簡易檢索 / 詳目顯示

回結果列表
研究生： 高旭麒
Shi-chi Kao
論文名稱： 繞射光學元件微射壓成形之研究
Study on μ-Injection Compression Molding of Diffractive Optical Elements
指導教授： 陳炤彰
Chao-chang Chen
口試委員: 陳恩宗
En-tsung Chen
楊申語
Sen-yeu Yang
劉士榮
Shih-jung Liu
黃國政
Kuo-cheng Hwang
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： 2006
畢業學年度： 94
語文別： 中文
論文頁數： 124
中文關鍵詞： 微射壓成形 、繞射光學元件 、微溝槽 、射出成形
外文關鍵詞： Micro injection compression molding, Diffractive optic element, Micro grooves, Injection molding
相關次數： 點閱：488  下載：11 
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  •  上一筆

    • 本研究目的主要開發可微調式射壓成形技術(μ-Injection Compression Molding, μ-ICM)，並應用此技術製作塑膠繞射光學元件成品，探討微射壓成形製程參數對繞射光學元件表面微溝槽成形性之影響。首先設計繞射光學元件，由原始球面鏡參數，經由光學模擬分析軟體模擬優化之後，得到一組非球面鏡片設計參數，進而設計菲涅耳鏡片。然後進行模具設計以及鏡片之射出成形模流充填分析，並對菲涅耳鏡片進行成形操作視窗討論，比較射出成形、射壓成形以及微射壓成形對菲涅耳鏡片之溝槽成形性率(Transfer Ratio of Groove, TRG)作討論，並探討由壓電致動器在微射壓成形第二段壓縮之最佳啟動時間點，後續搭配田口實驗方法探討微射壓成形製程參數對微溝槽成形率之影響。本研究使用Fanuc Roboshot α15-?A全電式射出成形機及Asahi Kasei 80NH PMMA塑料(MFR 5.5g/10min.)進行實驗，實驗結果發現(1)微射壓成形製程比射出成形與傳統射壓成形可獲得較佳之微溝槽(35.38, 38.14, 42.31μm)或GFR(35.18%)，(2)微射壓成形第二段壓縮啟動時間點應在模穴內最大壓力波峰值出現前進行壓縮動作，(3)微射壓成形製程中影響微溝槽成形率最顯著之因子為模溫，第二段壓縮距離為次重要之因子。本研究結果未來可應用於具有微結構之光學元件，且可針對不同高度之微結構搭配不同之微壓縮行程，改善微結構成形性。

    This research is to develop a novel micro injection compression molding (μ-ICM) process for fabrication of plastic diffractive optic elements (DOE). The DOE was designed with the ZEMAX software for designing the aspheric coefficients and the fresnel lens. Simulation of injection molding by Moldflow was proceeded to evaluate the filling stage and gating system design of mold. The first experimental study was proceeded to find the operation window of fresnel lens and then compare the transfer ratio of grooves (TRG) of the fresnel lens by injection molding (IM), injection compression molding (ICM) and μ-ICM. The second experiment was to determine the best starting time of micro compression activated by a piezo actuator installed in the mold. The third experiment was performed with Taguchi’s method as design of experiments to find the significant parameters of μ-ICM process and to obtain the optimal settings for the best TRG. Results showed that: (1) μ-ICM of the fresnel lens can obtain the highest TRG than that of IM and conventional ICM processes; (2) the second compression movement should be started before the appearance of pressure peak measuring in the mold cavity and (3) mold temperature is the most significant factor for TRG and second compression distance is the second one. Therefore, results of this research can be explored to other optic elements with micro features, such as DOEs used in the zoom lens of camera.

