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研究生:黃晨軒
研究生(外文):Chen-Hsuan Huang
論文名稱:溶劑型氧化鋯漿料光成型內鋪層系統開發
論文名稱(外文):The Development of in Tank Tape Casting Used in Solvent-based Zirconia Slurry Stereolithography System
指導教授:汪家昌
口試委員:江卓培湯華興
口試日期:2013-07-23
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:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:81
中文關鍵詞:溶劑型漿料積層製造陶瓷粉末
外文關鍵詞:slurryAdditive Manufacturingceramic
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本文主要在於改良溶劑型光硬化成型(solvent-based slurry stereolithography,3S)系統技術之缺點,之前的研究中所架設的機台已可以成功的製作出陶瓷工件,雖然以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,但由於移動刮刀為軟材料,過大的下壓力會使得矽膠刮刀產生變形,使得鋪層面產生刮痕較不平整,且供料槽升降機構不易調整,前後刮刀容易有高低差,漿料容易由供料槽內漏出,使製程較不穩定。
在鋪層系統上,本研究以新式供料槽式刮刀作鋪層,讓漿料能夠完全的利用;在供料槽之升降機構,利用內六角螺絲搭配壓克力圓棒,讓升降機構較為準確;將儲料槽改以不銹鋼材料代替,延長儲料槽的使用壽命;在乾燥系統上,架設熱風槍、遠紅外線燈及風扇來增加工作區域溫度及對流性,使等待乾燥時間降低,縮短其製程時間,與原機台相比,節省了1.6倍的時間。
本研究主要目的為對上述原先機台所遇到的問題加以改良及開發氧化鋯配方來製作高強度、高緻密度之積層製造陶瓷工件。利用氧化鋯粉製作出來之工件,經高溫燒結1450℃,其氧化鋯陶瓷工件所得到的體積收縮率平均為53.5%,平均緻密度約為94.58%,抗彎強度平均為701.29 MPa。


This research is focusing on the improvement the slurry coating performance of the Solvent-based Slurry Stereolithography (3S) system. The existing machine set up has been proved to be able to produce ceramic parts automatically. The in-tank slurry coating mechanism has been developed, but the silicone scraper on coating mechanism will be deformed under paving process. Deformed scraper will scratch the top surface of the platforms when moving. The existing machine’s scraper is not only difficult to adjust the suitable height, but also having leakage problem.
The new scraper mechanism adds hexagonal screws and rod to adjust the expertise height. The material of the slurry tank has also been replaced to stainless steel to bring the strength. New drying system contains the heat gun, infrared lamp and fan, is used to increase the build platform’s temperature and air convection. As the result, it can save 36% process time compare with the old 3S machine.
In this research, the zirconia slurry formula has been developed. The zirconia slurry formula can produce high strength, high density ceramic parts. The fabricated part, after sintering at 1450℃, has averaged volume shrinkage rate 53.5%, average density is about 94.58%, and average flexural strength is 701.29 MPa.


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 2
1.3 論文架構 3
第二章 文獻回顧 4
2.1 積層製造簡介及分類 4
2.2 國內積層製造之相關探討 5
2.3 陶瓷積層製造之研究回顧 6
2.3.1 SLA(Stereo Lithography Apparatus)系統 9
2.3.2 CLF與CLS系統 12
2.3.3 Slurry-based 3DP系統 14
2.3.4 FDM(Fused Deposition Modeling)系統 16
2.3.5 3S(Solvent Slurry Stereolithography)系統 16
2.4光硬化成型之製程 17
2.4.1 雷射式製程 17
2.4.2 光罩式製程 18
2.5 光罩成型系統 18
2.5.1 靜態光罩成型 19
2.5.2 動態光罩成型 19
2.6各成型系統之評析 22
第三章 3S系統介紹 25
3.1 3S製程原理 25
3.2光罩產生 28
3.3漿料之特性 33
3.3.1 粉末的特性 33
3.3.2 氧化鋯之基本性質 34
3.3.3 漿料之分散機制-DLVO理論 36
3.3.4 球磨理論 36
3.3.5 氧化鋯陶瓷粉末 37
3.3.6 可見光硬化樹脂 38
3.3.7 UV光硬化樹脂 38
3.3.8 溶劑 38
3.3.9 分散劑 40
3.3.10氧化鋯漿料分散劑含量之流變性實驗 41
3.4漿料之調配 43
3.4.1 氧化鋯漿料調配 43
3.5結論 45
第四章 鋪層與乾燥系統 46
4.1 鋪料系統探討 46
4.2 鋪料系統設計 51
4.2.1 新供料槽之設計 51
4.2.2 加工平台之設計 54
4.3 乾燥系統 55
4.3.1 溶劑在樹脂中揮發測試 55
4.3.2 加熱系統之設計 57
4.4 投影光罩設計 58
4.5 控制流程 59
4.6 結論 60
第五章 氧化鋯成形與工件性質檢測 61
5.1 曝光時間之實驗設計 61
5.2 生胚燒結處理 64
5.3 線收縮率量測 65
5.4 緻密度量測 66
5.5 三點抗彎實驗 69
5.6 陶瓷工件製作 73
第六章 結論與未來展望 76
6.1 結論 76
6.2 未來方向 77
參考文獻 78


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