臺灣博碩士論文加值系統

國內使用傳統製作工法的金屬鑄造工藝品，至今未整合多項先進軟硬體設備，受限於傳統工法的原因，造型上無法突破以及難以達到更高的鑄件品質要求，造成年輕人不願意接受長時間的傳統訓練，而漸漸新血不足；對於鑄件成品瑕疵處理，更完全仰賴手工修補，而產生重新製作或進行修補，將會造成資源、時間等等的大量浪費。
本研究用三個案例藉著導入CAD/CAE等先進製程，並使用本校擁有之真空澆鑄系統硬體設備研發一套流程，在CAD階段，使用Topmod建模軟體建構模型，QuickCast技術製作可燒解原型，根據經驗法則製作澆鑄流道，進行脫蠟鑄造；完成之RP原型使用矽膠模具翻製蠟件，根據經驗法則製作蠟樹，脫蠟鑄造；於CAD階段繪製流道，進行CAE分析模擬澆鑄的情形以及預測瑕疵，製作流道蠟件，組合各蠟件之後脫蠟鑄造，鑄造成品和CAE結果進行比對，藉以提高成品品質，縮短研發時間，並作為未來金屬鑄造工藝品製作流程之參考方針，以提高產業競爭力。

Domestic use of traditional production method of metal casting products, has yet to integrate a number of advanced hardware and software equipment, subject to the reasons for the traditional method, modeling is not difficult to achieve a breakthrough and a higher quality of castings, resulting in a long time young people are reluctant to accept traditional training, and lack of new blood gradually; for defective products to deal with casting, but also totally dependent on manual patch, and have re-produced or to carry out the repair work will result in resources, time, etc. The large amount of waste.
In this study, three case example by importing CAD / CAE and other advanced manufacturing process, and the use of school owned by a vacuum casting system a set of hardware R & D process, in the CAD stage, the use of modeling software to build Topmod model, QuickCast techniques can be burned Solution of the prototype, produced in accordance with rule of thumb flow casting, casting for dewaxing; RP completion of the prototype system over the use of silicone wax mold parts, the rule of thumb based on the production of wax tree, dewaxing casting; stage in the CAD flow mapping for CAE analysis Simulation of casting flaws in the case, as well as forecasting, production flow wax pieces, mix the pieces after the dewaxing wax casting, casting products and CAE results than the right, in order to enhance product quality, shorten development time and the future of metal casting products as the production process reference approach, in order to enhance industrial competitiveness.

第一章 緒論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．01
1.1 研究背景與動機．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．01
1.2 研究目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．03
1.3 研究之重要性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．05
1.4 研究方法與流程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．05
第二章 文獻探討．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．08
2.1 金屬鑄造工藝品的製作流程．．．．．．．．．．．．．．．08
2.2 電腦輔助設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．09
2.3快速原型．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．10
2.3.1 快速原型原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
2.3.2 快速原型系統．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
2.4電腦輔助分析．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．12
2.5精密鑄造法．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．13
2.5.1脫蠟鑄造法的優點與特色．．．．．．．． ．．．．．．．14
2.5.2 RP模型與精密鑄造 ．．．．．．．．．．． ．．．．．．15
2.5.3 RP Quick CAST．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．16
第三章 研究方法．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．18
3.1 研究方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18
3.2 虛擬模型建構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20
3.2.1 Topmod 建模軟體．．．．．．．． ．．．．．．．．21
3.2.2 Catia 系統．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22
3.2.3 數位建模整合．．．．．．．．．．．．．．．．．．24
