬

軟體之開發。

【可應用產業／範圍】工具機產業、工具機設計與製造廠商、多軸加工機應用產業與廠商、航太製造業、

開放式CNC控制器廠商、汽車製造業、模具製造業。

造而已，還包括研發上的客製化。﹂

　　基於多年的產學合作經驗，李榮顯給產業界一些建

言：不要只看技術與只講求如何解決問題，同時也不要太

在意小小的技轉金與獎學金，「要怎麼挖掘聰明的腦袋才

重要！」

　　針對學術界，李榮顯也有話要說：不要只看技轉金，

也不要只看SC

I

論文與數量，學校要將人放到對的位子，

把知識用出來，這樣才能夠促進產業界上下游的共同發

展。

主題式產學論壇

可增加雙方碰撞火花

　　李榮顯認為，產學合作最重要的是締造良性的循環，

成大已經是個好品牌同時也是個好平台，如何利用這個品

牌與平台，去創造產與學雙方面的利基，是個很值得思考

的課題。

　　他認為，要增加產學碰撞的火花，舉辦﹁主題式產學

論壇﹂，是個不錯的方法，他建議老師們不要關在實驗室

中，可以去參加產學論壇，多與業界接觸，將多年的研究

成果貢獻出來；至於資深的老師，更可以主動組織或發起

產學論壇，居中增加產學雙方合作的機會，這樣一來，不

但有利於成大累積品牌與平台的能量，更有利於產業界的

整體發展。

李榮顯教授技術篇

虛擬工具機（組裝完成） 虛擬工具機（碰撞檢查近照）

落實航太科技普及化的推手

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