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研究生:王靖凱
研究生(外文):WANG, JING-KAI
論文名稱:熱處理對PLA積層製造表面粗糙度影響之研究
論文名稱(外文):Study on the Surface Roughness of Additive Manufacturing PLA Parts with Heat Treatment
指導教授:王珉玟
指導教授(外文):WANG, MIN-WEN
口試委員:王珉玟李銘孝張國明陳茂盛
口試委員(外文):WANG, MIN-WENLEE, MING-HSIAOCHANG, KUO-MINGCHEN, MAU-SHENG
口試日期:2018-01-25
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
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:2018
畢業學年度:106
語文別:中文
論文頁數:69
中文關鍵詞:積層製造聚乳酸表面粗糙度加熱表面處理
外文關鍵詞:Additive ManufacturingPLASurface RoughnessHeating Surface Treatment
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近年來,積層製造技術(Additive Manufacturing, AM)提供從各種材料來建造初始原型的能力。熔融沉積製造(FDM)是積層製造技術工藝之一,是透過塑料細絲來產生3D物件。然而FDM技術是透過堆疊方式來逐一建構模型,由於料與料之間有間隙存在,以及在進行堆疊建構工件時,所造成的階梯效應都會影響其產品的表面品質問題,由於目前在進行表面品質改善大多是使用化學溶劑的化學方式來進行,因此本研究將利用物理表面處理方式,利用FDM技術來製作聚乳酸(PLA)的產品,透過使用高溫燒結爐的加熱來對PLA產品進行表面處理方式,以改善產品的表面粗糙度品質,研究中將使用田口實驗方法,將FDM製程的影響因素與加熱爐處理的影響因素結合,透過田口實驗找出最佳處理的參數來改善其表面品質。從本研究實驗結果得知,在燒結爐處理溫度140℃時,FDM所製造的層高厚度0.1 mm的圓柱體試片與立方體試片,在這溫度下放入來處理,其處理時間10 min,所得到的表面粗糙度是最好的,其表面粗糙度分別為0.6328 μm與0.5098 μm。

In recent years, Additive Manufacturing (AM) offers the ability to build initial prototypes from a variety of materials. Fused Deposition Manufacturing (FDM) is one of additive manufacturing techniques that produce 3D objects through plastic filaments. However, there are some shortcomings in the manufacture of FDM. Such as, FDM technology builds models one by one by stacking, due to the existence of gaps between the material and the material, as well as in the construction of the stack to build the workpiece, the ladder caused by the impact of the quality of their products surface quality problems. Although, the current improvement of the surface quality is mostly chemical solvent chemistry. Therefore, this study will use physical surface treatment, the use of FDM technology to produce polylactic acid (PLA) products, by using a high-temperature sintering furnace, PLA products to the surface treatment to improve the quality of the product surface roughness. The study will eventually use Taguchi experimental methods, the FDM process factors and furnace heating factors combined with Taguchi experiment to find the best treatment parameters to improve the surface quality.From the experimental results of this study, it is found that when the sintering furnace temperature is 140 ℃, the cylindrical test specimen and the cubic test specimen with the thickness of 0.1 mm made by FDM are placed at this temperature and the processing time is 10 min, the resulting surface roughness is the best, the surface roughness of 0.6328 μm and 0.5098 μm, respectively.

摘要 i
ABSTRACT ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 viii
第一章 緒論 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究動機與目的 2
1-3 論文架構 4
第二章 文獻回顧 5
2-1 AM列印技術介紹 5
2-1-1 AM演進與列印原理 5
2-1-2 AM技術現況 7
2-2 聚乳酸(PLA)材料介紹 10
2-3 積層製造表面處理 11
2-4 田口方法介紹 13
第三章 研究方法 17
3-1 FDM設備介紹 17
3-2 切層軟體介紹 18
3-3 實驗材料 19
3-4 實驗製作流程 20
3-5 實驗處理設備與量測設備 21
第四章 研究過程與結果討論 23
4-1 實驗的製作 23
4-2 表面處理前 28
4-3 表面處理後 37
第五章 結論與未來展望 52
參考文獻 54

