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研究生: 胡兆言
Chao-Yen Hu
論文名稱: 提升材料噴塗成型式積層製造列印品質之研究
Study on improvement of printing quality for material-jetting additive manufacturing
指導教授: 鄭逸琳
Yih-Lin Cheng
口試委員: 蔡明忠
Ming-Jong Tsai
田維欣
Wei-Hsin Tien
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2018
畢業學年度: 106
語文別: 中文
論文頁數: 172
中文關鍵詞: 材料噴塗成型表面粗糙度列印品質
外文關鍵詞: Material jetting, Surface roughness, Printing quality
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  • 材料噴塗成型技術(Material Jetting, MJ)是精準度較高的3D列印製程之一,而製程中支撐材的使用是必須的。但列印成品去除支撐材後,其表面粗糙度及尺寸精度不佳。故本研究針對機台各模組進行設計及優化、由製程參數測試中找出最適化參數並且提出能提升列印品質之策略進行研究,藉由以上的改善方法使得成品品質提升。

    本研究使用自組光固化3D列印機,並針對機構各模組進行設計及優化提升機台的穩定性以及列印品質。同時從液滴基本性質、疊層厚度、滾輪最佳轉速以及材料的墨量選擇等測試中找出各項最適合之參數。接著本研究使用最適合之參數並配合本研究所提出之列印策略進行測試,從中發現此改善後的製程與原先相比,成品的表面粗糙度大幅降低了63%,而在XY水平方向的尺寸精度也從原先的誤差4.8%降到0.3%。由此可證明本研究所做的製程改善以及提出之列印策略皆能使成品在去除支撐材後的表面品質提升。


    Material Jetting (MJ) is one of the more accurate 3D printing processes, and the use of support material in the process is necessary. However, after the finished product is printed and the support material is removed, the surface roughness and dimensional accuracy are poor. Therefore, this study designed and improved each module of the machine, found the most suitable parameters from the process parameter tests and proposed a strategy to improve the printing quality. The above improved methods improved the quality of the finished product.

    This study used a self-created light-curing 3D printer. Also, designing for each modules of the machine to improve the stability and the printing quality. At the same time, the most suitable parameters are found out from the tests of the basic properties of the droplets, the thickness of the laminate, the most suitable rotational speed of the roller, and the selection of the amount of material. Then, it used the most suitable parameters and the printing strategy proposed by this study together to do tests. It was found that the improved process was significantly reduced by 63% compared to the original process, and the dimensional accuracy in the XY horizontal direction was reduced from the original error of 4.8% to 0.3%. It proves that the process improvement and the proposed printing strategy of this research can improve the surface quality of the finished product after removing the support material.

    目錄 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機與目的 3 1.3 研究方法與步驟 4 1.4 論文架構 5 第二章 文獻探討 6 2.1 積層製造技術(ADDITIVE MANUFACTURING,AM) 6 2.1.1 光聚合固化技術(Vat Photopolymerization) 8 2.1.2 材料擠製成型技術(Material Extrusion) 9 2.1.3 材料噴塗成型技術(Material Jetting) 10 2.1.4 黏著劑噴塗成型技術(Binder Jetting) 12 2.1.5 粉體熔化成型技術(Powder Bed Fusion) 13 2.1.6 疊層製造成型技術(Sheet Lamination) 14 2.1.7 指向性能量沉積技術(Directed Energy Deposition) 15 2.2 目前市面材料噴塗成型類型機種介紹 16 2.2.1 光固化樹脂類型支撐材 16 (一) Stratasys Objet 30 Pro[12] 16 (二) Stratasys Connex3 Objet 260[13] 17 (三) Stratasys J750[14] 18 2.2.2 相變化類型支撐材 19 (一) 3D Systems Projet 3510[15] 19 2.3 列印成品品質相關 21 2.4 材料噴塗成形技術製程相關 22 2.4.1 液滴及波型相關技術 22 2.4.1 滾輪相關技術 23 第三章 機台架構及基本設定 27 3.1 XYZ軸向模組 30 3.2 列印噴頭模組 32 3.3 列印平台模組 36 3.4 供料模組 38 3.5 壓力控制模組 41 3.6 整平模組 43 3.6.1 整平模組設計優化 44 3.6.2 滾輪與成形平板之校正 45 3.7 光源固化模組 47 3.8 機台基本設定 49 3.8.1 波形匯入 49 3.8.2 噴頭控制軟體 49 3.8.3 人機介面 50 3.8.4 氣壓控制 51 3.8.5 列印參數設定 52 第四章 最適化參數測試 54 4.1 材料與波形選擇 55 4.1.1 實驗材料 55 4.1.2 波形設計 57 (一) 基礎單脈衝波形設計 58 (二) 實驗波形選擇 59 4.2 液滴基本參數量測 60 4.2.1 接觸角 61 (一) 接觸角量測方法 61 (二) 接觸角量測結果 62 4.2.2 液滴墨量 64 (一) 液滴墨量量測方法 64 (二) 液滴墨量量測結果 65 4.2.3 液滴大小及位置 67 (一) 液滴大小量測 68 (二) 噴印位置驗證 70 4.3 層厚的定義 73 4.3.1 填平面測試 73 4.3.2 整平高度選擇 75 4.3.3 多層整平結果 77 4.4 平板與滾輪速度選擇 79 4.4.1 平板速度 79 4.4.2 滾輪轉速 80 (一) 最佳滾輪轉速估算 82 (二) 滾平之表面粗糙度量測 85 4.5 支撐材墨量影響比較 87 4.5.1 單層列印接觸線比較 88 4.5.2 多層列印側面疊層比較 90 第五章 提升列印品質之策略與驗證 93 5.1 列印策略 94 5.1.1 單層列印比較 94 5.1.2 多層堆疊趨勢推測及驗證 96 (一) 趨勢推測 97 (二) 趨勢驗證 99 5.1.3 多層截面比較 101 5.2 成品驗證 104 5.2.1 尺寸量測 105 (一) XY方向尺寸驗證 106 (二) Z方向尺寸驗證 124 (三) 多層列印成品尺寸驗證 126 5.2.2 接觸面表面粗糙度 128 (一) 三角斜面 129 (二) 長方體長邊 132 (三) 長方體短邊 135 (四) 斜截面 138 (五) 綜合比較 141 第六章 結論與未來研究方向 144 6.1 結論 144 6.2 未來研究方向 145

    參考文獻
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    無法下載圖示 全文公開日期 2023/07/19 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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