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■理大張志輝及其隊伍，經年鑽研「超精密加工」理論與技術，將光學產品金屬切削的精細度提升至「納米級」，獲頒國家教育部自然科學二等獎。圖為他利用儀器測試光學產品。香港文匯報記者梁祖彝 攝
——「納米級」切削規律助製光學產品 獲高校科研二等獎
香港文匯報訊（記者 黃德正）鑽石恆久遠，不單譜出段段浪漫愛情，應用在工業上，更是削鐵如泥的寶刀，是金屬切削加工過程中不可或缺的工具。「超精密加工」利用鑽石刀具，為金屬削出特定的表面，達至所需的光學效果，以製作各種光學產品，為人們帶來更清晰、更高解像度的感觀享受。過去業界主要依賴技師的切削經驗和人手「撞彩」測試，欠缺嚴謹的科學理論。香港理工大學工業及系統工程學系副教授張志輝及講座教授李榮彬，經年努力終研究出各種金屬材料的切削機理和規律，更以此製作出科學化的模擬和測量機制，將金屬切削的精細度提升至極致的「納米級」。有關研究獲國家教育部頒授2010年度高校科研優秀成果自然科學二等獎，表揚他們於相關研究領域的貢獻。
機械零件中的光學組件是由不同金屬加上其他材料組成，並靠金屬造成的「表面生成」，達到不同光學效果，例如相機鏡頭、望遠鏡等。張志輝解釋，「表面生成」是透過「超精密加工」（Ultra Precision Machining）技術，將原本的金屬切削成特定表面的過程，以將金屬粗糙度控制至納米級，大大提升其精密度，「『表面生成』又稱『光潔度』（Accuracy），技師會因應不同的光學效果切削出不同的『表面生成』效果」。他舉例說，若要顯示出的影像越細緻，無論是曲面或平面，其金屬表面便要越光滑和平衡。
大減實驗性切削成本
張志輝表示，業界過去主要靠技師經驗，判斷所需的切削技術和加工條件，但往往因為加工條件控制失當，影響「表面生成」的效果，「不同金屬材料，以不同的切削速度、鑽石刀的振動頻率等，可達到不同的『表面生成』效果」。由於缺乏系統化數據，技師往往需要進行多次實驗性切削，才能造出較理想的效果。張志輝形容，傳統加工過程無異於「撞彩」，由於每柄鑽石刀具動輒數萬元，使用上百次便告報銷，令生產成本大增。
模擬數據助提升品質
二人的研究成功為不同材料的「表面生成」，發現及歸納出所需要的切削條件和形成規律，並建立一套分析模型，透過電腦模擬取代人手測試，進行納米表面輪廓仿真。由於在正式切削前已計算出各項切削數據，切削儀器可根據相關數據運作，令「表面生成」效果更精確，亦能製作出效果更細膩的產品。
張志輝舉例說，若要切削出表面更光滑的鋁材，要先測量出鋁材和刀具的相對振動數據，透過控制切削速度、轉速、刀尖半徑等切削條件，確保能切削出更光潔的表面。他們亦可以透過頻譜分析，取得其他光學製成品的切削數據，猶如為產品「驗指紋」，透過有關數據資料，更能提升切削品質，「切削過程中可能出現回彈，即俗稱的『材料發水』，情況就如割破傷口後引發紅腫和敏感，因此要審視當中有甚麼條件出錯」。
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