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研究生: 陳貞佑
Zhen-You Chen
論文名稱: 下照式DLP高速3D列印失敗因子之探討
Study on Failure Factors of Bottom-up DLP High Speed 3D Printing
指導教授: 鄭逸琳
Yih-Lin Cheng
口試委員: 鄭正元
陳崇賢
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: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 99
中文關鍵詞: 光固化聚合技術光下照式光罩成型系統高速3D列印死區
外文關鍵詞: Vat polymerization, Bottom-up mask projection, High speed 3D printing, Dead zone
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  • 下照式光聚合技術流程中,分離力的問題一直是值得深入探討的問題,因為這個問題大幅度影響了 DLP 列印技術之速度以及限制了成型物件尺寸。直至 2015年Carbon3D公司開發出CLIP 技術,成功解決分離力的問題,並實現了連續列印的概念。本研究將採用類似CLIP原理之抑制材料聚合技術應用於DLP連續列印技術,而在列印的過程中發現成型物件截面逐漸產生層紋,進而導致列印的失敗,因此本研究的目的為探討連續列印過程中影響列印失敗的因素,進而改善高速列印成品的品質。
    本研究分別以薄膜抑制材料消耗與樹脂聚合速率改變等失敗可能的因素進行分析,發現列印後樹脂的固化深度會受影響,並透過實驗驗證影響樹脂固化深度下降的因素為因抑制材料與自由基所產生的低活性自由基小分子。此外,若樹脂添加過量光起始劑濃度會產生大量自由基,進而影響死區厚度並導致列印失敗,且不同光起始劑濃度材料應配合適當的薄膜抑制材料濃度,並使低活性自由基小分子產生的量與被聚合物帶走的量達到平衡,得以改善樹脂對列印的影響,來提升連續列印成型物件的品質。


    In the bottom-up mask projection stereolithography technique, the problem of separation force has been in-depth discussion because it greatly affects the printing speed and limits the design of the size and features of printed objects. Until Carbon 3D developed CLIP technology in 2015, it solved the separation force problem, also achieved the concept of continuous printing. This study will use inhibition of radical polymerization and apply to bottom-up DLP system, but we found some defects on the cross-section of the printed object, which led to the failure of printing. Therefore, the purpose of this study is to study on the factors of printing failure during printing process, and improve the quality of printed product in the high speed 3D printing.
    In this study, we analyze the failure factors of inhibitor consumption and resin polymerization rate and found the curing depth of resin after printing was affected. The reason is low activity free radicals produced by inhibitor which affect the resin polymerization rate. In addition, if the resin is added with excessive photoinitiator, a large amount of free radicals will be generated, which will affect the thickness of the dead zone and cause printing failure, and different photoinitiator concentration should be match with appropriate inhibitor concentration. Also, the amount of low activity free radicals is balanced with the amount carried away by the polymer to solve the effect of the resin and improve the quality of the printed product.

    目錄 摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 XI 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機與目的 3 1.3 研究方法 4 1.4 論文架構 5 第二章 文獻探討 6 2.1 光固化式積層製造技術 6 2.1.1 積層製造技術(Additive Manufacturing) 6 2.1.2 光聚合固化技術(Vat Photopolymerization) 8 2.1.3 立體光固化成型技術(Stereolithography) 9 2.1.4 數位光投影成型(Digital Light Processing) 10 2.2 光固化自由基聚合原理 12 2.2.1 自由基反應機制[5] 13 2.2.2 影響自由基反應因素[6] 15 2.3 下照式成型技術降低分離力之方法 16 2.3.1 物理上降低分離力的方式 17 2.3.2 化學上降低分離力的方式 19 第三章 實驗設備與材料介紹 27 3.1 下照式DLP成型系統 27 3.1.1 下照式動態光罩成型系統 27 3.1.2 動態光罩產生器 29 3.1.3 樹脂槽(含抑制薄膜) 31 3.1.4 動態光罩控制軟體 31 3.1.5 Step-pull-up列印方式 32 3.2 實驗材料與配方 33 3.2.1 實驗材料 33 3.2.2 光固化樹脂配方 34 3.3 抑制薄膜性質檢測方法 36 3.3.1 死區厚度測試方法 36 3.3.2 薄膜抑制材料濃度選擇 38 3.3.3 死區厚度的變化趨勢 40 第四章 抑制材料膜技術與測試方式 41 4.1 抑制材料聚合技術介紹 41 4.2 抑制材料聚合技術對連續列印之影響 42 4.2.1 列印失敗的可能因素 43 4.2.2 不同列印情況樹脂對列印的影響 47 4.2.3 連續列印死區的形成 55 4.3 測試設備與方法 57 4.3.1 光功率量測儀器 57 4.3.2 S型荷重元(S Load cell) 58 4.3.3 傅立葉轉換紅外線光譜儀分析(FTIR) 60 第五章 列印失敗因子測試與分析 61 5.1 列印後材料固化深度下降的分析 61 5.1.1 FTIR分析結果 62 5.1.2 抑制自由基反應原理 66 5.2 連續列印失敗的分析 68 5.2.1 材料光起始劑濃度 69 5.2.2 薄膜抑制材料濃度 74 第六章 結論與未來研究方向 82 6.1 結論 82 6.2 未來研究方向 83 參考文獻 84

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    無法下載圖示 全文公開日期 2024/08/26 (校內網路)
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