臺灣博碩士論文加值系統

本研究致力於主動式大型上拉光成型積層製造系統開發，期能滿足肺臟醫療模型製作及未來相關設備開發研究方向的參考依據，以往的上拉式光聚合固化技術在列印過程中依照模型斷面面積所產生的離型力，將會影響列印成品甚至損毀，導致上拉式設備無法製作出大尺寸之模型。
本文使用上拉式光聚合固化技術(Stereo Lithography Apparatus)，針對離型力進行研究，於樹脂槽端增加了一撓性材料並加以控制來降低離型力，而光源的部分加入雙投影影像拼接擴大成型面積，加大成型尺寸之極限，以及提出主動式離型技術，而且仍可保持解析度，以及離型力分析、探討並提出實驗建議，來達成主動式上拉光成型積層製造設備之條件。
本研究開發出有效降低離型力之主動式大型上拉光成型積層製造設備，突破傳統製程限制，可製造出平面解析度能夠達100微米像素(100µm/Pixel)，而最大尺寸能到達192 x 216 x 300毫米，經由撓性樹脂槽的精準控制，具高解析度及低離型力的數位製造技術，配合控制軟體的調控，其中包跨了光學影像產生功能、動態光罩、投影機調校，影像變形校正等功能，已達全自動積層製造設備，不論本研究設備或離型力實驗的成果，於上拉式光成型積層製造系統的市場上皆具有獨特性以及提供可靠的參考依據。 

The Vat photopolymerisation (VP) is an additive manufacturing process that is widely used for prototyping in automotive, medical, bioengineering and others industrial fields. The Bottom-Up configuration DLP type VP printer is getting popular in the market because of the advantage of high detail ability to print objects. But the print size is limited due to the pulling force is proportional to the area of the object and too large force will make the part not able to print. This issue has limited the printable area, life-cycle of the tank and the printing time. In order to overcome this critical issue, an active separation method is proposed.
In this paper, an Active Separation Method for Bottom-Up Stereolithography (ASBUS) is described. A prototype system has been build up to perform this innovative process. The real time status of the pulling force is analyzed and discussed. Both ASBUS and conventional process are used to evaluate the pulling ability in terms of large area. Few large format objects are printed as the results.

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 2
1.3 研究目的 5
1.4 研究架構 6
第二章 文獻回顧 7
2.1 醫工病例 7
2.1.1 手術模擬 7
2.1.2 培養人工器官 9
2.1.3 植入物製作 11
2.2 光聚合固化技術 12
2.2.1 雷射式積層製造系統簡介 12
2.2.2 面照射積層製造系統簡介 13
2.2.3 光聚合固化技術分析 15
2.3 上拉式光聚合固化積層製造系統之離型技術 15
2.3.1 主動式離型技術 16
2.3.2 被動式離型技術 19
2.4 結論 22
第三章 主動式上拉光成型積層製造系統開發 23
3.1 製程原理 23
3.2 機構設計 25
3.2.1 機台結構 25
3.2.2 升降機構與懸臂機構 26
3.2.3 動態光罩系統選擇 27
3.2.4 樹脂槽 28
3.3 電控設計 30
3.3.1 Arduino & Ramps 1.4 30
3.3.2 步進馬達與驅動器 32
3.3.3 抽水幫浦 33
3.3.4 其他Arduino模組 34
3.4 軟體控制及介面 34
3.4.1 電腦控制流程架構 34
3.4.2 電腦控制程式主介面 35
3.5 系統組裝 37
第四章 主動式上拉光成型積層製造系統 成型實驗39
4.1 實驗設計與準備 39
4.1.1 使用材料 39
4.1.2 光學校正 40
4.1.3 成型測試 42
4.1.4 離型力記錄 45
4.2 實驗與結果討論 51
4.2.1 光學校正 51
4.2.2 成型測試 53
4.2.3 離型力記錄 57
4.3 離型力分析與討論 60
4.3.1 主動式離型波型分析 60
4.3.2 被動式繃膜離型波型分析 64
4.3.3 主動式與被動式離型分析 66
4.3.4 整體數據分析 67
4.3.5 離型力分析與討論分析 67
4.4 成型結果 69
第五章 支氣管模型製作 71
5.1 模型生成 71
5.2 支氣管製作 73
5.3 類支氣管模型 74
5.4 支氣管模型製作成果 75
第六章 結論與未來展望 76
6.1 結論 76
6.2 未來展望 77
參考文獻 78

