【畢業(yè)學位論文】（Word原稿）精密檢測技術特色課程多媒體網(wǎng)路教材制作-電機工程

1 圣 約 翰 技 術 學 院 機械系專題研究報告 精密檢測技術特色課程多媒體網(wǎng)路教材制作 林 守 儀 副教授 中華民國九十三年一月 2 摘 要 傳統(tǒng)產(chǎn)品制程須經(jīng)由設計、制造、檢測等程序，曠日費時。逆向工程 (由原型以量測設備，量得其外型點群座標資料，并以點資料前置處理將曲面重建后，送至統(tǒng)，做曲面修整等處理并自動產(chǎn)生 工程式 (NC 具路徑，經(jīng)由 至 具機 ，以加工成品，或將 由快速成型機 (迅速制造出原型。 統(tǒng)可制作出任意復雜形狀或具細微結構之原型，完全擺脫切削加工之限制，并且克服模型易失真的缺陷 ,這對制造加工而言是一項重大突破，而在開發(fā)研究一種新產(chǎn)品以 利用之工具，可大大降低經(jīng)費并縮短時間等優(yōu)點，為了進一步降低成本，與提高原型之機械性質，通常在施予快速模具 ( 本計畫旨在提供一系列 P/要內容可分為三大部分： ，配合軟、硬體相關設備，加速推動產(chǎn)品設計人員之訓練，課程中并將加入產(chǎn)業(yè)技術，以縮短產(chǎn)業(yè)人才需求及學界人才培育的距離，未來將可培育出具有產(chǎn)品設計、制作人才。 本計劃相關課程內容將設計制作成網(wǎng)路多媒體教學，將教材藉由多媒體聲光效果及豐富的色彩圖片生動地表現(xiàn)出來，以提高學習者的興趣，藉由網(wǎng)路無遠弗藉能力，可與各界人士交流。 3 目 錄 摘要 . 目錄 . 3 圖表索引 . 3 第一章 緒論 . 1 第二章 量測系統(tǒng) . 3 . 3 . 4 觸式測頭種類 . 7 接觸式測頭種類 . . 10 . 10 測軟體系統(tǒng)架構 . 11 第三章 逆向工程系統(tǒng) . 13 . 14 測系統(tǒng)設定 . 14 4 測路徑規(guī)劃 . 16 . . 17 . 17 第四章 快速成型 /快速模具技術 . 19 . 19 速成型加工原理 . 19 速成型制程 . 21 速成型的應用 . 27 速成型在模具上的應用 . 29 . 30 第五章 多媒體教材 33 參考文獻 . 40 5 圖表索引 圖 2觸式三次元量測儀 . 5 圖 2方向感測電子式測頭座 (. 5 圖 2械式測頭 . 16 圖 2發(fā) 式測頭 . 16 圖 2發(fā)式測頭 . 17 圖 2比式測頭 . 17 圖 3向工程流程圖 . 13 圖 3動 量測參數(shù)示意圖 . 16 圖 4種基本加工程序 . 20 圖 4作原理 . 29 圖 4快速 成 型制程 . 29 圖 4. 32 6 圖 4工示意圖 . 32 圖 4工示意圖 . 33 圖 4. 34 圖 4402C)快速 成 型件 . 34 圖 4402 建構原理 . 35 圖 4速 成 型 在模具方面的應用 . 38 圖 5媒體教材標題 . 33 圖 5媒體教材： P/. 34 圖 5媒體教材： P/ ). 35 圖 5媒體教材： P/ ). 35 圖 5媒體教材： P/ ). 36 圖 5媒體教材： P/ ). . 36 圖 5媒體教材： P/ ). 37 圖 5媒體教材：精密檢測 . 37 圖 5媒體教材：精密檢測 (一 ). 38 圖 5媒體教材：精密檢測 (二 ). 38 圖 5媒體教材：精密檢測 (三 ). 39 7 第一章 緒論 類比式復制 (無法建立工件尺寸圖檔，也無法做任何的外形修改，逆向工程： 由原型以量測設備，量得其外型點群座標資料，并以點資料前置處理將曲面重建后，送至 曲面修整等處理并自動產(chǎn)生 工程式 (NC 具路徑，經(jīng)由 至 具機，以加工成品。 