    誌謝…………………………………………………………………......... I 中文摘要………………………………………………………………...II 英文摘要ABSTRACT.....………………………………………………III 目錄……………………………………………………………………..IV 圖目錄List of Figures……………………………………………..….VIII 表目錄List of Tables………………………………………………….ХIII 第一章 緒論……………………………………………………………..1 1.1 前言……………………………………………………………..1 1.2 研究目的與背景………………………………………………..2 1.3 文獻回顧………………………………………………………..3 1.3.1 射壓成形相關文獻回顧…………………………………3 1.3.2 繞射光學元件相關文獻回顧……………………………7 1.4 章節介紹………………………………………………………..9 第二章 繞射光學元件…………………………………………………12 2.1 光傳遞基本理論……..…………………….………………….12 2.1.1 折射與反射. …..………………………………………..12 2.1.2 干涉……………………………………………………..12 2.1.3 繞射..............................................13 2.2 繞射光學元件之發展與特性...……………………………….13 2.3 繞射光學元件之優點與應用...……………………………….15 2.4 繞射光學元件模仁加工法...............................16 第三章 微射壓成形...........................................23 3.1 射壓成形製程............................................23 3.2 微射壓成形製程..........................................24 3.3 射出成形、射壓成形與微射壓成形之比較............................26 第四章 模擬分析...................................................35 4.1 鏡片設計.........................................................35 4.2 光學模擬..........................................................36 4.3 模流分析...........................................................39 第五章 實驗設備及實驗設計規劃............................................55 5.1 模具設計............................................................55 5.2 實驗設備............................................................57 5.2.1 射出成形與射壓成形系統..........................................57 5.2.2 微射壓成形系統..................................................58 5.2.3 感測控制系統....................................................59 5.2.4 量測設備........................................................60 5.2.5 其他實驗設備..................................................60 5.3 實驗設計規劃........................................................61 5.3.1 微溝槽成形率定義..............................................62 5.3.2 微溝槽量測位置.................................................62 5.3.3 實驗準備及量測取樣.............................................63 5.3.4 實驗參數設定...................................................63 5.3.5 田口實驗設計...................................................65 第六章 實驗結果與討論................................................. 84 6.1 球面鏡片............................................................84 6.1.1 射出成形、射壓成形與微射壓成形對成品重量之影響..................84 6.1.2 曲面光彈實驗結果..............................................85 6.2菲涅耳鏡片............................................................86 6.2.1 模流分析與射出成形短射實驗比對..............................86 6.2.2 射出成形成形操作視窗.........................................86 6.2.3 射出成形、射壓成形與微射壓成形實驗結果討論......87 6.2.4 微射壓成形第二段壓縮啟動時間點之實驗結果..........88 6.2.5 微射壓成形參數對微溝槽成形率之實驗結果..............89 第七章 結論與未來研究方向............................................103 7.1 結論..............................................................103 7.2 未來研究方向........................................................104 參考文獻 ...........................................................106 附錄A Delpet 80NH材料性質表.........................................113 附錄B FANUC ROBOSHOT α15-ίA機械性質 ..................................114 附錄C μ-ICM模具BOM表..................................................115 附錄D μ-ICM模具結構圖.................................................116 附錄E Piezomechanik壓電馬達規格.......................................118 附錄F PRECITECH Freeform 705XG超精密鑽石車削輪磨機規格................119 附錄G KISTLER石英壓力感測器6157規格 .................................120 附錄H IO tech DaqBoard/2000訊號擷取控制卡規格 ........................121 附錄I 表面輪廓量測儀規格..............................................122 附錄J KEYENCE VP8550雷射顯微鏡規格....................................123 作者介紹..............................................................124

    【1】 Kyocera.com. 2006 <http://www.kop.co.jp>.

