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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳延昌
研究生(外文):Yung-chang Chen
論文名稱:紫外光原型件成型技術精敏化之研究
論文名稱(外文):Research in Precision and Speed of UV Rapid Prototyping Technology
指導教授:邱弘興邱弘興引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣師範大學
系所名稱:工業教育研究所
學門:教育學門
學類:專業科目教育學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
中文關鍵詞:精敏化原型件快速原型光聚合樹脂SLACPS-250
外文關鍵詞:Precision and Speed Rapid PrototypingRapid PrototypingRPPhotoinitator Resin
相關次數:
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本研究為提高現有紫外光快速原型機(CPS-250)之精敏度,擬採兩階段來探討其最佳化的製程參數。首先針對原型機之光斑補償值、掃瞄速度、掃瞄方式及掃瞄線距等製程參數,利用田口品質工程之動態參數及允差設計,來解析其對樹脂成型速度、成型厚度及尺寸精度的影響,以獲致此設備之最佳化製程參數。
其次,改善光源同調性之試驗機,選用不同直徑的光纖、透鏡組合及樹脂種類,配合原型機的最佳化製程控制參數,來作更深入的探討,以期獲得更高精敏度的原型件。
實驗結果得知,(1)快速原型機(CPS-250)欲獲致精敏化的原型件,其最佳製程參數為水平之成型方式,0.80mm之光斑補償值,80mm/sec之掃瞄速度,層間正交之掃瞄方式及0.13mm之掃瞄線距。其中以掃瞄線距之影響最鉅。(2)使用直徑0.55mm光纖及透鏡組之試驗機,欲獲致更高精度原型件之最佳製程參數為0.80mm光斑補償值,55mm/sec之掃瞄速度,0.08mm之掃瞄線距及0.08mm之切層厚度,其中以切層厚度之影響最顯著。(3)另使用直徑0.91mm光纖之試驗機時,最佳製程參數除光斑補償值仍為0.80mm外,其餘需調整為60mm/sec之掃瞄速度,0.27mm之掃瞄線距和0.10mm之切層厚度。且以掃瞄線距影響最鉅。(4)國內化工廠提供之紫外光光敏樹脂,成型速度比原廠樹脂更可提高。
This research had two stages to improve the precision and speed of ultraviolet rapid prototyping. First stage was to find out the optimized system parameters of existing equipment (CPS-250) and process. By employ Taguchi method to analyze system parameters such as light compensation, scan speed, scan method, and scan pitch, etc.. Second stage was to improve the quality of light source coherence. In this stage, test different combinations of optical fibers, lenses, resins and use the parameters from stage one to ensure best possible system parameters for higher precision.
The experimental results shown that the optimized system parameters for agile rapid prototyping (1) in the existing equipment were 0.80 mm light compensation, 80 mm/s scan speed, 0.13 mm scan pitch, orthogonal scanning in layers, and horizontal forming, the most important parameter was scan pitch. (2) in the diameter 0.91 mm optical fiber system were 0.80 mm light compensation, 60 mm/s scan speed, 0.27 mm scan pitch and 0.10 mm slice thickness, the most important parameter was scan pitch also. (3) in the diameter 0.55 mm optical fiber system were 0.80 mm light compensation, 55 mm/s scan speed, 0.08 mm scan pitch and 0.08 mm slice thickness, the most important parameter was slice thickness. Otherwise, the ultraviolet photoinitiator resin provided by domestic chemical factory had a better forming speed.
總目錄
中文摘要------------------------------------------------------Ⅰ
英文摘要------------------------------------------------------II
總目錄-------------------------------------------------------III
表目錄--------------------------------------------------------Ⅵ
圖目錄--------------------------------------------------------Ⅸ
第一章 前言----------------------------------------------------1
1-1研究動機-------------------------------------------------2
1-2研究目的-------------------------------------------------3
第二章 文獻探討------------------------------------------------4
2-1快速原型技術------------------------------------------------4
2-2快速原型機加工的原理----------------------------------------4
2-3快速原型系統------------------------------------------------5
2-3-1液態法-------------------------------------------------6
2-3-2固態法------------------------------------------------12
2-3-3粉末法------------------------------------------------13
2-4 CPS 250快速原型機----------------------------------------18
2-4-1功能--------------------------------------------------19
2-4-2設備參數----------------------------------------------20
2-5光照式原型件精敏化之相關研究-------------------------------25
2-6光源照射系統-----------------------------------------------29
2-7光纖特性與傳輸性質-----------------------------------------30
2-8光敏樹脂之硬化機理-----------------------------------------33
2-9 實驗計畫法---田口方法-------------------------------------37