統(tǒng)可制作出任意復雜形狀或具細微結構之原型，完全擺脫切削加工之限制，并且克服模型易失真的缺陷 ,這對制造加工而言是一項重大突破，而在開發(fā)研究一種新產(chǎn)品以 利用之工具，可大大降低經(jīng)費并縮短時間等優(yōu)點。當一概念之設計完成于電腦之 3D 體后，經(jīng)一介面程式將此 成 或依不同 型有不同接受之格式，再經(jīng)過一 體計算將 轉換成一層一層之 2D 剖面加工程式，再傳入器后，工件就被一層一層的加工、堆迭并結合起來，如此一來即可制成 3D 之 統(tǒng)，首先把原始模型懸空固定后圍上?？颍勒毡壤{制好所需之硅膠量，置于真空中預抽脫泡，將硅膠倒入模框內，再置于真空中脫泡，硅膠硬化后以手術刀將硅膠割開，取出模型再將硅膠組立起來即得到所需之硅膠模 ;以 的方法 ;所翻制出來的硅膠模可以拿來灌注臘型、 與 質相近的 如此便能很容易復制出。 本計劃相關課程內容 (P/計制作成網(wǎng)路教材，將教材藉由多媒體聲光效果及豐富的色彩圖片生動地表現(xiàn)出來，以提高學習者的興趣，藉由網(wǎng)路無遠弗屆能力，可與各界人士交流，并擴大教學效果。 9 第二章 量測系統(tǒng) 測系統(tǒng)介紹 三次元量測系于 1968 年日本三豐公司推出二次元游標讀取方式之 座標測定機，而接著于 1971 年英國 司推出全方位接觸式之探針 ，而逐漸發(fā)展為數(shù)位式三次元座標量測機，結合數(shù)控床臺及其他測量方式（如光學）至今日三次元量測系統(tǒng)。 1、 2、 3、 4。 目前三次元量測儀之種類基本上分為接觸式與非接觸式兩大類，接觸式主要以觸發(fā)式測頭為主，非接觸式主要是利用光學感測元件與影像處理系統(tǒng)為主。 近年來三次元量測之廣泛受到重視，一方面三次元量測儀的量測精度接近微米的水準；另一方面，三次元量測儀可以廣泛量測到不同的工件尺寸及誤差。目前三次元量測操作，已從簡單與手動的量測指令，逐漸朝自動化的提升和 配合，使得三次元量測的彈性和精度可 以充分發(fā)揮和利用。 量測系統(tǒng)在逆向工程中扮演舉足輕重的角色，一組規(guī)劃良好的量測數(shù)據(jù)，可以明顯減少后處理的困難度和資料處理時間，這對于復雜造型的工件尤其重要，所以需要個案規(guī)劃其最適當?shù)牧繙y方式。 10 次元量測儀測頭 使用三次元量測儀進行尺寸量測時，測頭可說是最重要的部份之一。在量測的過程中，使用不同種類的測頭，會直接影響到量測精度與量測所需的時間。以下就三次元測頭與量測表面交互作用的關系，將測頭分為兩類，做一介紹： 5、 6 (一 ) 接觸式測頭 接觸式三次元量測儀 （ 如 圖 2作動方式是利用一個可以作多方向感測的電子式測頭座，如 圖 2著三軸的移動來量測。量測時，當測頭與工件表面碰觸，達到特定壓力時即可觸發(fā)信號，擷取測頭的 X、 Y、 Z 方向相對基準點的座標。經(jīng)由電腦計算處理，可得到測頭與真實尺寸的關系，進而紀錄點資料作為后續(xù)逆向工程或相關工作使用。接觸式測頭量測優(yōu)缺點如下： 優(yōu)點： (1) (2) (3) (4)不規(guī)則曲面點資料。 (5)決量測定位的問題。 (6)易量測 3D 工件。 (7)所得到的點資料可直接用來建構曲面。 缺點： (1)能得到工件表面之點資料。 (2)量測任意位置，但量測速度慢，自動 11 圖 2觸式三次元量測儀 圖 2方向感測電子式測頭座 (量測時，只能量測單一方向點位置且耗時。 (3)：塑膠或軟質 材料），會因接觸力造成物體表面發(fā)生變形，而得到錯誤的點資料。 (4)須作量測規(guī)劃。 (5)以曲面接合處 若沒有圓角處理，則在交接的尖角處，將無法量得點資料造成量測死角。 12 (二 ) 非 接觸式測頭 非接觸式量測系統(tǒng)則以雷射掃描儀為代表，由于視覺（ 及雷射 （ 技術應用在量測領域之研發(fā)已有顯著成果，傳統(tǒng)的接觸式測頭，對于易變形和復雜，微小的工件有量測困難，故非接觸式量測系統(tǒng)的使用亦逐漸增加。 雷射量測儀是應用距離影像技術，利用 雷射光源經(jīng)聚光透鏡直射待測工件物體，反射之光線經(jīng)由感測器可以偵測到位置座標值。接觸式測頭量測優(yōu)缺點如下： 優(yōu)點： (1)細小或軟性材質的工件；即量測時，不受物體表面材質的影響，也不會造成工件表面的傷害。 (2) 200,000 個資料點 /每分鐘 ） ，不須人為逐點量測，可在最短時間內完成物體掃描，且得到龐大的點資料。 (3)受測頭半徑的限制，亦不會磨損測頭本身。 (4)利用此方式進行量測。 缺點： (1) 表面太差，則反射之光線之光線不易聚焦，會導致座標有平移現(xiàn)象；若表面太暗，則反射光線太弱，會使感測器得不到資料。 (2)差，對于幾何特征（如孔、槽等）及幾何誤差（垂直度、同軸度等）之資料，無法量測。 13 (3)產(chǎn)生聚焦方面的問題，造成量測精度降低。 (4)陡峭面），雷射光無法照射，造成資料遺失的現(xiàn)象發(fā)生。 (5)利于量測。 (6)件難量測（不易做座標定位，須有特制之輔助軸，否則雷射光無法照射到整個立體工件）。 (7)常還需要復雜的處理，才可以得到量測物體之曲面外型。 為了獲得最佳的量測效果而言，需依據(jù)量 測工件幾何形狀的不同，選擇適當?shù)臏y頭。以下針對接觸式與非接觸式量測系統(tǒng)，所使用的測頭種類作一介紹。 觸式測頭種類 (一 ) 機械式測頭： 圖 2括：球型、圓形、圓柱型及萬能型等。 以手動方式移動測頭接觸工件表面，并配合使用腳踏開關做為觸發(fā)，擷取座標點資料，將資料傳回處理器。 接觸式量測系統(tǒng) (接觸式測頭 ) 機械式測頭 觸發(fā)式測頭 類比式測頭 14 圖 2發(fā) 式測頭 測 針 (二 ) 觸發(fā)式測頭： 圖 2發(fā)式測頭無論在任何位置及方向，只要其 測針 偏離原來的中心位置至某一程度時，立即產(chǎn)生一個檢測信號，它是由英國 司發(fā)展出來的，已廣泛被世界各主要制造三次元量測儀之廠商所采用 。 (觸發(fā)式測頭 圖 2示 ) (三 ) 類比式測頭： 圖 2頭接觸工件時，會有側向的位移，由可變線圈感應或是由光學尺感應，將電壓變化轉成可解析的數(shù)位訊號，并可求出與座標間的關系。在量測時，工件與測頭必須保持接觸，不可中途離開工件表面，不適用于曲率變化過大之待測物量測。 圖 2械式測頭 15 圖 2發(fā)式測頭 圖 2比式測頭 16 接觸式測頭種類 (一 ) 雷射位移量測： 雷射探頭量測的原理以三角法 （ 為主，而 其量測的原理與結構，雷射光由雷射二極體 （ 產(chǎn)生，經(jīng)聚光透鏡投射到工件表面。 (二 ) 向式量測 由于光電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，突破了傳統(tǒng)機械構造的設計方式，利用數(shù)位的式 基礎的快速視覺輪廓量測法因此產(chǎn)生。 合三種形式的雷射光源產(chǎn)生的量測方法有：單點雷射、線雷射和面雷射的量測方式。 觸式測頭量測方式 使用接觸式測頭做曲面量測時，量測方式的選擇對于量測結果有很大的影響。通常使用于曲面量測的 觸發(fā)式測頭 ，其量測方式的型態(tài)可分為觸發(fā)式與連續(xù)式量測兩種。 