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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:游信樺
研究生(外文):Shin-Hua You
論文名稱:溶劑型漿料光成型設備鋪料槽內鋪層系統開發
論文名稱(外文):The Development of in Tank Tape Casting Used in Solvent-based Slurry Stereolithography Rapid Prototyping System
指導教授:汪家昌
指導教授(外文):Jia-Chang Wang
口試委員:江卓培湯華興
口試日期:2012-07-11
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:機電整合研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:85
中文關鍵詞:快速原型溶劑型漿料陶瓷粉末
外文關鍵詞:Rapid Prototypingslurryceramic
相關次數:
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本研究主要在於改善溶劑型光硬化成型(Solvent-based Slurry Stereolithography, 3S)系統的缺點,之前的研究中李[1]所架設的機台已可以成功的製作出陶瓷工件,並由陳[2]整合成自動操作的程序與改善鋪層系統,雖然陳[2]的新式刮刀可改善漿料殘留的問題,但會有廢料產生過多的問題,因而造成材料大量的浪費。本研究主要為改善原先機台所遇到的問題,並表現在新的機台上。
在鋪層系統上,本研究以新式供料槽式刮刀作鋪層,讓漿料在鋪層時一直保持在供料槽內,使漿料得到最大利用,減少漿料浪費的問題,與舊有的機台相比,可節省約2.9倍的漿料;在Z軸升降機構的精準度上,改以五相步進馬達搭配導螺桿與線性滑軌,讓升降機構的精準度更高,並可提供更小的移動量,也決解了舊有機台上,因導螺桿直接與線性滑軌組接而產生的彎矩問題;在XY平面的解析度上,原有投影機之成像距離有所限制,無法將更細緻的特徵表現出來,透過加裝近攝鏡可將對焦距離縮短,而得到放大比例的成像,即可增加投影機的解析度,並且還有能量集中的效果,可縮短光照時間。


This research is focusing on the improvement the slurry coating performance of the Solvent-based Slurry Stereolithography (3S) system. The existing 3S machine set up by Lee[1] and Chen[2] has been proved to be able to produce ceramic parts automatically but also came with too much slurry waste. This research is to build a new 3S machine to overcome the previous problem.
In this research, the in-tank slurry coating mechanism has been developed. The new slurry coating mechanism keeps the slurry always in tank and get the maximum use of the slurry. As the results, it can save about 2.9 times of the slurry compare with the old 3S machine. Furthermore, the new 3S machine used five-phase stepper motor on Z-axis lifting mechanism. The accuracy in Z direction has been enhanced. Moreover, a tele-converter lens has been applied to the projector which can reduce the image size. On the other hand, it will increase the resolution of the photo mask, and energy concentration effect can shorten the illumination time.


摘 要 i
ABSTRACT ii
誌 謝 iii
目 錄 iv
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 論文架構 3
第二章 文獻回顧 4
2.1 快速原型簡介 4
2.2 國內快速原型之相關探討 5
2.3 陶瓷快速原型之研究回顧 6
2.3.1 CLF與CLS系統 8
2.3.2 Ceramic SLA(Stereo Lithography Apparatus)系統 10
2.3.3 Slurry-based 3DP系統 13
2.4 輻射能成型之製程 14
2.4.1 雷射式製程 14
2.4.2 光罩式製程 15
2.5 光罩成型系統 16
2.5.1 靜態光罩成型 16
2.5.2 動態光罩成型 17
2.6 各成型系統之評析 19
第三章 3S系統介紹 22
3.1 3S製程原理 22
3.2 機台規劃 25
3.2.1 骨架設計 25
3.2.2 光罩系統之硬體選擇 27
3.2.3 X軸移動平台設計 29
3.2.4 Z軸升降平台設計 32
3.3 機台組裝 35
第四章 3S控制系統 36
4.1 控制晶片之選擇 36
4.2 步進馬達控制 38
4.3 控制程式 44
4.4 光罩產生 46
4.5 結論 50
第五章 鋪料與成型 51
5.1 漿料調配 51
5.1.1 陶瓷粉末 51
5.1.2 可見光硬化樹脂 52
5.1.3 UV光硬化樹脂 52
5.1.4 溶劑 52
5.1.5 漿料調配 54
5.1.6 漿料黏度試驗 55
5.2 鋪料系統探討 57
5.3 鋪料系統設計 59
5.3.1 硬式鋪料槽鋪層實驗 59
5.3.2 軟式鋪料槽鋪層實驗 60
5.3.3 漿料使用量之比較 61
5.4 曝光時間之實驗設計 62
5.5 聚焦實驗 67
5.6 乾燥 68
5.7 試片燒結之精度量測 71
5.7.1 生胚燒結處理 71
5.7.2 線收縮率量測 73
5.7.3 粗糙度量測 74
5.7.4 密度量測與體收縮率量測 76
5.7.5 三點抗彎實驗 77
5.8 成型結果 78
第六章 結論與未來展望 81
6.1 結論 81
6.2 未來方向 82
參考文獻 83


