臺灣博碩士論文加值系統

　　本研究重點在於開發出以塑膠漿料為成型材料的快速原型系統。在光學平台方面使用的加工能量源為Nd:YAG固態雷射，雷射束射出到擴束鏡，把雷射束擴大打到X-Y掃描振鏡上，再由X-Y掃描振鏡的光學鏡片將雷射束重新聚焦，並且正確的找出雷射焦點能量最密集處，最後聚焦完的雷射束打到鋪層平台上。
　　材料方面是使用EOS快速原型系統的原廠尼龍粉末摻入適量的水溶性PVA及水，如此一來粉末材料也具有液態的特性，可以容易的鋪成薄層。實驗裡有進行漿料配方的調製，漿料必須好鋪層並且不影響燒結，之後對於燒結的試驗作出在不同瓦特數下，對坏料的燒結情形，導入總焦耳數的概念，來取得適當的燒結參數，並對於圖形內部線間距及疊層試驗做分析，可觀察對燒結層厚的影響，最後進一步找出適當的參數達到3D物件的製作成形。因為材料為塑膠漿料，所以在加工物件時，不需要製作支撐就可進行加工，最後物件的取得只需將加工完的塑膠漿料塊浸泡清水中，使塑膠漿料塊溶解即可取出塑膠物件，達到工件的製作。

The objective of this research is developing a plastic type rapid prototype system which can use plastic slurry material rather than conventional plastic powder to bring a thinner layer thickness during fabrication. In this developed system, Nd: YAG solid state laser is used to provide the energy source to sinter or to fuse the plastic material. The optical system were divided into three categories: 1. laser beam is penetrated into the 4x Beam Expander; 2. laser beam is expanded and projected into the X-Y scan head; 3. laser beam is focus via the f-theta lens followed by the X-Y scan head on the forming surface.
The material used in this testing is plastic slurry which contents a fine nylon powder from EOS rapid prototype system, water soluble PVA, and water. The slurry material can pave a thin layer easily. The formula of the slurry has been studied. It should be good in paving and easy to be sintered. Furthermore, the processing parameters in terms of the laser power, scanning speed, and hatch spacing have been studied. Because the material used in this RP system is plastic slurry, it will not move during next layer paving. On the other hand, it acts like the support of the sold part and bring the advantage to build parts without supporting structures. After the building up process completed, soaking the completed parts into water, the green parts can be easy taken off from the working plate. The final 3D fabrication testing shows a good result of a 3D structure parts in a good structure definition which is very difficult to be fabricated in conventional RP system.

中文摘要 i
英文摘要 ii
致謝 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 研究背景與目的 1
1.3 論文撰寫架構 2
第二章 文獻探討 4
2.1 快速原型技術原理 4
2.2 快速原型機分類介紹 5
2.2.1 液態成型法 5
2.2.1.1 SLA(Stereo Lithography Apparatus)系統 5
2.2.1.2 SGC(Solid ground curing)系統 7
2.2.2 固態成型法 8
2.2.2.1 FDM(Fused Deposition Modeling)系統 8
2.2.3 粉末成型法 9
2.2.3.1 SLS(Selective Laser Sintering)系統 9
2.2.3.2 3DP(Three Dimensional Printing)系統 10
2.3 漿料成型法 11
2.3.1 CLF(Ceramic Laser Fusing)系統 11
2.3.2 CLS(Ceramic Laser Sintering)系統 12
2.4 各成型系統之優缺點比較 13
第三章 以塑膠漿料為基材之快速原型系統開發 14
3.1 光學平台之設計 15
3.1.1 光學平台使用之設備 15
3.1.1.1 雷射原理及技術 15
3.1.1.2 4X擴束鏡 16
3.1.1.3 X-Y掃描振鏡 17
3.1.2 光學微調機構設計 19
3.1.2.1 擴束鏡微調機構設計 20
3.1.2.2 X-Y掃描振鏡微調機構設計 22
3.2 鋪層平台機構設計 25
3.3 雷射校正及X-Y掃描振鏡控制介面 27
3.3.1 雷射微調校正 27
3.3.2 雷射聚焦點找尋 29
3.3.3 X-Y掃描振鏡控制介面 30
第四章 塑膠漿料成形實驗 32
4.1 漿料調配實驗 32
4.1.1 水溶性PVA的性質 32
4.1.2 塑膠漿料調配實驗 35
4.2 雷射燒結試驗 38
4.2.1 黑色染劑摻入塑膠漿料燒結實驗 39
4.2.2 塑膠漿料單層燒結試驗 39
4.2.3 圖形內部線間距燒結試驗 47
4.2.4 塑膠漿料雙層疊層燒結試驗 53
4.3 3D物件成形試驗 57
第五章 結論與未來發展 61
5.1 結論 61
5.2 未來發展 63
參考文獻 65
作者簡介 66

[1]范光照等編著，逆向工程技術與應用，台北：高立出版社，2003，第8-4頁。
[2]黃台生譯，快速成型原理與製造上的應用，台北市：六合出版社，1998，第13-15頁。
[3]http://www.3dsystems.com/ ，3Dsystems公司Homepage & 產品簡介資料。
[4]http://home.kimo.com.tw/007eric/，快速原型系統簡介。
[5]http://home.att.net/~castleisland/sgc.htm，Solid Ground Curing。
[6]嚴至豪，微快速成型系統之霧化鋪層技術改良，碩士論文，國立台北科技大學，台北市，2006。
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[8]H. H. Tang, “Direct Laser Fusion to form ceramic parts” ,Rapid Prototyping Journal,Vol.8,NO.5,2002,pp.284-289.
[9]H. H. Tang, F. H. Liu, et al, “Ceramic Laser Fusion” ,Journal of Tsinghua University(Science and Tachnology),vol.42,no. s2. 2002,pp.209-212.
[10]張志誠，陶瓷工件之雷射燒結及掺滲，碩士論文，國立台北科技大學，台北市，2006。
[11]林三寶，雷射原理及應用，台北市：全華出版社，民國86年，21-24頁。
[12]http://www.ccp.com.tw/chinese/index.htm，長春化工PVA特性表。
[13]http://www.eos.info/products/plastic-laser-sintering/materials.html?L=1，EOS系統。