臺灣博碩士論文加值系統

本研究的目的在於分析「陶瓷雷射熔結法」與「陶瓷雷射燒結法」在製作工件過程中，產生分層現象的原因及解決方法；以及評估兩法應用於需要高強度工件與不需要高強度工件的可能性；最後，選擇適合的製程法並結合鑄造技術，製作不需要高強度且具有高透氣性質的直接澆注用模具。
研究結果顯示：面重疊率不正確為工件發生分層的眾多原因中，最直接的影響因素。影響面重疊率不正確的最主要因素為鋪層厚度不正確，而掃描參數誤差所引起的線變質深度不正確影響甚微。
使用雷射熔結法製作陶瓷工件易使工件產生熱裂痕跡，難以應用於製作高強度的工件。且熔結結構內多為封閉的孔洞，若應用於製作精密鑄造陶殼模，因其連通孔洞多數被熔解的液體塞住，會減少工件透氣性，此方面的應用顯然不如燒結法。使用雷射燒結法可製作出具有45vol％以上之高孔洞率陶瓷工件，且相連通孔洞最高可佔總孔洞的90vol％以上，應用於製作精密鑄造陶殼模可以有高的透氣度，極為適合。
實際製作直接澆鑄之陶殼模，在澆鑄的過程中陶殼具有良好的透氣性，幫助了金屬熔液的流動性，金屬鑄件並無氣孔的缺陷，且不論陶殼模或錫金屬鑄件，皆能有4μm左右（Ra）之良好的表面粗糙度。

The aims of this study are firstly to find the reason and the solution of layer separation occurred in the processes of Ceramic Laser Fusion (CLF) and Ceramic Laser Sintering (CLS) and secondly to evaluate the possibility of applying these two processes to fabricate a work piece with high strength or with low strength; finally, a favorable process is selected and integrated into the casting technology to fabricate a direct casting mold which requires no high strength but high permeability.
The result shows that the incorrect planar overlap is one of the most important factors, which cause layer separation. The main reason which leads to incorrect planar overlap is the wrong layer thickness, while the influence of the incorrect scanning line depth which was induced by the deviation of the scanning parameters was minor.
Due to the thermal shock, the ceramic work piece fabricated with CLF always has cracks; CLF is not suitable for fabricating a work piece with high strength. If CLF is applied to fabricate a ceramic shell mold for precision casting, many interconnected pores are obstructed by the molten liquid and the amount of the closed pores is increased; therefore, the permeability is reduced. Obviously, this process is no better than the process of CLS. Using CLS process a ceramic work piece with high porosity of 45vol% can be built; the ratio of open pore to the total pore was up to 90vol%. CLS is suitable for manufacturing ceramic shell mold for precision casting because it has high permeability.
Actually, fabricating a ceramic shell mold for direct casting mold, the good permeability of the ceramic shell can improve the flow ability of the molten metal; the cast part has no defect such as pores. The surface roughness of both of the ceramic shell mold and the Tin cast component can be close to 4μm (Ra).

摘　要 I
ABSTRACT II
誌 謝 IV
目 錄 V
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的 2
第二章 製程相關技術及文獻回顧 4
2.1 快速原型技術 4
2.2 快速原型與鑄造技術的結合 6
2.3 CLF及CLS各製程步驟與工件及支撐的交互影響 9
2.3.1 CLF/CLS的支撐型式 10
2.3.2 各製程步驟與支撐及工件間的交互作用 12
第三章 面重疊率影響層黏結的探討 14
3.1 面重疊率重要性分析 16
3.2 鋪層厚度不正確原因之探討 19
3.2.1 平台下降不正確對層厚之影響 19
3.2.2 鋪層時懸臂平台震動對層厚之影響 21
3.2.2.1 刮刀架設在刮料機構中心軸的前方 23
3.2.2.2 刮刀架設在刮料機構中心軸的後方 28
3.2.3 懸臂平台受熱對層厚之影響 29
3.3 線變質深度不正確之原因探討 31
3.3.1 離焦距離誤差對線變質深度的影響 32
3.3.1.1 工作面位置不正確對離焦距離之影響 32
3.3.1.2 生坏表面波紋特徵對離焦距離之影響 36
3.3.2 雷射功率誤差對線變質深度的影響 38
3.3.3 雷射掃描速度誤差對線變質深度的影響 45
3.4 面重疊率影響層黏結的探討結論 47
第四章 CLF/CLS的工件特性與應用 51
4.1 概述 51
4.1.1 材料的基本性質 51
4.1.2 控制雷射掃描能量原理 52
4.2 實驗方法 53
4.2.1 漿料配方與清料崩解性之實驗 53
4.2.2 利用陶瓷雷射熔結法製作陶瓷試片 54
4.2.3 利用陶瓷雷射燒結法製作陶瓷試片 55
4.2.4 孔洞率的量測 55
4.3 結果與討論 56
4.3.1 不同漿料配方之清料崩解性 56
4.3.2 熔結法的陶瓷試片特性 58
4.3.3 燒結法的陶瓷試片特性 60
4.4 結論 64
第五章 直接式RP鑄模實作 65
5.1 CLS之直接式RP鑄模的流程 65
5.2 殼模設計 67
5.3 實例 68
5.4 殼模孔洞率及殼模、澆注件表面粗糙度 72
第六章 結論與未來展望 76
參考文獻 78
附錄 80

