材料與加工 授課者：郭鶴琳 班級：工設四日二A -103下 104/05/04

成型技術 雷射加工 電鑄成型 水刀切割 第11週

雷射加工 雷射切割是一種高精度數值加工，可用於各種材料的切割，蝕刻，雕刻和標記，包括塑料，金屬，木材，膠合板，紙張和卡片，合成大理石，橡膠磁，紡織，羊毛，橡膠和某些類型玻璃和陶瓷 。 第11週

雷射加工 什麼是雷射切割？ 二氧化碳(CO2)和釹(Nd) ：YAG雷射光束被由一系列固定的鏡面引導至切割噴嘴。 這種雷射光束通過聚焦鏡頭聚在一個小範圍內，約在0.1毫米和1毫米（0.004-0.04英寸）間。高聚焦的雷射光束一接觸物質將使其熔化或蒸發 。 真空檯 高度調整 鏡面 二氧化碳雷射光束 聚光鏡片 兩軸軌道 工件 加壓輔助氣体 噴嘴 聚焦雷射與噴氣 第11週

雷射加工 什麼是Nd釹？ 釹（舊譯作釢、鋖） 描述 銀白色的稀土金屬，在空氣中容易被氧化。 來源 電解 獨居石中〈Ce(PO4)〉的鹵化物鹽類即可得到。 用途 使用在人造紅寶石雷射中。可和鐠一起添加在陶瓷和特殊透鏡中。 也用於製造亮紫色的玻璃和過濾紅外線的玻璃。 元素基本資料 元素特性 原子序：60 元素： Nd 中文：釹 原文： Neodymium 常溫常壓下的狀態：固態 發現者：von Weisbach 發現年代： 1885 原子量：144.24 熔點：1010 氣化點(℃)： 3127 原子殼層： 2,8,18,22,8,2 同位素 ：16 軌道：4f4 比重：6.80&7.004 第11週

雷射加工 什麼是YAG？ Nd，Neodymium, 釹(音同女) Y，Yttrium, 釔(音同乙) A，Al, Aluminium, 鋁 G，Garnet, 石榴石,一種深紅半透明之金屬氧化物結晶. 在此是指結構為Y3Al6O12 之晶體。 Nd : YAG, Neodymium-doped Yttrium Aluminium garnet, 以三價釹嵌入YAG 中, 取代YAG 中釔的位置, 成為一種固態雷射介質材料. 取代量為 1 w%。該雷射即Nd:YAG 雷射, 可發射紅內線波長 1064nm 的雷射。 第11週

雷射加工 什麼是Y釔？ 描述 具延展性的銀白色金屬。 來源 在含釔的礦藏中可發現。 用途 和銪結合可製造彩色電視機中的紅色磷光。 氧化釔和氧化鐵結合之後形成結晶，可應用在雷達上。 元素基本資料 元素特性 原子序：39 元素： Y 中文：釔 原文： Yttrium 常溫常壓下的狀態：固態 發現者：Gadolin 發現年代：1794 原始定義：產地Ytterby 原子量：88.9059 熔點：1523 氣化點(℃)：3337 原子殼層：2,8,18,9,2 同位素 ：21 軌道：4d1 比重：4.457 第11週

雷射加工 什麼是雷射雕刻？ 所謂雷射雕刻就是當雷射光在物體表面作雕刻動作之時, 依雷射光之功率的不同以及雷射光光束密度之不同, 可以產生各種不同之效果, 其以電腦程式控制之精密程度, 可以雕刻出如黑白相片般之影像效果, 但效果之優劣程度又以雕刻材質之影響最大. 雷射雕刻可將烤漆或電鍍之表面氣化, 而顯現材質原色，且雕刻層已達材質內部, 所以不易脫落. 第11週

