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研究生: 陳政宇
Zheng-Yu Chen
論文名稱: 基於桌上型LCD-Based光固化系統實現適應性層厚積層製造技術
Adaptive Additive Manufacturing Technology for Desk-top LCD-Based Vat-photopolymerization System
指導教授: 蔡明忠
Ming-Jong Tsai
口試委員: 汪家昌
Jia-Chang Wang
鄭逸琳
Yih-Lin Cheng
郭永麟
Yong-Lin Kuo
蔡明忠
Ming-Jong Tsai
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: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 100
中文關鍵詞: 積層製造光聚合固化智慧製造LCDG-code適應性層厚
外文關鍵詞: Additive manufacturing, Vat-photopolymerization, Intelligent manufacturing, Liquid-crystal display, G-code, Adaptive slicing
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  • 現今大多使用光固化技術的積層製造系統,層與層之間的厚度是固定的,採用較細切層,則會造成製造時間冗長,無法有效率列印出精度較高的工件。如果希望有較快的成型速度,則要縮小層數;亦即要增加層厚。本研究主要目標為在可接受的誤差內,透過不等層厚積層製造法,增加低成本高解析度LCD-Based光固化桌上型系統的物件成型速度。
    一般現行的LCD-Based光固化系統製程當中花費最多時間的部分,是在Z軸運動上升與下降的過程。因此,本研究的目標希望以不等層厚切層後處理,產生新的G-code製程檔案的方法減少層數,藉此加快整體列印速度。本研究先將預先切層好的固定層厚光罩資料,再加上STL三角網格資料,必藉此計算出相鄰兩層之間的距離與角度,透過不等層厚演算法進行切層整合。最後,再藉由G-code後處理的方法,產生出LCD-Based光固化機台所可以使用的G-code控制碼,最終使用低成本LCD-Based桌上型光固化機台完成適應性製造,達到適應性切層製造的目標。而使用者可依照當下的使用需求,自行設定最大輪廓差δ_m、最大固化層厚,自行在精度與時間中取得一個平衡。
    本研究針對4種對稱的物件,進行不等層厚切層的電腦製作模擬與實際製作。另針對三種不對稱物件,藉由不等層層厚演算法,在δ_m=50μm的條件設定下,可提升大約15.87%的製造時間,有效提升系統成型效率。


    Most of today's additive manufacturing systems, the thickness between layers is fixed. It will result in lengthy fabrication time for a thinner layer thickness. If a faster speed is desired, the layer number is reduced which means the layer thickness must be increased. So the main purpose of this study is to reduce the object fabrication time of high-resolution Desk-top LCD-Based vat-photopolymerization System via adaptive additive manufacturing method within acceptable tolerances.
    It was found that the most time-consuming part of a Desk-top LCD-Based vat-photopolymerization System process is the process rising and falling of Z-axis motion. Therefore, the aim of this study is to reduce the number of layers by adaptive slicing algorithm, thereby speeding up the overall fabrication time. Researcher will pre-process the mask data, and combine with the STL triangle grid data, and calculate the center gap on distance between two neighbor layer through the adaptive slicing algorithm. Finally, the G-code that can be used by a Desk-top LCD-Based vat-photopolymerization System is generated by the post-processing method. The user can set the maximum length δ_m according to the desired requirements, and make a balance between the accuracy and the printing time.
    This study investigated four different symmetrical objects, by using computer simulation and actual production of adaptive slicing thickness. From the experimental results, three different asymmetrical objects with the proposed method with condition of δ_m=50μm, the fabrication time can be saved up to 15.87% compared to the fixed layer slicing. The system forming efficiency can be effectively improved.

    中文摘要 III ABSTRACT IV 致謝 V 目錄 VI 圖目錄 VIII 表目錄 XII 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機與目的 2 1.3 研究方法 3 1.4 本文架構 4 第二章 文獻回顧與相關技術探討 5 2.1 光聚合固化技術發展 5 2.2 積層製造加工原理 6 2.3 光罩式快速原型系統 7 2.3.1 上照式快速原型系統 7 2.3.2 下照式快速原型系統 12 2.4 STL檔案格式 15 2.5 適應性切層 17 第三章 系統架構及研究方法 23 3.1 實驗方法 23 3.2 實驗系統架構 24 3.3 硬體架構 25 3.3.1 Arduino控制板 25 3.3.2 8.9inch LCD面板 27 3.3.3 Reprap1.4馬達控制板 28 3.3.4 UV紫外光背光固化模組 30 3.4 系統程式 32 3.4.1 不等層厚演算法 33 3.4.2 C#.Net G-code後處理軟體介面設計 38 3.4.3 Creation Workshop切層軟體 41 第四章 實驗結果 45 4.1 硬體架構測試 46 4.2 樹酯與背光源關係固化實驗 47 4.3 CREATION WORKSHOP 切層結果 52 4.4 不等層厚演算法結果 53 4.5 C#人機介面產生G-CODE結果 54 4.6 等層厚與不等層厚列印結果比較(對稱型) 56 4.6.1 實際列印結果(葫蘆狀) 66 4.6.2 實際列印結果(半球狀) 68 4.1 等層厚與不等層厚列印結果比較(不對稱型) 69 第五章 結論與未來發展方向 83 5.1 結論 83 5.2 未來發展方向 84 參考文獻 85

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    無法下載圖示 全文公開日期 2024/08/19 (校內網路)
    全文公開日期 2024/08/19 (校外網路)
    全文公開日期 2024/08/19 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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