3.3真空澆注系統．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．24
3.3.1真空鑄型機．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．24
3.3.2真空澆鑄機．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．29
3.4 鋁合金材料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31
第四章 結果與討論．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．35
4.1案例Quick Cast金屬鑄造工藝品製成．．．．．． ． ．．．36
4.2案例改良設計金屬鑄造工藝品製成一．．．．．．． ．．．．38
4.3案例改良設計金屬鑄造工藝品製成二．．．． ．．． ． ．．42
4.3.1 CAE 分析．． ．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．43
4.3.2 RP快速原型製作．．．．．．．．．．．．． ．．．． ．49
4.3.3矽膠模具製作．．． ．．． ．．．． ．．． ．．．． ．51
4.3.4蠟件製作．．．． ．．．． ． ．． ．．． ．． ． ．．52
4.3.5蠟樹組合製作． ．．．． ． ．．． ． ．．． ． ．．．53
4.3.6脫蠟鑄造．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．55
4.3.7與CAE結果比對．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．63
4.4 流道設計變更．．．．．．．． ．．． ．．．．．．．．．66
4.4.1 流道設變CAE分析．．． ．．．．．．．．． ．． ．．．67
4.4.2變更流道製作．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．69
4.4.3澆鑄結果與CAE結果比對．．．．．．．．．．．．．．．．71
第五章 結論與未來展望．．．．．．．．．．．．． ．．．．．73
5.1結論．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．73
5.2建議．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．75
參考文獻．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．76
表目錄
表 3.4.1 鋁合金脫臘鑄件的綜合收縮率〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃33
圖目錄
圖1.1.1 高單價金屬鑄造工藝品〃 〃〃〃〃〃〃〃 〃〃〃〃〃〃2
圖1.4.1 論文流程圖〃〃〃〃〃 〃〃〃〃〃〃〃 〃〃 〃 〃 〃〃7
圖2.1.1 脫蠟鑄造過程圖解〃〃 〃〃〃〃〃〃〃 〃〃〃〃〃〃〃8
圖3.1.1 研究流程〃〃〃〃〃〃 〃〃〃〃〃 〃〃〃〃〃〃 〃〃19
圖3.1.2 研究流程〃〃〃〃〃〃 〃〃〃〃〃 〃〃〃〃〃〃 〃〃20
圖3.1.3 研究流程〃〃〃〃〃〃 〃〃〃〃〃 〃〃〃〃〃〃 〃〃20
圖3.2.1Topmod 軟體操作介面〃〃〃〃〃 〃〃〃〃 〃〃 〃〃 〃22
圖3.2.2 實際操作Topmod 所建構出的模型〃〃〃 〃〃 〃 〃〃〃24
圖3.2.3 使用Catia 所設計之機械結構模型〃 〃〃〃〃 〃 〃〃24
圖3.3.1 矽膠模具少量翻製工作流程〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃 〃 〃27
圖3.3.2 真空鑄型機工作原理圖〃〃〃〃〃〃〃 〃〃〃〃〃〃〃28
圖3.3.3 真空鑄型機〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃28
圖3.3.4 實際操作所製作出之矽膠模具以及成品〃〃〃 〃〃〃〃29
圖3.3.5 實際操作所製作出之矽膠模具以及成品〃〃〃 〃〃〃〃29
圖3.3.6 金屬真空澆注機〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃30
圖3.3.7 金屬真空澆注機工作原理圖〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃31
圖 3.4.1 由許多原子組成的面心立方結構體〃〃〃〃〃 〃〃〃〃34
圖 4.1.1Quick Cast 實驗CAD 模型〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃 〃〃〃36
圖 4.1.2Quick Cast 實驗澆鑄完成成品〃〃〃〃〃 〃〃〃〃 〃37
圖 4.1.3Quick Cast 澆鑄成品表面細節〃〃〃〃〃 〃〃〃〃〃〃37
圖 4.2.1 縷空象牙球〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃 〃〃〃40
圖 4.2.2 傳統製成所組的蠟樹〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃 〃〃〃40
圖 4.2.3 鋁合金澆鑄成品〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃41
圖 4.3.1 Catia 工作環境內剖面圖〃〃〃〃〃〃〃 〃〃〃〃〃〃42
圖 4.3.2 鑄件網格〃〃〃〃〃〃 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃44
圖 4.3.3 石膏模網格〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃 〃〃〃〃〃〃44
圖 4.3.4 澆鑄湯溫分析圖 1〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃 〃〃〃〃〃45
圖 4.3.5 澆鑄湯溫分析圖 2〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃 〃〃〃〃〃〃45
圖 4.3.6 澆鑄湯溫分析圖 3〃〃〃〃〃〃〃〃 〃〃〃〃〃〃〃〃46
圖 4.3.7 澆鑄湯溫分析圖 4〃〃〃〃〃〃〃〃〃 〃〃〃〃〃〃〃46
圖 4.3.8 氧化瑕疵分析圖 1〃〃〃〃〃〃〃〃〃 〃〃〃〃〃〃〃47
圖 4.3.9 氧化瑕疵分析圖 2〃〃〃〃〃 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃47
圖 4.3.10 氧化瑕疵分析圖3〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃48
圖 4.3.11 氧化瑕疵分析圖4〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃48
圖 4.3.12 ZPrint Software 7.5 及物件模型STL 檔案〃〃〃〃〃49
圖 4.3.13 物件模型切層模擬檢查〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃 50
