臺灣博碩士論文加值系統

三維列印之溫度補償方法

研究生:鍾穎榮 指導教授:王志浩

正修科技大學電子工程研究所

摘 要
積層製造又稱三維列印(3D printing)，採取層疊的製造方法。近年來三維列印技術快速發展，專利技術解禁，簡化複雜零件的加工製程及追求個性化商品製作，其中以熔融擠製成型的加工技術最為簡單，設計最容易。但是擠製成型的加工技術在列印時，會因為積層的冷卻在等待堆疊時，容易產生黏合不完全的介面，而使列印時易造成成品堆疊接合不完全，形成列印失敗；而使得成功率不高，製成的產品會有瑕疵，在使用上易損壞。
本文提出新的解決方式，以堆疊區「溫度補償」方法來改善不完全接合的問題，此方法藉由溫度感測器、加熱棒、風扇、控制器等機構組成，在列印前輸入原料(PLA)溶點溫度(175℃)及設定偵測溫度(上限+3℃，下限-5℃)，在列印時來回偵測列印區溫度的變化，當溫度過低時會起動加熱棒進行加溫，溫度過高會起動冷卻風扇進行降溫，以達適切溫度。經由溫度補償及無溫度補償的比較，顯示藉由堆疊區溫度的補償，能有效改善無溫度補償列印時因堆疊接合不完全所形成列印失敗，另外可提升列印品質。


關鍵字： 積層製造、三維列印、堆疊區、溫度補償、溫度恆定

Temperature Compensated Method
of 3D Printng Laminate Layer

Student：Ying-Rong Jung Advisor：Jyh-Haw Wang
Department of Electronic Engineering
Cheng Shiu University
Kaohsiung City, Taiwan, Republic of China

Abstract

Layered manufacturing, also known as 3-dimensional printing (3D printing), is the use of stacking manufacturing methods layer by layer. Recently, the three-dimensional printing technology developed rapidly, together with the three-dimensional printing technology patent unlocked.has caused this technology greatly to simplify the process of producing complex parts and personalized productions people have pursued,especially the simplest, easiest processing technology of melting extrusion molding.However,When we use the melt extrusion molding processing technology for the three-dimensional printing, an adhesive layer often does not completely come into contact with the laminated cooling because of its waiting for the stack. Then, it will be easy to make a layer with the adhesive layer interface, won’t attach completely.So, the three-dimensional printing will be caused by the uncompleted product stacking. Therefore, the formation of print will fail, the success rate of three-dimensional printing will not be high, and those manufactured products will be flawed and damaged easy.
This paper presents a new solution which is the stacking area temperature compensation method. Before printing, this method, consisting of the temperature sensor, heating bar, fan, controller, motherboard, will first input materials (PLA) melting point temperature (175℃) and set the detection temperature (upper limit +3℃ lower limit -5℃). Then, during printing, the chang of the temperature will be detected back and forth.When the detection temperature is too low, then it will start heating rods. On the other hand, when the temperature is too high, it will start the cooling fan to cool down to reach the appropriate temperature. By the comparison of thetemperature compensation and no temperature compensation, the stacking area temperature compensation will effectively improve the previous print quality resuling from uncomplete stacking and no temperature compensation. Besides, it also can increase the success rate of finished printing products.


Keywords: Laminated manufacturing, three-dimensional printing, stacking area, temperature compensation, constant temperature

目錄
論文摘要(中文) iv
Abstract v
誌謝 vi
目錄 vii
表目錄 xi
圖目錄 xiii
第一章 緒論 1
1-1研究背景 1
1-2 研究動機 2
1-3論文架構 4
第二章 列印技術及列印機架構與列印耗材比較分析 5
2-1列印技術介紹 5
2-1-1光固化技術(DLP) 5
2-1-2全像式印刷術(SLA) 6
2-1-3選擇性雷射燒結(SLS） 7
2-1-4熔融沉積列印(FDM） 8
2-2 列印機機體組成架構 9
2-2-1 Arduino主板 10
2-2-2列印控制板 10
2-2-3步進馬達驅動板 10
2-2-4步進馬達 10
2-2-5溫度感測器 10
2-2-6 列印機框架 11
2-2-7數值控制（NC） 12
2-3 列印耗材比較分析 15
2-3-1 丙烯晴-丁二烯-苯乙烯 (ABS) 15
2-3-2聚乳酸（PLA） 16
第三章 堆疊區加熱溫度補償方式 18
3-1堆疊區加熱溫度補償方式 18
3-2堆疊區溫度補償方式機構 19
3-2-1溫度感測器 20
3-2-2 加熱棒 20
3-2-3冷卻風扇 21
3-2-4設定溫度顯示器 22
3-2-5 Arduino主板 23
3-2-6 溫度設定控制桿 24
3-3堆疊區溫度補償方式線路圖 25
第四章 堆疊區溫度補償區溫度補償的比較 28
4-1 堆疊區溫度補償區溫度未補償 28
4-1-1列印設定 28
4-1-2列印預覽 35
4-1-3溫度未補償結果 43
4-2 堆疊區溫度補償區溫度補償 54
4-2-1堆疊區溫度補償機構設定 55
4-2-2三維列印列印溫度補償結果 62
4-3 堆疊區溫度補償區溫度補償的比較 73
4-3-1正面比較 73
4-3-2側面(右)比較 74
4-3-3背面比較 75
4-3-4側面(左)比較 76
4-3-5 頂端比較 77
4-3-6 列印堆疊度比較 78
第五章 結論與未來研究 81
5-1結論 81
5-2未來研究 82
參考文獻 83
附錄 86
附錄A 三維技術起源 86
附錄 B G機能一覽表 87
附錄 B.1 交換PCB設計資訊 88
附錄 B.2 RS-274X 擴充功能Gerber格式 89
附錄B.3 RS-274-D 標準Gerber格式 93
附錄C列印耗材其他耗材說明 95
附錄D 86硬體規格 97

