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研究生:陳冠豪
研究生(外文):Guan-Hao Chen
論文名稱:FDM 3D列印品質參數之影響趨勢分析
論文名稱(外文):Analysis of FMD 3D Print Quality Parameters
指導教授:姚威宏
指導教授(外文):Dr. Wei-Hung Yau
學位類別:碩士
校院名稱:國立勤益科技大學
系所名稱:機械工程系
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:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:90
中文關鍵詞:3D列印FDM
外文關鍵詞:3d printFDM
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現今3D列印(3D printing)已經發展到成熟的階段,許多製造商直接利用3D列印技術來製造其產品以節省開模的費用,使3D列印造就大量客製化的趨勢。
3D列印使得加工走向多功能化與複合化,而熔融沉積成形 (Fused Deposition Modeling;FDM)這類加工方式之機種也逐漸成為現今市場主流產品之一。
目前FDM技術的3D列印設備種類從除了設備及結構有所差異下,製造原理都是一樣但卻出現設備一樣印出來品質卻不一列印達不到要求,
對於操作者而言,除了使用經驗之外仍需以試誤法(trial and error method)來製造符合設計需求之產品,花費許多時間並無法達到真正快速成形之目的。
本研究目的在於探討影響列印之品質的幾個重大參數如擠出溫度、列印速度、冷卻等,利用建置模型完成模擬列印過程中所可能遇到幾何形狀且記錄各項參數的影響與數值,提供使用者作為成品需求生產參數、預測結果之參考依據,進而縮短FDM開發時間與達到使用需求之目的,根據列印中遇見問題而修改參數。
Nowdays the 3D printing is a developed technology on usage.Many manufacturers are using 3D printing to fribricate parts directly in order to save the cost of mold.Therefore, the 3D printing make trend on large numbers of customization.
The 3D printing makes processing a multi-functional composite.The Fused Deposition Modeling (FDM) and other processing equipment has become one of the mainstream market products.
The 3D printing of FDM device type in addition to the difference between equipment and structure, the manufacturing principle is the same, but the same machine has a print quality is not the same, print can not attain the conditions.
For the end of users, operators still need to use trial and error method that making their product to fulfill their design. It can’t truly reach the way of fast prototyping, even do the shorten development time.
In this experiment, the use of several key parameters that affect print quality, such as, the extrusion temperature, print speed and cooling, design models to simulate the problems encountered in the printing process, and provide reference for the finished product parameters. And then, shorten of the FDM development time and achieve the purpose, in accordance with the requirements encountered in the print request to modify the parameters.
中文摘要 I
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VIII
圖目錄 IX
第一章緒論 1
1.1前言 1
1.3 研究方法與流程 3
1.2研究動機與目的 3
1.4文獻探討 5
1.4.1 3D列印FDM技術文獻 5
1.4.2 PLA材料文獻 6
1.4.4 衝擊試驗相關文獻 7
1.4.5拉伸試驗相關文獻 8
1.4.6 材料特性相關文獻 9
1.4.7 小結 12
1.5論文架構 13
第二章 技術理論與產業概況 14
2.1 3D列印產業介紹 14
2.1.1 3D printing 演化 14
2.2 3D列印於產業上的應用 15
2.2.1服飾產業 15
2.2.2汽車工業 16
2.2.3航太工業 17
2.2.4軍事工業 17
2.2.5醫療產業 18
2.2.6食品產業 19
2.2.7建築產業 20
2.3 3D列印成型技術與配置 20
2.3.1Fused Deposition Modeling(熔融沉積成型,FDM)20
2.3.2 Digital Light Processing,數位光處理(DLP) 21
2.3.3 Stereolithography(SLA) 22
2.3.4 SLA與DLP差異 23
2.3.5 Selective Laser Sintering,選擇性雷射燒結 (SLS)24
2.3.6 Selective Laser Melting( SLM) 與 Directmetal laser sintering ( DMLS) 25
2.3.7 EBDM (電子束直接製造,Electro Beam Direct Manufacturing) 26
2.4 3D列印成型材料 27
2.4.1 塑膠材料 27
2.3.2 金屬材料 30
2.3.3 特殊材料 31
第三章 實驗流程 34
3.1實驗流程與設備 34
3.1.1實驗流程 34
3.1.2 設備增加風扇冷卻 35
3.1.3 3D列印設備 36
3.1.4 白光干涉儀 37
3.1.5 使用材料 38
3.1.6 軟體 38
3.1.7迴歸分析法 38
3.2 Slic3r參數架設 40
3.2.1列印層設定 40
3.2.2填充設定 42
3.2.3 Skirt設定 43
3.2.3速度設定 45
3.2.4材料設定 46
3.3模型繪製 46
3.3.1平台繪製 46
3.3.2角度模型繪製 47
3.3.3四角錐群繪製 48
3.3.4架橋繪製 49
3.3.5薄殼繪製 49
3.3.6精度繪製 50
3.37間隙繪製 50
第四章 研究結果 51
4.1數據、照片對照 51
4.1.1平台 51
4.1.2角度 54
4.1.3四角錐群 56
4.1.4架橋 58
4.1.5薄殼 60
4.1.6精度 62
4.1.7間隙 64
4.2數據比較 65
4.2.1平台 65
4.2.2角度 66
4.2.3四角錐群 68
4.2.4架橋 70
4.2.5薄殼 72
4.2.6精度 74
4.2.7間隙 76
4.2.8總分冷卻與無冷卻 78
4.2.9迴歸分析 79
第五章 結論與未來展望 81
5.1 結論 81
5.2未來展望 82
參考文獻 84
附錄A 87
[1]Dr. Phil Reeves, Incorporating 3D Printing into yourBusiness Model, Stratasys, 2015.
