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研究生: 韋雨雯
Yu-Wen Wei
論文名稱: 電鍍結合光固化之微金屬3D列印系統之研究
Research of micro metal 3D Printing System using Electroplating and Stereolithgraphy
指導教授: 鄭正元
Jeng-Ywan Jeng
口試委員: 江卓培
Cho-Pei Jiang
蘇威年
Wei-Nien Su
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: 2018
畢業學年度: 106
語文別: 中文
論文頁數: 112
中文關鍵詞: 光固化成型電鍍金屬3D列印微機電
外文關鍵詞: Photopolymerization, Electroplating, Metal 3D Printing, MEMS
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  • 本研究為結合光聚合反應(photopolymerization)以及電鍍(electroplating)之新型微金屬3D列印系統,利用投影機作為動態光罩固化光固化樹脂並阻隔部分金屬基材,而後使用電鍍使未被樹脂遮蔽之基材處沉積金屬,當金屬沉積厚度與固化樹脂厚度相同時視為單層金屬列印完成,如此逐層堆疊直到金屬物件列印完成,此為創新製造方法並導入3D列印於微機電製程中,透過3D列印客製化特點增加微機電製程之製造彈性。
    本研究成功關鍵在於提升樹脂與金屬基材間之貼附性以及降低電鍍沉積金屬層之內應力,前者影響列印成品完整度與尺寸成型最小精度,後者影響多層金屬層列印可行性與成品表面平整度。本論文透過調配不同的光固化樹脂與電鍍液以獲得適用於本研究之材料,並於實際列印中探討電鍍環境參數對列印成品之影響,研究結果發現列印時需慎重考量預鍍離子於鍍液之質傳,透過改善電鍍環境設備與控制電流密度確保預鍍離子可即時補充至預鍍相應位置。本論文最終列印一模數0.2、齒數8且軸直徑600μm之塔式微齒輪,證實結合電鍍與光固化成型技術之可行性,期望未來此研究可順利引入金屬3D列印與微機電製程中,進一步提升其產業滲透率。


    Purpose of this study is for micro metal 3D printing that use photopolymerization and electroplating. Using projector as a dynamic mask and curing the resin to cover part of the substrate with photopolymer, followed by metal stacking by electroforming, so that it is layer by layer until the metal object is completed. This study is an advanced manufacturing method, that has the opportunity to influence the metal 3D printing and microelectromechanical systems market.
    This study focuses on the adhesion between resin and metal substrate, and the internal stress of electro-deposited coating. The adhesion influences completeness and minimum precision of the printing product. The internal stress affects the feasibility of multilayer plating and surface characteristics of the printing. Therefore, this paper improves the resin and plating bath, and discuss the influence of plating environment. The results show that the mass transform play an important role in this method. By controlling the temperature, turbulent and current density in electroplating, the product will successfully printed. Finally, printing a micro convex gear which having 8 teeth with the module of 0.2 and 600μm dimension axis. Looking to the future, this study will help the metal 3D printing and micro electro mechanical systems, to further enhance the penetration of the industry.

    摘要 圖目錄 表目錄 第一章 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 第二章 文獻探討與理論基礎 2.1微結構製程概述 2.1.1奈米轉印製程 2.1.2微機電製程 2.1.3 LIGA 2.2積層製造 2.3 VAT Photopolymerization 2.3.1 Stereolithography 2.3.2 Digital Light Processing 2.4 DMD數位微鏡元件 2.4.1 DMD成像原理與動態光罩 2.5電化學 2.5.1氧化還原反應 2.5.2電化學反應系統 2.5.3電化學反應程序 2.6電鍍相關理論 2.6.1法拉第電解定律(Faraday’s Laws of Electrolysis) 2.6.2電流效率(Current Eddiciency) 2.6.3質量傳送(Mass Transport) 2.6.4鍍層應力 第三章 研究方法與流程規劃 3.1機台架設 3.1.1旋轉升降軸 3.1.2成形槽 3.1.3光固化模組 3.1.4電鍍模組 3.2軟、韌體介紹 3.2.1電控配置 3.2.2灰階質、變形調整軟體 3.2.3光功率量測儀器(Optical Power Meter) 3.3微金屬3D列印流程 3.3.1試片製備 3.3.2試片前處理 3.3.3微金屬3D列印程序 3.4測量儀器 3.4.1 OM 3.4.2 SEM 第四章 樹脂與電鍍液調配與性質檢測 4.1材料系統介紹 4.1.1樹脂 4.1.2電鍍液 4.2檢測方法 4.2.1樹脂貼附性 4.2.2體積收縮率 4.2.3鍍層內應力 4.3檢測結果 4.3.1樹脂貼附性 4.3.2體積收縮率 4.3.3鍍層內應力 第五章 列印結果與討論 5.1先前研究 5.1.1電鍍模組改善 5.1.2電鍍液改善 5.2電流效率與過鍍 5.3實際列印測試 5.3.1鍍液擾動強度 5.3.2電流密度 5.3.3實際列印 第六章 結論與未來展望 6.1結論 6.2未來展望

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