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研究生: 李欣融
LI, Hsin-Jung
論文名稱: 壓電噴頭時序控制於積層製造技術之研究
Study of the Time Sequence Control in a Piezoelectric Inkjet Printhead for Additive Manufacturing
指導教授: 賴維祥
Lai, Wei-Hsiang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 航空太空工程學系
Department of Aeronautics & Astronautics
論文出版年: 2016
畢業學年度: 104
語文別: 中文
論文頁數: 72
中文關鍵詞: 積層製造黏著劑噴印成型壓電式噴墨頭
外文關鍵詞: Additive Manufacturing, Binder Jetting, piezoelectric inkjet printhead
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  • 屬於積層製造技術中的黏著劑噴印成型技術(Binder Jetting),在目前的市場與研究當中,大多利用熱氣泡式噴墨頭當作噴印材料的主要噴印模組。受限於此種噴印的技術只能噴印水溶性的材料,因此在本研究當中將以能夠接受較廣泛噴印材質、穩定性較高且壽命較長的壓電式噴墨頭當作主要研究對象。
    在此篇論文當中,首先將選擇市售壓電式噴墨頭,利用場效可程式邏輯閘陣列(FPGA)搭配硬體描述語言Verilog來描述此次的訊號邏輯電路進行時序控制,接著透過CCD與高亮度聚光型LED的搭配,進行噴墨觀測、分析,找出穩定性最高的噴印驅動模式。此外,搭配噴印材料的選擇與改變液滴噴印的頻率,觀察液滴在不同的頻率之下噴印於紙張、粉層上的結果。最終,從整個研究中可以得知,在A1驅動模式下噴印頻率為8 kHz時為較佳的噴印狀態。而為了避免UV膠在噴印時與粉末產生球狀顆粒,後續應對於所使用的石膏基粉末或其它種粉末進行與UV膠的相容性測試及調配出最佳的粉末比例,讓整個噴印後的成型能更加的完整。

    The technology of the binder jetting belongs to one of the additive manufacturing technique. In the present market and academic research, most of the primary module usually ejects material by thermal bubble type printhead, because of this technology is limited to printing not only water-soluble material but also low viscosity. Therefore, the piezoelectric inkjet printhead is studied, which is considered more stable than thermal bubble jet, and can accept material widely and have the longer life.
    In this study, A Toshiba piezoelectric printhead is chosen first, and study of the time sequence control by field-programmable gate array with hardware description language. Then, select the best print module which one is the most stable to use the CCD and Concentrated High Brightness LED to analyze the ejection situation. In addition, choose the inkjet material from the market and change the inkjet frequency of the droplet ejection.
    After this study, it is found the best way to drive the printhead is mode A1 and the most stable print frequency is 8 kHz. Although it can control each nozzle and print some words now, it still needs to study how to print pictures from computer and find the material compatibility of UV and powder.

    中文摘要 I ABSTRACT II 誌謝 V 目錄 VI 圖目錄 IX 表目錄 XIII 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 研究背景與動機 3 1-3 研究規劃 4 第二章 文獻回顧 6 2-1積層製造技術簡介 6 2-1-1材料噴印成型技術 7 2-1-2黏著劑噴印成型技術 9 2-2 噴墨列印分類介紹 11 2-2-1連續式噴墨技術 12 2-2-2供需式噴墨技術 14 2-2-3熱氣泡式與壓電式噴墨頭之比較 20 2-3 壓電材料基本工作原理 22 2-4噴液現象 24 2-4-1液滴生成 24 2-4-2主液滴分離 24 2-4-3衛星液滴 24 第三章 系統架構設計 27 3-1 壓電式三維列印機設計概念 27 3-2 噴印系統設計 29 3-2-1壓電噴墨頭規格 30 3-2-2壓電噴墨頭流程規劃 31 3-2-3驅動電路架構 36 3-3材料選擇及應用 40 3-3-1光敏化樹脂選擇 40 3-3-2UV LED固化燈設計 48 第四章 實驗結果與討論 54 4-1 噴墨觀測與分析 55 4-1-1噴墨觀測標準 55 4-1-2液滴觀測實驗 56 4-1-3液滴粒徑分析 59 4-2 液滴大小與粉末的實驗 62 4-2-1液滴大小控制 62 4-2-2粉末與膠的測試 63 第五章 結論與未來方向 66 5-1結論 66 5-2未來方向 69 參考文獻 70

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