臺灣博碩士論文加值系統

快速成型技術為使用分層堆積製造技術直接地經過STL網格嵌入CAD模型生產原型。其優點是減少產品發展週期，一般快速成型製造都有效的以原型製造來協助產品發展，縮短產品發展時間並且提高產品品質。
本研究中利用田口實驗法與快速成型機3DP-Z402的製程參數來控制單行狀特徵的尺寸變化。使用田口法和L9直交表進行最佳化的實驗，處理參數包含3水準的切層厚度和擺放位置與二水準擺放方向，形狀特徵包含方型、圓柱與球型特徵，利用準確的CMM量取快速零件。

Rapid prototyping technology uses layered manufacturing technology to produce complicated prototypes directly from a CAD model through the STL tessellation. Rapid prototyping and manufacturing has been proved as an effective prototyping process in assisting product development due to its advantages of reducing product development cycle, shortening product development time, and enhancing product quality.
The main concern in this research is to explore the effects of process parameters of 3DP-Z402 rapid prototyping machine on accuracy of prototyped part with simple form features by using Taguchi method and orthogonal array L9 for nominal-the best to carry out the optimization experiment. Process parameters include the layer thickness and location of part with 3-level and stacking direction with 2-level. Also form features include cubic cylindrical and spherical shapes. Accuracy for prototyped part shape is measured by CMM.

第一章 緒論
1.1 前言…………………………………………………………………1
1.2 研究動機與目的…………………………………………1
1.3本論文架構…………………………………………………2
1.3.1 CAD建模與RP製作…………………………………3
1.3.2田口實驗計畫法(Taguchi’s Method…………3
第二章 文獻回顧…………………………………………………………6
第三章 快速成型機
3.1工作原理……………………………………………………11
3.2 快速成型機的種類..……………………………………12
3.2.1液態製程（Liquid Process）…………………12
3.2.2面曝光製程( Solid Ground Curing )………15
3.2.3粉末製程（Powder Process）…………………17
3.2.4紙層積製程…………………………………………20
3.2.5塑料擠出製程………………………………………22
3.3.6 3D印刷製程………………………………………23
3.3加工流程……………………………………………………25
3.3.1建立CAD模型………………………………………26
3.3.2轉換為STL ……………………………………..…26
3.3.3前處理…………………………………………..…28
3.3.4 RP成型……………………………………..……30
3.3.5 後處理…………………………………….………30
3.4 3D印刷製程原理…………………………………………31
3.5 3D印刷製程參數…………………………………………31
第四章 三次元量測系統
4.1量測系統介紹……………………………………………….33
4.2三次元量測儀測頭………………………………….....33
4.3接觸式測頭種類…………………………………….....36
4.3.1 機械式測頭…………………………………....36
4.3.2 觸發式測頭…………………………………....37
4.3.3類比式測頭……………………………………...37
4.4非接觸式測頭種類………………………………….....38
4.5三次元量測儀之操作種類…………………….........39
4.5.1手動是三次元量測儀…………………………....39
4.5.2馬達驅動式三次元量測儀……………………....39
4.5.3CNC式三次元量測儀………………………….....40
4.6軸向導引機構…………………………………………....40
4.6.1空氣軸承導軌………………………………….....40
4.6.2滾子軸承導軌………………………………….....41
4.6.3滾珠和滾子導軌……………………………….....41
4.7座標系統
4.7.1機械座標系統…………………………………......42
4.7.2工作座標系統(Part coordinate system) …42
4.7.3參考原點(Reference origin) …………………43
4.8量測模式……………………………………………......44
4.9尺寸模式……………………………………………......45
4.10 CMM量測RP模型…………………………………......46
第五章 田口實驗
5.1基本概念……………………………………….......……49
5.2田口品質工程學……………………………………......51
5.3直交表的探討………………………………………......55
5.3.1 交表的觀念………………………………….....55
5.3.2 交表的選擇………………………………….....56
5.4 雜音比的選擇…………………………………….......57
5.4.1 望目特性SN比……………………………….....58
5.4.2 望小特性SN比……………………………….....58
5.4.3 望大特性SN比……………………………….....59
第六章 型狀特徵之實驗
6.1 工作區域的最佳成型位置……………………….......60
6.1.1方型X、Y、Z的變化量…………………………...60
6.1.2圓柱ID與高的變化量…………………………....66
6.1.3球型ID的變化量………………………………....67
6.2 切層厚度的關係…………………………………….....69
6.3 擺放方向…………………………………………….....73
6.3.1方型不同的擺放方向………………………….....73
6.3.2圓柱的擺放方向……………………………….....77
6.4 設定單型狀特徵之實驗……………………………......79
6.4.1 確定實驗目標…………………………………………79
6.4.2 實驗設計流程…………………………………………80
6.4.3 確定實驗目標並了解實驗參數………………………81
6.4.4 選擇直角表並且配置因子水準(虛擬水準法)………82
6.5 單型狀特徵(方型) …………………………………………84
6.5.1 方型X方向實驗…………………………………………85
6.5.2 方型X方向確認實驗…………………………………88
6.5.3 方型Y方向實驗…………………………………………90
6.5.4 方型Y方向確認實驗……………………………………93
6.6 單型狀特徵(圓柱) ……………………………………………94
6.6.1 圆柱橫截面實驗…………………………………………94
6.6.2 圆柱確認實驗……………………………………………97
6.7 單型狀特徵(球型)………………………………………………98
6.7.1 球型橫截面實驗…………………………………………98
6.7.2 球型確認實驗……………………………………………100
第七章 結論
7.1 結論………………………………………………………………103
7.2 未來展望…………………………………………………………106
參考文獻…………………………………………………………………………107
圖目錄

