中央大學機械工程研究所碩士在職專班學位論文
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逆向工程在產品設計開發中扮演非常重要的角色，產品的外觀多變與生產製程品質的要求，也使的逆向工程應用技術的發展不斷提升，更隨著光學掃描設備的解析度提高，取得網格資料品質的準確度與精確度相對提升，更有助於應用在生產製程品質的控制，與模型建構的品質要求。本研究主要探討逆向工程應用技術的發展與產業案例的探討為主要目的，逆向應用技術將探討網格資料處理與模型建構技術為主要方法，並探討應用在產業生產製程中來提升生產品質與效率，本探討產業對象為運動鞋鞋底模具生產製程。
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目前發光二極體在固態照明上的應用越來越廣，可以應用在室內照明、戶外照明、背光源、汽車照明、交通號誌燈及其它產業等。當LED的應用趨勢愈普及化，意味著LED的效率正在逐步提升當中。由於LED的輸入功率只有30%轉換成光，70%轉換成熱，因此，LED熱管理的問題更受到重視。若想要降低LED的接面溫度與熱阻值，其中最重要的一項是電路板的導熱銅箔層設計。 本研究最主要的目的是設計一款最佳化的金屬芯印刷電路板，可以降低來自於晶片的熱。使用散熱模擬分析、散熱實驗，對金屬芯印刷電路板散熱性能做探討。透過SolidWorks Flow Simulation軟體的分析與實驗結果的比對，要先確認分析的合理性，再尋找散熱解決對策。 比較六款不同金屬芯印刷電路板的導熱銅箔層設計，並藉由接面溫度及熱阻來評估在高功率LED模組上的散熱效能。從散熱模擬分析及散熱實驗結果顯示，由於Type-3導熱銅箔層的熱電耦合設計和具延伸面積設計，LED模組呈現出大約最低的接面溫度65.73°C與熱阻值17.21°C/W。依據模擬結果與散熱量測可以確認基板的幾何型式直接影響到LED的接面溫度及熱阻。
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為因應巨量網路存取的需求所衍生的伺服器散熱問題，本文擬開發1U伺服器適用的CPU液冷式散熱座，首先採用數值模擬方法，找出散熱座的最適鰭片間距，並導入斷續型的鰭片設計，找出適當的分段數，以提高流體的擾動度，並避免過多斷續鰭片增加摩擦力。有鑑於小間距的連續式鰭片和多段分割式鰭片的加工成本較高，基於成本考量，必須在較大鰭片間距及較少分段數下，得到較佳的散熱效能，故導入交錯式設計鰭片，結果發現，在鰭片間距2.5mm的條件下，分割鰭片隨流長度為4段，且交錯排列的狀況下，可以得到比小間距(0.5mm)連續式鰭片更佳的散熱效果。 為了進一步驗證模擬計算結果，本文採用電腦數值控制加工製程實作鰭片間距0.5mm的連續式鰭片以及2.5mm的交錯式鰭片兩種散熱座樣品，並在實驗中量測兩種型式散熱座的散熱性能，再將實際測試數據與模擬計算結果作對照。結果發現，實作樣品與模擬計算結果有著相同的趨勢，且間距2.5mm的交錯式鰭片的散熱性能確實較鰭片間距0.5mm的連續式鰭片散熱座優異。最後，檢討各製程工法的限制與成本，以找出最佳性價比的量產設計參考。
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在CAE (Computer aided engineering)分析中，使用有限元素(Finite element)技術以模擬產品的設計結果是最為常見的方法，以取代人為的測試或經驗。此技術中網格化是最重要的步驟，但模型的特徵往往由多個面或很小的面所組成，造成網格尺寸勢必縮小與面接近。尤其在於倒圓角(Blend faces)中往往為狹長面，導致網格數增加，不只增加電腦計算時間，也影響網格品質與模擬結果，因此必須要改善狹長型的倒圓角在網格化中的問題。本研究發展一演算法，以B-rep (Boundary representation)資料格式的模型為基礎，將倒圓角進行簡化，方法主要分為：產生幾何曲面資料以取代原本的倒圓角面、刪除原本倒圓角的曲面資料、更新所有B-rep中的拓樸資訊。最後使用數個案例進行測試，當模型經過簡化演算法計算後，會產生所有倒圓角均被簡化的新模型，以驗證此演算法的可行性。
