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研究生: 陳宇德
Yu-Te Chen
論文名稱: 奈米氧化鐵粉混入生醫材料應用於積層製造光固化成型技術之研究
Study on Photo-cured Biomaterial with Nano Ferrite Oxide Powder by Additive Manufacturing Technique
指導教授: 鄭逸琳
Yih-Lin Cheng
口試委員: 江偉宏
Wei-Hung Chiang
何明樺
Ming-Hua Ho
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: 2016
畢業學年度: 104
語文別: 中文
論文頁數: 111
中文關鍵詞: 積層製造DLP動態式光罩系統氧化鐵快速攪拌
外文關鍵詞: Digital Lighting Processing, Ferrite oxide
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  • 積層製造光固化技術中,成品精度佳為此製程之主要優勢,但若要增加成品的導磁、導電應用,樹酯在混入顆粒後,必定會影響光固化成型,造成精度喪失與製程上的問題。目前積層製造技術的導磁與導電性材料,皆是把石墨烯與導磁粉末混入高分子線材後,利用熔融沉積成型的技術,加熱線材擠出成型。本研究使用四氧化三鐵粉末,混入生醫光聚合樹酯,並整理成型參數,做為未來導磁性的光聚合生醫材料的成型依據與生醫應用。
    本研究利用DLP動態式光罩系統,在不改變生物及化學性質下,以物理快速攪拌方式,搭配兩種不同材料性質的生醫樹酯材料黏度,使奈米氧化鐵粉混入兩種材料系統成型,探討最大氧化鐵粉末濃度、光啟始劑比例與氧化鐵粉末濃度相互影響的列印時間關係,尋找較佳的列印參數。統整製程參數後,量測各個混入不同氧化鐵粉濃度試片之磁場大小,最後利用已使用於組織工程的可降解性生醫材料,列印出具有磁性的三維磁性結構。研究結果得到,在成型性方面,以較低的四氧化三鐵粉末濃度,搭配3%的光啟始劑,擁有較佳的精度;在考量磁場大小方面,若較無微小孔洞精度偏差的考量,可使用較高濃度的四氧化三鐵,達到更好的導磁應用。


    Photo-curing process has the best accuracy in additive manufacturing. In order to make the workpieces have the applications on conduct electricity and magnet permeability, the particles mixed with resin must cause the accuracy and forming problem. Recently, many researches shows that they have mixed graphene and magnetic powder in polymers, using Fused-Deposition Modeling process to heat the materials and form the workpieces, achieving the requirements of conduct electricity and magnetic permeability. This research mix ferrite oxide powder in bio-resin, investigating the forming parameters and make the photo-curing biomaterials refer in the future.
    Considering the biochemical issue, this research use physical rapid stirring method, collocating with the viscosity of two biomaterials to let the particles mixed and suspension in the resin. Then discuss the influence of manufacturing time between maximum concentration of ferrite oxide and different present of photoresist. After investigating the accuracy of forming parameters and forming features, arranging the better formula and analysis the magnetic permeability of all pieces made by two different type of biomaterials. Finally, use the biodegradable material to make complicated, multi-layer structure, which is used to form the bio-scaffolds. According to the experiment, the lower concentration of ferrite oxide powder with 3% of photoresist TPO, the better accuracy of workpiece. The requirement of higher magnetic permeability, the higher concentration, 3% ferrite oxide powder with acceptable accuracy, can results the better magnetic applications.

    摘 要 ………………………………………………………………………………...i Abstract ………………………………………………………………………………..ii 致 謝 ……………………………………………………………………………….iii 圖目錄 ……………………………………………………………………….……...vii 表目錄 ………………………………………………………………………………..x 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與目的 2 1.3 研究方法 3 1.4 論文架構 4 第二章 文獻探討 5 2.1 積層製造技術(Additive Manufacturing,AM) 5 2.1.1 DLP光固化成型 6 2.2 生醫高分子材料 10 2.2.1 不可降解材料與特性 11 2.2.2 可降解材料與特性 12 2.3 生醫材料的光固化成型應用 14 2.4 應用快速原型技術 15 2.4.1 快速原型加工原理 16 2.4.2 快速原型技術應用於組織工程支架之製造 17 2.5 奈米(金屬)粉末混入高分子材料的相關介紹與應用 20 2.5.1 金屬粉末熔融沉積成型技術(Fused-Deposition Modeling)應用 21 2.6 永久磁鐵材料之性質 25 2.6.1 最大導磁率(Maximum Permeability): 26 2.6.2 磁滯曲線(B-H curve) 26 2.6.3 磁偶極矩 29 第三章 材料合成與系統介紹 31 3.1 實驗藥品與設備 32 3.2 材料介紹與合成材料方式 33 3.2.1 光聚合生醫材料 35 3.2.2 PCL-DA 35 3.2.3 PEG-DA 38 3.2.4 PPG-f6 38 3.2.5 甲基丙烯酸異冰片酯(IBOA) 39 3.2.6 光啟使劑 TPO 40 3.2.7 超分散劑(Hyperdisperant) 41 3.2.8 三丙二醇二丙烯酸酯(TPG-DA) 43 3.2.9 混合材料方式 43 3.2.10 四氧化三鐵奈米粉末 45 第四章 材料檢測與分析 47 4.1 實驗材料與儀器設備 47 4.2 檢測儀器介紹 48 4.2.1 迴轉式動態流變儀(Modular Compact Rheometer) 48 4.2.2 刻模機 49 4.3 檢測結果 50 4.3.1 黏度量測結果 50 4.3.2 快速攪拌分散結果 52 第五章 成型性與實驗參數 58 5.1 實驗介紹 59 5.2 機台系統介紹 60 5.2.1 下照式動態光罩AM系統 60 5.3 成型參數探討 63 5.3.1 最大濃度之奈米氧化鐵粉 63 5.3.2 換料時機 65 5.4 單層圖形探討縮短固化時間參數 67 5.4.1 材料系統A(PPG-f6+IBOA),3%鐵粉 68 5.4.2 材料系統A(PPG-f6+IBOA),1%鐵粉 71 5.4.3 材料系統B(PCL-DA+PEG-DA),3%TPO 75 5.4.4 製程參數統整 79 5.4.5 角落失真因素探討 80 5.4.6 面積誤差 83 5.5 磁場量測 85 5.5.1 超導量子干涉儀 85 5.5.2 磁偶極矩檢測 86 5.5.3 磁場大小 89 5.6 三維圖形結構 91 第六章 結論與未來展望 93 6.1 結論 93 6.2 未來展望 94 參考文獻. 95

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    無法下載圖示 全文公開日期 2021/08/29 (校內網路)
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    全文公開日期 2021/08/29 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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