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研究生：	黃啟華 Huang, Chi-Hua
論文名稱：	快速原形機之氣霧噴印製程設計 Development of Liquid Spray Process in a Rapid Prototyping Machine
指導教授：	黃聖杰 Hwang, Sheng-Jye
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 機械工程學系碩士在職專班 Department of Mechanical Engineering (on the job class)
論文出版年：	2007
畢業學年度：	95
語文別：	中文
論文頁數：	149
中文關鍵詞：	直交表、田口方法、面成形、霧化、噴嘴、快速原型
外文關鍵詞：	RP, Rapid Prototyping, Spray, Atomizing, Plane Forming, Orthogonal Arrays, Taguchi Methods
相關次數：	點閱：82 下載：7
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快速原型（Rapid Prototyping, RP）系統的原理是利用層堆疊的方式，來建構3D實體工件，目前市售商業型快速原型機之主流仍是以點或線加工的方式製作工件，並且以滾輪或刮板的方式平鋪固定區域面積之成形薄層，在其程上，無法調整平鋪成形薄層之面積大小，使其需花費較長之製作時間及較多之材料成本。
本研究之主要內容為開發一種新式氣霧噴印製程，運用噴槍大面積之噴塗方式，配合工件尺寸大小，快速塗佈一適當面積及膜厚均勻之成形薄層，以面成型加工的方式製作工件，不僅縮短製作時間，亦節省材料成本。此外，將由氣霧噴印製程之系統規劃與設計，包括自動噴槍系統與連續供料與回流系統的建立，至機台噴印成形參數設定與人機介面控制程式之開發做一完整之探討及說明。同時，運用田口式分析實驗，找出機台最佳成形參數設定，如高度、速度、加速度、噴槍開關壓力、噴槍霧化壓力、噴槍塗料流量、回流背壓與齒輪泵浦轉速等最佳設定值。
最後，運用新的人機介面控制程式與最佳實驗參數設定值，以新式氣霧噴印製程技術，噴塗出一均勻平均膜厚約為25 μm之薄層，未來機台製作之工件切層層厚可望達到25 μm；另外，亦運用這些參數設定，以交叉或平行的方式，重覆噴塗鋪層一約120 mm × 150 mm面積之區域，找出層層間最佳均勻性之噴塗方式。

The Rapid Prototyping (R.P.) technology which is used in manufacturing a three-dimensional solid part is based on the layer forming method. Currently, the main streams of commercially available machines use the point or line forming method to create the solid part. The thin polymeric material is delivered by a roller or scraper to form a thin material layer for further layer forming. This process won’t be able to control the size of the forming part.
In this thesis, “Liquid Spray Process” is proposed to use a spray gun to spread a thin layer of polymeric material on the forming bed for further layer forming in a rapid prototyping system. It will decrease time and cost of the current R.P. machines by spread proper size of forming bed. The set up of the system of the automatic spray gun, continuous material supply system, spray parameter setting and man-machine interface control system were discussed in this thesis. Furthermore, the Taguchi Methods were applied to find the close to optimal spray forming parameters including height, velocity, acceleration, control air pressure, atomizing air pressure, fluid flow of spray, material pressure and the revolution of gear pump.
Finally, the uniform coating thickness can reach as low as 25 μm with “Liquid Spray Process” when the close to optimal parameters were used. The uniformity could be maintained whenever the spraying in cross or in parallel with the optimal parameters is used to spread. These two kind spray methods could be used flexibly to follow the requirement of control.