非接觸式量測系統(tǒng) (非接觸式測頭 ) 雷射位移量測式 像式 17 (一 ) 觸發(fā)式 量測 一般三次元量測儀最常使用觸發(fā)式量測，當觸發(fā)式測頭觸發(fā)并產(chǎn)生訊號時，既表示測頭與待測物間的接觸力大于設定值時，使接觸點轉向，線圈上的電阻會產(chǎn)生變化，進而送出一觸發(fā)訊號到位置檢測器，三軸位置檢測器收到訊號后，將各軸座標的位置紀錄下來，利用此一方式量測的速度較慢。 (二 ) 連續(xù)式量測 連續(xù)式量測常用于曲面掃描，利用測頭和工件接觸時所產(chǎn)生的三軸位置變化量傳送到控制器上，以使測頭能沿著曲面的高低起伏作自動掃描量測。 測軟體系統(tǒng)架構 量測軟體系統(tǒng)架構主要可分為三部分：系統(tǒng)設定、基本量測及計算、掃描量 測。 (一 ) 系統(tǒng)設定 與量測有關的前置準備或報表均屬此類。 例如：校正探針，選擇探針，工作面設定，機械歸零，報表和量測參數(shù)設定等。 系統(tǒng)設定雖非扮演主要角色，但對量測的方便性及精確性，卻提供不少助益，每一次操作中均要使用。 (二 ) 基本量測及計算 可進行各種形狀量測（點、線、面、圓、圓錐、圓柱等），尺寸計算（距離、角度）及幾何公差檢測（平行度、垂直度 . 18 等等）。 (三 ) 掃描量測 主要針對逆向工程之需求而發(fā)展，因此量測功能不在求簡單，而是求完整，希望能提供逆向工程所需之各項量測功能。 掃描量測的功能又可分為系統(tǒng)設定及量測 兩類：與系統(tǒng)設定有關的功能，包括座標系統(tǒng)設定，座標系選用，掃描方式及參數(shù)設定；而與量測相關的功能，包括等高度，等半徑，3D 曲線量測，所有資料均需經(jīng)測頭半徑補正，以獲得正確的工件表面點資料。 19 樣 品 3D 輪廓量測 資料 處理 面建構 外形修飾 生 逐 層產(chǎn)生 模具加工 速成型 模具成型 量產(chǎn)復制 圖 3向工程流程圖 第三章 逆向工程系統(tǒng) 逆向工程是結合三次元量測和 術已達到 加工制造出成品。一般而言，簡單造型 型的問題由于尺寸容易定義，可以由 接建立，對于具有造型復雜或具有功能性需求的曲面零件，則必須透過逆向工程來處理。 目前所有的逆向工程是針對一現(xiàn)有 件，利用三次元量測儀器，將 3以建構曲面，經(jīng)編輯、修改后，傳至 由 生 工程式 （ NC 送至 具機，以加工出成品或者送到快速成型機 （ 將樣品制作出來，如 圖 3示 【 9】 。 20 測規(guī)劃 首先，針對工件的幾何特性研擬曲面模型重建的方式，進行三次元量測系統(tǒng)設定，包括測頭校正，座標系統(tǒng)設定及掃描參數(shù)設定。而后進行量測路徑規(guī)劃，包括劃分量測區(qū)域，掃描方式的選擇，取樣密度。 量測規(guī)劃，為逆向 工程技術中重要的一環(huán)，量測結果會依據(jù)量測規(guī)劃而得到。對曲面而言，量測資料的分布對曲面連續(xù)性的影響更是重要。也因此會影響后續(xù) 建立。 測系統(tǒng)設定 (一 ) 工件擺放 量測前須考慮模型如何擺放，才可得到最佳量測，以避免產(chǎn)生量測死角。當然模型擺放與掃描所采用的方式也有直接的關系。 (二 ) 測頭校正 一個工件在不同的量測區(qū)域，可能需要不同的探頭及角度，必須事先審慎決定探頭的型式及角度，將其校正，以避免往后的量測過程中產(chǎn)生撞針現(xiàn)象。 (三 ) 座標系統(tǒng)設定 有時在量測中會受到探頭角度的限制，需要 改變工件挾持的位置，因此工件座標設定是重要參考。 座標系統(tǒng)可分為工件座標系統(tǒng)及機械座標系統(tǒng)。