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光學塑膠鏡片廣泛運用在各電子產品中，其重量輕強度夠經模具射出成型可以大量生產，成型的過程中模具扮演著重要的角色，因光學鏡片需要較高的精密度，在製造和成型上難度都大幅度提升，且無固定的設計模式。本研究以實體光學塑膠鏡片，說明光學元件與一般製品設計相異處並規劃模具設計流程，依循設計流程與設計注意事項，設計模板與模仁，並運用傳統和非傳統加工機具，將模板與模仁透過分段式的加工，提高模具精密度，透過改變澆口型式作田口實驗法射出成型，來找尋最佳成型條件與澆口型式，提供標準設計與製造流程。
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從現今的醫學知識可以知道，糖尿病患者可藉由血糖量測的方式，獲知自身的血糖值，進而利用飲食、運動、藥物或施打胰島素等方式來控制體內中葡萄糖的濃度，以維持身體正常機能及生活品質。近年來由於糖尿病人口逐年上升，血糖量測儀器市場及經濟價值也隨之增大，國內也有許多廠家投入該領域。目前市面上血糖檢測儀器大多採用電化學原理，亦即利用酵素電極試片與血液中的葡萄糖反應產生電流，再透過量測電流值的大小換算出血糖值。但大部分的電極還是以石墨網版印刷方式製作，而國際主要生產廠商已有三家推出金屬電極。而經過研究與檢驗比較亦發現，金屬電極有更好的量測品質表現，是更佳的電極材料。 而本研究提出以更低成本、高品質的葡萄糖檢測電極基材製作方式，利用化學鍍銅再電鍍鎳、金的製程方式，製作出有別於其他家製程所製作出的金屬試片。其中並且提出以印刷絕緣漆方式，降低鎳、金的用量，讓所開發出來的電極成本更低。研究中亦對所製作之電極檢驗基材外觀，並依序完成掃描式電子顯微鏡表面分析、金屬電極電流峰值、驅動電壓範圍、驅動電壓與反應時間、基材加速老化及面積優化等分析工作，確認本研究所開發出來的電極基材符合ISO 15197-2013之檢驗規範
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本論文主要利用竹炭對矽晶圓試片進行拋光實驗，所採用的磨料為二氧化鈰拋光粉，實驗參數為奈米石墨、竹炭主軸轉速、轉盤轉速、拋光液濃度、加工時間及加工荷重等，藉由田口實驗規劃獲得一組較佳的加工參數，並進行驗證實驗，再將影響顯著的加工參數分別作單一因子實驗，探討在各個因子在不同參數條件下，並說明加工參數對於表面粗糙度之影響。 經田口實驗分析，將影響顯著的加工參數進行單一因子實驗得知，對於矽晶圓試片表面粗糙度之最佳加工參數組合為：添加奈米石墨、竹炭轉速80 m/min、轉盤轉速90 rpm、拋光液濃度5 wt%、加工時間50 min、加工荷重2000g。實驗結果得知，在拋光液中加入奈米石墨，最佳表面粗糙度可達0.025μm，改善率達到92.15%，相較於拋光液中未加入奈米石墨之表面粗糙度為0.039μm，改善率則為87.85%，由實驗得知拋光液中加入奈米石墨能明顯改善矽晶圓試片的表面粗糙度。 本研究自行設計線性滑軌之荷重載台與可調整轉速之竹炭主軸旋轉機構，安裝於精密單平面研磨機，並結合拋光液供給裝置，藉由竹炭主軸旋轉機構、轉盤旋轉以及配合搖擺機構，製成竹炭拋光設備，未來可應用於矽晶圓拋光製程。藉由竹炭內部多孔性與比表面積大之特性，將拋光液注入至竹炭維管束內，使拋光液經由維管束流出至竹炭與試片之加工接觸面，不斷地供給拋光液於試片上進行拋光加工，並配合所得之最佳加工參數，可呈現矽晶圓試片表面達到鏡面效果，竹炭的應用可成為業界於拋光製程的新選擇。