    【2】 Fischetti, Mark, (2005). “Working Knowledge: Take My Pixel”, Scientific American, 3.
    【3】 Knappe and Lampl, W.A., (1984). “Optimum Proccessing Conditions in the Injection/Compression Moulding of Thermoplastics”, Kunststoffe, 74(2), 7–9.
    【4】 Matsuda, Shunsuke, Mitani, Katsuaki, Yoda, Hironori and Nishizawa, Kesaji, (1985). “Apparatus for Injection Compression Molding”, United States Patent, 4519763.
    【5】 Klepek, G., (1988). “Manufacturing Optical Lenses by Injection Compression Molding”, Kunststoffe, 77, 13–26.
    【6】 Friedrichs, B., Friesenbichler, W. and Gissing, K., (1990). “Injection Compression Moulding of Thin-Wall Thermoplastic Parts”, Kunststoffe, 80(5), 13.
    【7】 Yang, S.Y. and Ke, M.Z., (1995). “Influence of Processing on Quality of Injection Compression Molding Disks”, Polymer Engineering and Science, 35(15), 1206–1212.
    【8】 Yang, S.Y. and Lien, L., (1996). “Experimental Study on the Injection Compression Molding of Parts with Precision Contours”, Intern. Polymer Procession, XI(2), 188.
    【9】 Wang, T.J., (1997). “Numerical Simulation of Injection/Compression Molding”, CAE and Intelligent Processing of Polymeric Materials, 79, 83–95.
    【10】 陳永徵 (1998)“射出壓縮成型製程特性暨雙折射率差值模擬計算與量測”，中原大學機械工程研究所博士論文。
    【11】 彭信舒 (1999)“光學產品射壓成型製程特性之研究”，中原大學機械工程研究所碩士論文。
    【12】 張汶雅 (1999)“射出壓縮成型之三維CAE分析”，國立清華大學化學工程研究所碩士論文。
    【13】 吳宗祐 (1999)“射出壓縮成型在精密圓筒件與表面微肋件之應用探討”，國立台灣大學機械工程研究所碩士論文。
    【14】 Chen, C.M., Young, W.B., (2000). “The Effects of Compression Pressure on Injection Compression Molding”, Intern. Polymer Process, 15(2), 176.
    【15】 廖俊郎 (2000)“射出壓縮成型對微型製品光學品質之影響研究”，國立雲林科技大學機械工程研究所碩士論文。
    【16】 Kang, Shinill, Kim, Jong Sung, Kim, Hyun, (2000). “Birefringence distribution in magneto-optical disk substrate fabricated by injection compression molding”, Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, 39(3), 689–694.
    【17】 陳宜正 (2001)“具補強肋之塑膠射出壓縮成型品表面凹痕與翹曲變形”，國立雲林科技大學機械工程研究所碩士論文。
    【18】 粘世智、楊申語 (2002)“射出壓縮於精密塑膠零件成形應用”，震雄工業月刊雜誌，2–3。
    【19】 陳宗平 (2001)“微射出模溫控制系統及微結構轉寫能力探討”，國立臺灣大學機械工程學系碩士論文。
    【20】 蘇義豊 (2002)“射出壓縮成型於導光板之製程參數分析”，大葉大學機械工程學系碩士論文。
    【21】 林昆燁 (2002)“射出壓縮成型於楔型版之研究”，長庚大學機械工程學系碩士論文。
    【22】 蔡森章 (2002)“具微小結構或貫穿孔之薄肉及微射出成形研究”，國立雲林科技大學機械工程研究所碩士論文。
    【23】 Yan, C., Nakao, M., Go, T., Matsumoto, K., Hatamura, Y., (2003). “Injection molding for microstructures controlling mold-core extrusion and cavity heat-flux”, Microsystem Technologies, 9, 188–191.
    【24】 張宏榮 (2004)“微射出壓縮成型於背光模組導光板微結構之研究”，龍華科技大學機械工程學系碩士論文。
    【25】 Gotoh, Kiyohito and Ichioka, Hiromi, (2004). “Injection Compression Molding Method for Optically Molded Products”, United States Patent, 6705725
    【26】 蕭文佳 (2005)“精密微光學平台塑膠微射出成型模具製程及成型技術之研究”，國立雲林科技大學機械工程研究所碩士論文。
    【27】 Young, Wen-Bin, (2005). “Effect of process parameters on injection compression molding of pickup lens”, Applied Mathematical Modelling, 29, 955–971.
    【28】 Aoyama, Shigeru, Hone, Noriyoshi, and Yamashita, Tsukasa, (1990). “Micro Fresnel Lens Fabricated by Electron-Beam Lithography”, SPIE, 1211, 175–183.
