臺灣博碩士論文加值系統

微結構為單元週期性重複的多孔結構，可應用於組織工程的細胞支架方面，尺寸視細胞大小而定。製程方面，相較於其它3D列印技術，由於數位光學處理(Digital Light Processing, DLP)之光固化技術有大面積列印且快速的優點，本論文探討如何以DLP 3D列印製作出結構完整的微結構，並且改善製程缺陷，藉由再定義截面圖檔的灰階數值與更動數控代碼(G code)的方式來精進精細度，以利在維持全光場列印同時具有更小的解析度。先探討機台的最小線寬與間距，再對網格圖檔進行線條交界點的非均勻灰階修正以減少角落額外固化(dark cure)，接著探討全光場的能量均勻化，以實際成化情況配合試錯法，以去除缺陷區的影響，最後針對高度方向的光穿透修改切層厚度。研究結果顯示，灰階修正法可成功在全光場(35mm*26.25mm)列印出結構完整的微結構，細部可精確到最小線寬50μm，最小間隙220μm的網格。

目錄
致謝 I
摘要 II
Abstract III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 XIII
第一章 緒論 14
1.1 前言 14
1.2 研究動機 15
1.3 論文架構 16
第二章 文獻回顧 17
2.1 積層製造技術 17
2.1.1 材料擠製成型技術Material Extrusion 17
2.1.2 粉體融化成型技術Powder Bed Fusion 19
2.1.3 光聚合固化技術Vat Polymerization 22
2.2 DLP光固化技術 26
2.2.1 DLP投影機 26
2.2.2 DMD成像原理 27
2.2.3 DLP光固化上照式與下照式比較 28
第三章 原理與分析 31
3.1 能量疊加模擬 32
3.2 網格能量分佈 36
第四章 實驗方法 43
4.1 實驗設備 43
4.2 樹脂配方 46
4.3 列印步驟 46
第五章 結果與討論 51
5.1 機台解析度 51
5.1.1 切層邏輯 51
5.1.2 線寬與間距 58
5.1.3 支架尺寸 63
5.1.4 光場均勻度測試 67
5.1.5 晶格現象 70
5.2 細部灰階修正 72
5.2.1 幾何圖形光疊加 78
5.2.2 角落額外固化(dark cure) 83
5.2.3 邊緣銳利度 93
5.2.4 灰階修正與水平精細度 98
5.2.5 機台極限 103
5.3 全光場灰階修正 109
5.3.1 光場均勻化 110
5.3.2 深度方向光穿透 118
5.4 投影機高解析度模擬 122
5.5 基座設計 129
第六章 結論與未來展望 143
參考文獻 145
附錄 149

 
圖目錄
圖二 1材料擠製成型技術 18
圖二 2以擠出成型含微架構材料製作實例：(a)逐點擠出加熱熔融熱塑性塑膠[18]；(b)逐線擠出加熱熔融之熱塑性塑膠[19]；(c)為(b)之側視放大圖 19
圖二 3選擇性雷射燒結SLS 20
圖二 4選擇性雷射熔融SLM 21
圖二 5 以粉體融化成型含微架構材料製作實例：(a)選擇性鐳射燒結[20] (b)電子束選擇性熔化[21] 21
圖二 6 SLA光固化技術 22
圖二 7下照式DLP光固化技術 22
圖二 8 SLA與DLP基本單元具有不同形狀[8] 24
圖二 9像素的矩形形狀使得彎曲的邊緣呈現階梯狀[8] 24
圖二 10 光致聚製作之合含微架構材料，製作方式分別為：(a) 鐳射立體光刻逐點成化 [26]；(b) DLP 投影機逐層成化 [27]；(c)利用數位微鏡子晶片(DMD) 反射紫外線逐層成型 [28]。 25
圖二 11 以雙光子吸收機制製作之含微架構材料製作, (a)[29]; (b),(c)[30]; (d)[31], 圖中尺標均為10μm。 25
圖二 9 DLP投影機構造 26
圖二 10 單片式DLP投影系統[33] 27
圖二 10 DMD晶片成相原理 28
圖二 12下照式DLP光固化系統示意圖[35] 29
圖二 11上照式DLP光固化系統示意圖[36] 30
圖三 1捲積濾波示意圖 33
圖三 2高斯分佈示意圖 36
圖三 3像素線寬，3像素間隔網格 37
圖三 4 3p3g網格的模擬結果 38
圖三 5 3p3g網格模擬結果_立體 38
圖三 6 3p3g網格模擬結果_表面 39
圖三 7 3p3g網格實際成化 40
圖三 8線條交界點降低灰階數值以減少光疊加造成的額外成化 41
圖三 9線條交界點能量分佈模擬 42
圖三 10 線條交界點能量分佈模擬_結點灰階 42
圖四 1 DLP投影機 43
圖四 2 手持電子顯微鏡 43
圖四 3 超音波震盪機 44
圖四 4 磁石攪拌機 44
