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ISO 6358質流量分析應用於3D列印氣壓梭動閥之研究

摘要"

3D列印技術是近年來風靡全球的一種新製程方法,它的特點是能夠運用逆向工程的方式,大量縮減傳統工業繁雜的製作程序將物件快速製作出來。有鑑於此,本研究目的是將3D列印技術應用於氣壓元件之開發與製作上,並以市售的梭動閥閥件作為仿製對象,最後成功製作出具有市售氣壓閥件相同功能的塑膠氣壓閥件。另外,本研究為瞭解3D列印閥件與市售閥件之差別,組建了國際規範ISO 6358實驗平台以檢測其閥件之質流量特性,最後將實驗結果進行比較後發現,自製的3D列印閥件性能略低於市售閥件。雖然3D列印閥件在性能上無法媲美市售閥件,但是在製作成本與生產時間上來說是優於市售閥件的,未來若是將3D列印閥件應用在流量沒有特別要求的場所,或是作為金屬閥件損壞時的臨時替代閥件來說,是相當不錯且可行的做法。

關鍵詞:3D 列印技術、3D 列印閥件、梭動閥、ISO 6358

緒論

目前一般氣壓工廠裡所使用的氣壓控制元件大都為金屬鋁製品,而在製造這些金屬氣壓元件時,通常需要一段非常冗長的程序及時間才能製造出來,且其製造過程相當地複雜,耗時又耗力。近年來由於3D 列印機的出現,它在世界各地掀起了一股自造者的風潮,隨著不同媒體報導以及各大學校的投入研究,這也使得此項成形列印技術日臻成熟,3D 列印技術的應用層面也越來越廣泛。目前的3D 列印技術已經能夠列印出大部分的生活物件,倘若是要印製一些較特殊的機械元件亦能達到要求,以現代的3D 列印技術來說,可列印的物件大至航太科學,小至列印機械錶,凡是可繪之物、機台精度能達之處,僅需使用一台3D 列印機皆可製造出來。由此可見,3D 列印機製造物件的便利性與自由度極高,為此,本文想藉此時代之趨勢,研究3D 列印氣壓元件之可行性及列印後成品的優缺點分析與探討。
本研究旨在探討使用3D列印機製造出來的塑膠氣壓閥件與金屬氣壓閥件的質流量特性及閥件性能上之差異,所以本研究使用ISO 6358流量特性實驗平台進行量測氣壓梭動閥分別在2、3、4 bar不同氣源壓力下的質流量特性,並將閥件質流量特性之量測結果相互比較後進行分析與探討。

3D列印技術及氣壓閥件設計

本研究為了使用3D列印技術製作氣壓閥件,需先選出合適的3D列印成型技術,並設計出氣壓閥件之模型後才能成功印製出可用的氣壓閥件。

本研究採用之3D列印技術介紹

現今3D列印機的立體物件成型技術已經發展出許多不同形態的列印方式,而在本研究中所使用的列印方式為:熱熔沉積成型 (FDM),此項列印技術是目前市面上最多人使用的成型方法,它將溶化後的線材運用層層堆疊的方式將物件製作完成,其列印方式如圖1所示。

3D列印之氣壓閥件介紹與設計

本研究主要參考市售的梭動閥做為3D列印技術應用的主要標的物。在量測氣壓閥件實際尺寸後,即可使用繪圖軟體畫出此閥件之立體模型圖。圖2為繪製立體圖後成功使用3D列印機製作出來的梭動閥件實體圖,此閥使用一體成形的方式列印而成,其閥件內部包含一個塑膠球用來控制氣流之流動方向。
實驗硬體設備

以下將詳細說明及介紹本研究中使用到的實驗設備,包含3D 列印機、ISO 6358氣體質流量特性實驗台以及氣壓閥件洩漏量測設備等。...更多內容,請見《機械新刊》雜誌

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