雷射加工 什麼是雷射雕刻？ 以金屬材質為例, 不鏽鋼材質依含碳的程度, 可以雕刻出不同黑顏色的字體, 若含碳量很低, 則可雕出霧面效果, 與亮面的不鏽鋼相對應。 銅材質, 因其金屬特性, 經過電鍍處理後, 以雷射雕刻加工將電鍍層氣化, 顯現之銅原色字體, 以特殊的銅染黑劑, 可以有電鍍白及黑字的強烈明顯對比。 第11週

雷射加工 什麼是雷射雕刻？ 鋁材質, 經過電鍍黑或陽極彩色處理, 均可顯現鋁原色--白的字體。 以塑膠材質為例, 塑膠可為白色或黑色及透明, 經過噴漆處理, 透明塑膠可達成透光的效果, 經過印刷處理或有色塑膠之變化, 可以展現不同之透光顏色。 綜言之, 雷射與印刷很像, 但雷射雕刻達材質本身所顯現的原色效果, 其質感非印刷可比擬的 。 第11週

雷射加工 Notes for Designers 給設計師的提醒 品質 某些材料如熱塑性塑料，以這種方式切削時具有很高品質的表面光潔度。雷射製程對大部分材料，在切割時能產生垂直，光滑，乾淨的切斷面 。 材料 雷射切割非常適合切割0.2毫米（0.0079英寸）以下的薄板材，它可以切割高達 40毫米板（1.57英寸），但較厚的材料大大降低切割處理的速度。相容的材料包括塑料，金屬，木材，膠合板，紙張和卡片，合成大理石，橡膠磁，紡織，羊毛，橡膠和某些類型的玻璃和陶瓷 。 一般應用 應用範圍包括家具，家電，服裝，標誌和獎杯，以及商店經營資訊管理系統(POS)。 成本與生產速度 此製程不需模具。數據直接從 CAD檔案傳輸至雷射切割機。週期相當迅速，但仍取決於材料的厚度。較厚的材料需要較長時間才能切割 。 環境衝擊 仔細規劃能確保最少的廢料，但它是無法避免產生不適合的可再利用的下腳料 。 第11週

雷射加工 使用案例 壓克力雷射切割 雷射切割會在某些熱塑性塑料邊緣上產生光滑緣，從而免去某些修整的工作 第11週

雷射切割 案例研究 雷射切割The Queen Titania 燈具 提供廠商Luceplan www.luceplan.com 由Alberto Meda和Paolo Rizzatto在2005年為 Luceplan所設計的 Queen Titania燈具（如圖 1）。 這是一個Titania修改版（1.4 m/4.6英尺長），Titania第一次是在1989年由Luceplan所生產。 鋁片加載在Nd：YAG雷射切割機上，然後開始切割程序（如圖 2）。切口部分不必以任何其他方式去毛邊，這也是雷射切割的主要優勢。每個組伴部分由金屬板上切下準備組合（如圖 3）。此燈具是由兩半邊所組成，並由鉚接作結合（如圖 4） 。 （圖 1） （圖 2） （圖 3） （圖 4） 第11週

雷射加工 案例研究 第11週

電鑄成型 電鑄成形是利用電解沉積的原理，陽極上的金屬通電後形成陽離子，經電解溶液而積聚於陰極模型上，當形成一定厚度實體後，與模型分離即得到類似板金件之殼狀電鑄產品。 第11週

電鑄成型 什麼是電鑄成型？ 電鑄成形的第一步為需先製作模型，模型材料若非導電體時，則須先塗一層導電的金屬膜。 X, y和z軸 第11週

電鑄成型 案例研究： 作業程序依序可以分為蠟製原型件(如圖一)、脫脂處理(如圖二) 、金屬化處理(如圖三) 、電鑄沉積(如圖四) 、加熱脫蠟等階段(如圖五) 。 (圖三) (圖一) (圖四) (圖二) (圖五) X, y和z軸 第11週