圖1.1 軟硬體設備流程………………………………….…….….4
圖1.2 設計流程………………………………………….………..5
圖3.1 SLA系統…………………………….……………………13
圖3.2 SOUP系統…………………………….………………….14
圖3.3 面曝光系統…………….……………………….………...16
圖3.4 SLA系統…………………………………….……………18
圖3.5 EOS加工機構……………………………….……………19
圖3.6 EOS系統…………………………………….……………19
圖3.7 LOM系統………………………………….……………..21
圖3.8 FDM系統…………………………………….…………...22
圖3.9 3D printing 系統…………………………………………24
圖3.10 成型區的噴塗方向…………………………….…………24
圖3.11 快速製造技術……………….………………….………...25
圖3.12 方型……………………………………………………….26
圖3.13 圓柱……………………………………………………….26
圖3.14 球型……………………………………………………….26
圖3.15 STL檔案格式…………………………………….……….27
圖3.16 CAD轉換成STL檔檔案格式.…………………………..28
圖3.17 CAD模型切層的基本演算法.……………….………….29
圖3.18 CAD圖檔.…………………………………….………….29
圖3.19 RP分層建構原理……………………………….………...29
圖3.20 參數視窗………………………………………….………30
圖3.21 膠水噴量比………………………......................................32
圖4.1 接觸式探頭……………………………………….………36
圖4.2 機械是探頭…………………………………….…………36
圖4.3 觸發式探頭內部構造………………………….…………37
圖4.4 非接觸式測頭種類…………………………….…………38
圖4.5 探頭移動所造成之誤差……………………….…………39
圖4.6 工件座標之設定………………………………….………43
圖4.7 參考原點及其應用……………………………….………44
圖4.8 各種元件量測法………………………………….………45
圖4.9 美國HELMEL三次元屬於接觸式量測儀……….……..46
圖4.10 方型量測路徑………………………………….…………47
圖4.11 圓柱量測路徑………………………………….…………47
圖4.12 球型量測路徑……………………………….……………48
圖4.13 圓柱工件擺放……………………………….……………48
圖5.1 產品/製程之參數圖……………………………………...50
圖5.2 田口式品質工程之三階段……………………………….52
圖5.3 兩階段最佳化程序……………………………………….53
圖5.4 直交表的符號…………………………………………….55
圖6.1 方型橫斷面……………………………………………….61
圖6.2 Z420機台成型區域………………………………............61
圖6.3 成型區域位置劃分……………………………………….61
圖6.4 圓柱橫斷面……………………………………………….64
圖6.5 球型的橫斷面…………………………………………….67
圖6.6 階梯幾何形狀………………………………….…………69
圖6.7 階梯幾何形狀擺放位置……………………….…………70
圖6.8 方行-階梯圖（0.088mm、0.1mm和0.125mm）…….…….72
圖6.9 方型幾何尺寸……………………………………….……73
圖6.10 方型的擺放位置………………………………………….74
圖6.11 圓柱階梯擺放方向……………………………………….77
圖6.12 橫向RP實體模型………………………………………..79
圖6.13 直向RP實體模型………………………………………..79
圖6.14 實驗設計流程…………………………………………….80
圖6.15 方形、圓柱、球型幾何尺寸………………………………81
圖6.16 擺放位置左、中、右………………………………………81
圖6.17 切層厚度0.088、0.1、0.125 mm…………………………82
圖6.18 物件擺放位置座標設定………………………………….83
圖6.19 工作區域內分成三個區域……………………………….84
圖6.20 方型X方向因子效果圖(單位：dB)……………………..87
圖6.21 方型Y方向因子效果圖(單位：dB)……………………..92
圖6.22 切層斷面示意圖………………………………………….94
圖6.23 圓柱因子效果圖(單位：dB)……………………….……..96
圖6.24 球型因子效果圖(單位：dB)……………………………..99
圖7.1 方型切層厚度0.088、0.1與0.125mm…………………103
圖7.2 圓柱(橫)切層厚度0.088、0.1與0.125mm……………103
圖7.3 圓柱(直)切層厚度0.088、0.1與0.125mm……………104
圖7.4 球型切層厚度0.088、0.1與0.125mm………………………104
圖7.5 切層厚度與膠水滲透量的影響………………………...105

