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研究生: 郭菘逸
Sung-Yi Kuo
論文名稱: 基於適應性離型速度控制之LCD光固化積層製造系統研究
Study of Adaptive Lifting Speed Control for a LCD-Based Additive Manufacturing
指導教授: 蔡明忠
Ming-Jong Tsai
口試委員: 江卓培
Cho-Pei Chiang
鄭逸琳
Yih-lin Cheng
楊振雄
Chen-Hsiung Yang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 自動化及控制研究所
Graduate Institute of Automation and Control
論文出版年: 2020
畢業學年度: 108
語文別: 中文
論文頁數: 85
中文關鍵詞: 積層製造適應性離型速度光固化荷重元
外文關鍵詞: Additive Manufacturing, Adaptive Lifting-speed, Vat Photo-polymerization, Load Cell
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  • 現今大多桌上型光固化3D列印系統,切層厚度是固定的,而且每層成型軸拉升的速度也是相同的,如此一來,列印過程中造成的離型力導致列印成功率可能會受到影響。本研究以高解析度LCD-Based之桌上型積層製造系統為基礎,探討下照式光固化機台在列印離型過程中離型力對物件成型的影響。
    本研究在成型軸上安裝荷重元,透過荷重元以及利用不同光罩面積與不同成型軸拉升速度的拉力實驗來探討列印過程中產生對應的離型力。藉由其關係,可以得知在不同成型面積及最大拉力限制下之離型拉升速度。本研究藉由影像處理計算出每一層切層完畢之圖檔的光罩面積,再藉由拉斷實驗的結果,取2倍的拉應力為安全值,進行最大耐拉力推論,透過建立關係式計算出每一層合適的成型軸拉升速度,使得列印更有效率。最後產生出新的G-code,並把影像傳送至高解析度LCD螢幕,最後搭配光固化樹脂與荷重元,用較短時間完成列印。本研究使用三種不同小型物件(截面積從4 mm2~900 mm2不等)與固定拉升速度(30mm/min)相比,發現平均可以減少約14%的列印時間。此外,本研究也開發出一個及時拉力監控的人機介面,藉由列印過程中離型力的感測,來判斷列印有無異常狀況發生。


    In today's Desk-top Vat Photo-polymerization based 3D printing systems, the thickness of each slicing layer is fixed, and the lifting speed of the forming shaft for each layer is also the same. So, the lifting force caused during the printing process may affect printing efficiency. This research is based on the LCD-Based desktop additive manufacturing system, and discusses the effect of the lifting force on the object during the printing process of a button-up 3D printer.
    In this study, a load cell is installed on the forming shaft. Through the load cell and the lifting-force test using different mask areas and different lifting speeds, the generated stress force during the lifting process is measured. In this study, image processing is used to calculate the mask area after each layer is sliced, and then inference is made by the results of the lifting-force experiments, and a proper lifting speed of each layer is calculated through the relation. A new G-code is finally generated, and the image is sent to the high-resolution LCD screen. Finally, the light-curing-resin and load cell are used to complete the printing in a shorter time. After actual printing experiments of three small objects which the slicing area are from 4 mm2~900 mm2, the reduced printing time is about 14% in average. Furthermore, this study has also developed a HMI for lifting-force monitoring in real time, which senses the lifting-force during printing to determine if abnormal conditions occur.

    致謝 I 摘要 II ABSTRACT III 目錄 IV 圖目錄 V 表目錄 IX 第一章 緒論 10 1.1 研究背景 10 1.2 研究動機與目的 1 1.3 研究方法 1 1.4 本文架構 2 第二章 文獻回顧與相關技術探討 4 2.1 積層製造發展介紹 4 2.2 光聚合固化成型技術發展介紹 5 2.3 LCD螢幕照射(LCD動態光罩)方式 9 2.4 拉拔力特性分析與探討 10 2.5 拉力感測器分析 14 2.5.1 應變計 16 2.5.2 惠斯登電橋 17 第三章 系統架構及研究方法 19 3.1 實驗方法 19 3.2 實驗系統架構 20 3.2.1 Arduino控制板 22 3.2.2 5.5吋LCD面板 25 3.2.3 UV光源 26 3.2.4 荷重元(Lord cell)與放大器模組-HX711 27 3.3 程式架構 30 3.3.1 Arduino程式 31 3.3.2 Creation Workshop列印介面 33 3.3.3 C#人機介面 34 3.4 樹脂固化實驗與拉力實驗 38 第四章 實驗結果與結論 43 4.1 光固化樹脂固化實驗結果 44 4.2 拉力實驗結果 45 4.2.1拉斷實驗結果 45 4.2.2拉力實驗結果 47 4.3.3適應性離行速度結果 53 4.3 人機介面成果 61 4.3.1圖檔影像處理和產生G-code 61 4.3.2拉力監控介面 63 4.3.3系統產生G-code結果 65 4.4 列印結果比較 69 第五章 結論與未來展望 73 5.1結論 73 5.2未來展望 74 參考文獻 75

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    無法下載圖示 全文公開日期 2023/08/27 (校內網路)
    全文公開日期 2025/08/27 (校外網路)
    全文公開日期 2025/08/27 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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