電鑄成型 Notes for Designers 給設計師的提醒 品質 產品具有良好的一致性。 可製造產品內部或外部形狀極為複雜的零件或零件表面需要有特殊的物理或冶金性質。 沉積在導電體模型表面的金屬可完全貼緊，可得到極高的尺寸精確度及維持200μm的表面精度。 可製造極薄或層狀金屬或純度極高的金屬產品。 材料 所有可電鍍的材料，均可作為電鑄成形的材料，尤其是銅、鎳、鐵和銀已被廣泛的應用。 環境衝擊 化學溶液處理稍有不慎，極可能造成環境汙染。 一般應用 電鑄成形主要用於要求高精確度，內表面平滑及內孔形狀較複雜，而無法用砂心或機器加工製造的空心或薄壁零件，例如導波管。 微精密電鑄更可應用於噴墨頭用之噴孔片、醫療用之過濾片、電池用之金屬篩網、微機電及半導體封裝；印刷用網板(Stencil)，蒸鍍用金屬罩(Metal Mask)、藝品 。 成本與生產速度 設備成本高，所需技術高 。生產速度慢 。 材料的選擇受限、產品厚度一般在9.5mm以下。 難控制不與模型接觸之面之尺寸的準確度。 第11週

電鑄成型 應用案例 除了應用在工業產品中，也能把精密電鑄技術應用在藝術品的創作上。像是黃金電鑄玫瑰的製作，就是先採用新鮮實體玫瑰花，經過固化、金屬化處理及電鑄製程後，便可以得到具有金屬材質的實體玫瑰花。這時，玫瑰花的本身已經變成金屬材質了，也就是說，它具有金屬的機械性質，不再是脆弱、容易枯萎的，更具有保存性與價值性。 第11週

水刀切割 當水強制穿過細小開口，把水壓升高到60，000 PSI時，它能切割各種軟性材料，例如食品、紙張、嬰兒尿布、橡膠和泡沫等軟質性材料。 若當在水射流中夾入少量砂料，例如石榴砂，”加砂水刀”則可切割全世界任何硬質材料，例如鋼材、化合物、非鐵金屬、石頭、陶瓷和玻璃或各類複合材料。 美國FLOW是加砂水刀技術的發明者。 第11週

水刀切割 什麼是水刀切割? 所謂水刀，就是將普通的水經過過濾，然後再經增壓裝置(如右上圖)將水增壓至380Mpa以上，再通過一特製的能量轉換器，也就是寶石噴嘴(如右下圖) ，可產生一束速度為800～1000m/s（約三倍音速）高速水箭，這就是水刀。 利用水刀作為切割加工工具，將複雜圖案、易碎、怕熱、難以切割之材料及一般傳統加工無法切割（如各種複合材料）等加以切割之加工程序。 而針對一些堅硬的材料如金屬、玻璃、石材、陶瓷等，可以通過特製的刀頭將砂料【石榴石砂】加入到水箭中，使其切割能力大幅提高。 第11週

水刀切割 Notes for Designers 給設計師的提醒 品質 由計算機控制進行加工，並生產的高品質，可重複的材料 。 水刀切割製程對大部分材料，在切割時能產生垂直，光滑，乾淨的切斷面 成本與生產速度 此製程不需模具。數據直接從 CAD檔案傳輸至水刀切割機。週期相當迅速，但仍取決於材料的厚度。較厚的材料需要較長時間才能切割 。 水刀切割的邊緣精確、平整，能夠緊固嵌套，節省廢料，最大化使用材料節省成 一般應用 石材、 金屬材、食材(蛋糕) 等切割加工 。 材料 幾乎可對任何材料可加工 。 環境衝擊 只需對廢水(非化學廢水)做過濾即可，對環境影響極低 。 第11週

水刀切割 加工案例 第11週

水刀切割 水刀切割的斷面品質 根據被切割材料的材質、厚度以及切割時的水的壓力、切割速度的不同，切割斷面的品質會有差異，參看下所示圖。 其一般規則是：材料越硬、水壓越低、速度越快，切割斷面表面品質越差。 （切斷） （中等品質） （精細品質） 第11週

END 感謝您的聆聽!!