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研究生:蔡幃安
研究生(外文):Wei-An Tsai
論文名稱:粉末床類積層製造之可更換槽體粉末鋪層設備開發
論文名稱(外文):The Development of Tank Swapping for Powder Bed Additive Manufacturing
指導教授:汪家昌
指導教授(外文):Jia-Chang Wang
口試委員:黃家衍陳文斌汪家昌
口試日期:2016-06-29
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:製造科技研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:104
中文關鍵詞:積層製造、鋪層系統、更換槽體
外文關鍵詞:Additive Manufacturingpaving systemTank Swapping
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  本研究是有別於目前市面上已有的黏著劑噴塗成型(BJ)以及粉體溶化成型(PBF)的供粉鋪層機構設計,將原本為固定式建構槽體與供粉槽體改變為可更換式的槽體設計。本設計透過簡單的機構,及利用磁性定位,使使用者能夠輕鬆裝卸槽體,而得以大幅縮短以往機台需耗時等待除粉,以及黏結劑乾燥的時間。即當完成一個建構程序後,使用者只需要將槽體更換後立即開始新的建構程序,以達到機器最有效的利用,而發揮最大效能。
  為達到此積層製造鋪層系統構想,本研究建構了一台全新的積層製造可更換槽體鋪層系統,此系統包含X軸水平移動平台、雙Z軸垂直升降平台、以及滾輪機構、刮板機構和控制程式等裝置。
  本研究針對刮板及滾輪分別進行X軸水平移動作調速、滾軸自轉調速及刮板來做鋪層密度測試,探討影響鋪層密實度的變因。而經本研究實驗結果推論,影響鋪層密度的最大變因為滾輪的自轉速度,速度越快,密實度越大,其次為鋪層前進速度,但效果並不顯著。
The research is different from the Binder Jetting (BJ) and Powder Bed Fusion (PBF) in current available Additive Manufacturing (AM) market. It changes the fixed material tank and model tank to a replaceable tank design. Users can easily load and unload tank through a simple mechanism, and locate tank by using magnetism. Significantly shorten the waiting time to remove powder and binder drying time. When machine completes the construction program, users only need to start a new construction program after replace the tank. It makes machine be used more efficiently.
To achieve this concept of powder paving additive manufacturing systems, this research invents a new tank swapping mechanism. The control program, the X-axis moving platforms, Z-axis lifting, and paving roller have been developed.
In order to evaluate the effect of powder density through different paving techniques, the research focuses on both blade and roller paving. The powder density have been measured by adjusting the paving speed, roller rotate speed. The results of this research show that the most influential parameter of powder density is the rotate speed of roller. The powder density is also effected by the paving velocity, but the influence is not significant.
目 錄
摘 要 v
ABSTRACT vi
誌 謝 vii
目 錄 viii
表目錄 x
圖目錄 xi
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究背景與目的 3
1.3 論文架構 4
第二章 文獻回顧 5
2.1 積層製造簡介 5
2.2 國內外相關研究 6
2.3 粉體鋪層積層製造系統相關研究 9
2.3.1 Binder Jetting 9
2.3.1.1 石膏粉末類 9
2.3.1.2 陶瓷粉末-直接薄殼生產鑄造 DSPC 11
2.3.1.3 金屬粉末-Direct metal Tools 12
2.3.2 Powder Bed Fusion 12
2.3.2.1 SLS (Selective Laser Sintering) 13
2.3.2.1 SLM(Selective Laser Melting) 14
2.3.3 粉體鋪層積層製造系統文獻總結 15
2.4 粉體鋪層系統相關研究 15
第三章 更換槽體粉末鋪層系統介紹 20
3.1 鋪層原理 20
3.2 機台規劃 22
3.2.1 結構設計 22
3.2.2 X軸移動平台設計 23
3.2.3 Z軸垂直升降平台設計 33
3.2.4 更換槽體設計 37
3.2.5 更換槽體固定設計 39
3.3 機台組裝 43
第四章 鋪層設備控制系統 45
4.1 控制板之選擇 45
4.2 步進馬達之控制 46
4.3 電腦控制運動程式 49
第五章 鋪層測試與實驗 52
5.1 使用材料 52
5.2 鋪層穩定性測試 54
5.3 鋪層實驗 57
5.3.1 刮刀鋪層實驗 57
5.3.2 滾輪鋪層實驗 59
5.4 實驗探討 61
第六章 結論與未來展望 62
6.1 結論 62
6.2 未來展望 63
參考文獻 64
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[34]台灣三住股份有限公司,FA工廠自動化用機械標準零件,2015 台灣版,滾珠螺桿產品型錄,Page. 467。
[35]台灣三住股份有限公司,FA工廠自動化用機械標準零件,2015 台灣版,線性滑軌產品型錄,Page. 379。
[36]台灣三住股份有限公司,FA工廠自動化用機械標準零件,2015 台灣版,定位珠產品型錄,Page. 1245。
[37]台灣三住股份有限公司,FA工廠自動化用機械標準零件,2015 台灣版,磁性基座產品型錄,Page. 1736。
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