臺灣博碩士論文加值系統

微射出成型為製作精密微小零件的關鍵技術之ㄧ，具有價位低廉且可在短時間內大量快速生產的優點，但精密成型常會有尺寸精度、形狀精度、微小翹曲、分子定向、光學性質等問題，導致成品良率表現不夠完美，改善此問題的方法包括機台的考量、模具的設計、以及製程參數的設定等，但即使找到最佳成型參數組合，也可能因為機台在長時間的運作下，受到外在環境的改變造成成型參數產生變動，使成品的製程參數無法達到強健化的效果，本文的目的為運用強健型製程參數搜尋法，針對塑膠微齒輪多重品質特性，找出一組具有強健效果的射出成型參數設定點，可以忍受環境變異、達到多重品質目標的最佳化以及具有高良率。
本研究實驗的載具為外徑6 mm以及4 mm齒輪，模仁為LIGA-Like微影方式製作，首先運用田口實驗法，分析齒輪外徑誤差望小以及齒厚誤差望小兩個單一品質特性，然而決定單一品質特性之最佳化製程參數，常常是無法完全表示整體品質製程參數的最佳化，因此再利用主成分分析法來整合多重品質特性，找出一種可以準確說明多重品質特性且不易造成誤判的綜合性指標，作為品質判定標準，最後再利用強健型製程參數搜尋法找到強健的參數點並加以驗證。
實驗結果顯示，在單一品質田口實驗中，6 mm齒輪以及4 mm齒輪因子的貢獻度表現情況類似，影響外徑誤差望小之重要因子，依貢獻度由大而小排列依序為模具溫度、射出速度、背壓，影響齒厚誤差望小依序為保壓壓力、冷卻時間、模具溫度；在多重品質特性方面，在6 mm齒輪中，同時影響外徑及齒厚成型的因子，依貢獻度由大而小排列依序為模具溫度、保壓壓力、射出速度，在4 mm齒輪中略有不同，由大而小排列依序為模具溫度、保壓壓力、冷卻時間；最後在強健型製程參數搜尋方面，以DF作為品質判定標準，搜尋得到的強健型參數點，與原先使用DF結合田口實驗法解釋多重品質特性的最佳參數點比較，經由實驗驗證，6 mm齒輪整體良率由10％提昇至91％，而4 mm齒輪則由38％提昇至93％。

Micro-injection molding, with advantage of mass-production capability and low cost, is one of key technology in producing precision-molded components. Unfortunately, a low yield rate of high quality is frequently observed due to its problems with size and shape precision, warpage, molecular orientation, and optical properties. The solution to the problems mentioned above is involved in machine consideration, molding design, and process parameters setting. However, robustness performance for the parameters, even the optimal combination, remains less attainable when an alternation to parameters occurs with change in the environment where the machine has been running for a long while. Therefore, the purpose of the study is to search a setting point through Robust Process Parameters Setting Method which focuses on multiple quality characteristics, in the hope that the process parameter is able to endure change in the environment and to obtain the optimization for multiple responses and the yield rate.
Gears with 6 mm outside diameter and 4 mm outside diameter are applied in this study and the mold insert is made by LIGA-Like process. The first phase is concerned with the analysis of two single quality characteristics, including the error of outside diameter and the error of tooth thickness by Taguchi method. The second phase is to find a quality indicator interprets multiple response problems exactly by PCA, WPC, or DF method. The final phase is to search a robust parameter setting point by Robust Process Parameters Setting Method and confirmed by experiment.
The results show that in first phase, the effects of parameters on single quality characteristic for 6 mm gear are similar to 4 mm gear. The important factors for outside diameter are mold temperature, injection speed, and back pressure. In addition, factors for tooth thickness include holding pressure, cooling time, and mold temperature. The results of second phase indicate that mold temperature, holding pressure, and injection speed give significant effects to multiple quality characteristics for 6 mm gear. Nevertheless mold temperature, holding pressure, and cooling time are for 4 mm gear. Finally, the results for Robust Process Parameters Setting Method show that compared with the initial point, yield rate of 6 mm gear produced in robust setting point searched by the method increased from 10% to 91%. As for 4 mm gear, yield rate increased from 38% to 93%.