[1]Subramanian, P. K., Vail N., Barlow, J. W. and Marcus H. L., “Selective Laser Sintering of Alumna with Polymer Binders,” Rapid Prototyping Journal, vol. 1, pp. 24-35, 1995.
[2]D. Klosterman, “laminated object manufacturing（LOM）of Advanced Ceramic and Composites,” Proc. of the 7th International Conference on RP, University of Dayton and Stanford U., San Francisco, CA, USA, 1997, pp. 4.-50.
[3]J. Grau, J. Moon, S. Uhland, M. Cima and E. Sachs, “High Green Density Ceramic Components Fabricated by the Slurry-based 3DP Process,” Proc. of the 8th Solid Freeform Fabrication Symposium, The University of Texas at Austin, Texas, USA, 1997, pp. 371-378.
[4]Tang H. H., Method for rapid forming of a ceramic work piece， U.S. patent no. 6217816, 2001.
[5]Tang H. H., “Building Ultra-Thin Layers by Ceramic Laser Sintering,” Materials Transactions, Journal of The Japan Institute of Metals, vol. 47, no. 3, pp. 889-897, 2006.
[6]顏永年，快速成形與鑄造技術，中國：機械工業出版社，2004，第140-142頁。
[7]葉威君，間接式快速模具製作及應用之研究，碩士論文，國立台北科技大學製造科技研究所，台北，2004。
[8]Y. Tang, J.Y.H. Fuh, H.T. Loh, Y.S. Wong and L. Lub, “Direct laser sintering of a silica sand,” Materials and Design, vol. 24, 2003, pp. 623–629.
[9]蘇勢貿，以陶瓷雷射熔結法製作精密鑄造用陶殼模，碩士論文，國立台北科技大學製造科技研究所，台北，2004。
[10]陳皇印，陶瓷雷射快速原型製程優化及應用，碩士論文，國立台北科技大學製造科技研究所，台北，2006。
[11]H. H. Tang, “Building Ultra-Thin Layers by Ceramic Laser Sintering,” Materials Transaction, Vol. 47, No. 3, 2006, pp. 889-897.
[12]M. F. Spotts and T. E. Shoup, Design of Machine Elements Eight Edition, N.J USA: Pearson Education, Inc., 2004, pp. 458-459.
[13]劉川豪，陶殼模快速原型系統自動化，碩士論文，國立台北科技大學機電整合研究所，台北，2006。
[14]萬淑美譯，實用統計學，台灣：新文京開發出版股份有限公司，2003，第168-171頁。
[15]林政毅，雷射燒結變質層層厚控制技術，碩士論文，國立台北科技大學製造科技研究所，台北，2006。
[16]林芷予，陶瓷雷射快速原型製程優化，碩士論文，國立台北科技大學製造科技研究所，台北，2004。
[17]嚴孝全，陶瓷雷射快速原型技術之研發，博士論文，國立台北科技大學機電科技研究所，台北，2007。
[18]Product specification，金晶矽砂股份有限公司，http://www.chin-ching.com.tw。
[19]Technial data,American Colloid Company,http://www.colloid.com。
[20]Technialdata, NissanChemical-American Corporation, http://www.nissanchem-usa.com/snowtex.php。
[21]H. Wirtz, Selektives Lasersintern von Keramikformschalen fue Giessanwendungen, Ph.D. Dissertaion, RWTH Aachen Germany, 2000.