圖四 5 電子顯微鏡SEM 45
圖四 6 一般DLP 3D列印步驟[36] 49
圖四 7 切層軟體將3D模型切層2D圖片 50
圖五 1 切層軟體將3D模型切層2D圖片 52
圖五 2 線寬與間距測試模型一_實際列印情況 53
圖五 3 拍攝實際曝光情形 54
圖五 4 線寬與間距測試模型一_實際投影畫面 55
圖五 5 線寬與間距測試模型二 56
圖五 6 線寬與間距測試模型二_實際投影畫面 56
圖五 7 線寬與間距測試模型三 57
圖五 8 線寬與間距測試模型三_實際投影畫面 58
圖五 9 線寬與間距切層圖檔截圖 59
圖五 10 線寬與間距切層圖檔(灰階200)_實際列印情況 60
圖五 11 線寬與間距切層圖檔(灰階175)_實際列印情況 60
圖五 12 像素線寬與三像素線寬_切層圖檔截圖 61
圖五 13 二像素線寬與三像素線寬_實際列印情況 61
圖五 14 3像素寬 6像素間隙網格_切層圖檔 62
圖五 15 3像素寬 6像素間隙網格_切層圖檔 63
圖五 16 缺陷列印成品一_支架沒有成化 64
圖五 17 缺陷列印成品二_外圍支架缺失 65
圖五 18 修改成十字支架 65
圖五 19 3p15g微結構搭配十字支架 66
圖五 20 十字支架SEM照片 66
圖五 21 光場均勻測試一 68
圖五 22 光場均勻測試二 68
圖五 23 光場均勻測試二_細部放大 69
圖五 24 光場均勻測試三 69
圖五 25 DLP 3D列印之晶格現象 70
圖五 26 DLP 3D列印之晶格現象_尺寸量側 71
圖五 27 DMD晶片 71
圖五 28 微鏡片的SEM照片 72
圖五 29 3像素線寬，6像素間隔網格 75
圖五 30 3p6g網格(未修正)模擬結果_立體 75
圖五 31 3p6g網格(未修正)模擬結果_表面 76
圖五 32 3p6g網格(未修正)模擬_結點與空孔 76
圖五 33線條交界點降低灰階數值以減少光疊加造成的額外成化 77
圖五 34線條交界點能量分佈模擬 77
圖五 35 線條交界點能量分佈模擬_結點灰階 78
圖五 36 (a)3p6g網格(未修正)模擬_表面(b)3p6g網格(未修正)模擬_結點與空孔 80
圖五 37 3p6g網格(灰階255)實際成化 81
圖五 38 3像素6間隙網格(灰階170)_ 結點與空孔 81
圖五 39 3像素6間隙網格(灰階150)_ 結點與空孔 82
圖五 40 3像素6間隙網格(灰階170) 82
圖五 41 3像素6間隙網格(灰階150) 83
圖五 42 3p6g網格(整體170.結點130) 85
圖五 43 3p6g網格(整體170.結點130)模擬_立體 85
圖五 44 3p6g網格(整體170.結點130)模擬_平面 86
圖五 45 模擬圖比較(a) 3p6g網格(整體170.無結點修改) (b)3p6g網格(整體170.結點130) 87
圖五 46 3p6g網格(整體170.無結點修正) 88
圖五 47 3p6g網格(整體170.結點150) 88
圖五 48 3p6g網格(整體170.結點130) 89
圖五 49 3p6g網格(整體170.轉角110)_網格截面圖檔 89
圖五 50 3p6g網格(整體170.轉角110)模擬_平面 90
圖五 51 3p6g網格(整體170.轉角110)模擬_結點與空孔 90
圖五 52 3p6g網格(整體170. 轉角110)_實際成化 91
圖五 53 3p6g網格(整體170.結點+轉角110)_網格截面圖檔 91
圖五 54 3p6g網格(整體170.結點+轉角110)模擬_立體 92
圖五 55 3p6g網格(整體170.結點+轉角110)模擬_結點與空孔 92
圖五 56 3p6g網格(整體170.結點+轉角110)_實際成化 93
圖五 57 3像素6間隙網格邊緣銳利度降低_示意圖 94
圖五 58 3p6g網格(銳利度-200%)模擬_結點與空孔 95
圖五 59 3p6g網格(銳利度-400%)模擬_結點與空孔 95
圖五 60 3p6g網格(銳利度-100%)_實際成化 96
圖五 61 3p6g網格(銳利度-200%)_實際成化 96
圖五 62 3p6g網格(銳利度-300%)_實際成化 97
圖五 63 3p6g網格(銳利度-400%)_實際成化 97
圖五 60 3p6g網格(整體170.結點130.銳利度-300%.轉角130) _網格圖檔 99
圖五 61 3p6g網格(整體170.結點130.銳利度-300%.轉角130) 99
圖五 62 3p6g網格(整體170.結點130.銳利度-300%.轉角110) 100
