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研究生： 吳威建
WEI-JIAN WU
論文名稱： 微米級積層製造系統研究與開發
Development and research of micro additive layer manufacturing system
指導教授： 鄭正元
Jeng-Ywan Jeng
口試委員: 黃育熙
Yu-Hsi Huang
鐘俊輝
Chun-Hui Chung
郭俊良
none
江卓培
none
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： 2014
畢業學年度： 102
語文別： 中文
論文頁數： 101
中文關鍵詞： 快速成型 、積層製造 、微影
外文關鍵詞： Rapid Prototyping, Additive Layer Manufacturing, lithography
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    • 本論文主要方向為積層製造(Additive Layer Manufacturing)系統結合無光罩微影(Maskless lithography)系統，並嘗試進行大面積影像拼接處理。
    積層製造顧名思義是使用加法製造的方法，將元件分為數層並逐層堆疊(layer by layer)而成。由於積層製造的成型精度因不同製程有所差異，但目前市售機種都沒有達到高解析度，故本研究提出一個系統架構來達到微米級之積層製造技術。本系統架構將問題分為五個方向，分別為如何將能量提升、影像拼接、微影對焦、硬體建構、軟體控制，藉由將投影機之成像配合光學元件聚焦至樹脂進行疊層硬化。並藉由二維電動移動平台結合兩台投影機影像拼接，來達到大面積效果。
    經實驗測試可得到高精度三維微結構，以面成型方式有效縮短製程時間，配合輸入不同成像可製作週期性與非週期性圖案，未來可應用於微米級結構需求之產業，如LCD導光板、微機電元件、生醫產業。

    The main goal of this work is combination of additive layer manufacturing and maskless lithography

    system to create large image by splicing method.

    As it name implies additive layer manufacturing principally is an addition method, the image

    components are divided into several layers and then the layers are combined by stacking them.

    Although multi-layer molding manufacturing technique already exist but it is still not able to

    achieve very high resolution, this study proposes a design to achieve micrometer resolution

    multi-layer manufacturing technology. The structure of the issues are divided into five directions,

    how to increase the energy, image splicing, lithography focus, hardware construction, software

    development. Generation of overlapping resin curing is done by focusing the images via

    projector optics and also to obtain the large area image two projectors were synchronized by the

    aid of two dimensional mobile platform.

    Through the experiment 3D structure with high precision, surface forming with shorten

    processing time, aperiodic images overlapping have been demonstrated. This system

    can be applied in future micro-meter fabrication industry such as LCD light guide plate,

    microelectromechanical system, and biomedical material.

    摘要 I Abstract II 致謝 III 目錄 IV 表目錄 VIII 圖目錄 IX 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究背景及目的 1 1.3 論文架構 3 第二章 文獻探討 4 2.1 積層製造 4 2.1.1 積層製造原理 4 2.1.2 積層製造種類 5 2.1.3 積層製造比較 12 2.2 微元件製造技術 14 2.2.1 歷屆微元件系統設計與成果 18 2.2.2 歷屆成果比較 22 2.3 DLP (Digital Light Processing) 投影機 23 2.3.1數位微鏡元件(Digital Micro-mirror Device, DMD) 23 2.3.2 DMD成像原理 25 2.4 微影(Lithography)技術 27 2.4.1 無光罩微影系統 28 第三章 系統簡介機構設計 30 3.1 微米級積層製造系統 30 3.1.1 上、下照積層製造比較 31 3.1.2 實行方法 33 3.2 能量提升 34 3.2.1 成像縮小實行方法 35 3.2.2 縮小後的問題 38 3.3 影像接合 42 3.3.1 接合系統設計 42 3.3.2 影像收光 44 3.4 樹脂槽、成型平台 46 3.4.1 成型平台設計 46 3.4.2 樹脂槽設計 47 3.5 微影系統設計 48 3.5.1 影像扭曲 49 3.5.2 大面積機構設計 51 3.6 軟體控制 53 3.6.1 光罩 53 3.6.2 電動位移平台控制 54 第四章 微米級積層製造系統之成型性研究 58 4.1 微米級積層製造系統之加工流程 58 4.2 對焦曝光 60 4.2.1 焦距位移與曝光時間之結果 62 4.3 光均勻改善 63 4.3.1 光均勻度改善結果 65 4.4 投影機解析度測試 68 4.5 複數投影機影像接合測試 71 4.6 微結構製作 73 4.7 微米級積層製造系統之成型性探討 75 第五章 總結與未來展望 79 5.1 總結 79 5.2未來展望 81 參考文獻 83

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