摘要	i
Abstract	ii
誌謝	iv
目錄	v
圖目錄	x
表目錄	xiv
第一章　緒論	1
1　前言	1
2　研究動機與目的	1
3　論文架構	2
第二章　文獻回顧	4
1　快速原型技術之發展	4
2　商業化快速原型系統簡介	6
2.1　固態類	7
2.1.1　疊層式製造（LOM）	7
2.1.2　熔解層積造形（FDM）	9
2.2　液態類	10
2.2.1　立體快速成型裝置（SLA）	10
2.2.2　實體固化成形（SGC）	12
2.3　粉末類	13
2.3.1　局部雷射燒結（SLS）	13
2.3.2　3D列印(3DP)	15
3 國內研究中之噴嘴式快速原型系統簡介	16
3.1　霧化式噴嘴快速原型概念機	16
3.2　微快速原型霧化鋪層系統	17
3.3　UV樹脂氣壓噴塗式快速原型機系統	17
4 噴嘴霧化技術簡介	19
4.1　噴嘴的種類	19
4.1.1　液體加壓式噴嘴(單流體噴嘴)	19
4.1.2　氣體輔助式噴嘴 (二流體噴嘴)	20
4.1.3　超音波式噴嘴	20
4.2　噴嘴霧化的形狀	21
4.2.1　空心錐形	21
4.2.2　實心錐形	22
4.2.3　扇形噴霧	22
4.2.4　微細噴霧	23
4.2.5　液柱流	23
4.2.6　空氣霧化	23
4.3　噴嘴霧化的相關名詞	24
4.3.1　噴霧角度	24
4.3.2　噴霧粒徑	25
4.3.3　噴霧流量分佈	26
4.3.4　影響噴霧性能的因素	30
第三章　氣霧噴印製程之系統規劃與設計	32
1　氣霧噴印製程設計	32
2　噴槍與供料系統之改善	35
2.1　小型自動空氣噴槍	38
2.1.1　噴槍特性與規格	38
2.1.2　噴槍安裝與操作	39
2.2　噴槍開關、霧化空氣調壓控制盤	42
2.2.1　調壓控制盤之氣路安裝	43
2.2.2　調壓控制盤之電路安裝	44
2.3　連續供料及回流系統	45
2.3.1　供料杯與氣動攪拌器	45
2.3.2　齒輪泵浦與回流背壓器	47
2.3.3　½ HP交流變頻馬達及控制面盤	51
3　人機介面控制程式	54
3.1　人機介面程式	55
3.1.1　系統重置模組	56
3.1.2　自動連續控制模組	56
3.1.3　手動控制模組	60
4　噴槍與供料系統之清理與保養	61
第四章　氣霧噴印成形性分析實驗	64
1　實驗方法	64
1.1　實驗材料	64
1.2　實驗設備與儀器	65
1.2.1　岩口二號流量杯（NK-2形）	66
1.2.2　膜厚計	67
1.3　實驗參數特性	68
2　氣霧噴印成形特性分析實驗	70
2.1　噴槍霧化帽對噴塗成形性之影響性實驗	70
2.1.1　扇形霧化帽噴塗成形性實驗	70
2.1.2　實心錐形霧化帽噴塗成形性實驗	72
2.1.3　問題與討論	74
2.2　噴塗高度對噴塗成形性之影響性實驗	74
2.2.1　Test 1a實驗	75
2.2.2　Test 1b實驗	77
2.2.3　Test 2a實驗	78
2.2.4　Test 2b實驗	80
2.2.5　Test 3a實驗	81
2.2.6　Test 3b實驗	83
2.2.7　結果與討論	84
2.3　齒輪泵浦轉速對噴塗成形性之影響性實驗	85
2.3.1　Test 4a實驗	85
2.3.2　Test 4b實驗	87
2.3.3　Test 5a實驗	89
2.3.4　Test 5b實驗	90
2.3.5　結果與討論	92
第五章　氣霧噴印鋪層均勻性分析實驗	93
1　實驗方法	93
2　單次噴塗均勻性田口式分析實驗	93
2.1　品質特性與理想機能	93
2.2　控制因子及變動水準	93
2.3　實驗直交表與實驗數據	94
2.4　因子反應表與反應圖	95
2.5　變異分析	97
2.5.1　S/N比變異分析	97
2.5.2　膜厚值變異分析	99
2.6　最佳設計	100
2.6.1　S/N比預測值	102
2.6.2　膜厚值預測值	102
2.6.3　確認實驗	103
2.6.4　信心區間	103
2.7　調整因子驗證實驗	106
2.8　噴塗寬度實驗	107
2.9　多次噴塗鋪層實驗	110
2.10　結果與討論	114
3　噴塗鋪層均勻性田口式分析實驗	114
3.1　品質特性與理想機能	114
3.2　控制因子及變動水準	115
3.3　實驗直交表與實驗數據	115
3.4　因子反應表與反應圖	118
3.5　變異分析	119
3.5.1　S/N比變異分析	119
3.5.2　膜厚值變異分析	121
3.6　最佳設計	123
3.6.1　S/N比預測值	124
3.6.2　膜厚值預測值	124
3.6.3　確認實驗	125
3.6.4　信心區間	125
3.7　調整因子驗證實驗	127
3.8　結果與討論	129
4　重覆噴塗鋪層均勻性分析實驗	129
4.1　實驗與量測方法	129
4.2　結果與討論	131
第六章　結論與未來研究方向	136
1　結論	136
2　未來研究方向	137
參考文獻	138
附錄一　單次噴塗均勻性田口式分析實驗直交表	140
附錄二　單次噴塗均勻性田口式分析實驗－確認實驗數據	141
附錄三　單次噴塗均勻性田口式分析實驗－調整因子驗證實驗數據	142
附錄四　單次噴塗均勻性田口式分析實驗－多次噴塗鋪層實驗數據	143
附錄五　噴塗鋪層均勻性田口式分析實驗直交表	144
附錄六　噴塗鋪層均勻性田口式分析實驗－確認實驗數據	145
附錄七　噴塗鋪層均勻性田口式分析實驗－調整因子驗證實驗數據	146
附錄八　重覆噴塗鋪層均勻性分析實驗－交叉噴塗實驗數據	147
附錄九　重覆噴塗鋪層均勻性分析實驗－平行噴塗實驗數據	148
附錄十　重覆噴塗鋪層均勻性分析實驗－交叉、平行噴塗實驗數據	149
                                    

[1] 廖奕順，“二階段成形之快速原型系統之設計”，國立成功大學機械工程研究所碩士論文（2004）。
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[3] 黃聖杰、王振乾、李森墉等11位，“一種快速原形工件之製造方法”，中華民國專利，證書號I225825（2005）。
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[16] 思沛雅噴霧器材有限公司http://www.sprayernozzle.com.tw
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http://www.schuetze-gmbh.de/englisch/
[20] 安邦儀器有限公司
http://anbomb.myweb.hinet.net/
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[24] 山岸壽治、賴耿陽，“實用塗料及塗裝”，復漢出版社（1979）。
[25] 黃仁智，“汽車噴漆大全”，徐氏基金會（1981）。
[26] 冠品塗裝設備股份有限公司 http://www.gppt.com.tw/

校內：立即公開
校外：2007-08-03公開

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