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單點增量成形刀具路徑規劃與成形力之研究

目前板金以單點增量成形在路徑規劃上之研究，大部份針對步階式路徑之成形力做探討，本文規劃兩種路徑模式，即步階式路徑及螺旋式路徑，以比較其成形過程力量、成品表面品質、成形傾角極限、厚度分佈及表面粗糙度的差別。本文使用CAD/CAM系統產生階梯式與螺旋式兩種成形路徑，並自行設計製作成形夾治具，透過CNC銑床進行實驗以探討單點增量成形在兩種路徑模式下成形力量的趨勢比較，結果顯示螺旋路徑之成形力較為穩定，並有較佳的表面品質。本文接著進一步探討兩種路徑能夠完成錐形成品的最大傾斜角，實驗結果發現螺旋路徑模式比步階式路徑模式能加工出更大傾斜角的成品。量測厚度分佈方面，在兩種路徑模式下，顯示路徑模式對於厚度分佈影響較小，但沖頭直徑越大，零件厚度則越薄。探討表面粗糙度方面，路徑模式與沖頭直徑對於表面粗糙度影響較小，但垂直步階越大，顯示表面粗糙度品質較差。

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單點增量引伸法以多步驟模式探討AA-1050鋁材圓杯成形之研究

本文主要是探討單點增量引伸法於鋁合金板材(AA1050)成形之技術，針對圓杯之成形性及成形之極限進行實驗研究；過去的文獻對高傾角的極限之研究，多以深寬比較小的情況為主，本文實驗之例子係以較大之深寬比1：2之圓杯，以多步驟成形的模式來成形傾角較高之成品，探討其圓杯底部之倒圓角限制及表面品質之改善。本文實驗所使用的機台為三軸CNC銑床，主軸裝置成形用的衝頭，在CNC床台上將鋁合金板材固定在自製的夾治具後，執行CNC加工程式，驅動工具頭旋轉及以一定的軌跡使板金成形。成形之刀頭路徑是透過 CAD/CAM軟體產生之步階式刀具路徑。實驗結果顯示本文方法可推測其成形性以及改善成品之幾何誤差和底部的表面品質。

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等間距螺旋刀具路徑建構於曲面切削之研究

切削曲面刀具路徑使用螺旋模式，可節省製程時間，並可使加工表面的切削痕跡流暢一致。許多螺旋刀具路徑規劃研究，並未考量殘留於加工曲面上的扇形餘料是否均勻。針對曲面以球形端銑刀精切削製程，本文提出一套螺旋刀具路徑的建構方法，能保持螺旋於曲面上等間距(或等節距)因而此螺旋路徑模式能兼顧殘留於加工曲面上的扇形餘料為等高，使加工面保有均勻的表面粗糙度，有利於加工面品質或後續的表面處理。本文建構螺旋刀具路徑切削模式，係由曲面中心點開始連續切削往外螺旋到曲面外圍，可以順時針或逆時針螺旋。以欲加工之曲面參數方程式為基礎，以及球端銑刀半徑資料與所要求之容許扇形餘料高之條件等，透過編寫的程式進行分析及疊代運算，可找到曲面上等間距螺旋刀具路徑各切削點資料，經轉換成刀端中心的移動座標軌跡即能進行切削模擬及輸出電腦數值控制(CNC)銑削加工程式實際於機台切削實驗。本文以三次方的Bézier曲面切削為例子，建構螺旋刀具路徑，經於CAD/CAM軟體實體切削模擬及CNC銑削結果顯示本文之螺旋切削路徑產生法確能滿足曲面加工殘留均勻扇形餘料的要求。

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後傾式離心風機之穩健設計

現今由於能源議題浮現，節能減碳變成產品開發製造時所需考量之重要因素，而工業用離心風機大量使用且長時的運作，若可以有效改善風機之效率將可大幅減少碳排放及用電成本；另外，由於中國大陸對於可販售風機訂定風機效率之門檻，未達門檻則無法販售，因此本研究以協助台商風機廠通過大陸之效率門檻為主要目標。 本研究考慮製造過程中之公差干擾因素，利用CFD軟體，配合田口方法來改善現有後傾式離心風機之設計，以提升風機之效率，除了改良喇叭口之幾何外型及機殼高度使空氣流動可以更加順暢外，也利用田口方法將風輪葉片之入口角b1、出口角b2、入口葉片高度b1以及出口高度b2作為內直交表的因子，另外將入口角b1之公差、出口高度b2之公差以及喇叭口跟葉輪之間的間隙作為外直交表之因子用以模擬製作及安裝時所產生的公差。改良後的風機經過AMCA 210標準測試後全壓效率比原始設計提升了約7.6%，即由原63.3 %提升至約70.9 %，，若一工廠風機24小時運作，一台風機一年可省下約12900元，且可以讓一年減少了2620 Kg的CO2排放量。 另外，本研究於最後藉由CFD軟體模擬發現，喇叭口喉部的面積及入口處面積之比率縮小可使全壓效率再度提升1.9 %；不過，另一方面，研究過程中藉由等邊基法近似阿基米德螺線用來設計風機機殼，此螺線機殼設計造成全壓效率下降約1.6 %。

