中央大學機械工程學系學位論文
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本研究針對Al-Mg-Si 6061鋁合金添加微量元素Cr、Mn進行探討，所設計之三種合金6061、6061+Cr及6061+Mn鋁合金藉由熔煉爐鑄造，一批以550˚C/24h、爐冷的方式進行均質化處理，另外一批不均質化處理。這兩批分別進行450˚C熱鍛、鍛壓量70%再作T6熱處理（固溶520˚C/2h，時效167 ˚C/24h）。探討不同微量元素添加及T6處理後的機械性質以及顯微組織。 實驗結果顯示，6061、6061+Cr及6061+Mn鋁合金經由T6處理後硬度皆有明顯的提升，而強度方面在添加Cr 0.3%及Mn 0.7%時有最大值。而且已均質化之合金其強度皆小於未作均質化之合金。
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近年來，發光二極體(LED)在固態照明中扮演著重要的地位，其中微製程技術的成熟，讓複合微晶片(Multiple Microchips)LED在近年來備受重視，複合微晶片是一種以陣列方式將多顆微晶粒連結而成的新式LED，如果將微晶粒以串聯陣列的方式做設計的話，除了可以提高在傳統單晶片LED中輸入電壓的限制以外，還可以配合在市面的交流電壓、透過全波整流器將交流電壓轉換成的全波電壓和直接使用直流電的三種方式來驅動點亮，但因為單晶片只能以直流的方式驅動，所以本研究將單晶片與複合微晶兩者在同樣尺寸和同樣磊晶的條件下，以直流式電流來驅動，並且針對不同瓦數時，複合微晶片的高電壓低電流特性在電性和溫度以及光三者的關係來和傳統低電流的單晶片做比較。另外本研究針對於LED發光層的物理機制中，利用光輸出功率量測的實驗結果來修正數值方法中的熱電耦合統御方程式。 研究中先透過接面溫度及光學特性的量測實驗與數值模擬來相互驗證之後，再利用模擬結果來分析複合微晶片和單晶片的電流密度與溫度分布形態上的差異。由結果可以發現複合微晶片的電流分布是局部雍塞的形式分布在整塊晶片中和單晶片中的整體壅塞完全不同，這樣的差異,使複合微晶片在溫度能平均分布於晶片中，且還有降低接面溫度的效果。複合微晶片的設計除了在電流密度和溫度分布造成的影響以外，還有複合微晶片的串聯設計下所造成高電壓低電流的特性，會讓非活化層所製造的焦耳較低，尤其在越高瓦數下，傳統的單晶片與複合微晶片在焦耳熱的差異更加明顯，這也是複合單晶片在高瓦數下能讓溫度較低使光輸出功率較好的主要原因之一。最後本研究利用數值的方法，來模擬在實驗中可能會造成LED燒毀的高瓦數電功率。從模擬結果得到在高瓦數的8W下單晶片已達光飽和而複合微晶片的光輸出功率則因為溫度較低的影響所以並未出現光飽和的現象，此外還可以利用高瓦數的模擬結果來估計兩種LED在此封裝體下，大約可以承受電功率在5W左右所產生的溫度，如果繼續增加電功率可能會因溫度過高開始有封裝上的損壞產生，並大約在電功率到達8W時，兩種LED的接面溫度都會超出晶片所能承受的溫度極限。
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本研究主要改善傳統游離磨料線鋸加工時，因磨粒並未利用完全便隨切削屑及磨漿排出，使其所需加工時間增長且線鋸上的磨料廢棄率高，而相對所需之成本也較高等缺點進行改善。因此，本研究研發一種以複合電鍍法的方式將鎳-鑽石披覆於琴鋼線上，使琴鋼線本身即具有切削性質之工具，希望藉此能有效改善傳統游離磨料鋸切加工的問題，進而降低製程上之成本。 研究主要分為兩大部分，第一部分為琴鋼線複合線材的製備：將鎳-鑽石複合電鍍液以電鍍方式披覆於琴鋼線材上。實驗結果顯示，隨著電流密度、電鍍時間的增加，鍍層厚度也隨之增加。在電流密度7 A/dm2 與鑽石濃度100 g/L 等參數進行電鍍實驗時，琴鋼線複合線材具有較佳鍍層厚度及鑽石披覆。第二部分則利用田口實驗設計針對高速鋼棒進行切削，探討各參數對切削深度的影響。由實驗結果得知，較佳製程參數組合為：切削荷重500 g、工件轉速3000 rpm、進給速率3.5 mm / min、線張力1500 g 和琴鋼線於電鍍時間10 min、電流密度7 A/dm2、鑽石濃度100 g/L 進行切削加工，切削深度可達27.01 μm。
