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系統識別號 U0002-1509201712582400
中文論文名稱 以模造成形矽膠製作微光學元件之研究
英文論文名稱 Fabrication of micro-optical components by molding of silicone materials
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 105
學期 2
出版年 106
研究生中文姓名 許嘉予
研究生英文姓名 Chia-Yu Hsu
學號 604350032
學位類別 碩士
語文別 中文
第二語文別 英文
口試日期 2017-07-18
論文頁數 83頁
口試委員 指導教授-趙崇禮
委員-劉道恕
委員-陳盈同
中文關鍵字 壓印成型  矽膠  收縮  補正 
英文關鍵字 Imprinting  Silicone  Shrink  Compensate 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 對於成像的需求以及品質日益擴增,而透鏡視為成像不可或缺的一部分。傳統加工利用車削、研磨、拋光等方式製造透鏡,但太為費工、耗時且成本高,因此需要透過低成本、高生產效率的製造方式才能負荷市場需求量。快速成型的製造技術對於業界已算是相當成熟,目前主要有射出成型、壓印成型以及玻璃模造成型。其中壓印成型的缺點是經升溫固化時,材料與模具間可能因熱膨脹係數不同,導致成型時有所差異,但此一缺點卻是可以用一條收縮曲線來彌補,若是能夠精準的掌握成型後透鏡的樣貌,將能設計出預想成型之透鏡的模具進而進行壓印。此一方法將能克服射出成型的黃化率及折射率不穩定的現象,將來若是能應用在曲面上成型,也將能取代玻璃模造曲面模仁以及預形體製作的困難性。研究將以不同軟模、硬模以及材料做為討論,而求出來的收縮曲線經過驗證後,實際成型與預期成型之樣貌差距皆能在0.60%以下,證實可以透過收縮曲線的預估彌補壓印成型的缺點也能提升壓印成型的品質。
英文摘要 Owing to the huge demand for high-quality, high complexity optics is increasing rapidly, the need for finding a suitable and economically viable way to mass produce these required optical design is becoming very critical not only in imaging but also in lighting optical industries. Injection moulded plastic optics has the drawbacks of not resistant to high temperatures and aging (turning yellow) when exposed to ultraviolet radiation. Glass molding process, for many optical designs, is too complicated a process to handle and is just too expensive. Silicone optics has the advantages of high thermal stability, good resistance to oxygen and ultraviolet (UV) light and relatively cheap. This research aims to study the feasibility of forming precision optical lens/lens-array using silicone optics. The form errors obtained under various imprint conditions are investigated and, based on these information, a modified profile is calculated to compensate the error caused by the contraction. Form error under 0.6% is achieved on the molded silicone lens in this study.
論文目次 目錄

第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究背景 2
1-3 研究目的 5
第二章 文獻回顧與基礎理論 6
2-1 壓印技術 6
2-1-1 熱壓成型奈米壓印法 8
2-1-2 紫外光固化成型法 10
2-1-3 雷射輔助式直接壓印 13
2-1-4 有限元素分析 15
2-2 壓印材料 16
2-2-1 熱塑性材料 16
2-2-2 熱固性材料 16
2-2-3 光固性材料 17
2-2-4 溶膠-凝膠材料 17
2-2-5 矽氧化物材料 19
第三章 研究方法與實驗設備 21
3-1 壓印實驗 21
3-1-1 實驗步驟 21
3-1-2 規劃與流程圖 23
3-2 研究方法 23
3-2-1 上模與下模成型高度之比較 24
3-2-2 開模與閉模之差異 25
3-3 實驗材料與設備 26
3-3-1 超音波震洗機 26
3-3-2 矽膠 27
3-3-3 脫模劑 29
3-3-4 載玻片與壓克力 29
3-3-5 硬質模具與軟模 30
3-3-6 加溫爐 34
3-4 量測設備 34
3-4-1 電子磅秤 34
3-4-2 光學顯微鏡 36
3-4-3 雷射共軛焦顯微鏡 36
第四章 研究結果與討論 39
4-1 基礎參數試驗 39
4-1-1 加溫爐溫度實驗 39
4-1-2 開模與閉模法 42
4-2 不同軟模成型估計與驗證 50
4-2-1 軟模收縮曲線-A膠 50
4-2-2 軟模估計與驗證-A膠 52
4-3 不同硬質模具之成型估計與驗證 55
4-3-1 硬模收縮曲線-A膠 55
4-3-2 硬模估計與驗證-A膠 59
4-4 不同材料之成型估計與驗證 62
4-4-1 硬模收縮曲線-B膠 62
4-4-2 硬模估計與驗證-B膠 65
4-5 設計模具 68
4-5-1 補正模具 70
4-5-2 補正模具之估計與驗證-B膠 72
第五章 結論 77
第六章 未來展望 79
參考文獻 80