參考文獻
[1]林鼎勝(2014年),“三度空間科技：3D列印的發展現況,”高雄市:義守大學生物醫學工程學系。
[2]蘇英嘉(2015年),“ 3D列印決勝未來,”台北市：五南圖書出版。
[3]James Floyd Kelly著、王豪勳 譯(2014年),“ 3D列印無限可能：從打造自己的3D印表機到輸出個性化3D物件,”台北市：博碩文化出版。
[4]羅文智(2013年),“從2D繪圖到3D列印（碩士論文）,” 萬能科技大學電資研究所,http://handle.ncl.edu.tw/11296/ndl td/22267599044150484949。
[5]張景楊(2015年),“以3D列印技術教學為例（碩士論文）, ”東海大學資訊工程研究所,http://handle.ncl.edu.tw/ 11296/ndltd/19918276049371275644。
[6]雲麒錐(2015年),“3D列印產業概況與進入策列（碩士論文）,”清華大學高階主管經營管理碩士在職專班,http://handle.ncl.edu.tw/11296/ndltd/08774908599147418895。
[7]張睿麟(2014年) ,“3D列印與自造者時代的商業模式,” 臺中市:東海大學企業管理系高階企業經營碩士在職專班,http://handle.ncl.edu.tw/11296/ndltd/03417992577019221985。
[8]莫健華,主編:史玉升(2013年),“液態樹脂光固化增材制造技術, ”中國武漢市:華中科技大學。
[9]許根玉(2011年),“全像術(Holography),”新竹市:交通大學光電工程學系。
[10]鄭正元、江卓培、林宗翰、林榮信、蘇威年、汪家昌、蔡明忠、賴維祥 鄭逸琳、洪基彬著(2017年),“3D列印積層製造技術與應用,”台北市：全華圖書出版。
[11]孫駿榮、吳明展、盧聰勇著（2012）,“最簡單的互動設計 Arduino 一試就上手,”台北市：碁峰資訊出版。
[12]楊明豐(2014年),“Arduino最佳入門與應用-打造互動設計輕鬆學, ”台北市：碁峰資訊出版。
[13]蘇明德(2008年),“ 有機分子軌域對稱守恆原理初探, ”台北市：五南圖書出版。
[14]魏明通(2002年),“分析化學,”台北市：五南圖書出版。
[15]楊慕文(1994年),“聚合物,” 台北市：臺芝出版。
[16]謝弘進(2015年),“ PLA-CU複合材料應用於3D物理性質的研究（碩士論文）, ”國立台北科技大學材料科學與工程研究所,http://handle.ncl.edu.tw/11296/ndltd/53203835331444 131381。
[17]楊斌(2009年), “《PLA聚乳酸環保塑膠》,”台北市：五南圖書出版。
[18]曹文正、黃秉炘、呂卦南著(2016年),“有機化學, ”台北市：新文京圖書出版。
[19] 汪信、劉孝恆編著(2006年)“ 奈米材料化學, ”台北市：五南圖書出版。
[20]曹永忠、 許智誠、 蔡英德 (2014年) ,“ Arduino步進馬達控制：The Stepper Motors Controller Practices by Arduino Technology,” 台中市：渥瑪數位出版。
[21]趙英傑（2014）,“Arduino互動設計入門第二版,”台北市：旗標。
[22]Martin Evans, Joshua Noble, Jordan Hochenbaum 著、王冠勛 譯、陳錦輝審校(2014年) , Arduino 完全實戰手冊 (Arduino in Action) ,”台北市：博碩資訊出版。
[23]Don Wilcher 著、莊啟晃、黃藤毅、莊雯琇、林可凡 譯(2014年), Make: 簡易的Arduino 專題製作(Make: Basic Arduino Projects), ”台北市：歐萊禮資訊出版。
[24]孫駿榮(2014年),Arduino互動設計超入門--用ArduBlock圖形化控制真簡單,”台北市：碁峰資訊出版。
[25]鍾明峰(2017), “整合物聯網和智能家庭裝置監控服務之設計與實現（碩士論文）, ”高雄市:正修科技大學電子工程研究所, http://handle.ncl.edu.tw/11296/ndltd/06158160269989099249。