[2]ID經濟部工業局3D列印產業發展計畫,http://www.fastlab.tw/trends/trendposthot 。
[3]http://www.custompartnet.com/wu/fused-deposition-modeling
[4]QUARTZ : 3D printing is not the miracle we were promised https://qz.com/468175/3d-printing-is-not-the-miracle-we-were-promised/
[5]陳哲楷,3D列印相關參數之分析與建立-以FDM為例,碩士論文,國立勤益科技大學,台中,2016。
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[7]Halil Bugdayci, Jonas Grunert, Fabian Keller, Analysis of Slicing-Tools for Fused Deposition Modeling 3D-Printers and comparison of different printers, UniversitätStuttgart, 2014.
[8]Jean Hergel, Sylvain Lefebvre, Clean color: Improving multi-filament 3D prints, EUROGRAPHICS 2014, Volume 33, Number 2, 2014.
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[10]鄭凱元、黃奇安,r-PLA 及r-PLA/PLA摻混物之加工及機械性質評估研究,財團法人塑膠工業技術發展中心,2013綠色科技工程與應用研討會(GTEA),pp.35-38,2013。
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[15]印出新世界-3D列印將如何改變我們的未來 Hod Lipson,Melba Kurman。《賽迪研究院專家組譯》。台北:初版,2014。
[16]DubaiAirshow:Stratasysunveils3D-printedunmannedaerial vehicle
http://www.thenational.ae/business/aviation/dubai-airshow-stratasys-unveils-3d-printed-unmanned-aerial-vehicle
[17]SoumenJana,Amir Lerman, Biotechnology Advances, Volume 33, Issue 8, Pages 1503-1521, 2015.
[18]Jie Sun,Weibiao Zhou,Liangkun Yan,Dejian Huang ,Lien-ya Lin, Extrusion-based food printing for digitalized food design and nutrition control, Available online 6, 2017.
[19]http://www.arch2o.com/europe-building-the-eu-presidency-dus-architects/
[20]3D printing Industry, 3D Printing Processes: The Free Beginner’s Guide,[Online]Available:http://3dprintingindustry.com/3d-printing-basics-free-
beginners-guide/processes/
[21]THRE3D, 3D PRINTING PROCESSES,2014. [Online] Available: https://thre3d.com/how-it-works/3d-printing-process
[22]黃揚升,金屬粉末的製程與應用,253期,PP.13-15
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[24]達泰塑膠工業有限公司
[25]Make:Taiwan,http://www.makezine.com.tw/make2599131456/3d2015-ake-3d
[26]H. Zhou, T. B. Green, Y. L. Joo, “The thermal effects on electrospinningof polylactic acid melts”, Polymer, Vol.47, No.21, pp.7497-7505 , 2006.
[27]丁嘉展,電紡成形條件對紡絲之形貌與直徑之影響,國 立 交 通 大 學,新竹,2000。.
[28]Amina Ali´, Physics of 3D printing, 2017
[29]Hot End Design Theory,http://www.reprap.org/wiki/Hotend_theory
[30]流體力學,Victor L. Streeter, E. Benjamin Wylie, Keith W. Bedford,鄭耀智編譯,台北:二版,2002。
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