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研究生: 賴俊維
Lai, Chun-Wei
論文名稱: 數位化三度空間噴印技術發展
Development of 3D Digital Printing Technology
指導教授: 蕭德瑛
Shaw, Dein
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 83
中文關鍵詞: 噴墨印表機五軸工具機路徑噴印距離自由曲面
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  • 現今在3C產品外表塗佈色彩文字及圖樣的方式,以模內成色及印刷技術為主要的兩個方法,但此兩種技術需考量到開模或製版之成本,故適合較大規模量產之產品。本研究開發之方法,只需將工作物件以軟體建模,配合欲噴印圖案的資料,經由程式轉換後即能立刻進行噴印路徑規劃,前置作業可完全在電腦上進行。噴印機台則是以五軸工具機為基礎,使用印表機軟體進行噴印。另外,由於噴墨頭與曲面距離並不固定,需盡量保持噴墨頭與被噴印面之距離在最佳噴印距離的範圍內,且噴墨頭一次能噴印的圖案寬度有限,若曲面曲率太大則必須旋轉一角度後再進行噴印,故此噴印寬度需與曲面曲率配合,以決定圖案該怎麼噴印;而五軸工具機的刀具及工件部份則分別以噴墨頭及曲面模型置換,故需另外設計夾持機構來固定噴墨頭與曲面模型。此外,如何使噴印訊號與五軸同步作動也是一項重點。綜合以上諸多要點,希望能藉此達到在3D曲面上噴印彩色圖案之目標。


    There are two main methods to attach the colorful patterns to the free form surface of 3C products at present time, one is IMD and the other is screen-printing. Because of the cost on molding and plate-making, both methods are only suitable for the mass production. In this study, software is firstly used to do 3D modeling, after that the pattern is applied on the 3D model and then plans the printing paths by using mapping transformation. The pre-process of the printing can be finished on computer. The hardware is based on the 5-axis CNC machine; the spindle of the 5-axis CNC machine is replaced by a commercial printer and uses the software of the printer to print the pattern. Furthermore, since the distance between the print head and curved surface is not a constant, it is necessary to maintain the distance in an optimal range. The width of pattern print head can print at a time is limited by the curvature of the printing surface. If the curvature of surface is too big, the print head should print only at the region which can print out a good printing quality. The rest unprinted area is printed after rotating the print head a proper angle. Since print head and surface model are substitute for the tool and work piece, so it is necessary to design the fixture to fix the print head and curved surface model. Moreover, how to synchronize the print signal and 5-axis machine is also important. As mentioned above, this study hopes to achieve printing colorful patterns on the 3D free form surface.

    摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 XII 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 2 1.2.1 技術背景分析 2 1.2.2 相關專利 4 第二章 基本原理 11 2.1商用噴墨印表機概述 11 2.2像素與解析度定義 13 2.3五軸工具機構型 16 2.4數控工具機NC Program組成 18 2.5噴墨印表機與五軸工具機之結合 21 第三章 噴墨印表機實機測試 24 3.1 噴墨頭噴墨品質裕度實驗 24 3.1.1實驗目的 24 3.1.2機台設計與實驗方法 24 3.1.3實驗數據分析與驗證 32 3.1.4最適噴印距離 38 3.2 噴墨頭噴印寬度實驗 38 3.2.1實驗目的 38 3.2.2帶寬測試 39 3.2.3測試結果 46 第四章 噴印路徑規劃 47 4.1路徑規劃流程 47 4.2 Ansys網格切割與資料匯出 49 4.3利用MATLAB求解噴印路徑 52 4.3.1點座標對應編號寫入網格頂點 52 4.3.2 Edge Vector計算 53 4.3.3直線參數式計算 54 4.3.4導引平面方向與噴印帶寬設定 55 4.3.5求解交點 56 4.3.6求解噴頭指向向量 59 4.4輸出NC code 60 第五章 五軸同動噴印 63 5.1工具機硬體改裝 63 5.1.1噴墨頭支承座設計 63 5.1.2曲面治具設計 68 5.2 噴印圖案預處理 72 5.2.1圖案預變轉換 72 5.2.2距離判斷與圖案拆解 74 5.3 五軸同動噴印成果 78 第六章 結論與未來展望 79 6.1結論 79 6.2未來展望與建議 81 參考文獻 83

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    國立清華大學, 新竹市、台灣, 2009.

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