陶瓷雷射燒結法設備改良 及氧化鋁工件製程研究

Improvement of Ceramic Laser Sintering Equipment and Study of Process for Manufacturing Alumina Ceramic Workpieces

李坤達(Kun-Da Li)

指導教授 ： 湯華興 ； 嚴孝全

國立臺北科技大學/機電學院/製造科技研究所/碩士(2010年)

https://doi.org/10.6841/NTUT.2010.00354

摘要

中文摘要

論文名稱：陶瓷雷射燒結法設備改良及氧化鋁工件製程研究 頁數：79
校所別：國立台北科技大學 製造科技研究所
畢業時間：九十八學年度第二學期 學位：碩士
研究生：李坤達 指導教授：湯華興、嚴孝全
關鍵詞：陶瓷雷射燒結法、分層、氧化鋁、陶殼模

現有陶瓷雷射燒結法製作完成之生坯表面會有波紋，造成變質層不均而產生分層的現象，所以本研究的第一個目的為針對工件分層問題改善機台設備。利用CO2雷射，以此製程用含有平均粒徑13μm之氧化矽陶瓷粉末之漿料來製作陶殼模，但氧化矽顆粒粒徑較大所製做出陶殼模的表面較為粗糙，且使用CO2雷射較難做出細緻特徵，所以本研究的第二個目的為利用次微米的氧化鋁陶瓷粉來製作陶殼模，使陶殼模表面可以較為細緻並且研究使用Nd:YAG雷射製作陶殼模以得到細緻特徵。
設備改良後CO2雷射快速原型機升降機構，消除了生坯波紋，解決了分層的問題，並且層厚誤差值已從7μm縮小至0.87μm以內。在製程研究上以CO2雷射在焦點處以功率18W、掃描速度830mm/s、線深及線寬分別為0.052mm及0.177mm，成功地製作完整且不分層之氧化鋁工件。利用Nd:YAG雷射在焦點處以功率5W、掃描速度116mm/sec、線深及線寬分別為0.055mm及0.104mm，實際製作600層氧化鋁陶殼模，得到約0.4μm (Ra)之表面粗糙度，拿CO2雷射和Nd:YAG雷射可成型之線寬比較，證實以Nd:YAG雷射可製作細緻特徵工件。

關鍵字

陶瓷雷射燒結法 ； 分層 ； 氧化鋁 ； 陶殼模

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ABSTRACT

Title：Improvement of Ceramic Laser Sintering Equipment and Study of Process for Manufacturing Alumina Ceramic Workpieces Pages：79
School：National Taipei University of Technology
Department：Graduate Institute of Manufacturing Technology
Time：July, 2010 Degree：Master
Researcher：Kun-Da Li Advisor：Hwa-Hshing Tang
Hsiao-Chuan Yen
Keywords：Ceramic Laser Sintering, Delamination, Alumina, Ceramic Shell Mold

Ripples on the surface of the green part fabricated by the existing process, called ceramic laser sintering, induced un-uniform property transformation depth, which is the main cause of delamination. One of the aims of current study is to improve the apparatus for eliminating the problem of delamination. The slurry contained powder with average diameter of 13µm was used to fabricate ceramic shell molds by a CO2 laser. However, silica powder with such diameter led to high surface roughness, and fine details could hardly be built with the CO2 laser. Therefore, using sub-micro alumina powder to build a ceramic shell mold with better surface and finer feature by a Nd:YAG laser was the second target of this study.
After improving the elevating mechanism, the ripples and the delamination were eliminated. The error of layer thickness was decreased from 7µm to less than 0.87µm. Using a CO2 laser an alumina workpiece was fabricated successfully without delamination with the parameter combination : laser power 18W, scanning speed 830mm/s, scanning line depth 0.052mm and width 0.177mm. On the other hand, using a Nd:YAG laser an alumina shell mold of 600 layers was built with following parameter combination : laser power 5W, scanning speed 116mm/s, scanning ling depth 0.055mm and width 0.104mm. The surface roughness of the mold was approximately 0.4µm (Ra). By comparing the scanning depth of CO2 laser and Nd:YAG laser, we found that Nd:YAG laser could fabricate workpiece with finer details.

並列關鍵字

Ceramic Laser Sintering ； Delamination ； Alumina ； Ceramic Shell Mold

參考文獻

[5] 周景澔，利用漿料法快速原型技術製作陶殼模，碩士論文，國立台北科技大學製造科技研究所，台北，2008。

[19] 林緯翰，漿料快速原型系統之自動化，碩士論文，國立台北科技大學製造科技研究所，台北，2009。

[29] 陳皇印，陶瓷雷射快速原型製程優化及應用，碩士論文，國立台北科技大學製造科技研究所，台北，2006。

[38] 蘇紘建，陶瓷雷射燒結快速原型技術之強度提昇及生薄層塊去除研究，碩士論文，國立台北科技大學製造科技研究所，台北，2008。

[41] 黃國恩，以塑膠漿料為基材之快速原型系統開發，碩士論文，國立台北科技大學機電整合研究所，台北，2007。