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雙包結構樞軸之注油及壓合機設計

樞軸(hinge)組裝製程大都是一個步驟接一個步驟的完成，製程展開後每一個步驟均需要一個作業人員操作，不僅耗費人力且增加工時。在雙包結構樞軸(twin-coil-type hinge)的組裝製程中有兩個基本步驟：分別為注油(oiling)與壓入轉軸(pressing shaft)，雖然都是很簡單的動作卻需由二個人進行作業。本研究基於製程合理化，將兩個製程步驟以機器動作合併完成。在注油部分：採用固定容積機構(constant volume mechanism)將定量油脂注入雙包承架(twin coil support frame)中，注入的油量不會有過多、過少，及溢油現象。在壓入轉軸時採臥式壓入(horizontal pressing)的方式，以支撐機構固定轉軸與雙包承架的中心高度，可確保此二零件之中心軸位置是一致的。 雙包結構樞軸之注油及壓合機設計結果顯示，固定容積機構可注入定量的油量，由原來人工注油量0.05g減少至0.02g，且均勻塗佈於雙包承架內孔壁上。製程時間可有效的縮短，由原來人工操作的10.78秒降至6.27秒，並且只需一人操作即可完成注油與壓入轉軸的動作。轉軸壓入的同軸度(coaxial)也相對提高，使組裝後的扭力值表現更加穩定而且集中分佈。注油與壓入轉軸之機構設計使這兩個步驟一次完成，達到提升效率與品質、降低人員疲勞度及人力成本、減少油耗與油脂成本等多項成效。

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鈦基植體表面披覆氫氧基磷灰石之製備

本研究之實驗設計，以改善生物惰性之鈦與鈦合金(Ti and Ti-6Al-4V)之骨整合性(Osteointegration)。利用簡單之物理與化學方法之表面處理，以砂紙研磨(#600)、熱處理(400℃)與鹼性處理(5M/L 10M/L氫氧化鈉溶液)；增加鈦與鈦合金之表面特徵，改善材料表面積與離子濃度(OH group)。接著透過仿生浸鍍(Biomimetic immersion)之方式，浸鍍於人工模擬液體與過飽和鈣溶液，使鈦與鈦合金表面沉積生物活性之氫氧基磷灰石薄膜(Bioactivity hydroxyapatite layer)。 經過三十一天完整之鍍製週期，透過典型材料分析(SEM、EDX & XRD)、機械性質測試(Press tests)，分析氫氧基磷灰石薄膜之特性。結果指出，不同之鍍液所生成之球狀(Spherical)與板狀(Platy)磷灰石結構；其能譜儀結果指出其鈣磷比為1.67，與骨骼接近。且於X光繞射圖譜出現特性繞射峰(2 theta = 26°、32°)，驗證為氫氧基磷灰石晶態。附著力測試顯示，球狀磷灰石之薄膜附著力較板狀磷灰石佳。此外，為證實於鈦與鈦合金氫氧基磷灰石薄膜之生物相容性，經體外培養(In Vitro)三天之觀察，板狀結構有刺激細胞分化之可能性；然而，球狀磷灰石薄膜有較佳之存活率。 仿生浸鍍(Biomimetic immersion)，由不同鍍液所形成特性之氫氧基磷灰石薄膜於鈦與鈦合金表面，是可行的；於生物活性評估結果，顯著之細胞存活率，證實磷灰石薄膜之生物相容佳，相對提供於活體應用之參考。

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奈米級氧化鋅/氧化鈦熔射塗層光催化特性之研究

光催化係屬於高級氧化程序中的一環，常見的光觸媒材料為TiO2、ZnO、CdS、WO3、SnO2及Fe2O3等，以TiO2與ZnO最為廣泛研究。由於光觸媒材料應用上最大的困難為光觸媒的固定化技術，利用熔膠凝膠法、濺鍍法或燒鍍法較難製備大面積的塗層。本研究係利用電漿與高速火焰熔射技術，分別將ZnO、TiO2、ZnO/3wt%Al2O3及ZnO/50wt%TiO2奈米結構材料噴覆於AISI304不繡鋼基板表面，針對氧化鋅/氧化鈦及其複合粉末利用UV光(352nm)降解亞甲基藍水溶液之光催化特性進行研究。研究結果顯示熔射後塗層表面形貌多為奈米結構，熔射ZnO/3wt%Al2O3之塗層其表面形貌多為奈米片狀(nano disk)氧化鋅，熔射過程發現添加氧化鋁能有效提高氧化鋅塗層堆疊效率；X射線繞射(XRD)分析顯示熔射ZnO/3wt%Al2O3之塗層其特徵峰向右偏移，表示鋁可能有摻雜進氧化鋅結構，高速火焰熔射ZnO/50wt%TiO2塗層其相態多為ZnO 與TiO2之複合相(Zn2Ti3O8及Zn2TiO4)，電漿熔射塗層除了複合相外，增加了Ti8O15缺氧相，純TiO2塗層因熔射高溫其Anatase相大都轉變為Rutile相。光催化特性顯示，經UV光照24小時，能將亞甲基藍水溶液降解為透明水溶液，高速火焰熔射TiO2塗層光照12小時降解率為100%，而電漿熔射ZnO/3wt%Al2O3塗層降解效率最差為45%。綜合分析結果顯示，塗層表面結構與光觸媒材料影響光催化降解率，進行降解亞甲基藍水溶液，TiO2塗層較ZnO塗層效率佳，添加氧化鋁於氧化鋅粉末中，能增強熔射時堆疊效率，但經電漿熔射後其光催化效率降低，塗層中產生TiO2缺氧相會因氧空缺形成電子電洞再結合中心，導致其光催化效率較差，高速火焰熔射塗層均較電漿熔射塗層之光催化效果佳。

