Skip to Content Facebook Feature Image

理大研發「IntraSpect」第三代智慧熔池精控技術 以「工業透視眼」實時監測焊接缺陷助力灣區高端製造升級

BasTech

理大研發「IntraSpect」第三代智慧熔池精控技術 以「工業透視眼」實時監測焊接缺陷助力灣區高端製造升級
BasTech

BasTech

理大研發「IntraSpect」第三代智慧熔池精控技術 以「工業透視眼」實時監測焊接缺陷助力灣區高端製造升級

2026年02月11日 16:39 最後更新:16:39

香港理工大學科研團隊成功研發第三代智慧原位熔池精控技術「IntraSpect™」,為高端精密製造領域帶來突破性創新。熔池是焊接過程中金屬受高能量熱源熔化形成的微型液態區域,其內部狀態直接影響焊接質量,惟傳統技術難以在加工過程中實時監測。IntraSpect™結合光學相干斷層掃描及多模態人工智能引擎,打造出可於焊接過程中以微米級精度實時監測熔池內部狀況及捕捉三維形態變化的「工業透視眼」,從源頭解決焊接缺陷這一業界難題。項目現已與多家大灣區企業合作,並積極推動技術商業化,有望延伸應用於醫療器械、航空航太等對焊接品質要求極高的領域。

理大科研團隊成功研發第三代智慧原位熔池精控技術「IntraSpect™」,為高端精密製造領域帶來突破性創新。該研究項目由理大工程學院院長、鄭翼之製造工程學講座教授及材料工程講座教授文効忠教授(右)及工業及系統工程學系助理教授溫燮文教授(左)領導。

理大科研團隊成功研發第三代智慧原位熔池精控技術「IntraSpect™」,為高端精密製造領域帶來突破性創新。該研究項目由理大工程學院院長、鄭翼之製造工程學講座教授及材料工程講座教授文効忠教授(右)及工業及系統工程學系助理教授溫燮文教授(左)領導。

IntraSpect™項目由理大工程學院院長、鄭翼之製造工程學講座教授及材料工程講座教授文効忠教授,及工業及系統工程學系助理教授溫燮文教授領導。文教授在高功率激光焊接領域深耕四十載,累積豐富產業合作經驗,深諳業界痛點和實際需求;溫教授則專注精光學儀器設計與微觀動態捕捉技術。兩位教授跨學科協作、優勢互補,使IntraSpect™的研發從起步階段便緊扣工業應用場景。

文効忠教授:「傳統焊接監測主要依賴表面觀察或事後檢測,難以在加工過程中實時掌握熔池內部狀況,輕則導致產品報廢,帶來經濟損失,重則引發安全事故。IntraSpect™從源頭介入,在缺陷尚處萌芽階段便能即時識別和修正,將被動的事後檢測轉化為主動預防,大幅降低廢品率,顯著提升生產效率與產品可靠性。

溫燮文教授解釋:「IntraSpect™猶如為焊接設備裝上『工業透視眼』,能在百萬分之一秒內穿透焊接過程中產生的強光、金屬蒸氣及飛濺干擾,直接量測熔池內部的三維深度與形貌,實現微米級的實時導航。這使機器能在焊接過程中自我修正,達到閉環智能控制。」

文効忠教授, IntraSpect™將被動的事後檢測轉化為主動預防,大幅降低廢品率,顯著提升生產效率與產品可靠性。

文効忠教授, IntraSpect™將被動的事後檢測轉化為主動預防,大幅降低廢品率,顯著提升生產效率與產品可靠性。

經實測驗證,IntraSpect™系統檢測數據與破壞性測試結果誤差低於百分之二,技術指標達國際領先水平。與同類進口產品相比,系統成本降低約一半,企業投資回報週期不足一年。團隊估算,此技術可取代高達七成的破壞性檢測流程,大幅節省材料與時間成本,同時實現百分百全量監控,為每一個焊點立建立完整的質量追溯紀錄。

IntraSpect™首階段主要應用於新能源汽車電池及智能手機等3C電子產品的精密焊接工序。團隊正積極與業界夥伴展開測試合作,將項目轉化為可落地的工業解決方案。長遠而言,技術亦具潛力延伸至醫療器械、航空航天等對焊接品質要求極高的領域。

溫燮文教授表示,IntraSpect™能在百萬分之一秒內穿透焊接過程中產生的強光、金屬蒸氣及飛濺干擾,直接量測熔池內部的三維深度與形貌,實現微米級的實時導航。

溫燮文教授表示,IntraSpect™能在百萬分之一秒內穿透焊接過程中產生的強光、金屬蒸氣及飛濺干擾,直接量測熔池內部的三維深度與形貌,實現微米級的實時導航。

理大高級副校長(研究及創新)趙汝恒教授表示:「IntraSpect™充分展現理大在產學研深度融合方面的獨特優勢和潛力。我們不僅致力於前沿科技的原創突破,更著力將科研成果走出校園、走向產業、服務社會。國家『十五五』規劃強調繼續發展新質生產力,而智能製造正是以創新科技驅動產業升級的核心引擎。理大將繼續積極對接國家戰略與特區政府新型工業化政策,為粵港澳大灣區高端製造業升級貢獻力量,進一步鞏固香港作為國際創科中心的獨特地位。