[1] 國家發展委員會，中華民國人口推估（105至150年），
[2] 衛生福利部統計處，104年死因統計結果分析，
[3] 衛生福利部國民健康署，台灣地區中老年身心社會生活狀況長期追蹤，
[4] 3d printing industry，Baby Gabriels Brain Is Replicated By 3D Printing To Aid His Surgery，https://3dprintingindustry.com/news/baby-gabriels-brain-replicated-3d-printing-aid-surgery-32617/
[5]3dprint.com，Complex Surgery to Separate Conjoined 10-Month-Old Twins Aided by Detailed 3D Printed Medical Model，https://3dprint.com/46627/3d-print-model-conjoined-twins/
[6]mail online，Creepy human replica could train future surgeons: 3D printed body that breathes and bleeds can recreate the trauma of emergency operations Read more: http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-3809685/Creepy-human-replica-train-future-surgeons-3D-printed-body-breaths-bleeds-recreate-trauma-emergency-operations.html#ixzz4qkeggVGn Follow us: @MailOnline on Twitter | DailyMail on Facebook，http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-3809685/Creepy-human-replica-train-future-surgeons-3D-printed-body-breaths-bleeds-recreate-trauma-emergency-operations.html
[7] Columbia University Medical Center，Meniscus Regenerated with 3-D Printed Implant，http://newsroom.cumc.columbia.edu/blog/2014/12/10/3d-printed-meniscus/
[8] José L. Aranda*, Marcelo F. Jiménez, María Rodríguez and Gonzalo Varela，Tridimensional titanium-printed custom-made prosthesisfor sternocostal reconstruction，
[9]Hull, C. (1986). Apparatus for Production of Three-Dimensional Objects by StereoLithography, us Patent 4,575,330.，https://patents.google.com/patent/US4575330A/en
[10]pinshapeblog，How Do 3D Printers Work? The 4 3D Technologies You Should Know，https://pinshape.com/blog/how-do-3d-printers-work-sla-fdm-sls/
[11]Ali El-Siblani、Volker Schillen、Hendrik John，Device and method for producing a three-dimensional object by means of mask exposure，https://patents.google.com/patent/US8126580B2/en
[12]Autodesk Ember (2015) [Websites message]. Retrieved from https://ember.autodesk.com/
[13]Formlabs Form2 (2015) [Websites message].http://formlabs.com/
[14]Bilal Khatri, Stanislav Sherman, Bernhard Roth, Thomas Hanemann,”Optically and rheologically tailored polymers for applications in integrated optics” Sensors and Actuators A: Physical, Vol 241, 15 April 2016, Pages 224–230
[15]Hubertus Theodorus Petrus VAN ESBROECK，Additive manufacturing device and method，https://patents.google.com/patent/US20150137426A1/en
[16]陕西恒通智能机器有限公司，一种平面光固化快速成型装置及方法，https://patents.google.com/patent/CN103203875A/zh
[17]Kao-Chih Syao，Stereolithography apparatus，https://patents.google.com/patent/US9452567B2/en
[18]Envisiontec，https://envisiontec.com
[19]Envisiontec GmbH，Process for the production of a three-dimensional object with an improved separation of hardened material layers from a construction plane，
https://patents.google.com/patent/US8394313B2/en
[20]Justin Elsey，Apparatus and method for making an object，https://patents.google.com/patent/US20130270746A1/en
[21]miicraft，http://www.miicraft.com/
[22]姚志锋、贺云、孟令阳，一种3d打印机及其料槽,及料槽的制作方法，
https://patents.google.com/patent/CN104875391A/zh