2-9-1田口方法在工程上的應用--------------------------------37
2-9-2田口方法中品質的定義----------------------------------39
2-9-3品質特性的種類----------------------------------------40
2-9-4參數設計之工具----------------------------------------43
2-9-5直交表------------------------------------------------44
2-9-6訊躁比------------------------------------------------45
2-9-7數據的解析與確認實驗----------------------------------46
第三章 實驗方法與步驟-----------------------------------------47
3-1實驗流程---------------------------------------------------47
3-2原型件製備-------------------------------------------------48
3-3實驗設備---------------------------------------------------49
3-4 試片清洗--------------------------------------------------49
3-5原型件特性值分析-------------------------------------------50
3-6控制參數的選定---------------------------------------------52
3-7實驗配置---------------------------------------------------61
第四章 實驗結果與討論-----------------------------------------65
4-1原型機最佳製程參數-----------------------------------------65
4-1-1原型機參數設計----------------------------------------65
4-1-2原型機允差設計----------------------------------------67
4-2原型機確認實驗---------------------------------------------70
4-2-1原型機成型厚度尺寸之確認------------------------------71
4-2-2原型機成型速度之確認----------------------------------75
4-3試驗機最佳製程參數-----------------------------------------77
4-3-1試驗機參數設計----------------------------------------78
4-3-2試驗機允差設計----------------------------------------83
4-4試驗機確認實驗---------------------------------------------86
4-4-1試驗機成型厚度尺寸之確認------------------------------88
4-4-2試驗機成型速度之確認----------------------------------94
4-5紫外光樹脂之成份分析---------------------------------------98
第五章 結論與未來研究方向------------------------------------103
5-1結論------------------------------------------------------103
5-2 未來研究方向---------------------------------------------104
參考文獻 ----------------------------------------------------105
附錄一-------------------------------------------------------109
附錄二-------------------------------------------------------113
附錄三-------------------------------------------------------115
表目錄
表2-1相關文獻之製程控制參數-----------------------------------25
表3-1 CPS-250快速原型機光斑補償實驗值-------------------------53
表3-2原型機掃瞄速度、掃瞄線距與切層厚度(Z)之參數設定----------55
表3-3試驗機掃瞄速度、掃瞄線距與切層厚度(Z)之實驗值(Ⅰ) -------56
表3-4試驗機掃瞄速度、掃瞄線距與切層厚度(Z)之實驗值(Ⅱ) -------56
表3-5試驗機掃瞄速度、掃瞄線距與切層厚度(Z)之尺寸實驗值(Ⅰ)----57
表3-6試驗機掃瞄速度、掃瞄線距與切層厚度(Z)之尺寸實驗值(Ⅱ)----58
表3-7試驗機掃瞄速度、掃瞄線距與切層厚度之參數設定-------------59
表3-8原型機製程控制因素及水準---------------------------------61
表3-9原型機L18直交表之實驗配置-動態特性----------------------62
表3-10試驗機製程控制因素及水準(直徑0.55mm) -------------------63
表3-11試驗機製程控制因素及水準(直徑0.91mm) -------------------63
表3-12試驗機L9直交表之實驗配置-動態特性----------------------64
表4-1原型機成型精敏化之SN比與靈敏度---------------------------66
表4-2原型機之SN比與靈敏度的補助表-----------------------------67
表4-3原型機各組製程參數之成型時間-----------------------------67
表4-4原型機之誤差因素的3水準----------------------------------68
表4-5原型機之允差設計表---------------------------------------69
表4-6原型機允差設計之補助表-----------------------------------69
表4-7原型機允差設計之變異數分析-------------------------------69
表4-8原型機允差設計整理後之變異數分析-------------------------70
表4-9光斑補償值對原型機成型厚度尺寸之影響---------------------71
表4-10掃瞄速度對原型機成型厚度尺寸之影響----------------------72
表4-11掃瞄方式對原型機成型厚度尺寸之影響----------------------73
表4-12掃瞄線距對原型機成型厚度尺寸之影響----------------------74
表4-13光斑補償值對原型機成型速度之影響------------------------75
表4-14掃瞄速度對原型機成型速度之影響--------------------------75
表4-15掃瞄方式對原型機成型速度之影響--------------------------76
表4-16掃瞄線距對原型機成型速度之影響--------------------------76
表4-17試驗機L9直交表之實驗配置-動態特性(直徑0.55mm) ---------79
表4-18試驗機L9直交表之實驗配置-動態特性(直徑0.91mm) ---------80
表4-19試驗機SN比與靈敏度的補助表(直徑0.55mm) -----------------81
表4-20試驗機SN比與靈敏度的補助表(直徑0.91mm) -----------------81
表4-21試驗機L9各組製程參數之成型時間(直徑0.55mm) -------------82
表4-22誤差因素的3水準(直徑0.55mm) ----------------------------83
表4-23誤差因素的3水準(直徑0.91mm) ----------------------------84
表4-24試驗機之允差設計(直徑0.55mm) ---------------------------84
表4-25試驗機之允差設計(直徑0.91mm)----------------------------84
