智慧‧雷射‧工藝
創作自述1984/06/01

他山之石,可以攻錯
  一九八三年的五月底,我到日本參觀訪問,在東京銀座的一條巷內,無意中看見一間舊舊的房子外掛著一塊不太起眼的廣告招牌,上面寫著「雷射切割、拔型製作」等字樣,好奇心的驅使,便前往拜訪──乍看之下,那祇不過是一座民間的小型木工廠,並沒有什麼特別之處,然而,當我請教了負責人片桐先生之後,才發現令人感動的不凡精神。

  大約是一九七五年時,片桐先生與其他六家類似的小型工廠,花費約七千萬日幣,合資購買了一台電腦控制雷射切割機,放置於另一處而成立「拔型中心」,一天24小時輪流充分地利用,在研究改進中,又不斷地增添了許多更新的附件。

  拔型中心的成立,雷射切割機的高效率使用,使得片桐先生和其他六家工廠的生產力大為提高。原本所製作的各類型包裝盒,從製圖、描繪版型、雕刻版型到置放切割刀的整個工作時間,往往需要十天至兩星期才能完成,現在竟縮短為半天至一天即可完成。在競爭激烈的商場上,時間就是金錢,快速交貨且品質又好,自然生意源源不絕。

  逐漸地,他們又發展出許多新的產品,利用木板、壓克力、金屬、樹酯、纖維、紙張等不同的素材,作切割、雕刻與工藝品製作,依照素材的性質,可由電腦控制雷射的輸出而作深淺不一的刻度變化,不但迅速準確,而且精緻美觀,使片桐先生對未來的展望深具信心。

神奇的雷射
  雷射,是英文Laser的音譯,也就是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的縮寫,意思是「受激輻射所加強的光」,又稱為「激光」。

  一般的光,(包括太陽光),都是由許多不同波長且不平行的光所組成,通常我們能感覺到的各種不同色彩,正是因為各種不同波長的光,作用在眼睛的視網膜上而產生的不同反映。這些光能由於波長不一,無法聚成小光點,所以向四處擴散,而雷射光就大不相同了。雷射光的波長範圍很小、色調單純、亮度極高,方向性好。當一個原子中的電子受到刺激而吸收能量,這個原子的能量即被提高,而處於「激發狀態」。激發狀態下的原子立刻輻射光子,且引發另一激發狀態下的原子,發出同方向、同顏色(頻率相同)而加強的光束,這就是初步的雷射光(受激輻射)。

  然後再在介質的兩端放兩塊反射鏡,使之成為「光學共振腔」,如此雷射光在介質中,不斷地來回反射而不斷地增強,最後從其中的一面反射鏡中輸出,就成為顏色單純、亮度極高、方向性好的雷射光。

  雷射憑著他與眾不同的性格,在短短二十多年間,已發展成為許多行業的重要工具,為各行各業開拓了新的天地:

一、單色性:每種雷射光祇有一種波長,即使透過三稜鏡也不會分成多種顏色的光。多用於光譜物理學、化學、化學工業、材料科學以及公害測量上。

二、干涉性:若將同一雷射發出的光放大,再分成兩道聚在一起,則會造成黑色的渦紋(抵銷作用)。多用於精密長度測量、地震預測、光學、電子學、汽車工業等的檢驗,更可以不用照相機而攝製立體的「全像攝影」。

三、指向性:雷射光束不分散,能單獨前進而傳送極遠。多用於超精密加工、醫學(眼科、牙科、胃部開刀、傷口直接縫合等均不流血;照射治療腫瘤、癌症及治療皮膚色素母斑而不會傷害到正常的細胞)。

四、高強度:雷射光的強度可達到一般光源的一萬倍至百萬倍。多用於切割混凝土和鋼鐵、焊接及熱處理金屬、快速清晰的遠距離通訊(包括聲音、影像等),以及雷射發電與各種毀滅性武器的製造。

  科學家可謂宇宙探險的先鋒,他們製造精密的儀器與裝置、推演複雜的公式,建構深奧的理論,為人類開創無窮的福祉。

雷射切割──一支精巧的手
  通常利用雷射來加工的項目包括:雕刻、切割、焊接、打洞、鑽孔、標記、模板修補、表面處理等多種功能,所使用的雷射有氣體雷射與固體雷射兩種。氣體雷射以二氧化碳雷射為主,固體雷射則以YAG雷射為代表。如果能多做研究、利用,對我國手工業的發展,將有無可限量的助益。

  二氧化碳雷射,對非金屬材料有很好的吸收率,因此對非金屬材料的加工極具特色-例如鑽切壓克力,精確度高、損失小;而切割高溫的石英玻璃等,整修花棒薄膜電阻器,刻鏤瓷器的花紋等,都有極佳的效果。

  雷射光傳輸的能量,在經過空氣時僅有很小的減耗,因此能夠隔空對被加工材料加工,使加工品不會有接觸磨損的消耗。同時,雷射光經過適當的鏡子轉角與聚焦,更能完成一般加工無法達到的局部加工。

  至於YAG雷射則是目前最普遍的固體雷射,不但振盪效率高,輸出功率大,而且非常穩定。主要用途在於切割鋼板,所以在板金界很是熱門。
  當我們將雷射光作為加工熱源,功率密度的大小必然會影響加工物。如果功率密度太小,只能對加工物加熱,如果功率密度夠大,則加工材料將被熔解甚至被蒸發,因此雷射的波長、輸出功率、振盪型態必須依照加工物品的種類與加工目的來決定。

  不論是氣體雷射或固體雷射的切割機,都已配合電腦數值控制裝置,由電腦程式來控制雷射光束的左右移動,再與工作台的相互作用,即可將加工物品、切割或雕刻成理想的線條和圖樣,省時精確,亦節省了不少人力,相信這必然將是未來加工機械的主流。

未來展望
  人類的文化,是運用高度的智慧和靈敏的雙手所創造出的。一件精美的藝術品,一些美觀又實用的民俗器皿……,雖然經過了長久的時間,仍然能讓人深刻地感覺到作者創作時的思想性靈。所以手工藝品的發展,不僅可以反映出當時人民生活的品質,更表現出區域文化的特性。

  雷射的發明,是宇宙給予人類的恩賜,喜用它,可以幫助人類獲得精神上的純美,且進一步建立安和樂利的人間勝境,為人類的未來開闢出新的坦途,帶來無限的福祉。

  二十多年來,世界各先進國家,對雷射的研究發展不遺餘力,其中機械加工,工藝品製作、藝術創作等,亦是重要的一環。然而,一切都是起步,可以說尚在摸索、實驗階段,如果我們未能急起直追,待「差之毫厘,繆以千里」時,就已是落後太多了。

  就我所知,國內有數個民間工廠,已陸續添置了雷射切割機與電腦控制裝置,正積極地生產製造,這是可喜的現象。因此,台灣省手工業研究所,應當邁開大步,提昇研究,輔導民間工廠對雷射的運用和改進;活用智慧、勤動雙手,帶動我國手工業、精密工業的無限發展。

 

文章出處
原載 《台灣手工業》第16期,頁46-54,1984.6,南投:台灣手工業季刊社

另載 《楊英風景觀雕塑工作文摘資料剪輯1952-1986》頁161-166,1986.9.24,台北:葉氏勤益文化基金會
   《牛角掛書》頁161-166,1992.1.8,台北:楊英風美術館
關鍵詞
雷射、雷射切割、雷射發展
備註
收錄於《楊英風全集》第13卷:文集I
頁數:179