臺灣博碩士論文加值系統

由於微細孔在微機電系統(Micro-Electro Mechanical Systems)、微機械元件(micro-machine elements)與生物科技上應用得非常廣泛，因此如何製造出尺寸精密且形狀精度優良的微細孔洞，一直是微細製造技術所追求的目標。雖然微細孔的製造以圓形孔居多，但有些微流量閥則需要有較複雜的剖面形狀(如方形、三角形、多邊形等)且大深寬比的孔洞做為微射流孔(micro-fluidics holes)，因此如何加工出剖面不是圓形的精細異形微孔是我們這次的研究重點之一。此外，利用相似的技術所加工出來的盲孔也有其實用價值，例如可以當作微細夾具來使用，所以我們在此也探討微細盲孔的成形技術。
本研究採用一種結合微細放電及超音波振動研磨的複合加工方法，來製造高精度且大深寬比的異形微孔。若使用適當條件加工，超音波振動研磨加工後之微孔入出口平均邊長差與純放電加工後的微孔相比較，我們可以獲得入出口平均邊長差達到67.1 %的改善率。
另外，為了促使基因轉殖與動物複製技術，能夠在較有效率的環境下加工，夾持細胞用的微細電極夾具若能加以改良，相信就可以達到這個目標。基於這樣的原因，我們發展出一種結合微放電、微細磨粒研磨與磁力研磨的加工方法，製作出夾具的前端具有凹型球面盲孔的微細電極，而此夾具的凹型球面可使細胞的夾持更為迅速，有效的縮短複製技術的時間。目前採用此種加工方法，已經成功製造出直徑150 µm、中心深度50 µm的凹形球面微細電極，利用此球面電極來夾持豬胚胎，不但能快速達成目標，而且不需太專業的人員即可操作。

Research of concave sphere electrode and special-shaped micro-holes fabrication technology

