臺灣博碩士論文加值系統

本研究的主要宗旨在開發一套電子光罩式快速原型機，包含硬體之設計及控制軟體之研發，希望改善目前已商業化機種之缺點。本研究除了使用高亮度面型光源進行成型，藉以大幅縮短加工時間；亦使用正交函數方法配合LCD電子式光罩灰階值改變來改善光源分布與顯示光罩；更利用不同之光罩切換解決了過深硬化造成尺寸誤差之缺點。更進一步使用Load Cell力感測器配合時效拉拔模式以及矽膠薄膜，有效的降低了拉拔力以及判斷分離成功與否，使得可加工成型面積能夠更大。
系統的控制器使用PC-Based控制器，挾其具備豐富資源、成本低廉、架構開放等優勢，結合雙螢幕技術，對於光罩之產生與控制以及機台之即時控制有優異的表現。而系統使用圖形介面式作業系統，使人機介面更具親合力，也讓即時的加工資訊能夠完整的呈現。本研究利用許多新技術，不僅達到簡化系統之目的，亦達到提高精度以及縮短時間等目標。其加工之精度已大幅領先其他樹脂成型機種，而所需時間亦只有其他機型的五分之一左右。
基於目前CAD軟體在PC上之發展愈趨成熟，亦可結合類似Pro-Engineer等CAD軟體以及切層軟體，成為功能完整之快速原型工作站。

The main purpose of this research is to develop a mask-based curing rapid prototyping system. The expecting contribution to RP system includes both hardware development and software integration. A well-lit projector was modified to be the energy source for curing the photo-polymer. Moreover, a TFT-LCD (Liquid Crystal Display) is used as a photo-mask to shadow a layer which the area under the shadow will not be cured in the process of exposing to light. By integrating the light source with the LCD photo-mask, the system structure was simplified and the process time was reduced considerable. On the other hand, in preventing the damage of workpiece, a load cell is used to measure the extracting force and record it. Besides, an extracting process and a silicon-rubber film on the tank bottom was used to reduce the extracting force.
A PC-Based controller is used as the host controller so that the advantages of PCs can be taken, such as numerical operation, the graphic user interfaces (GUIs), etc. Integrated with system control software, the host controller can operate mask generation and control, data acquisition, motion control and user-friendly interfaces. Furthermore, it could connect to the Internet easily for monitoring from remote controller.
Many new techniques are used in this research and get ood performance. For example, The precision is much better than other commercial model, and the manufacturing time is reduced significant.
For a long-range scheme, because of using the PC-Based controller, this system can involve with the CAD and slicing software to be a versatile RP workstation. Moreover, the laser point scanning RP system could be replaced by the high-speed mask-based rapid protopolymer curing system in the near future.

摘要 I
Abstract II
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章 序論 1
1.1 研究動機與研究目的 2
1.2 研究方法與研究步驟 2
1.3 本文架構 3
第二章 文獻回顧及探討 5
2.1 快速成型技術 5
2.1.1 光照硬化快速成型系統分類 7
2.1.2 RP相關製程介紹 9
2.1.3 快速概念機系統 12
2.2 PC-Based控制技術發展 14
2.2.1 控制器模組簡介 14
2.2.2 PC-Based控制器技術 16
2.3 LCD之原理與技術發展 20
2.3.1 液晶的發展 20
2.3.2 液態晶體的類別 21
2.3.3 液態晶體之特色 22
2.3.4 液態晶體之光學性質 22
2.3.5 液晶顯示器原理 23
2.4 使用正交函數之回歸分析 27
2.4.1 正交之定義及正交函數集合 27
2.4.2 完全正交函數集合之來源及其應用 29
2.4.3 多維正交函數 30
2.4.4 應用正交函數分解之回歸分析 31
第三章 系統架構設計與模式分析 34
3.1 光源模組之架構設計與模式分析 36
3.1.1 高亮度光源 36
3.1.2 光源品質之量測 37
3.1.3 光線品質之改善 39
3.1.4 光源分布之量測與建模 43
3.1.5 光閘之設計 45
3.2 光罩模組之設計、建模與光源之均化 47
3.2.1 光罩架構 47
3.2.2 光罩行為模式分析與建模 48
3.2.3 應用LCD製作光源均化光罩 51
3.3 光罩產生器 54
3.3.1 光罩各圖層輪廓資料之取得 55
3.3.2 光罩圖層輪廓資料之分析 56
3.3.3 光罩產生之演算法 56
3.3.4 過硬化消除光罩 59
3.4 成型模組之設計製作與控制 61
3.4.1 成型驅動軸 62
3.4.2 LOAD CELL之原理 63
3.4.3 LOAD CELL於拉拔程序之應用 65
3.4.4 成型平台與刮板機構 68
3.5 PC-Based控制器模組 69
3.5.1 作業平台 69
3.5.2 物件導向程式語言C++ 70
3.5.3 AD/DA與DI/DO轉換卡 71
3.5.4 軸向運動控制卡 72
第四章 成型控制系統設計與實現 74
4.1 元件物件模型 74
4.2 快速成型系統控制介面 76
4.2.1 控制系統介面架構 77
4.2.2 控制系統界面實現 77
4.2.3 快速成型流程規劃 80
4.2.4 控制系統操作程序 82
第五章 實驗成果與分析 86
5.1 本快速原型機之內部改善 86
5.1.1 光源之均化成果與影響 86
5.1.2 使用多重硬化光罩之成果與效應 87
5.1.3 能量累積效應與刮板之成果 87
5.2 與其他機種之比較 88
5.2.1 加工時間 88
5.2.2 精度比較 88
第六章 結論與未來發展方向 91
6.1 結論 91
6.2 未來發展方向 92
參考文獻 94
附錄-A 快速成型系統分類 97

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