團隊寄望結合香港的科研優勢與大灣區的產業配套,為國家打造更安全、更高效、更智能的高端製造體系,同時為香港經濟高質量發展注入新動能。

由香港理工大學、香港城市大學及華中科技大學學者組成的聯合研究團隊,首次發現海膽棘刺內部的梯度多孔立體網狀骨架具有強大的機電感知能力,能迅速感應水流。團隊更利用3D打印技術,成功製造出仿生新材料傳感器,為傳感技術帶來重大突破。

由理大協理副校長(研究)、研究生院院長、郭氏集團仿生工程教授兼機械工程學系講座教授王鑽開教授帶領的研究團隊,首次發現海膽棘刺內部的梯度多孔結構具有強大機電感知能力,能在水流經過時產生電訊號,並利用3D打印技術製造仿生超材料傳感器。

由理大協理副校長(研究)、研究生院院長、郭氏集團仿生工程教授兼機械工程學系講座教授王鑽開教授帶領的研究團隊,首次發現海膽棘刺內部的梯度多孔結構具有強大機電感知能力,能在水流經過時產生電訊號,並利用3D打印技術製造仿生超材料傳感器。

研究團隊在刺冠海膽身上觀察到,當海水滴落在棘刺尖端時,棘刺會在一秒內迅速旋轉。電學測量發現,棘刺受水滴刺激後,內部會產生約百毫伏電壓;水流刺激也能產生約數十毫伏的電壓。這種機電感知能力在已死亡的棘刺中依然存在,證明相關機制與生物細胞無關。

研究團隊構建了一款3 × 3陣列仿生3D超材料機械傳感器,各組件均採用了仿海膽棘刺的梯度多孔結構,無需額外電源,即可在水下即時記錄電訊號,並精準定位水流衝擊位置。

研究團隊構建了一款3 × 3陣列仿生3D超材料機械傳感器,各組件均採用了仿海膽棘刺的梯度多孔結構,無需額外電源,即可在水下即時記錄電訊號,並精準定位水流衝擊位置。

這種反應源自棘刺內部的雙連續梯度多孔立體網狀骨架。該骨架由大小不一的孔洞組成,並沿棘刺的基部到尖端逐漸變化:基部孔洞較大、固體密度較低,尖端孔洞較小、固體密度較高。當水流經此多孔結構時,流液界面發生相互作用,流動液體對雙電層產生剪切作用,誘導界面電荷的分離和重新排佈,從而產生電壓差。梯度結構會令水流與孔壁的碰撞更劇烈,使電壓差更強,從而提升感知能力。

團隊觀察到,當海水滴落在海膽棘刺尖端時,棘刺會迅速旋轉。他們利用電學測量,發現棘刺受水滴刺激後,內部會產生約百毫伏電壓。

團隊觀察到,當海水滴落在海膽棘刺尖端時,棘刺會迅速旋轉。他們利用電學測量,發現棘刺受水滴刺激後,內部會產生約百毫伏電壓。

受此發現啟發,研究團隊利用光固化3D打印技術,以高分子聚合物和陶瓷製作出模仿棘刺結構的樣本。實驗證實,在水流刺激下,仿生梯度設計相較一般非梯度設計,電壓輸出高約三倍,訊號振幅更增約八倍,顯示機電感知能力的關鍵在於結構而非材料。

團隊更構建了一款3 × 3陣列仿生3D超材料機械傳感器,各組件均採用梯度多孔結構。該傳感器無需額外電源,即可在水下即時記錄電訊號,並精準定位水流衝擊位置。研究指出,海膽棘刺的梯度多孔結構強化了訊號傳遞,提升了傳感器的精準度及靈敏度。

這種強大的機電感知機制可以複製至不同材料,並有望延伸至感測水流以外的各種訊號,包括壓力、震動、電波等,啟發其他領域的傳感技術。例如在腦機接口中,可用以增強腦電波及神經訊號的傳遞。

海膽棘刺的機電感知能力源自其內部獨特的雙連續梯度多孔立體網狀骨架:由大小不一的孔洞組成,並沿棘刺的基部到尖端逐漸變化,基部孔洞較大、固體密度較低,尖端孔洞較小、固體密度較高。

海膽棘刺的機電感知能力源自其內部獨特的雙連續梯度多孔立體網狀骨架:由大小不一的孔洞組成,並沿棘刺的基部到尖端逐漸變化,基部孔洞較大、固體密度較低,尖端孔洞較小、固體密度較高。

領導研究的理大協理副校長(研究)、研究生院長王鑽開表示,相比傳統機械傳感器,團隊設計的仿生超材料傳感器在可生產性、結構設計可能性、材料通用性、幾何與性能控制能力及水下自我感測時間差能力等方面均更勝一籌。

研究團隊構建了一款3 × 3陣列仿生3D超材料機械傳感器,各組件均採用了仿海膽棘刺的梯度多孔結構,無需額外電源,即可在水下即時記錄電訊號,並精準定位水流衝擊位置。

研究團隊構建了一款3 × 3陣列仿生3D超材料機械傳感器,各組件均採用了仿海膽棘刺的梯度多孔結構,無需額外電源,即可在水下即時記錄電訊號,並精準定位水流衝擊位置。

王鑽開期望結合多孔結構的梯度與3D打印技術,以不同材料、孔徑及表面特徵來製造更多仿生超材料傳感器,在更多領域發揮應用潛力。他亦指出,對於天然多孔材料而言,強度等力學性能或許並非其核心功能,深入探索這些鮮為人知的生物機制,對推動仿生研究發展具有至關重要的意義。
 
此項聯合研究已刊登於國際頂尖學術期刊《自然》上。

你 或 有 興 趣 的 文 章