圖 4.3.14 RP 製作完成物件原型 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃50
圖 4.3.15 矽膠模具〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃51
圖 4.3.16 翻製完待組合之蠟件〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃52
圖 4.3.17 蠟樹製作情形〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃53
圖 4.3.18 蠟件接合無縫處理〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃54
圖 4.3.19 完成之蠟樹〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃54
圖 4.3.20 業界瓦斯窯爐〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃55
圖 4.3.21 鋁湯熔爐〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃56
圖 4.3.22 澆鑄情形〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃56
圖 4.3.23 電熱爐具〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃57
圖 4.3.24 金屬真空澆注機〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃57
圖 4.3.25 待灌注石膏之模框〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃58
圖 4.3.26 待燒結之石膏模〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃59
圖 4.3.27 電熱熔爐下方排蠟孔〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃59
圖 4.3.28 坩鍋內之鋁錠切片〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃60
圖 4.3.29 加熱中之鋁湯〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃60
圖 4.3.30 澆鑄前將石膏模至入模桶〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃61
圖 4.3.31 石膏清除情形〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃62
圖 4.3.32 石膏清除情形〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃62
圖 4.3.33 完成之金屬成品〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃63
圖 4.3.34 成品表面瑕疵〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃64
圖 4.3.35 CAE 瑕疵分析圖〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃64
圖 4.3.36 CAE 瑕疵分析與澆鑄結果對照圖〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃65
圖 4.3.37 金屬溶渣分佈說明圖〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃65
圖 4.4.1 設計變更流道以及球體剖面〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃 〃66
圖 4.4.2 鑄件網格〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃68
圖 4.4.3 石膏模網格〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃68
圖 4.4.4 設計變更流道原型〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃 〃〃〃〃〃69
圖 4.4.5 待組樹之各蠟件〃〃〃〃〃〃〃 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃69
圖 4.4.6 蠟樹半成品〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃 〃〃〃〃〃〃70
圖 4.4.7 組裝細節〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃 〃〃〃〃〃〃70
圖 4.4.8 組合完成之蠟樹〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃 〃〃〃〃〃70
圖 4.4.9 完成之金屬成品〃〃〃〃〃 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃71
圖 4.4.10 成品表面瑕疵〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃71
圖 4.4.11 二成品對照圖〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃72

[1] Suzanne Wade, Creative Freedom,Technology has opened
doors for jewelry designers, 2004
[2] 賴耿陽，〝精密鑄造技術-脫蠟、陶模、石膏模〞，復漢出版社，<2000>。
[3] Dr. Jörg Fischer-Bühner,Research Projects Physical Metallurgy, Development of improved investment casting technology for silver jewellery, 2004
[4] Gembbs 寶石、珠寶知識庫 http://www.gembbs.com
[5] http://zh.wikipedia.org/
[6] 郭啟全，〝快速原型與快速模具技術發展〞，碩士論文，
國立台灣科技大學
[7] 林博正，崔兆棠，洪振益，杜黎蓉，〝CATIA 電腦輔助工
程分析〞，全華科技圖書股份有限公司。
[8] 賴耿陽，〝精密鑄造技術-脫蠟、陶模、石膏模〞，
復漢出版社，<2000>。
[9] 3D Systems SL7000 原廠手冊
[10] www.topmod3d.org
[11] www.3ds.com
[12] 瑞比德科技國際股分有限公司， www.rapidtech.com.tw。
[13] 張士林，任颂贊，〝簡明鋁合金手冊〞，上海科技文獻出版社。
[14] 陳文照，曾春風，游信和，〝材料科學與工程導論〞，高立圖書有限公司。
[15] 廣州龍發行精雕工藝廠，www.gzlfh.com/gd/his.htm