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研究生: 蔡發達
Fa-Ta Tsai
論文名稱: 三維列印線材混合奈米粉體之特性分析
Characterization of 3D printing filaments blended with nanoparticles
指導教授: 趙振綱
Ching-Kong Chao
口試委員: 楊錫杭
Shieh-H Yang
胡毓忠
Yuh-Chung Hu
黃榮芳
Rong Fung Huang
趙振綱
Ching-Kong Chao
林宗鴻
Tun-Hon Lin
張瑞慶
Re-Che Chang
學位類別: 博士
Doctor
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2017
畢業學年度: 105
語文別: 中文
論文頁數: 109
中文關鍵詞: 三維列印二氧化鈦動態機械性質黏彈性質
外文關鍵詞: 3D print, TiO2, DMA
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  • 三維(3D)列印深具市場潛力,未來應用將越來越廣泛。本文探討市售3D列印線材丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS),以加熱混製法,混入二氧化鈦(TiO2)奈米粉末後之硬度與抗拉強度實驗,並在室溫、50℃、75℃與100℃,四種不同溫度下進行潛變實驗、動態機械性質實驗、黏彈性分析與有限元素分析,並將混製完成的線材以3D列印設備列印成品後相互比較。實驗結果顯示,ABS添加TiO2不影響3D模型列印製程,並能有效提升原材ABS之抗拉強度、硬度、儲存模數等機械性質。由動態機械性質分析觀察得知,添加TiO2奈米粉體亦能略為提升ABS材料對溫度的抵抗能力。其次,將混製完成的奈米複合線材實驗結果以標準固體三參數模型進行黏彈性質分析,其分析結果與實驗結果一致。同時,運用有限元素分析進行奈米複合線材3D列印後成品的潛變性質,模擬結果與線材3D列印後成品實驗結果吻合。本研究顯示,添加TiO2奈米粉體並不影響3D模型的列印製程,且奈米粉級TiO2對於ABS材料有提升機械性質的作用,同時可降低溫度對ABS材料的影響。


    Three-dimensional (3D) printing has attracted enormous interest for potential applications of building diverse products. This work studies the hardness and strength of acrylonitrile butadiene styrene (ABS), a widely used 3D printing filament, blended with TiO2 nanoparticles. The creep testing and dynamic mechanical analysis accompanied with the viscoelastic analysis and finite element analysis of the filaments and printed products at room temperature, 50, 75, and 100 C are also investigated. The results show that the mechanical strength, hardness, and storage modulus of ABS filaments increase by adding TiO2 nanoparticles. The results of dynamic mechanical analysis also show that the ABS filaments blended with TiO2 nanoparticles behave better performance at high temperature. A standard solid three-parameter model is employed to simulate the viscoelastic properties of the filaments. The simulation results agree well with the experimental data. Furthermore, finite element method is used to simulate the creep behavior of the printed specimens. The consistent tendency are achieved between the experimental results and numerical simulation. This work indicated that adding TiO2 nanoparticles effectively improves the thermo-mechanical properties of ABS filaments without reducing the 3D printing productivity.

    目 錄 第一章 緒論 1 1.1 文獻回顧 1 1.2 三維列印成型技術分類 3 1.3 熔融沉積成型機 6 1.4 三維列印、ABS、TiO2的應用 7 1.4.1 三維列印應用 7 1.4.2 ABS應用 10 1.4.3 二氧化鈦應用 12 1.5 研究動機 14 第二章 試片製作與作法 17 2.1 二氧化鈦外觀與粒徑大小 17 2.2 混製設備與參數 18 2.3 能譜分析儀比例確認 19 2.4 列印設備與參數 23 2.4.1 元件繪製 23 2.4.2 列印堆疊設定 23 2.5 實驗架構 25 第三章 理論基礎與實驗設備 27 3.1 動態機械分析理論與設備 27 3.2 拉伸試驗理論與設備 29 3.3 維氏硬度理論與設備 33 3.4 黏彈性分析 35 3.4.1 黏彈性模型 35 3.4.2 動態分析 36 3.5 有限元素分析 37 第四章 結果與討論 39 4.1 動態機械性質分析 39 4.1.1 ABS與混製不同比例TiO2線材動態機械性質實驗結果 40 4.1.2 ABS與混製不同比例TiO2列印試片動態機械性質實驗結果 48 4.2 潛變實驗 57 4.2.1 ABS與混製不同比例TiO2線材潛變實驗結果 57 4.2.2 ABS與混製不同比例TiO2線材列印後潛變實驗結果 63 4.3 拉伸試驗 68 4.3.1 抗拉強度 68 4.3.2 楊氏模數 69 4.4 維氏硬度 72 4.5 黏彈性分析 76 4.5.1 黏彈性模型 76 4.5.2動態分析結果 79 4.6 有限元素分析 81 第五章 結論與未來展望 87 5.1 結論 87 5.2 未來展望 88 參考文獻 89 作 者 簡 介 A

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