積層製造之材料量測應用於功能性梯度材料與埋入式感測

Abstract

本研究探討積層製造技術的異向性力學性質，透過熔融沉積成型的3D列印機列印出不同堆疊方式的試片，進行動態試驗量測，經由理論反算3個方向的材料常數，再輸入到有限元素軟體中，以正交性材料之模型驗證量測的準確性，證明透過熔融沉積成型的試片具有正交性性質，接著探討在不同的列印參數下，包括列印角度與層高，對試片的材料常數影響。此外，同樣利用熔融沉積成型來製作功能性梯度材料，以軸向長度為變化方向，將試片分為四個區塊，每個區塊用不同列印參數製作，接著對其進行動態試驗量測其共振頻率，並推導其理論解析，以理論與模擬來比較實驗結果，在後續將功能性梯度材料分為尺寸變化與材料性質變化兩個部份來探討，發現可透過設計試片尺寸與列印參數來達到升降頻的效果。 最後則研究應變規應用於埋入式感測的可行性，文中嘗試將三軸應變規埋入於3D列印的試片中，接著將試片進行懸臂梁彎曲與扭轉實驗，透過應變規量測試片內部的剪應力，搭配理論解析與數值模擬，驗證應變規埋入式量測的可行性與量測的準確性，並且利用埋入式應變規做動態訊號之量測，也成功量測試片之自然共振頻率。