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太陽能發電雖說是光電轉換的綠色產業，但是在製造過程中其實消耗了許多資源，近年來有相關文獻有提到以線切割放電加工作做矽晶圓的切割，利用放電切割的原理延伸至太陽能電池的晶邊絕緣，相較於目前使用之化學晶邊絕緣，省略了製程上所使用的化學藥液的使用及其廢液的處理，同時也減少了晶片邊緣的裂縫。 本文主要分兩大部分，第一是以純水為加工液，探討太陽能電池在完成磷擴散(P-type矽晶圓鍍上負極)製程後，以線切割放電加工作晶邊絕緣的製程，過程中，以加工電壓、加工速度作探討，並以高解析電子能譜儀檢測加工後的絕緣效果，第二則是觀察加工面的表面粗糙度，傳統的晶圓切片是利用琴綱線作切割，過程中所產生的加工應力會破壞晶片邊緣而產生裂縫，此種現象可利用放電加工改善琴鋼線加工的缺點，進而減少晶片邊緣裂縫。 實驗發現，利用線切割放電加工的負極切割方式，以每分鐘12cc以上的純水滴定量，電壓30V的條件下，可有效移除N層，且表面粗糙度由0.6µm降至0.365µm，即40%的改善效益，以每公升純水放電加工液添加0.6g的碳化矽，表面粗糙度可降至0.304µm，與純水當放電加工液比較有15%的改善效益。
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超塑性(Superplasticity)研究及超塑成形(Superplastic Forming, SPF)工藝發展在國內歷經四十年，這期間的中前段各界熱烈投入，之後熱潮漸退，此時、美國通用汽車正開始將超塑成形的衍生工法“快塑成形（Quick Plastic Forming, QPF）”推至汽車實際生產階段，SPF和QPF在國際間仍然是一活躍課題，自1982年開始、每三年舉行一次之學術會議ICSAM (International Conference on Superplastiity in Advanced Materials)及技術展示迄今已巡迴在世界各地舉辦十一次，第十二屆將於2015/9/7在日本東京舉辦。國內學界相對之熱度雖微，但過去之大量研發紀錄及成果仍應整理以供參考並喚起後繼者參與，此即本論文之工作。
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本論文中，設計與製作了三種型態的彈性元件耦合多頻寬壓電獵能器，作為振動能量獵能器的應用。透過特徵頻率和阻抗匹配的實驗，以評估三種型態獵能器相關之輸出功率。 A結構型態，以三個螺旋彈簧來支撐壓電懸臂樑，取代傳統的由剛體支持的單自由度壓電懸臂樑獵能器。在振動加速度1.5g時最佳共振頻率為105 Hz，且在最佳負載電阻9.1kΩ時獲得最高的輸出功率10.7 W（瓦）。在振動加速度0.5g時110 Hz被選為最佳共振頻率，且在最佳負載電阻8.2kΩ時獲得最高的輸出功率0.01 mW（毫瓦）。 B結構型態，選用具有回彈性質的金屬薄板，設計其機構特性成為多種彈性體組合而成的可撓性結構，成為多頻寬壓電懸臂樑獵能器。在振動加速度1.5g時有三個最佳共振頻率為30、65和95 Hz時，且在最佳負載電阻68kΩ時獲得最高的輸出功率0.54 W。在振動加速度0.5g時分別在頻率30和65 Hz時出現兩個最佳共振頻率，且在最佳負載電阻91kΩ時獲得最高的輸出功率116.8 mW。 C結構型態，外部使用3D列印技術作成圓柱形的上蓋和底座加以包覆，內部固定鈕扣型大小的環形壓電懸臂樑，也結合彈性螺旋彈簧成為多頻寬壓電懸臂樑獵能器。在振動加速度1.5g時出現一個連續寬峰最佳共振頻率為55至80 Hz，且在最佳負載電阻68kΩ時獲得最高的輸出功率0.41 mW。在振動加速度0.5g時最佳共振頻率為25 和110 Hz時，且在最佳負載電阻100kΩ時獲得最高的輸出功率1.40 mW。 這三種結構型態的壓電獵能器都是兩自由度以上振動體，且實驗結果都獲得多頻寬的共振輸出。因此，可以認定彈性元件的耦合，可提供較寬範圍的共振頻率頻寬。使壓電懸臂獵能器成為多頻寬壓電獵能器，也增強了其獵能性能和頻率的靈活性。