圖目錄
圖1-2-1 層高厚度階梯效應的影響 2
圖2-1-1 積層製造技術七大製程技術分類 5
圖2-1-2 多個AM列印機器人協同生產與作業 8
圖2-1-3 自主自造AM列印機器人列印方式 9
圖2-4 S/N回應圖示意圖 16
圖3-1 FDM技術的SmartBot Fit列印機 17
圖3-2 本研究FDM所用的切層軟體- SmartBot 3D Printer 19
圖3-3 為本研究所使用的PLA材料 19
圖3-4 本研究實驗流程圖 21
圖3-5 本研究所使用的實驗與量測設備 22
圖4-1-1 圓柱體測試的試片尺寸 23
圖4-1-2 在140℃測試試片失敗成品圖 25
圖4-1-3 本研究實驗可以有效處理視窗的曲線圖 27
圖4-1-4 測試試片處理後表面改善情況的成品圖 27
圖4-2-1 圓柱體放在切層軟體上所呈現製造的列印路徑 28
圖4-2-2 立方體試片在切層軟體上所呈現的列印角度痕跡 29
圖4-2-3 未進行處理的九組圓柱體試片圖 32
圖4-2-4 立方體試片的尺寸圖 33
圖4-2-5 未進行處理的九組立方體試片圖 36
圖4-3-1 為進行處理後的九組圓柱體試片圖 37
圖4-3-2 用光學顯微鏡所拍的圓柱體試片處理前與處理後比較(1) 38
圖4-3-3 用光學顯微鏡所拍的圓柱體試片處理前與處理後比較(2) 39
圖4-3-4 用光學顯微鏡所拍的圓柱體試片處理前與處理後比較(3) 40
圖4-3-5 圓柱體試片處理後的實驗結果S/N回應圖 43
圖4-3-6 為進行處理後的九組立方體試片圖 44
圖4-3-7 用光學顯微鏡所拍的立方體試片處理前與處理後比較(1) 45
圖4-3-8 用光學顯微鏡所拍的立方體試片處理前與處理後比較(2) 46
圖4-3-9 用光學顯微鏡所拍的立方體試片處理前與處理後比較(3) 47
圖4-3-10 立方體試片處理後的實驗結果S/N回應圖 50
圖5-1 透過此處理視窗可有效地改善產品的表面粗糙度 52
圖5-2 使用不同的溫度與時間來進行處理的結果實際圖 52

表目錄
表2-1 積層製造技術七大製造分類 6
表2-4 L9 ( 34 )直交表 14
表3-1 FDM技術的SmartBot Fit機台規格 18
表3-3 PLA材料使用規格表 20
表4-1-1 圓柱體測試用的試片製程參數 24
表4-1-2 圓柱體測試試片調整後的製程參數 26
表4-2-1 田口實驗的圓柱體試片製程參數 30
表4-2-2 圓柱體試片的田口實驗L9(33)直交表 30
表4-2-3 圓柱體試片L9(33)田口實驗配置表 31
表4-2-4 圓柱體試片實驗前的尺寸與未表面處理的粗糙度數據 31
表4-2-5 立方體試片的製程參數 34
表4-2-6 立方體試片的田口實驗L9(34)直交表 34
表4-2-7 立方體試片L9(34)田口實驗配置表 35
表4-2-8 立方體試片實驗前的尺寸與未表面處理的粗糙度數據 35
表4-3-1 圓柱體處理完後其尺寸紀錄與表面粗糙度值 41
表4-3-2 圓柱體試片表面處理完的田口實驗編組數據 42
表4-3-3 圓柱體試片處理後的實驗結果S/N回應表 43
表4-3-4 圓柱體試片實驗的變異數分析 44
表4-3-5 立方體試片處理後的尺寸紀錄與表面粗糙度值 48
表4-3-6 立方體試片表面處理完的田口實驗編組數據 49
表4-3-7 立方體試片處理後的實驗結果S/N回應表 50
表4-3-8 立方體試片實驗的變異數分析 51


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