[1] 李耿芳,溶劑型漿料法之光硬化快速原型系統開發,碩士學位論文,國立臺北科技大學機電整合研究所,2010。
[2] 陳金源,溶劑型漿料光成型設備鋪層自動化技術開發,碩士學位論文,國立臺北科技大學製造科技研究所,2011。
[3] Horst Exner, Peter Regenfuss and Robby Ebert, “Laser Micro Sintering”, Laser Technik Journal(LTJ), January 2007 No. 1, p. 26.
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[5] 黃國恩,塑膠漿料為基底之快速原型系統之開發,碩士學位論文,國立臺北科技大學機電整合研究所,2007。
[6] 劉瑞成,陶瓷雷射快速原型顯微結構分析與製程改善,碩士學位論文,國立臺北科技大學製造科技研究所,2010。
[7] Michelle L. Griffith, John W. Halloran, “freeform fabrication of ceramics via stereolithography,” Journal of the American Ceramic Society, vol.79, no.10, 1996, pp. 2601-2608.
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[10] http://www.3dsystems.com/ ,3Dsystem公司產品簡介。
[11] http://dianzi.hangyequan.com/bbs/thread-217660.html(光刻基本知識介紹)
[12] 謝明哲,霧化是微快速原型系統開發,博士論文,國立臺北科技大學機電科技研究所,博士學位論文,2008。
[13] http://www.ti.com.tw/articles/detail.asp?sno=18 (德州儀器亞洲區DLP事業部門)
[14] http://w3.epson.com.tw/imaging/Product/I0/Learn_02.asp (Epson 3 片式 LCD 投影機介紹)
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[20] http://edpt.com.tw/big5/modules/shop/shop_view.php?id=74&pid=112 (東礱有限公司,時規皮帶的選擇方法1)
[21] 黃加輝,8051單晶片原理與應用-使用C語言,台北,台科大圖書股份有限公司,2008。
[22] http://www.csim.com.tw/tech.htm (CSIM擎翔實業有限公司)
[23] http://www.extion.com.tw/c/product05.htm (大內實業有限公司)
[24] 侯伯鈞,以壓電式印表機之快速原型系統開發,碩士學位論文,國立臺北科技大學機電整合研究所,2008。
[25] 陳世傑,溶劑型漿料光成型法之鋪層系統開發,碩士學位論文,國立臺北科技大學機電整合研究所,2010。
[26] M. P. Albano and L. B. Garrido, "Influence of the slip composition on the properties of tape-cast alumina substrates," Ceramics International, vol. 31, no. 1, 2005, pp.57-66
[27] http://www.tes.com.tw/1335c.htm (泰仕電子工業股份有限公司)
[28] http://www.mtcmercury.com.tw/main.asp?idnum=83 (明江貿易股份有限公司)
[29] 游文慶,氧化鋁粉末表面披覆尼龍12及製作快速原型試塊之研究,碩士學位論文,國立臺北科技大學製造科技研究所,2010。


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