摘要 i
Abstract ii
誌謝 iv
目錄 v
圖目錄 ix
表目錄 xi
符號說明 xiii
第一章 緒論 1
1.1研究背景 1
1.2研究動機與目的 2
1.3論文架構 3
第二章 文獻探討 4
2.1微射出成型相關文獻 4
2.2微齒輪製程相關文獻 5
2.3多品質目標最佳化相關文獻 6
2.3.1主成分分析法 7
2.3.2多屬性決策 7
2.3.3模糊理論 8
2.3.4 Desirability Function 9
2.3.5其他相關研究 10
2.4強健型製程參數探討 11
第三章 研究方法 13
3.1研究流程 13
3.2齒輪品質目標定義 16
3.3 LIGA-Like 微影製程 18
3.4田口實驗 20
3.4.1品質特性選定 20
3.4.2實驗因子與水準的決定 20
3.4.3直交表選擇 23
3.4.4信號雜音比 24
3.5主成分分析法 25
3.5.1 WPC介紹 29
3.5.2 Desirability Function介紹 30
3.5.3 CPC、WPC、DF比較 30
3.5.4變異數分析 31
3.6強健型製程參數迴歸搜尋法 33
第四章 實驗規劃與建置 35
4.1單一參數實驗 35
4.2實驗設備與材料 36
4.2.1射出成型機 36
4.2.2微齒輪模具設計 38
4.2.3齒輪模仁 38
4.2.4模具加熱系統 47
4.2.5烘料機 47
4.2.6塑料 48
4.3量測儀器 50
4.3.1電子天秤 50
4.3.2光學投影機 51
4.4量測方式 52
4.4.1齒輪齒厚標準量法 52
4.4.2齒輪各齒相對位置定義 53
4.4.3 齒輪外徑量測方式 54
4.4.4 齒輪齒厚量測方式 54
4.4.5 齒厚量測重現性測試 56
第五章 6 mm齒輪實驗結果與討論 57
5.1 6 mm齒輪單一參數實驗結果 57
5.2 6 mm齒輪田口方法實驗結果 59
5.2.1 6 mm齒輪外徑實驗結果 59
5.2.2 6 mm齒輪齒厚實驗結果 59
5.2.3 6 mm齒輪田口實驗結果討論 59
5.3多重品質分析結果 66
5.3.1 6 mm齒輪多重品質目標定義 66
5.3.2 主成分分析結果 67
5.3.3 6 mm齒輪DF分析結果 68
5.4強健型製程參數迴歸搜尋結果 73
5.4.1 搜尋停止的品質標準(ψD, q定義) 73
5.4.2 6 mm齒輪搜尋結果 73
5.5實驗結果驗證 84
第六章 4 mm齒輪實驗結果與討論 88
6.1 4 mm齒輪單一參數實驗結果 88
6.2 4 mm齒輪田口方法實驗結果 90
6.2.1 4 mm齒輪外徑實驗結果 90
6.2.2 4 mm齒輪齒厚實驗結果 90
6.2.3 4 mm齒輪田口實驗結果討論 90
6.3多重品質分析結果 97
6.3.1 4 mm齒輪多重品質目標定義 97
6.3.2 主成分分析結果 97
6.3.3 4 mm齒輪DF分析結果 98
6.4強健型製程參數迴歸搜尋結果 104
6.4.1 4 mm齒輪的品質標準 104
6.4.2 4 mm齒輪搜尋結果 104
6.5實驗結果驗證 110
第七章 結論與未來發展 114
7.1結論 114
7.2未來發展與建議 115
參考文獻 117
附錄A 齒輪模具圖面 121
附錄B L18田口實驗量測數據 125
附錄C 全因子實驗量測數據 129

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