在這一篇文章我們看了CNC加工在交通運輸與海洋產業上的使用時機,接下來我們要從航空與航太工程及電子工業方面,來看這兩個工業的特性,以及實際上在這兩個產業中 CNC加工的應用 。
航空與航太工程
飛行過程中可能會遇到各式各樣的情況,包含速度快、氣流與氣壓的不穩定,都可能飛行穩定度。為了避免飛安事故,在建造的過程中必須注意每個細節,確保機身與零件的規格都要非常精準。不然在飛航過程中可能影響氣流、形成阻力,或造成機身的磨損。
CNC加工是少數適合航空與航太工程的加工製造技術,而航太產業也是最早以CNC加工製造生產的工業類別之一。由於飛行器必須長期處在太空環境當中,時間可能長達數個月到數十年之久,因此設備必須相當精準,以確保設備與人員的安全性。CNC加工能有效控制產品的在生產上的誤差值,讓生產公差小於0.001mm。加上CNC加工適用的材料種類廣泛,囊括航太工程所需的材料,從鈦、鋁、鎳到各種塑膠材料,均能利用CNC加工技術製成。CNC加工能透過客製化的形式,以最精準的公差製造各項零件,包含歧管、機翼、襯套、電器接頭、起落架、天線等。
由於CNC加工對於材料的適用性大,因此可以在生產上做出許多嘗試與差異。在航空方面,美國波音公司旗下的波音787夢幻客機中,便針對不同的用途,而發展出不同產品型號的機型。如已停產的787-3主要作高密度短程航線使用,787-8為787家族的基本款,787-9的翼展與787-8相同,但機身較787-8長,載客量較787-8多,且航程也較遠。787-10的載客量較787-9多,但油箱較小,因此可以運行的行程也較小。
航空與航太產業在設計過程中,工業設計師除了利用電腦繪製3D設計圖,在正式生產前,也會利用CNC加工技術,先做出模型,以針對成品的功能進行評估,必要時進行修正。待設計流程完成,便可開始生產。透過CNC加工技術,可以有效的加速整個流程。
電子工業
CNC加工在電子工業方面,主要用於機身的設計。CNC加工適用的材質多樣(詳見〈文章03〉),有助於研發機身時的外殼選用。加上各項車床、銑床能多角度加工,適用的刀具種類多元,只要預先完成設定,便能開始鑽孔、切割、銑削,加工上容易。
1.手機機身
蘋果公司在各項產品的機身加工上,一直以來都是使用CNC加工技術。包含MacBook、iMac、iPhone、iPad、Apple Watch等產品的外殼,都是使用CNC加工一體成型製造。〈文章04〉提過以CNC加工的方式製造,能夠有效保有金屬原先的材料性質,讓電腦、手機、平板電腦能有更堅固耐用的外殼。各項金屬的光澤,也讓產品的外觀看起來更加優雅。除了蘋果公司外,三星和華為等手機大廠也透過各項塑料或合金,製作智慧型手機、平板電腦的機殼。
2.電子內部零件
印刷電路版(PCB)目前較常見的製成方式為化學蝕刻,先將需要的部分覆蓋,接著以氯化鐵溶蝕。然而這樣的製成方式可能會造成身體的刺激,嚴重甚至會損及肝臟,因此有些加工廠商會改以CNC加工的方式,透過精密的銑削方式,製造印刷電路板。
電子設備中的散熱片也經常使用CNC加工的方式,利用銑床加工的方式,能夠使用多種材質,並且以嚴格的公差製成,因此廣為使用。
3.觸控玻璃
除了機身,許多行動裝置的觸控玻璃也是透過CNC加工製成的。透過CNC加工的銑削技術,能夠幫助廠商在玻璃上鑽孔,將玻璃抗刮、抗裂、透光度高的的特性,帶到各項行動裝置上。除了行動裝置,CNC加工也用在其他的螢幕製作上,包括電視、電腦或手錶的螢幕上。
4.插座與連接器
插座與連結器的尺寸與形狀多元,因此需要以嚴格的公差製作,否則會無法順利傳輸∕接收各項電力、電磁與訊號。
CNC加工技術擅長以多維的方式,製造複雜的幾何形狀。因此除了可以確保成品的精準度高以外,使用機器製造,也能有效降低成本。若需修改型號或孔洞,只要透過CAD∕CAM軟體的修改,便可輕鬆完成。
5.手機保護殼
手機保護殼與其他電子配件的製造,也會使用到CNC加工。一般而言,手機殼的材質為TPU、矽膠、PC硬殼等塑料材質或皮革,製成主要是以射出的方式進行,而非CNC加工。然而在進行加工前,需先以CNC加工的方式製作模具,以用於射出加工上。市面上也經常看到以木材或竹子等材料製作的手機殼,這種精緻的手機殼的主要製作方式有兩種:CNC加工及手工。由於手工的成本較高,且精準度比不上CNC加工,因此許多木材或竹子製作的手機殼,會以CNC加工的形式製造。
6.其他配件
除了手機保護殼外,行動電源的外殼製作,也經常使用CNC加工完成。或是現在人手一支的自拍棒,透過CNC加工,便可大量、快速的生產。手機或其他電子設備的支架,透過CNC車床或銑床的銑削,也能輕鬆地將原料加工成適合機身的弧度,對生活帶來許多便利。
結語
從太空艙到手上的智慧型手機,CNC加工技術的成熟,降低了我們的旅行成本,讓跨國移動變成多數人都能負擔的活動,洲際旅行變得更方便。CNC加工技術大量運用到電子工業,也讓更多人能夠使用科技產品。尤其是在COVID-19期間,讓大家就算無法出門,也能在家辦公、上課,甚至能跟幾千公里以外的朋友即時視訊會議。CNC加工技術甚至讓人類完成了登陸月球,太空旅行的夢想。在CNC加工技術的協助下,人類得以打破空間的屏障,實現真正的地球村。
延伸閱讀:
Why Apple Opts for CNC Machining for Its Product Lines