機械座標系統(tǒng)為預設的固定座標系統(tǒng)，只提供座標參考之用，一但 21 定位點 待測點 移動速度 定位點 定位距離 量測速度 定位距離 測定界限距離 待測點 圖 3動 量測參數(shù)示意圖 使用于工件量測，會因工件挾持位置之變化，造成量測資料無法整合，失去量測的意義；而工件座標系統(tǒng)為固定于工件或夾治具上的座標系統(tǒng)，即使工件挾持位置變化，只要再次設定座標系統(tǒng)于同一位置上，便可將各次量測之資料整合在一起。 (四 ) 自動掃描參數(shù)設定 量測規(guī)劃中，不讓探針碰撞到工件，是必須要注意。因此，在自動量測進行前，有些參數(shù)必須要設定 (圖 3 (1)度：測針在空間中，由一點快速移到另一點的速度。 (2)針由定位點朝待測點移動的速度。 (3)針定位點與待測點間的距離 (量測之后退距離 )。 (4)過待測點的距離。此一參數(shù)可使測針移動超過接觸點預設的距離時，若尚未碰到工件面即自動停止。 22 測路徑規(guī)劃 (一 ) 劃分量測區(qū)域 執(zhí)行逆向工程的首要工作就是將物體的幾何圖形數(shù)值化，也就是進行表面量測。不過，在進行表面量測之前，必須依照外型特性和量測機具，規(guī)劃適當?shù)牧繙y區(qū)域，才能使量測資料足以代表量測表面的 幾何特征，并保持一定的精確度以便進一步的處理。 (二 ) 掃描方式的選擇 對于矩形區(qū)域或 狀的量測，可使用往復式掃描；當待測物為回轉體形狀，可使用對稱方式掃描；另外，當待測物表面變化具極座標特性時，能以葉片弧線量測方式量測該區(qū)域，其量測資料較能表現(xiàn)出曲面的特征。 (三 ) 掃描密度的決定 當量測路徑型態(tài)確立后，再來就要考慮取樣的密度，取樣密度的決定并沒有特定的法則，通常由操作者依待測物表面復雜程度來決定。 目前以固定距離量測法為最常采用方式，由操作者決定量測路徑后，隔固定距離擷取資料點。量測距離較小 ，雖可減少曲面重件的失真程度，但卻會在工件表面平坦處，量測到多余點，造成量測時間增加，而且資料過于龐大難以處理；相反地，若量測距離大，雖可減少量測時間，但卻易造成重建的曲面因資料點不足產(chǎn)生誤差，尤其在物體曲率變化較大處，缺少關鍵量測點，更會使重建的曲面偏離原始的形狀。因此，量測間距必須根據(jù)曲面變化加以適當調整。 23 測資料處理 在逆向工程的點資料量測過程中，常常因為許多因素造成所得到的點資料有缺陷，這些因素包括： (1) (2) (3)恰當，造成工件表面波浪狀或局部的凹陷。 (4)探針靈敏度的問題。 這些因素造成點資料的不完整情形，包括： (1) (2) (3) 因此，點資料處理的項目主要有點資料的重整，重新取點，亂點濾除，平滑化等，可將掃描過程中，所產(chǎn)生的缺陷、亂點或雜訊予以抑除，得到較正確且易處理的資料點，以利于曲面系統(tǒng)的重建工作。 面及 體模型重建 應用在 的數(shù)學模型類別有好幾種，例如 線、線 和 線。 線可以做出比 線具更高階數(shù)的曲線；而 線具有 線所欠缺的區(qū)域控制性，所以 線比 線和 線具有更大 24 的使用彈性。目前大多數(shù)商用軟體均采用此種架構。 本文直接采用 軟體來構建曲線、面與 體 模型 。 重建實 體 模型的方式，采用現(xiàn)成的 體： 。 透過三 次元量測儀，將外型曲線輪廓點資料直接輸入到 統(tǒng)中，進行點資料編修及曲面模型建構，再轉為實體模型。針對如圓柱、孔、圓 錐等 統(tǒng)可直接處理的標準幾何形狀，可以使用三次元量床直接量測幾何參數(shù)資料，再于 統(tǒng)中直接繪制，建立完整的 型。 