表目錄

表4.1 雷射掃瞄儀與三次元量測儀之基本特性比較………......34
表4.2 雷射掃瞄儀與三次元量測儀之優缺點比較……….…….35
表5.1 L 9(34 )直交表…………………………………….………..56
表5.2 標準直交表……………………………………...…….........57
表6.1 方型X方向量測數據…………………………….………62
表6.2 方型Y方向量測數據…………………………….….…...62
表6.3 方型XY量測變異數據…………………………………..63
表6.4 方型Z方向的高度…………………………………….....64
表6.5 實驗圓柱零件的ID量測5次…………………….….….65
表6.6 實驗圓柱零件的ID量測變異數………………….……..65
表6.7 實驗圓柱零件的H量測3次……………………………66
表6.8 各實驗球型零件的ID量測4次………………………...67
表6.9 實驗球型零件的ID量測變異數…………….…….…….68
表6.10 方型、圓柱與球型最佳位置……………………….……69
表6.11 階梯幾何形狀切層厚度(0.088mm)………………………71
表6.12 階梯幾何形狀切層厚度(0.01mm)……………………….71
表6.13 階梯幾何形狀切層厚度(0.125mm)……………………...71
表6.14 生成高度與切層厚度關係……………………………….72
表6.15 方型(X20，Y30，X10)數據…………………………….....74
表6.16 方型(X10，Y30，X20)數據……………………………….75
表6.17 方型(X10，Y20，X30)數據……………………………….75
表6.18 方型(X20，Y30，X10)…………………………………….75
表6.19 方型(X10，Y30，X20)…………………………………….76
表6.20 方型(X10，Y20，X30)…………………………….………76
表6.21 直向階梯圆柱擺放數據…………………………….…....78
表6.22 橫向階梯圆柱擺放數據…………………………….……78
表6.23 分析直向、橫向階梯圆柱擺放數據………………….…..78
表6.24 選擇控制因子至直角表L9表………………………...….83
表6.25 各位置座標……………………………………………….84
表6.26 方型X方向參數設計實驗結果……………………….…85
表6.27 方型X方向各因子水準的平均SN值………….………..86
表6.28 方型X方向變異數分析表(SN比)…………………….....88
表6.29 方型X方向確認實驗數據……………………………….90
表6.30 方型Y方向參數設計實驗結果…………………….……90
表6.31 方型Y方向各因子水準的平均SN值……………….…..91
表6.32 方型Y方向變異數分析表(SN比)……………………....92
表6.33 方型Y方向確認實驗數據……………………………….94
表6.34 圓柱橫截面參數設計實驗結果………………………….95
表6.35 圓柱各因子水準的平均SN值………………………..….95
表6.36 圓柱變異數分析表(SN比)………………………..……...96
表6.37 圆柱確認實驗數據……………………………………….98
表6.38 球型橫截面參數設計實驗結果…………………….……98
表.6.39 球型各因子水準的平均SN值……………………….….99
表6.40 球型變異數分析表(SN比)……………………………..100
表6.41 球型確認實驗數據……………………………………...101
表6.42 方型、圓柱與球型橫斷面最佳區域範圍………………102
表6.43 方型、圓柱與球型參數分析…………………………...102

參考文獻

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