商用型無油式空壓機應對數位化牙體技術所的困境為何?

商用型無油式空壓機可以簡單區分為三種型式：往復式空壓機 (最常見) 、搖擺式空壓機以及隔膜式空壓機。三種都會在商用型存在的理由在於搖擺式與隔膜式可以應用在1/8馬力~2馬力，加上成本較往復式更低廉馬力數可以更低，所以在水族箱打氣或者是噴畫應用得以發揮相對優勢！

本篇分享主要會專注在商用型裡面相對使用壽命較長且馬力數較大的無油往復式機型，主要原因是我們想要分析的工況是牙醫診所或牙體技術所的應用場域，所以會以商用型中的無油往復式為主。

誠如先前所分析過的，商用型由於馬達實際啟動運轉時數低於900小時 (通常設計基礎為600小時)，所以其機體內的主要部品零件均直接壓鑄成型，再簡單粗銑並搭配襯墊或O型環來避免洩漏，壓縮環活塞環也使採用較一般的材質；畢竟只要能夠滿足年運轉時數的設計基礎即可。當然，也就與工業級產生極大差異，我們就簡單以活塞連桿組來分析工業級 (圖左) 與商用型 (圖右) 的比較。

商用型無油式空壓機應對CAD/CAM的工況模擬

我們以市面上常見的乾式CAD/CAM來做模擬 (同樣是乾式或同樣是濕式其用氣工況大多十分相近)，假設每分鐘耗氣量為120L/min，最低操作壓力需求為6.5 bar。我們並選擇一台商用型無油往復式空壓機設計基礎實際排氣量 270L/min@4 bar (通常CAD/CAM實際操作壓力需求要打到6.5 bar~8.0 bar)，並使用常見的80L儲氣桶；空壓機啟動壓力6.5 bar, 停機壓力8.0 bar。

第一次充氣的時間工況

商用型空壓機第一次由錶壓力 0 ( 1大氣壓) 打氣至錶壓力 4.0 bar 每分鐘進氣流量270L；由於CAD/CAM的ˊ需求情況，1.2分鐘打到4.0 bar後理論上還必須再繼續打氣才能夠到達Working Pressure 操作壓力 8.0 bar. 等到超過2.5分鐘左右空氣桶蓄壓達到 8.0 bar時，空壓機會停止作動打氣。（如果以上80L儲氣罐由0～8 bar 打氣時間超過2.5分鐘，表示實際排氣風量小於270L/min)

CAD/CAM車機開始運轉使用情境模擬

模擬工況的車機正常運轉耗氣約90秒 (80L/min) 就會將空氣桶的壓力由 8.0 bar 下降至 6.5 bar；這個時候商用型空壓機開始啟動運轉一方面供應車機正常使用情境80L/min，而另一方面補充儲氣桶的氣量讓壓力上升 (需求的總補氣量為120L)。正常合理情況，商用型空壓機在壓力6.5 bar ~ 8.0 bar的區間壓力運轉, 應該也要能夠供氣270L/min，也就是說在45秒左右就可以補滿空氣桶並使壓力上升至8.0 bar而停機，並且在90秒再次啟動 (一個Cycle約135秒)。

一. 瞬間用氣壓力不足的情境

但是CAD/CAM車機會需要換針, 這個時候瞬間耗氣量會達到最大需求；如果剛好空氣桶的壓力接近車機最低壓力需求，而商用型空壓機的補氣速度不夠快，就會發生低壓告警停機或者斷針或者造成鋯塊的報銷。原因是換針的瞬間耗氣量十分大，雖然空壓機啟動壓力有抓裕度，但是因為商用型空壓機啟動時間差與補氣速度較慢，容易造成車機運轉不順暢的情況就會發生。或許可以加大空氣桶應對，但是因為持續運轉時間無法太長，所以加大空氣桶必然會增加補氣讓儲氣桶昇壓的時間，這樣的方案也面臨一定的考驗。

二. 壓力越高壓縮熱越高的情境

由於 (牙科用) 商用型空壓機設計基礎為 4.0 bar 或 5.0 bar，因此各種零件耗材的選用匹配也多會以此為基礎再加上設計裕度來開發製造；我們的經驗是當壓力越高的時候，空壓機機體壓縮腔產生的壓縮熱會越高 (馬達會越耗功；以打腳踏車輪胎的唧筒來說明, 就是輪胎越飽時需要更用力打唧筒才能將空氣打進輪胎內)。有的商用型空壓機可能會設定超過一定溫度就停機幾分鐘，有的可能就會機體馬達組或其他零件部品燒燬。

由於經常要超過設計基礎過載運轉，所以零件部品也容易經常處於超過耐受溫度下運轉而變形，空壓機機體馬達與其他零件部品或電氣部品的壽命也會比較辛苦或者穩定性也會受定一定程度的影響；當然，過度高溫燃燒引發工業安全的情況，也必須留意。

三. 一套空壓機對應多台CAD/CAM車機的困境

一套十幾萬元的商用型空壓機若打算應對兩台 (含) 以上的CAD/CAM車機，空壓機會持續打氣打不停；誠如上面分享的，空壓機溫度過高會自動停機休息幾分鐘或者容易高溫燒燬。更換機體馬達模組時，除了停機的損失之外，更換費用數萬元也是需要加以考量的。

四. 多台CAD/CAM需要多套空壓機對應的困境

一套十幾萬元，一套對應一台CAD/CAM車機，則面臨規劃建置上的困境：

業務越多使用的車機越多，採用多套空壓機的資本支出費用越高，需要維護保養多套空壓機，後續更換機體馬達組的維修保養費用也相當高。
業務越多使用的車機越多，採用多套空壓機的佔地空間越多，寸土寸金的都會區空間使用的成本越高。
業務越多使用的車機越多，採用多套空壓機往往有的空壓機使用頻率較高而大多時候空壓機則可能閒置，也造成空壓機群管理上的困境。

針對工況選型才是最佳的方式

商用型無油式空壓機仍舊有其適合的應用工況，因此必須仔細評估各種類型空壓機適合的場域工況；否則過度選型也可能造成建置成本過高或者閒置，也不是一種好的做法；我們在協助客戶規劃的時候，通常會依據下列原則建議：

一. 先考慮不耗電且支出較低的方案，耗電的空壓機設備放最後考慮

空壓機設備是相當消耗電力的設備，因此當所謂壓力或風量供應不足時，首先應該考慮的是審查是否管徑太小或分接過多，其次是考慮在末端安裝儲氣桶降低末端壓降的影響；最後才是考慮增加空壓機的台數或馬力數。

二. 整體設備需求壓力低於 5.0 bar時，可考慮商用型優先

誠如前面所提到的，整體設備的操作壓力需求若需求壓力最高的設備接近5.0 bar以下，則我們也會建議可以考慮商用型無油式空壓機優先。除非耗氣設備數量較多, 可能會讓空壓機持續打氣的時間相對較長，否則商用型應該是較符合經濟效益的選型。

三. 耗氣高負荷的數位化設備或整個機構使用，可選擇岩田渦卷式空壓機

以CAD/CAM車機應用來看，岩田無油渦卷式空壓機的相對優勢在總資本支出、總佔地成本、總配管費用以及總耗功電費可以看出為何是相對合適的選擇。

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