所建立的 型，稱為實體模型，其建構方式就是將數(shù)個曲面模型接合成封閉曲面，曲面模型的編修，接合及轉換上主要是利用 的 能加以完成，但有時經(jīng)由 處理后，局部形狀會發(fā)生扭曲變形，此時需要改變曲面模型建構的方式。曲面模型轉為實體模型前，各個曲面須接合良好稍有破洞或縫隙，即會影響實體模型的成型。 25 第四章 快速 成 型 /快速模具技術 速 成 型技術 (快速成型 (稱 術，顧名思義是在一種短時間內即能制作出所需要的 成 型技術。自 1980 年日本名古屋工業(yè)技術研究所 生首先發(fā)表以逐層光感高分子方式來制作三次元塑膠原型之后，至 1988 年 3D 司發(fā)展 統(tǒng)以來，短短十年， 術猶如一股旋風在工業(yè)界、醫(yī)學界、寶飾業(yè)及學術研究界，形成一股研究與應用的熱潮，并逐漸取代傳統(tǒng)實體模型制作方式，實現(xiàn)了產(chǎn)品開發(fā)設計人員的夢想，將設計者腦中的 概念 (電腦繪圖技術描繪后，幾天或幾小時內就可獲得與實際持品大小相同的 3D 實體原型 ( 速成型加工原理 傳統(tǒng)上原型的制作多半是仰賴有經(jīng)驗的技術人員以手工的方式進行制作，既耗時又費工。盡管電腦輔助制造技術 (已經(jīng)被廣泛應用在加工過程中，但是在原型之幾何形狀較為復雜時，以 作會有高成本與造型限制的問題。而快速成型技術除了可減少原型制作時間外，特別強調可產(chǎn)生傳統(tǒng)切削加工方式無法做到 的特殊造型?？焖俪尚蜁哂羞@些特性的原因是采用“材料增長”的方式 (進行加工。 加工程序基本上可分為三類 【 10】 ： 材料除去方式、材料增長方式與成型方式，如 圖 4 26 圖 4種基本加工程序 (一 ) 材料除去方式：是利用尺寸較大的材料，加工去除多余的部分可得到符合尺寸要求的完成品，如車削、銑削加工。 (二 ) 材料增長方式：是以材料結合的方式進行加工，以得到所需的物件，快速成型即采用此方式。 (三 ) 成型方式：是利用機械的力量或特定的形式作用在材料上，使其依所需的形狀來成型，如沖壓加工。 材料除去 方式與成型方式和材料增長方式最大的不同點，在于加工時所需的刀具、夾治具與模具會有一定的限制，對于復雜外型有加工上的困難，而材料增長方式并無這方面的限制，可以成型形狀較復雜的特殊的物體。 快速成型是以 ”材料增長 ”方式進行加工，工作原理如下 (圖 4 當設計者在 建構出幾何模型后，透過電腦的運算與分析，將其分割為層狀，可取得各層的截面輪廓資料。快速成型制作系統(tǒng)接受到這些資料后，逐層將材料產(chǎn)生對應截面外型的平面薄層，依序堆迭、固定與粘合后，產(chǎn)生與 幾何模型相對應的實體 27 圖 4作原理 圖 4快速 成 型制程 原型。 藉由快速成型技術的發(fā)展，突破了許多制造能力的極限，對于復雜外型的物體，只要建構出幾何模型，即可透過快速成型系統(tǒng)產(chǎn)生原型，以往傳統(tǒng)加工方式無法制造的幾何造型，如今都可能藉由快速成型技術來完成。 速 成 型制程 快速 成 型制程主要可分為四個步驟，如 圖 4示： 建立 型、資料轉換與傳輸、產(chǎn)生成型資料、建構實體原型與后處理。 建立 何模型 切層取得輪廓資料 原型建構與后處理 由 統(tǒng)，如 、 行 由 統(tǒng)之轉換模組完成 由快速 成 型系統(tǒng)之切層模組完成 依快速成型系統(tǒng)，決定后處理程序 轉換為 式檔 28 (一 ) 建立 型 設計者可利用許多商業(yè)軟體來進行建立 型的工作，而建構完善的幾何模型為進行快速成型制作的先決條 件。 建構幾何模型的過程中有兩個重要觀念： 第一：模型的建立必須以實體模型 (曲面模型(構出封閉體積的模型，因為快速成型所需截面資料必須是封閉的外型。 