圖目錄

圖1-1 蒼蠅複眼結構【1】 2
圖1-2 雷射製造透鏡陣列之示意圖【2】 4
圖2-1 奈米壓印及蝕刻過程【6】 6
圖2-2 奈米壓印流程圖【8】 8
圖2-3 製造複眼結構之示意圖【11】 10
圖2-4 軟式滾筒壓印製程【13】 11
圖2-5 軟式滾筒壓印製程【14】 12
圖2-6 真空輔助壓印系統【15】 13
圖2-7 雷射輔助式直接壓印【16】 14
圖2-8 溶膠-凝膠壓印示意圖【25】 18
圖3-1 規劃與流程圖 23
圖3-2 壓印示意圖 24
圖3-3 閉模示意圖 25
圖3-4 超音波震洗機 26
圖3-5 A膠 28
圖3-6 B膠 28
圖3-7 脫模劑 29
圖3-8 載玻片 29
圖3-9 模具表面 (1)大V模具10x (2)小V模具10x 30
圖3-10 模具剖面圖 (1)大V模具50x (2)小V模具100x 30
圖3-11 模具立體圖 (1)大V模具50x (2)小V模具100x 31
圖3-12 模具表面 (1)大R 10x (2)小R 10x 32
圖3-13 模具剖面圖 (1)大R 10x (2)小R 10x 32
圖3-14 模具立體圖 (1)大R 10x (2)小R 10x 33
圖3-15 加溫爐 34
圖3-16 電子磅秤 35
圖3-17 光學顯微鏡 36
圖3-18 雷射共軛焦顯微鏡 37
圖4-1 加溫爐散熱孔 39
圖4-2 加溫爐升溫趨勢圖 40
圖4-3 加溫爐降溫趨勢圖 42
圖4-4 上模加壓法示意圖 43
圖4-5 下模加壓法示意圖 43
圖4-6 開模法-不同溫度成型剖面圖 (1)70度 50x (2)90度 50x (3)110度 50x 45
圖4-7 開模法-不同溫度成型立體圖 (1)70度 50x (2)90度 50x (3)110度 50x 45
圖4-8 開模法-成型溫度與寬度關係圖 46
圖4-9 開模法-成型溫度與高度關係圖 47
圖4-10 閉模成型剖面圖 50x 48
圖4-11 閉模成型立體圖 50x 48
圖4-12 不同成型方式-寬度關係圖 49
圖4-13 不同成型方式-高度關係圖 49
圖4-14 大V-寬度與高度關係圖 50
圖4-15 大V-高度與收縮量關係圖 51
圖4-16 截點高度 51
圖4-17 小V剖面圖 100x 53
圖4-18 小V立體圖 100x 53
圖4-19 小V-成型關係圖 53
圖4-20 小V成型與估計高度關係圖 54
圖4-21 小R-溫度成型剖面圖 (1)70度 20x (2)90度 20x (3)110度 20x 56
圖4-22 小R -溫度成型立體圖 (1)70度 20x (2)90度 20x (3)110度 20x 56
圖4-23 小R -成型溫度與寬度關係圖 57
圖4-24 小R -成型溫度與高度關係圖 57
圖4-25 小R -寬度與高度關係圖 58
圖4-26 小R -高度與收縮量關係圖 58
圖4-27 大R -成型剖面圖20x 60
圖4-28 大R -成型剖面圖20x 60
圖4-29 大R -成型關係圖 60
圖4-30 大R -成型與估計高度關係圖 61
圖4-31 小R -成型剖面圖120度 20x 63
圖4-32 小R -成型立體圖120度 20x 63
圖4-33 小R -成型關係圖 63
圖4-34 小R -寬度與高度關係圖 64
圖4-35 小R -高度與收縮量關係圖 64
圖4-36 大R -成型剖面圖120度 20x 66
圖4-37 大R -成型立體圖120度 20x 66
圖4-38 大R -成型關係圖 66
圖4-39 大R -成型與估計高度關係圖 67
圖4-40 模具剖面示意圖 68
圖4-41 模具設計大R 69
圖4-42 模具設計小R 70
圖4-43 補正模具表面 (1)補正大R 20x (2)補正小R 20x 70
圖4-44 補正模具剖面圖 (1)補正大R 20x (2)補正小R 20x 71
圖4-45 補正模具立體圖 (1)補正大R 20x (2)補正小R 20x 71
圖4-46 補正後剖面圖 (1)補正大R 20x (2)補正小R 20x 73
圖4-47 補正後立體圖 (1)補正大R 20x (2)補正小R 20x 73
圖4-48 補正大R成型關係圖 74
圖4-49 補正大R-成型與估計高度關係圖 74
圖4-50 補正小R成型關係圖 75
圖4-51 補正小R-成型與估計高度關係圖 75