總目錄
摘要Ⅰ
目錄Ⅱ
圖目錄Ⅴ
表目錄Ⅷ
第一章 緒論1
1-1研究動機1
1-2實驗目標3
第二章 基本原理4
2-1放電加工4
2-1-1放電加工基本原理4
2-1-2放電加工材料去除機制6
2-1-3放電加工的優缺點8
2-1-4放電加工參數9
2-2超音波研磨加工12
2-2-1超音波加工基本原理12
2-2-2超音波加工的材料去除機構12
2-2-3超音波的優缺點12
2-2-4超音波錐體及喇叭的種類13
2-2-5超音波振動子13
2-2-6工具的安裝14
2-2-7磨料的供給方法14
2-3磁力研磨原理15
第三章 實驗設備、材料及方法17
3-1實驗設備17
3-2實驗材料29
3-2-1 應用於凹形球面微電極的材料29
3-2-2 應用於異形微孔的材料30
3-3實驗方法34
3-3-1凹形球面微電極加工過程34
3-3-2異形微孔加工過程41
第四章 結果與討論45
4-1凹形球面微電極之研究結果與討論45
4-1-1放電加工對凹形球面電極的影響46
4-1-1-1極性的影響46
4-1-1-2放電電流的影響47
4-1-1-3脈衝時間的影響50
4-1-1-4放電加工深度的影響53
4-1-2磨料研磨與磁力研磨的影響56
4-1-2-1磨料研磨對凹孔孔壁的影響56
4-1-2-2磁力研磨對凹孔的影響56
4-2異形微孔之研究結果與討論60
4-2-1放電加工對異形微孔的影響61
4-2-1-1極性的影響61
4-2-1-2電流對異形微孔的影響63
4-2-1-3脈衝時間對異形微孔的影響67
4-2-2超音波振動研磨參數的影響71
4-2-2-1電極進給率的影響71
4-2-2-2電極階級差的影響73
4-2-2-3超音波振幅的影響76
4-2-2-4研磨後平均邊長差改善率78
4-3凹形球面微電極的應用79
第五章 結論82
參考文獻84
圖目錄
圖2-1放電加工示意圖5
圖2-2放電加工材料去除機構示意圖7
圖2-3放電加工波形示意圖11
圖2-4超音波振動加工示意圖14
圖2-5磁粒之作用力與磁場分佈示意圖16
圖3-1(a)主實驗設備示意圖20
圖3-1(b)主實驗設備實際照片21
圖3-2(a) 凹形球面電極加工時的夾持機構相對位置圖22
圖3-2(b) 異形微孔加工時的夾持機構相對位置圖22
圖3-3超音波加工機23
圖3-4超音波振幅與輸入電壓之校正曲線24
圖3-5示波器24
圖3-6三爪夾頭25
圖3-7凹形電極夾具25
圖3-8鈦板夾具26
圖3-9顯微量測系統(1)26
圖3-10顯微量測系統(2)27
圖3-11超音波洗淨機27
圖3-12精密電子天秤28
圖3-13掃瞄式電子顯微鏡28
圖3-14針灸針修整端面36
圖3-15超硬合金電極修整36
圖3-16修整後之超硬合金電極37
圖3-17放電加工後之超硬合金電極與凹形電極37
圖3-18放電加工後之超硬合金電極37
圖3-19研磨後之超硬合金電極38
圖3-20磁力研磨示意圖38
圖3-21凹形球面微電極實驗流程圖39
圖3-22修整完成之矩形電極示意圖42
圖3-23加工鈦板示意圖42
圖3-24異形微孔實驗流程圖44
圖4-1正負極性加工比較圖46
圖4-2放電電流與擴孔量之關係圖48
圖4-3不同放電電流比較圖48
圖4-4放電電流與凹孔深度之關係圖49
圖4-5脈衝時間與擴孔量之關係圖51
圖4-6脈衝時間與凹孔深度之關係圖51
圖4-7不同脈衝時間比較圖52
圖4-8放電加工深度與擴孔量之關係圖54
圖4-9不同放電加工深度比較圖54
圖4-10放電加工深度與凹孔深度之關係圖55
圖4-11不同放電加工深度比較圖55
圖4-12研磨前後之凹孔57
圖4-13研磨時間與孔徑減少量之關係圖58
圖4-14研磨時間與凹孔深度減少量之關係圖58
圖4-15磁力研磨前後比較圖59
圖4-16極性與電極消耗率之關係圖62
圖4-17不同極性加工後之電極62
圖4-18電流與電極消耗率之關係圖64
圖4-19不同放電電流加工後之電極64
圖4-20電流與材料去除率之關係圖65
圖4-21不同放電電流加工後之微孔65
圖4-22電流與入出口平均邊長差之關係圖66
圖4-23不同放電電流加工後之微孔66
圖4-24脈衝時間與電極消耗率之關係圖68
圖4-25不同脈衝時間加工後之電極68
圖4-26脈衝時間與材料去除率之關係圖69
圖4-27不同脈衝時間加工後之微孔69
圖4-28脈衝時間與入出口平均邊長差之關係圖70
圖4-29不同脈衝時間加工後之微孔70
圖4-30電極進給率與入出口平均邊長差之關係圖72
圖4-31不同電極進給率加工後之微孔72
圖4-32電極階級差與入出口平均邊長差之關係圖74
圖4-33不同階級差加工後之微孔75
圖4-34超音波振幅與入出口平均邊長差之關係圖76
圖4-35不同超音波振幅加工後之微孔77
圖4-36凹形球面微電極整體外觀80
圖4-37凹形球面微電極尖端80
圖4-38凹形電極作用於細胞融合圖81
圖4-39平面電極作用於細胞融合圖81
表目錄
表3-1 LS.30A 放電加工機規格21
表3-2超音波加工機規格23
表3-3 SUS 304 不鏽鋼之成份與性質30
表3-4碳化鎢之性質31
表3-5銅之性質31
表3-6煤油之性質32
表3-7碳化矽之性質32
表3-8鋼砂之性質33
表3-9鈦之性質33
表3-10凹形球面電極放電加工的實驗參數表40
表3-11凹形球面電極研磨加工的實驗參數表40
表3-12異形微孔放電加工的實驗參數表43
表3-13異形微孔超音波振動研磨加工的實驗參數表43

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