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研究生: 郭軒豪
Kuo, Hsuan-Hao
論文名稱: 網路連結之積層製造系統整合研究
Study on the Integration of Multiple Internet Connected 3D printers
指導教授: 趙儒民
Chao, Ru-Min
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 系統及船舶機電工程學系
Department of Systems and Naval Mechatronic Engineering
論文出版年: 2018
畢業學年度: 106
語文別: 中文
論文頁數: 79
中文關鍵詞: 3D列印積層製造智慧製造遠端控制
外文關鍵詞: additive manufacturing, smart manufacturing, 3D Printer
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  • 近年來「積層製造」與「智慧製造」成為了新興的熱門話題,使得3D Printer與工業4.0成為了炙手可熱的技術,兩個技術為製造業發展出新的製造模式,對大型工廠來說智慧製造是已經導入生產線中,而為了因應新型態積層加工的製造模式,將3D Printer與智慧製造結合成為了未來的發展方向,本研究之目的為設計出一套可整合不同廠商所開發的積層製造設備,並可在遠端進行智慧化操控的控制器系統。
    在控制器的研發製作上使用Raspberry Pi3微處理器搭配Python軟體做為控制器的軟硬體,並運用小型雲端技術以及無線網路通訊技術,讓遠端的用戶端(Client)連上伺服端(Server)後,對機台進行無線操控,並可藉由無線通訊傳送工作指令碼至中央控制器,依不同3D Printer所需工作指令碼格式不同,中央控制器在進行智慧化G-Code修正,並傳送到不同的設備來進行製造。搭配自行利用極限開關所設計的斷料感測器,讓原本無法偵測材料使用狀況的機台,可在線材使用完畢後通知使用者進行材料更換。
    最後本研究在經過實際測試後整合控制器可進行一對多遠端操控,在因應不同設備的工作指令格式時,也可達到正確的修正;原先部分設備的複雜操控流程,在利用控制器的自動判斷,來將操控流程化繁為簡;斷料感測器部分可再列印當中提醒使用者材料使用完畢,避免設備在無材料時進行空轉。

    In recent years, "additive manufacturing" (AM) and "smart manufacturing" is thriving. Both of them have developed new manufacturing models for the manufacturing industry. For industry, smart manufacturing has already been introduced into production line. In order to cope with the manufacturing mode of the new-type lamination process, the combination of 3D printer and smart manufacturing have become the future direction of development. Currently, manufacturers of 3D printer machine have developed different microcontroller-based machines for equipment integration. There is a need for a microcontroller that can support various vendors.
    In this paper, microcontroller in integrated system used Raspberry Pi3, and it used the program Python. The functions of Microcontroller include one-to-many equipment wireless control, automation G-code modification, and material sensor. The one-to-many equipment wireless controls using WIFI communication to connect. The automation G-code modification automatically modifies the G-code format function in response to different G-code formats supported by different additive manufacturing equipment. Design a parity material sensor and correctly sense the material usage status.
    With abovementioned functions, the user can control the integrated system to make the additive manufacturing equipment more convenient to control.

    摘要 I 致謝 V 目錄 VI 圖目錄 IX 表目錄 XIII 第一章、 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 文獻回顧 4 1.3 研究方法 5 1.4 論文架構 7 第二章、 智慧製造與發展概況 8 2.1 智慧製造技術架構與發展概況 8 2.1.1 感測層 9 2.1.2 網路層 10 2.1.3 應用層 11 2.2 智慧製造架構下製造業應用模式 12 2.3 無線網路應用於資料傳輸之討論 13 2.3.1 Wi-Fi無線傳輸技術之概況 13 2.3.2 ZigBee無線傳輸技術之概況 16 2.3.3 Bluetooth無線傳輸技術之概況 18 第三章、 3D Printer系統介紹 22 3.1 Delta 3D Printer 系統介紹 22 3.2 Prusa I3 3D Printer 系統介紹 26 3.3 積層製造成型法 30 3.3.1 光聚合固化 31 3.3.2 材料噴塗成型 31 3.3.3 黏著劑噴塗成型 32 3.3.4 材料擠製成型 33 3.3.5 粉床熔化成型 34 3.3.6 疊層製造成型 35 3.3.7 直接能量沉積 36 3.4 STL檔 37 3.5 G-Code 40 第四章、 具網路連結積層製造系統設計 44 4.1 硬體系統 44 4.2 初始系統架構 45 4.2.1 Delta 3D Printer控制流程 47 4.2.2 Prusa I3控制流程 51 4.3 改善系統架構 53 4.4 G-Code修改 56 4.5 感測器作動原理 57 4.6 系統操作介面 59 第五章、 控制系統實測 61 5.1 G-Code指令修改系統 62 5.2 遠端列印系統測試 63 5.3 感測器測試 72 第六章、 結果與討論 74 6.1 結論 74 6.2 未來展望 76 參考文獻 77

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