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氣室表面改質對鋁合金均熱板性能之研究

均熱板為一種以熱管為理論基礎的兩相變化熱導冷卻系統，相對於傳統熱管更具有高熱傳量與低熱阻的表現，均熱板的設計可直接與發熱元件貼覆，在目前電子產業的應用上有極大的發展空間。本研究擬利用此熱傳原理，製造一鋁合金均熱板，分析不同表面改質製程及水量多寡對均熱板性能的影響。首先使用濺鍍與電鍍進行腔體內部的銅薄膜改質，並探討水量對性能之影響。藉由研究結果，選擇製作均熱板內部表面改質製程，並針對均熱板性能進行分析量測。 本研究探討表面薄膜對鋁合金均熱板的影響，發現薄膜經過擴散接合後，反應層對熱傳導影響相當大，確實阻隔鋁元素的擴散有助於提升整體效能，於均熱板的熱阻探討中，得到電鍍型均熱板的效率遠大於濺鍍均熱板。於不同注水量的比較方面，注水量為微結構孔隙的100%時有最佳表現，最低熱阻值為0.344℃/W。於熱響應表現方面，電鍍型均熱板熱響應速度大於同尺寸銅塊及鋁塊，甚至大於濺鍍型均熱板。

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低溫晶圓接合之結構特性研究

近年來在電子產業蓬勃發展之下，其晶片功能也日益增大，電子相關產品逐漸走向高傳輸速度、小面積與低成本方向，造成傳統2D平面構裝面臨著極大的挑戰，因此，近年來推出3D堆疊構裝技術，用以解決上述之需求。本研究將探討兩晶圓堆疊接合後，並且同時維持高強度，藉以省去多餘之製程成本。 本研究成功地利用擴散接合技術完成矽晶圓-矽晶圓間低溫接合之目的，首先在晶圓試片依序濺鍍阻障層鉻薄膜(防止銅的擴散)及銅薄膜做為接合層。在熱壓接合前先將試片進行酸性處理以去除表面氧化層，使其表面達活化之效果，並在真空低溫條件下進行銅-銅活性擴散接合。接合界面利用OM與SEM觀察其接合微結構，EPMA確認擴散反應，最後利用附著力測試及耐候實驗觀察其接合強度與品質。 研究結果顯示，利用化學處理能有效地去除銅表面原生之氧化物，進而促使銅-銅間相互擴散，當接合溫度於250℃持溫一小時，接合界面已有擴散反應，其接合強度亦隨著溫度的提升而增加，當接合溫度於350℃持溫一小時，其接合強度已達10Mpa。

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添加氮化硼複合粉體對高密度聚乙烯導熱影響之研究

因應目前電子產品的微小化，電子產品壽命受限於散熱效率，而高導熱複合材料中，無機材料通常具備有較高的熱傳導性質。其中氮化硼粉末之熱傳導係數比一般陶瓷粉末(例如：氧化鋁、氮化鋁、氧化矽)高，且具備良好的電絕緣性與化學穩定性，而且氮化硼是應用於各種高導熱複合材料的填充物之一。 本研究係分別使用不同粒徑製備大單晶氮化硼/小單晶氮化硼/SMPL-X與氮化硼/氧化鋁複合粉末，並製作成片狀和球狀形態總計四種粉體做為高分子聚合物之填充材料，並且將複合粉體披覆PMMA，改質披覆量最佳為粉重的8%重量，再以高密度聚乙烯( HDPE )為高分子基材，使用高分子混煉技術，將基材與氮化硼複合粉末利用塑譜儀( Brabender )使高分子在熔融狀態下進行均勻混煉，製成HDPE/導熱粉體母粒，後續以熱壓與射出成型製得導熱複合材料。 研究結果顯示，經球形化之複合粉體可以提升高密度聚乙烯中無機材料的添加比例，並改善氮化硼單一方向性熱傳導之缺點，使熱傳為多方向性增加熱傳導效率；相同固含量下球形化可以降低原始材料之介電係數；因高固含量下塑膠可塑性變差，但球形化粉體可以改善此現象。