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研究生： 吳韋廷
Wei-Ting Wu
論文名稱： 使用CAD/CAM應用於曲面造型之製程
The manufacturing process of utilizing CAD/CAM for surface modeling
指導教授： 施宣光
Shen-Guan Shih
口試委員: 施宣光
Shen-Guan Shih
許志霖
Zhi-Lin Xu
蔡欣君
Shin-Jyun Tsaih
彭雲宏
Yun-Hong Peng
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 設計學院 - 建築系
Department of Architecture
論文出版年： 2023
畢業學年度： 111
語文別： 中文
論文頁數： 50
中文關鍵詞： 數位製造 、可展曲面 、貝茲曲面 、電腦輔助設計 、電腦輔助製造
外文關鍵詞： CAD, CAM, Digital Manufacturing, Developable Surfaces, B-spline Surfaces
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    • 本研究旨在探討CAD/CAM在自由曲面造型方面的應用，並提供相關的數學邏輯和製造過程步驟，在實際CAD/CAM應用中遇到的問題，並提供解決方案，使曲面造型的設計與製造過程更加順利和高效，首先，本研究介紹了CAD/CAM的基本概念和工作原理，著重於在曲面造型中的數學邏輯，探討了幾種常見的曲面模型：

    可展曲面、貝茲曲面和B-spline 曲面，並闡述了它們的數學原理和特點，了解後才能針對曲面的類型進行拆解，並且深入分析了在CAD/CAM製造過程中可能遇到的問題，如曲面的拆解和排列等，最後透過實際的設計案例，驗證了這些數學邏輯和步驟的可行性，幫助設計師或製造單位更好地理解和應用雙向曲面造型，並展示了CAD/CAM在製造曲面造型方面的優勢和效益。

    最後，總結了本研究的未來發展和結論，提供了一個綜合的框架，幫助室內設計師在CAD/CAM 的輔助下進行自由曲面造型的設計和製造，研究的成果對於提高設計效率、加強設計與製造的一致性和精確性具有重要的實踐價值，此外，也為未來相關研究流程和建議提供了一個良好的基礎和參考。

    The aim of this research is to explore the application of CAD/CAM in freeform surface
    modeling and provide relevant mathematical logic and manufacturing process steps. It addresses the challenges encountered in practical CAD/CAM applications and provides solutions to make the design and manufacturing process of surface modeling smoother and more efficient.

    Firstly, the study introduces the basic concepts and working principles of CAD/CAM, with a focus on the mathematical logic in surface modeling. It discusses several common types of surface models, including developable surfaces, Bézier surfaces, and B-spline surfaces, explaining their mathematical principles and characteristics. Understanding these concepts is essential for decomposing surface types and conducting an in-depth analysis of potential issues that may arise during the CAD/CAM manufacturing process, such as surface decomposition and arrangement.

    第一章 緒論 01 1.1 研究背景與動機 01 1.1.1 研究背景 01 1.1.2 研究動機 02 1.1.3 設計與製造 02 1.2 研究目的 03 1.3 研究架構 03 第二章 文獻探討 05 2.1 CAD/CAM使用工具介紹 05 2.1.1 參數式設計(Rhino+Grasshopper) 06 2.1.2 拆解構造排版(Rhino+Grasshopper+OpenNest) 06 2.1.3 數控雕刻機（CNC，Computer Numerical Control） 07 2.2 文獻探討 08 2.2.1 沃羅諾伊圖(Voronoi，又稱The Polygon Phase)製程 08 2.2.2 自由曲面木構製程 09 2.3 傳統技藝與數位構築的結合與差異 10 2.3.1 優缺點分析 10 2.3.2 總結 10 第三章 可展曲面(Developable Surfaces) 11 3.1 可展曲面的概述 11 3.2 可展曲面的類型 11 3.2.1 圓柱體(Cylinders) 11 3.2.2 圓錐體(Cones) 11 3.2.3 空間曲線的切曲面(Tangent Surfaces Of Space Curves) 12 3.3 應用於室內空間設計 12 3.4 展開圓柱體 13 3.5 展開圓柱體的實際應用案例 14 3.5.1 店面櫥窗造型製作步驟 14 3.5.2 拱門造型製作步驟 17 3.6 展開圓錐體 20 3.6.1 展開圓錐體 20 3.6.2 展開圓錐體其他範例 21 3.7 展開切面圓錐體的實際應用案例 22 3.8 可展曲面的總結 24 第四章 雙向曲面(Double Curved Surface) 25 4.1 雙向曲面的概述 25 4.2 拆分曲線與曲面 26 4.3 雙向曲面的類型 27 4.4 雙向曲面實際應用案例 28 4.4.1 貝茲曲面應用案例-主題牆造型 28 4.4.2 B-spline曲面應用案例-藤藝藤椅 30 4.4.3 細分曲面應用案例1-櫥窗樹裝置 33 4.4.4 細分曲面應用案例2-原木寵物家具 36 4.5 雙向曲面的總結 39 第五章 雙向曲面(Double Curved Surface)應用複合材質 40 5.1 雙向曲面的複合材質概述 40 5.2 雙向曲面製程方式 41 5.3 雙向曲面複合材質實際應用案例 42 5.3.1 FRP曲面造型案例-商業空間櫃台 42 5.3.2 GRG 曲面造型案例-住宅空間天花板 44 5.4 雙向曲面複合材質的總結 47 第六章 CAD/CAM 總結與未來發展 48 6.1 CAD/CAM具體成果與未來發展 48 6.2 製程注意事項 48 6.3 研究結論與心得 49 參考文獻 50

    〈Architectural Geometry〉
    〈蚱蜢初學〉，Grasshopper Tutorial for Beginners_v2021a，編者 何震寰Ho, Jenhwang，陽明交通大學建築 研究所
    〈DMO製造技藝〉，編者 何震寰、方俊傑，迪墨國際股份有限公司，台北
    〈數位建築發展〉，編者 邱茂林，田園城市文化事業有限公司，台北
    〈數位建築的浮現〉，編者 劉育東，胡氏圖書出版社，台北
    〈自由形屋頂構法之研發研究成果報告〉，計畫主持人 魏浩揚，行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告，國立臺灣科技大學建築系
    〈以型態與程序對稱性探討曲面造型之設計與工程整合〉，計畫主持人 施宣
    光，行政院國家科學委員會專題研究計畫 期末報告，國立臺灣科技大學建築系

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