表4-26允差設計之補助表(直徑0.55mm) ---------------------------85
表4-27允差設計之補助表(直徑0.91mm) ---------------------------85
表4-28整理後之允差設計變異數分析(直徑0.55mm) -----------------85
表4-29整理後之允差設計變異數分析(直徑0.91mm) -----------------86
表4-30光斑補償值對試驗機成型厚度尺寸之影響(直徑0.55mm)--------90
表4-31光斑補償值對試驗機成型厚度尺寸之影響(直徑0.91mm)--------90
表4-32掃瞄速度對試驗機成型厚度尺寸之影響(直徑0.55mm)----------91
表4-33掃瞄速度對試驗機成型厚度尺寸之影響(直徑0.91mm)----------91
表4-34切層厚度對試驗機成型厚度尺寸之影響(直徑0.55mm)----------92
表4-35切層厚度對試驗機成型厚度尺寸之影響(直徑0.91mm)----------92
表4-36掃瞄線距對試驗機成型厚度尺寸之影響(直徑0.55mm)----------93
表4-37掃瞄線距對試驗機成型厚度尺寸之影響(直徑0.91mm)----------93
表4-38光斑補償值對試驗機成型速度之影響------------------------95
表4-39掃瞄速度對試驗機成型速度之影響--------------------------95
表4-40切層厚度對試驗機成型速度之影響--------------------------96
表4-41掃瞄線距對試驗機成型速度之影響--------------------------97
表4-42 UV光敏樹脂之成份配比-----------------------------------99
表4-43 Acetophenone系列之起始劑-------------------------------99
表4-44光起始劑與成型速度之關係-------------------------------102
圖目錄
圖2-1層加工概念示意圖------------------------------------------5
圖2-2快速原型加工流程圖----------------------------------------5
圖2-3 SLA 加工示意圖(3D Systems提供)---------------------------7
圖2-4 SLA7000快速原型系統(3D Systems提供)----------------------7
圖2-5 SGC加工示意圖(Cubital提供)-------------------------------8
圖2-6 Objet Quada加工示意圖(a)及快速原型機(b) (Objet提供)------9
圖2-7 RFP示意圖(Objet提供)------------------------------------10
圖2-8 FDM加工示意剖視圖(a)及實際設備圖(b) (Stratasys提供)-----11
圖2-9 Model Maker加工原理(Sanders 提供) ----------------------12圖2-10 LOM加工示意圖(Msoe提供)--------------------------------13
圖2-11 Thermo Jet加工原理(Actua-2100 提供)--------------------13
圖2-12 SLS加工原理(DTM提供) ----------------------------------15
圖2-13 SLS 2500快速原型機(DTM 提供)---------------------------15
圖2-14 DSPC加工原理(Seligen提供)------------------------------16
圖2-15 Z 402快速原型機(Z Corporation 提供)--------------------18
圖2-16 Lens加工原理-------------------------------------------18
圖2-17 CPS-250快速原型機(a)及加工原理(b)----------------------19
圖2-18輪廓拐角處的掃瞄路徑------------------------------------21
圖2-19光斑對拐角特徵的影響------------------------------------21
圖2-20採用光斑補償之掃瞄路徑----------------------------------22
圖2-21未採用光斑補償之掃瞄路徑--------------------------------22
圖2-22單向掃描方式(Y-Y) --------------------------------------23
圖2-23層間正交方式(X-Y) --------------------------------------23
圖2-24層內正交掃瞄方式(XY) -----------------------------------23
圖2-25層內正交層間交錯掃瞄方式(XYST) -------------------------24
圖2-26 DSW與DDSW之剖面建構型式--------------------------------27
圖2-27光纖構造示意圖------------------------------------------30
圖2-28光纖傳輸示意圖------------------------------------------32
圖2-29光於光纖中可被接受角錐示意圖----------------------------33
圖2-30光硬化樹脂之聚合反應------------------------------------35
圖 2-31 R&D活動方塊圖-----------------------------------------38
圖3-1 原型機實驗流程圖----------------------------------------47
圖3-2 試驗機實驗流程圖----------------------------------------48
圖3-3原型件形狀與尺寸測量位置---------------------------------49
圖3-4 M1尺寸的量測點之位置------------------------------------50
圖3-5支撐去除輔助之治具---------------------------------------50
圖3-6 M2- M7尺寸的量測點座標----------------------------------51
圖3-7 DSPC之示意圖--------------------------------------------52
圖3-8 透鏡組合設計圖------------------------------------------60
圖3-9原型件垂直與水平擺設方式---------------------------------61
圖4-1原型機直徑0.91mm渦輪葉片之載具---------------------------71
圖4-2原型機光斑補償值(a)與掃瞄速度(b)和成型厚度之關係---------72
圖4-3原型機掃瞄方式(a)與掃瞄線距(b)和成型厚度之關係-----------74
圖4-4原型機控制參數和成型速度之關係---------------------------77
圖4-5試驗機之透鏡組-------------------------------------------78
圖4-6試驗直徑0.91mm渦輪葉片之載具-----------------------------88
圖4-7試驗機控制參數和成型厚度之關係---------------------------94
圖4-8試驗機光斑補償值(a)與掃瞄速度(b)和成型速度之關係---------96
圖4-9試驗機掃瞄方式(a)與掃瞄線距(b)和成型速度之關係-----------97
圖4-10 A種光起始劑之熱反應-----------------------------------100
圖4-11 B種光起始劑之熱反應-----------------------------------101
圖4-12 C種光起始劑之熱反應-----------------------------------101
圖4-13 D種光起始劑之熱反應-----------------------------------102
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