表目錄

表1-1 加工形態之比較 4
表2-1 技術特徵之比較【7】 7
表3-1 A膠之基本屬性 27
表3-2 A膠固化條件(1 mm) 27
表3-3 德記儀器光面載玻片 29
表3-4 大V模具寬度與高度 31
表3-5 小V模具寬度與高度 31
表3-6 硬質模具寬度與高度 33
表3-7 電子磅秤之規格 35
表4-1 開模法-不同溫度對於軟模成型之影響 44
表4-2 不同成型方式之影響 47
表4-3 不同模具成型估計與驗證 52
表4-4 閉模法-不同溫度對於硬質模具成型之影響 55
表4-5 閉模法-不同模具對於成型之影響 59
表4-6 不同材料於硬質模具成型之影響 62
表4-7 不同材料於不同硬質模具成型之影響 65
表4-8 補正模具寬度與高度 72
表4-9 不同模具之補正 72

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【22】 http://www.chernger.com/Products/knowledge/02.htm,“UV膠簡介”,晟格科技股份有限公司
【23】 “研發手札:溶膠凝膠(sol-gel)”,塑膠工業技術發展中心,2003
【24】 蘇啟誠,“以壓印法於玻璃基板上成型微光學元件之研究”,淡江大學機械與機電工程學系,2014
【25】 K. Yoon, K. Yang, H. Lee, “Fabrication of polycrystalline TiO2 nanopatterns by TiO2 sol base imprint lithography”, Thin Solid Films Vol.518, pp126-129, 2009
【26】 B. Riegler, G. Manger-Asia, S. Bruner, M. Director, R. Thomaier, R. Director,“Optical Silicones use in Extreme Environments”, NuSil Technology
【27】 https://smartvisionlights.com/downloads/misc/silicone-optics-maximum-light-control-with-minimum-cost.pdf,“Silicone Optics:Maximum Light Control with Minimum Cost”, smart vision lights
【28】 H. G. Guo, X. L. Zhang, X. C. Li, “Fabrication of ordered micro- and nano-scale patterns based on optical discs and nanoimprint”, Optoelectronics Letters Vol.12, pp241-244, 2016
論文使用權限
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