圖五 63 3p6g網格(整體170.結點130.銳利度-300%.轉角100) 100
圖五 64 3p6g網格(整體170.結點130.銳利度-300%.轉角80)_網格圖檔 101
圖五 65 3p6g網格(整體170.結點130.銳利度-300%.轉角80)模擬_結點與空孔 102
圖五 66 3p6g網格(整體170.結點130.銳利度-300%.轉角80)_實際成化 102
圖五 71 3像素3間隙(灰階175)_實際成化情況 104
圖五 72 3像素3間隙(灰階100)_實際成化情況 104
圖五 73 3p3g網格灰階修正模型一 105
圖五 74 3p3g網格灰階修正模型一_實際成化 105
圖五 75 3p3g網格灰階修正模型二 106
圖五 76 3p3g網格灰階修正模型二_實際成化 106
圖五 77 3p3g網格灰階修正模型三 107
圖五 78 3p3g網格灰階修正模型三_實際成化 107
圖五 79 3p3g網格灰階修正模型四_網格圖檔 108
圖五 80 3p3g網格灰階修正模型四_實際成化 108
圖五 81 3p3g網格角落額外固化灰階修正 109
圖五 82 3p15g全光場列印(700ms) 112
圖五 83 3p15g全光場列印(500ms) 112
圖五 84 缺陷區實際成化情況 113
圖五 85 全光場缺陷區修正試錯 113
圖五 86 全光場缺陷區修正試錯_實際成化 114
圖五 87 確認缺陷區範圍 114
圖五 88 確認缺陷區範圍_實際成化 115
圖五 89 確認缺陷區範圍_交界分離 115
圖五 90 全光場缺陷區修正試錯過程 116
圖五 91 全光場缺陷區修正試錯過程_實際成化 116
圖五 92 全光場缺陷區修正試錯最終結果 117
圖五 93 全光場缺陷區修正試錯最終結果_實際成化情況 117
圖五 94 全光場缺陷區修正試錯最終結果_網格外圍(5區)SEM照片 118
圖五 95 全光場缺陷區修正試錯_中央區域過度成化 119
圖五 96 全光場缺陷區修正試錯_中央區域過度成化(斜角拍攝) 120
圖五 97 全光場缺陷區修正試錯_更動曝光次數 120
圖五 98 全光場缺陷區修正試錯_更動曝光次數(斜角拍攝) 121
圖五 99光纖測試側面通透度_全光場 121
圖五 100 光纖測試側面通透度_局部放大 122
圖五 101 3p15g高解析度模擬(1800ms) 124
圖五 102 3p15g高解析度模擬(1800ms)_成化較佳區域 124
圖五 103 垂直支撐測試3600ms(右半灰階+50)_側視圖 125
圖五 104 垂直支撐測試3600ms(右半灰階+50) 125
圖五 105 垂直支撐測試4200ms(右半灰階+25)_側視圖 126
圖五 106 垂直支撐測試4200ms(右半灰階+25) 126
圖五 107 垂直支撐測試5400ms(右半灰階+25)_側視圖 127
圖五 108 垂直支撐測試5400ms(右半灰階+25) 127
圖五 109 3p15g高解析度微結構(網格1800ms+支架3600ms+網格1800ms) 128
圖五 110 3p15g高解析度微結構_放大上半部網格 128
圖五 111 3p15g高解析度微結構_側視圖 129
圖五 112 基座設計_筏基 131
圖五 113 基座設計_筏基側視圖 132
圖五 114 基座設計_裙襯 132
圖五 115 基座設計_裙襯側視圖 133
圖五 116 3*3立柱(半徑1mm) 133
圖五 117 3*3立柱(半徑1mm)_側面 134
圖五 118 3*3立柱二(半徑1.5mm) 134
圖五 119 3*3立柱二(半徑1.5mm)_側面 135
圖五 120 立柱半徑:2.3mm 135
圖五 121 立柱半徑2.3mm_側面 136
圖五 122 基座設計_圓柱支架不足 136
圖五 123 基座設計_圓柱支架不足側視圖 137
圖五 124 基座設計_梅花座 137
圖五 125 基座設計_梅花座(側面) 138
圖五 126 基座設計_中央均勻分佈 138
圖五 127 基座設計_中央均勻分佈(側面) 139
圖五 128 基座設計_添加外圍基座 139
圖五 129 基座設計_添加外圍基座(側面) 140
圖五 130 基座去除時斷裂 140
圖五 131 半徑0.3mm立柱基座去除造成破損 141
圖五 132 基座加上支架 141
圖五 133 基座加上支架_去除支架來移除基座 142
表目錄
表三 1主流3D列印技術比較 31
表四 1樹脂材料表 46

參考文獻
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