第二：對于實際使用的成型系統(tǒng)不同，必須考慮到工作的方向和支撐的要求。 (二 ) 資料轉換與傳輸 各種 統(tǒng)所使用的資料結構均不相同，因此在 型與快速成型系統(tǒng)間要建立共同的檔案傳輸格式。目前主要的轉換標準為 3D 司所設計的 式檔，為一種三角網(wǎng)格幾何模型。 (三 ) 產(chǎn)生成型資料 快速成型的制作原理是建構出物體截面形狀的薄層，依序迭合后產(chǎn)生工件，因此必須取得各截面的輪廓外型。物體在轉換成 案后，透過切層 (其分割成薄片狀的截面，以得到成型所需的資料。 (四 ) 建構實體原型與后處理 原型的建構方式取決于快速成型系統(tǒng)， 快速 成 型技術經(jīng)過十多年的發(fā)展，至今已有數(shù)十種 型相繼上市，成型的方式也由原本的光硬化樹脂雷射照射硬化的 液態(tài) 方式發(fā)展為 半液態(tài) 、 固態(tài) 、 粉末 等多種方式： 29 以下就針對上述幾種不同的成型方式做一 介紹 : (1)圖 4方法以液態(tài)聚合物為基本材料，以雷射光或紫外光照射達到固化。商業(yè)化的產(chǎn)品前者以 3D 代表，后者以 統(tǒng)為代表。 最早商業(yè)化且世界占有率最大的系統(tǒng)，通常是以 外線雷射以上照射來固化光硬化樹脂，其制程是在液面上成型，故需要支撐。 (2)圖 4工作原理十分類似擠牙膏的方式，加工方式是以 加熱頭熔化線狀之熱塑性材料，再將熱塑性的固體細絲材料由加熱頭熔化擠出而一層一層堆積成型直到整個工件完成，此法以 司之 系統(tǒng)為代表。 (3)圖 4成型方式是以雷射或切割刀切割工件外輪廓于被覆有熱熔性粘結劑 （ 的薄片材料上，外輪廓切割好之后經(jīng)熱壓粘結于上一層已切割完成之薄片材料上，如此循環(huán)直到工件完成，此成形方法以 日本統(tǒng)為代表。 30 圖 4工示意圖 【 11】 圖 4工示意圖 【 12】 31 圖 4工示意圖 【 13】 (4) 此法是以雷射照射于粉末，被雷射照射之處粉末與粉末粘結成型，一層完成之后再照射下一層直到工件完成(圖 4 ；另一種為 使用噴嘴噴射粉末粘著劑使得粉末顆粒產(chǎn)生鍵結，并藉由添 加粘著劑以增如粉末間的鍵結力量。 其粉末的種類有熱塑性粉末、陶瓷粉末與金屬粉末，代表機型有 司的 司之 402(速 成 型系統(tǒng)。 402C) 3D Z 公司所制造的三次元模型單、彩色建造機，搭配電腦軟體 ,可將讀入之正向檔案或逆向資料，配合特別 之粉末建造出實體模型來，如 圖4外，其不需特別之環(huán)境 ,一般辦公室空間即可設置。 32 圖 4工示意圖 【 14】 圖 4402C)快速成型件 本實驗中，所采用的 統(tǒng)為 速 成 型 系統(tǒng)，其建構原理如 圖 4示。 經(jīng)過本機器所制作的原型件必須在再經(jīng)過滲臘或是環(huán)氧樹脂，以增加其強度與耐久性。其精度與強度是以 33 選擇的材料而定強度可達 10 面中精度是 吋以內， Z 軸的精度在 吋內。 建構過程： 首先機器之運作如下圖步驟 (粉末逐層分布于工作平臺上 (4)，每完成一層粉末分布 ,平臺自動往下一層之厚度 (5),即完成一層粉末制作之 ,依此步驟完成各雛型之制作。 準備下層工作 圖 4402 建構原理 34 速 成 型的應用 現(xiàn)階段快速成型機所制做的產(chǎn)品，主要的應用仍然是在 原型的制作，另外使用于設計結果的驗證、實驗分析用模型、樣品或外觀設計等方面也是蠻多的?？焖俪尚椭畨m用包羅萬象，介紹如下： (一 ) 產(chǎn)品研發(fā)過程中，有了設計概念后，便須制作原型，以確認此一概念設計之正確和實用性；原型確認后，便是模型之制作，若模型或概念原型遲遲無法確認，勢將影響其機構設計、詳細設計等等；由其是若因概念原型和模型未定而直接進行機構和細部設計，常常引發(fā)許多裝配成型、功能等等問題。 