    【29】 Ogata, Shiro, Yoneda, Masahiro, Maeda, Tetsuo and Imanaka, Koichi, (1991). “Low Cost and Compact Fibre-to-Laser Coupling with Micro Fresnel Lens”, SPIE, 1544, 92–100.
    【30】 Zhu, Bing Fu, Nogues, Jean-Luc, Howell, Layne and Moreshead, William, (1994) “Fabrication and characterizaton of pure silica Fresnel lenses”, SPIE, 2263, 141–152.
    【31】 Clark, Peter P., Chao, Yvonne Y. and Hines, Kevin P., (1995). “Production application of injection molded diffractive elements”, SPIE, 2600, 106–111.
    【32】 Lamb, David J., Chipman, Russell A., Dimmock, John O., Hiliman, Lloyd W. and Takahashi, Yoshiyuki, (1998). “AIRWATCH: The Collection Optics”, SPIE, 3445, 495–504.
    【33】 Watson, Michael D., Jayroe, Robert R., (1999). “Fresnel Lens Solar Concentrator Design Based on Geometric Optics and Blackbody Radiation Equation”, SPIE, 3781, 85–93.
    【34】 Gregory, Don A., Peng, Guolin, (2001). “Random facet Fresnel lenses and mirrors”, Optical Engineering, 40(5), 713–719.
    【35】 Gill, David, Dow, Thomas and Sohn, Alex, (2001). “Precision Replication of Micro-Optics Through Injection Molding”, ASPE Annual Meeting.
    【36】 Min, Sung-Wook, Jung, Sungyong, Park, Jae-Hyeung, Lee, Byoungho, (2002). “Study for wide-viewing integral photography using an aspheric Fresnel-lens array”, Optical Engineering, 41(10), 2572–2576.
    【37】 柯俊宏 (2002)“紅綠藍三色光分波會聚繞射元件之設計與製作”，國立交通大學光電工程研究所碩士論文。
    【38】 傅春能、林宗信 (2002) “繞射元件鏡面加工量測與應用”，機械工業雜誌，140–147。
    【39】 Takaki, Yasuhiro, Nakanuma, Hiroshi, (2003). “Improvement of multiple imaging system used for natural 3D display which generates high-density directional images”, Proceedings of SPIE, 5243, 42–49.
    【40】 張維中 (2003)“以基因區域搜尋演算法設計繞射型濾波元件”，國立交通大學光電工程研究所碩士論文。
    【41】 Jang, Sun-Joo, Kim, Seung-Chul, Koo, Jung-Sik, Park, Jung-Il, Kim, Eun-Soo, (2004). “100" 3D Real Image Rear-Projection Display System based-on Fresnel Lens”, Proceedings of SPIE, 5618, 204–211.
    【42】 連世璋 (2004)“雷射光束平坦化繞射元件之設計與製作”，中華大學電機工程研究所碩士論文。
    【43】 Lin, Jian-Shian, Huang, Wei-Chih, Hsu, Hsiu-Chen, Chang, Ming-Wen and Liu, Chung-Ping, (2005). “A study for the special Fresnel lens for high efficiency solar concentrators”, Proceedings of SPIE, 5942, X1–X9.
    【44】 Chen, Wen-Gong and Uang, Chii-Maw, (2005). “The Optimal Design of Fresnel lens for a Reading Light System with LEDs”, Proceedings of SPIE, 5911, 1–12.
    【45】 Canon.com. 2006 <http://www.canon.com>.
    【46】 Toyotec.com. 2006 <http://www.toyotec.com>.
    【47】 ALPS.com. 2006 <http://www.alps.co.jp>.
    【48】 林志峰 (2003)“矽模仁之微溝槽射出成形研究”，國立台灣科技大學機械工程研究所碩士論文。
    【49】 李世光、廖宏榮 (1997) “繞射式光學元件”，光電通訊，67， 5–9。
    【50】 Eberle, H., (1998). “Micro-Injection Moulding – Mould Technology”, Kunststoff plast Europe, 1344–1346.
    【51】 曾增春 (1983)“溫度量測學”，科技圖書，66–123。
    【52】 陳永坤 (2005)“雙面微結構之薄件射出成形研究”，國立台灣科技大學機械工程研究所碩士論文。
    【53】 曾淑玲 (2005)“非球面塑膠鏡片收縮誤差補償之研究”，國立台灣科技大學機械工程研究所碩士論文。
    【54】 Ross, Phillip J., (1996). “Taguchi Techniques for Quality Engineering”, Second edition, McGraw-Hill.

    QR CODE