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研究生: 許郁淞
Yu-Sung Hsu
論文名稱: 以多壓電式噴頭實現CMYW彩色3D列印技術研發
Development of a CMYW Color 3D Printing Technique Based on Multiple-Piezoelectric Heads
指導教授: 蔡明忠
Ming-Jong Tsai
口試委員: 郭永麟
none
鄭逸琳
Yih-Lin Cheng
汪家昌
Jia-Chang Wang
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: 2016
畢業學年度: 104
語文別: 中文
論文頁數: 87
中文關鍵詞: 積層製造3D列印材料噴印壓電噴頭光固化樹酯彩色
外文關鍵詞: Additive Manufacturing, 3D printing, Material Jetting, Piezoelectric head, Photopolymer resin, Color
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  • 本研究之主要目的是開發一套利用多個壓電式噴頭來實踐 CMYW 彩色 3D 列印系統。本研究使用壓電噴印積層製造技術中的為基礎之材料噴塗成型技術(MJ, Material Jetting)為技術主軸,並整合壓電式噴頭與光固化樹酯。本系統整合CMYW 的混色圖檔處理、軸向控制模組、多壓電噴頭控制模組、光敏樹酯的固化模組、與週邊模組。運用四種不同顏色的光敏樹酯對應到四個串列的壓電噴印噴頭,以實現彩色 3D 列印工作。本彩色 3D 成型系統之軸向控制及週邊模組控制是基於 PC-Based 環境來開發的,系統中以 Visual C#為程式語言所開發的人機界面程式,同時可以做機台控制、自動列印程序、噴頭監控等。在經由彩色3D模型列印實驗結果,可以確定採用基於壓電噴頭噴印與彩色光敏樹脂之材料噴塗成型製程的實用性。 最終彩色成型設備的平面解析度為 300 dpi,最小層厚為 5μm,3D 成型物件具有 64 色以上的色彩呈現。


    This study aims to construct a CMYW color 3D printing system based on multiple piezoelectric heads. This research method focuses on MJ (Material Jetting) process, an Additive Manufacturing technique, and the integration of piezoelectric Ink-Jet and photopolymer resin. The host system integrates CMYW color mixing image process, motion control module, multiple piezoelectric heads control module, photopolymer resin curable module, and peripheral module etc. Four photopolymer resins with different colors (Cyan, Magenta, Yellow and White) are fed into four individual piezoelectric heads for achieving color 3D printing work. The axis control and related module control in this color 3D printer are developed under PC-Based windows environment. In this system, a Visual C# programmed HMI (Human Machine Interface) is implemented for machine control, automatic printing process, printing head control and monitoring task etc. The feasibility of Material Jetting process based on multiple piezoelectric heads and color photopolymer resin is verified by the experiments of several color 3D models. The printing resolution in X-Y plane is 300 dpi, and the minimum layer thickness is 5μm. A 64-color 3D printing object is successfully fabricated in this research.

    中文摘要 Abstract 誌 謝 目 錄 圖索引 表索引 第1章 緒論 1.1 前言 1.2 研究動機與目的 1.3 研究方法 1.4 論文架構 第2章 文獻探討 2.1 積層製造技術 2.1.1 光聚合固化技術(Vat Photopolymerization) 2.1.2 材料噴塗成型技術(Material Jetting) 2.1.3 黏著劑噴塗成型技術(Binder Jetting) 2.1.4 材料擠製成型技術(Material Extrusion) 2.1.5 粉體熔化成型技術(Powder Bed Fusion) 2.1.6 疊層製造成型技術(Sheet Lamination) 2.1.7 指向性能量沉積技術(Directed Energy Deposition) 2.2 噴印技術原理 2.3 彩色積層製造發展現況 2.4 文獻回顧與小結 第3章 彩色積層製造系統架構 3.1 設計概念 3.2 各軸向運動控制 3.2.1 X軸、Z軸選用 3.2.2 Y軸選用 3.2.3 光學尺回授裝置 3.2.4 光遮斷器 3.2.5 滾平裝置 3.3 壓電噴頭模組 3.3.1 壓電噴頭控制卡 3.3.2 壓電噴頭驅動卡 3.3.3 壓電噴頭 3.4 輔助裝置 3.4.1 負壓裝置 3.4.2 負壓感測裝置 3.4.3 固化光源 第4章 控制系統架構 4.1 前言 4.1.1 程式架構 4.1.2 開發環境 4.2 PC-Based運動控制軸卡 4.2.1 運動控制軸卡 4.2.2 四軸向訊號輸出入控制模組 4.2.3 I/O控制模組 4.3 壓力裝置迴路設計 4.4 壓電噴印動作流程 4.5 壓電噴頭噴印技術 4.5.1 噴印解析度規劃 4.5.2 製程疊層規劃 4.5.3 噴印製程顏色配置 4.5.4 噴印製程規劃 4.5.5 噴印定位參數 4.5.6 噴頭對齊參數 4.5.7 墨滴成型厚度與滾平裝置間的疊層方法 4.6 壓電噴頭噴印技術之圖檔處理 4.6.1 彩色物件分色技術 4.6.2 彩色模型分色圖檔規劃 4.6.3 壓電噴頭圖檔處理 4.7 軟體開發 4.8 小結 第5章 彩色噴印成型實驗 5.1 前言 5.2 墨滴固化實驗 5.2.1 墨滴量測 5.3 面成型路徑實驗 5.3.1 線條成型 5.3.2 平面成型 5.4 噴頭對位實驗 5.4.1 樣板設計 5.4.2 多噴頭對位實驗結果 5.5 噴印成品的尺寸量測 5.6 CMY噴印與CMYW噴印在不同視角之呈現 5.7 印製成品色彩呈現之色域探討 5.7.1 色導表印製實驗 5.8 顏色呈現實驗 5.8.1 彩色實驗結果 5.9 彩色模型噴印實驗 5.9.1 彩色模型實驗結果 第6章 結論與未來展望 6.1 結論 6.2 未來工作與展望 參考文獻

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