快速 成 型在工業(yè)原型和模型上之應用包含有：概念、組裝、成形、功能、估價評估、市場展示?？烧f是著重于設計驗證、評估，此方 面應用大抵上歸類 應用，此為 高價格的 市場發(fā)展有限，故更應著重于模具之開發(fā)應用，另新興的虛擬實境更將占走 市場。 (二 ) 快速模具 (因快速 成 型技術之發(fā)展，使得原型件可以當成生產(chǎn)時之母模，解決了模具制作之瓶頸，故而此項應用被稱為快速模具。 (三 ) 小量生產(chǎn)的零件和產(chǎn)品 生產(chǎn)過程中，因機件磨損或破壞等等狀況影響到生產(chǎn)力，或有時庫存件不足或缺乏，訂制耗時又秏錢，便可 使用快速 成 型制作所需之零件。 35 (四 ) 醫(yī)療應用 醫(yī)療用途上，特別是骨頭、牙齒的制作上十分符合快速成 型技術之發(fā)展。若依其領域分類可區(qū)分為： (1) 手術前模擬 (2) 損壞部復原用模型 (3) 教育培訓用模型 (4) 牙齒模型 (5) 運動部位之動作軌跡解析 (五 ) 其他應用 快速 成 型之其他應用，以珠寶首飾業(yè)為最，己開始進入設計電腦化，與原型制作快速與電腦化。 速 成 型在模具方面的應用 快速 成 型在模具技術方面上的應用，簡單可歸類如 圖 4示，快速 成 型技術可以直接制作樹脂模具；快速 成 型 可制作原型后經(jīng)精密鑄造技術而得金屬模具等等。 36 圖 4速 成 型在模具方面的應用 【 15】 速模具技術 (如何有效的縮短產(chǎn)品開發(fā)時間，以最新、最符合市場需求的產(chǎn)品保持市場的領先，是各廠商不短努力的方向。因此誰能在最短時間及最少的經(jīng)費下推出新產(chǎn)品誰就是贏家。 型品 母型 硅膠模具 樹脂模具 表面噴涂 金屬模具 電鍍模具 電極 石膏鑄造 真空注塑成型 真空成形 注塑成形 橡膠成形 玻璃成形 沖壓成形 完成品 砂型 脫蠟鑄模 精密鑄造 消失模鑄造 砂模鑄造 脫蠟鑄造 金屬合金模具 37 了做裝配、設計、視覺上確認等應用之外，如何將其功能延伸就又是另一門重要的課題，于是快速模具就應運而生。利用 快速的以批量生產(chǎn)出所需的產(chǎn)品，而達到快速制造的目的， 使用者就能比其它制造商早一步將產(chǎn)品推出市場，達到市 場領先的目的。若為試探性的產(chǎn)品，則亦可在最小成本的情況下進行小型生產(chǎn)，藉以了解消費大眾的需求，作為公司內決策重要參考，若試探產(chǎn)品反應良好則接下來可進行大量生產(chǎn)的工作。 術的發(fā)展可分為兩方面直接造模法及間接造模法： (一 ) 直接造模法 在 工時，其加工的外型就是一模具模仁，在模仁的完成之后再進行后續(xù)處理得到模仁。 例如： 、 、 、 3D . . . . (二 ) 間接造模法 由 器加工出所需要的零件形狀 ，或直接以現(xiàn)成零件經(jīng)過翻制以得到模具。 例如：硅膠模 (精密鑄造 ( 金屬樹脂模 ( 金屬噴涂模 、 3D . . . 因快速 成 型技術之發(fā)展，使得原型件可以當成生產(chǎn)時之母模，解決了模具制作之瓶頸 。 以 下就 ” 快速模具 ” 做一簡單介紹： (1) 其制程適于復制少于 50的工件。 38 (2)此制程和硅膠模類似，只是必須完全在真空中完成，可減少復制時間、改進品質且降低損壞率與消除針孔等，亦用于脫蠟鑄造用蠟型。若由環(huán)氧基樹脂混合鋁粉取代，可制作堅硬的金屬樹脂模，可直接用于射出成型模具上，可達到 1000 個零件的壽命。 (3)脫臘鑄造是快速