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由於石英具有的硬脆特性，若以傳統之加工方式很難實現高精度、高效率、高可靠性的加工，特別是在微型零組件的製造上。電化學放電加工(Electro-chemical Discharge Machining, ECDM)是以高溫熔融材料，並且藉此高溫可加速蝕刻速率的非傳統加工方法，相當適合作為加工石英之微製程技術。而由於電化學放電加工主要是藉由電化學反應在電極表面形成之氣膜而產生放電現象之材料移除方式，所以氣膜的結構及穩定性為影響加工效率及精度之關鍵因素。然而於加工過程中，氣膜受到放電高熱的衝擊及電解液循環程度的差異，將使得氣膜結構處在不規則且動態變化的狀態下，造成放電品質的不穩定影響加工效率與品質。因此本研究將首先探討不同電極型式對於加工性能之影響，而後為了提升加工性能，擬以可調變磁場(電磁鐵)來輔助加工改善，提供不同於既有方向之偏向力(勞倫茲力)，使氣泡受到此勞倫茲力的影響而脫離電極表面，維持氣膜的穩定性與改善電解液循環效能，進而改善加工效率及精度。 實驗結果得知，將表面無任何幾合特徵的圓柱電極改為表面具有螺旋溝槽的鑽頭電極，其加工時間縮短了73.8%，可大幅度的提升加工效率。而後再增加可調變磁場的輔助，其加工時間有49.5%的改善幅度，同時對於加工時間的標準差也有91.8%的穩定性提升。最後利用可調變磁場產生的不對稱氣膜型態，進一步提升電解液循環的能力，因此使得加工時間得以再有24.4%的提升。
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本研究是以自行開發的行星機構結合二維振動輔助磁力研磨機制於不鏽鋼材料上進行拋光，其主要目的是利用行星機構自轉與公轉的特點，使表面形成高密度的交叉紋路外，還可以達到節能、省時。進而達到高品質、高效率、低耗能的指標。藉由控制磁極間距、振動平台振幅、鋼砂粒徑、SiC重量、鋼砂重量、研磨液重量、振動平台頻率、磁極轉速…等一系列的實驗探討後，得知行星機構結合二維振動輔助機制能夠提昇表面品質及效率。 經由田口驗證實驗可以得知，對於表面粗糙度的改善較佳參數組合為：磁極間距1 mm、振動平台振幅0.1 mm、鋼砂粒徑0.125 mm、SiC重量3 g、鋼砂重量0.5 g*2、研磨液重量5g、振動平台頻率16.667 Hz、磁極轉速500 rpm(156) (A1B1C3D2E3F3G2H2) 。 行星機構結合二維振動輔助磁力研磨加工法在較佳參數組合下，能於12.5分鐘內有效改善不銹鋼表面粗糙度由Ra0.16μm降低至0.032μm，改善率為80%，研磨20分鐘後更能達到0.023μm，表面改善率提高至85.63%。若單純只有二維振動輔助之下，改善率為68.75％(Ra0.05μm)；或者單純只有行星機構之下，改善率為63.13％(Ra0.059μm)，由此可以證明行星機構結合二維振動輔助機制是能提昇品質的。 最後深入探討行星機構的特性，利用行星機構與單軸不同轉速之下，來探討其省時及效率；亦用電力計來量測行星機構與單軸旋轉所消耗的功率，來探討其節能之效果。
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顱內動脈瘤所引發的蜘蛛網膜下腔出血其致死率相當高，且通常發現時患者情況已十分危急，所幸現今電腦斷層攝影術相當普及，其快速拍攝且低風險的特性剛好適用於此狀況，但醫師在診斷時仍然以二維影像為主，如要重建出三維影像則須將影像於放射科重建，且所重建三維影像無法作即時的操作與瀏覽，如此一來，不僅費時且無充分利用三維影像的優點。本研究為了讓醫師充分利用CT影像，並獲取足夠的術前輔助資訊，因此發展了一顱內動脈瘤手術術前評估系統，提供了腦瘤區域快速判斷的機制讓醫師迅速找出病灶制定方針，並以軟體進行開顱手術模擬，讓醫師不需實際動刀即能觀看開刀後的結果，在手術模擬的最後，本研究運用所開發之半自動對位演算法，進行腦血管擷取，並設計案例驗證其準確性與適用性。
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一般人人體受傷較大的部位都集中在膝關節、髖關節與脊椎等位置，也因此在骨科門診、住院開刀病例裡，這類的病患就占了絕大多數。近年來台灣人口年齡老化，相關的退化性關節病症或因骨質疏鬆導致椎體塌陷病例也在急劇的增加中。在手術方法的發展方面，為了改善傳統開放式手術的缺點，微創手術以普遍受到重視，不僅手術過程可簡化、時間可縮短、更重要的是，病患在術中受到破壞的身體組織將大幅減少，可有效避免可能引發的後遺症，而術後復原的時間也可以相對地縮短。然而，微創手術由於傷口視野較小，卻也相對地提高了手術執行的困難度，其中椎體成型術手術更為複雜，因為其緊鄰人體的中樞神經系統與動脈血管，因此過程中醫師必須大量仰賴C-arm的拍攝影像，雖然可以提升手術流程的安全性，卻也導致輻射劑量的增加，對醫護人員的健康造成不良的影響。 為了降低椎體成型術手術風險，本研究發展電腦輔助椎體成型術術前評估系統，提供醫師更多病灶區的相關資訊，減少手術過程中的不確定性與C-arm拍攝的次數，降低醫護人員累積的輻射量，以落實更健康、安全的醫療行為。本研究針對椎體成型手術具體開發項目說明如下：(1)組織區域分離與三維模型(含病患、手術器械)之建構與顯示，(2)椎體成型術術前評估，(3)術前評估資訊整合與驗證，(4)觸控操作醫學影像系統等，希望藉由本模擬系統輸出的資訊能改善目前術前資訊不足而需大量仰賴醫師經驗的困境。
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醫學影像為現今主流的醫療診斷模式，並被使用於各大醫療院所 ，在大大量的使用需求下，醫學影像軟體開始迅速發展，但卻未立即為專科醫師採用，除了軟體的價格問題以及技術的信任問題之外，軟體高操作難度或是複雜的作業程序，是阻礙醫師使用的主要原因，因此，本研究發展一以觸控操作為主的骨科手術規劃平台，以觸控簡單操作的特性，讓醫師毋須經過複雜的訓練便能夠上手使用，平台兼具良好的擴充性，未來可結合各類專業的手術模組，提供更廣泛的協助。本研究針對平台特性設計一觸控操作介面，並以觸控操作思維重新設計各功能的操作程序，簡化平台操作，並結合骨盆創傷手術術前評估模組，讓平台可針對骨盆手術進行手術規劃。本研究後續協助了兩個骨盆骨折案例，以本研究設計的輔助流程，逐步協助醫師進行手術規劃，其中一例於術前輸出輔助資訊，並實際應用於手術中，以此驗證了本平台之可行性。
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台灣步入高齡化社會，老年人的骨科疾病也日益趨多，其中因意外失足、年老退化等引起的關節手術尤為常見。目前手術前的規劃、醫病解說等，大多以口頭方式說明，解說的輔助工具包括病患X光影像、衛教圖片、人工骨與植入物等，實際上病患或其家屬在手術前真正能了解的資訊相當有限。提升醫病關係是政府所推動醫療政策，並隨著電腦軟、硬體科技與醫學影像技術的進步，電腦輔助醫病解釋系統的開發應是解決醫師解釋病情與手術治療的重要工具。在下肢骨折的診斷與手術實施中，大多數僅使用X光影像作為診斷與手術評估的資訊，即使電腦斷層在大多數醫院均已具備，X光仍是節省成本且不可取代的工具。因此，本研究擬發展以髖部骨折手術與人工關節置換手術為主的術前評估規劃系統，系統主要開發項目包含：(1) X光影像之輪廓辨識(2)髖關節DHS手術醫病解釋(3)人工膝關節手術術前規劃(4)觸控操作醫學影像系統等，藉此提供快速的圖像資訊、量化工具以及硬體的輔助，提升病患對於病發部位、手術告知以及術後復原狀況了解，同時希望能讓醫師進行術前規劃。
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本研究主要是利用微細電極前端以放電加工法形成一微球頭，於放電時瞬間熱能使電極前端產生熔融，因表面張力而收縮形成一微球頭，如此球頭部與電極根部形成直徑差，再以電化學加工法進行尺寸精修以達所需規格，期使獲得高精度之微型球狀探針電極，並藉由球狀探針電極達成高精度微孔電化學鑽孔加工加工目標。 由實驗結果可知電化學加工對放電修整後之電極表面具有拋光效果。放電修整完的電極表面粗糙度Ra值為0.304μm而採用電壓16V、加工時間0.5s、電解液濃度2 wt％加工參數進行電化學精修後Ra值降低至0.093μm。而對球形電極的表面具有精修效果，且電化學加工後球狀電極外形較為圓滑及可以控制球狀電極的直徑大小。在電化學鑽孔加工中，球狀電極比傳統圓柱電極有較小的環帶寬度及高精度的微孔直徑的之加工效果。