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沖壓和雷射複合微加工應用在微孔加工之研究

為了解決視博通機殼的問題，作者洪永洲 這樣論述：

筆記型電腦、手機、平板的外殼都需要數十μm的微孔，微孔雖然小但仍能讓光線通過，透過微穿孔照明(Microperforation illumination)技術應用在錐狀的微孔，可以產生較高的光能利用率和照明均勻度。錐狀的微孔無法以傳統機械式鑽孔完成，目前產業界在製作錐狀微孔以雷射加工為主，但是雷射加工的微錐孔(micro tapered hole)在尺寸控制有其困難度，而且雷射打孔後會有熔渣堆積等問題產生。因此本研究的動機是要找出「使用微沖壓技術來製作錐狀微孔，藉由塑性成形應用在金屬材料的錐狀微孔」，雖然錐狀微孔可以使用蝕刻和放電加工來達成，但是會有加工材料受限和加工速度慢等問題。因

此本研究首先以有限元素分析軟體DEFORM-3D進行模擬錐狀微孔的最佳沖壓參數，再透過圓錐沖頭進行沖壓加工來製作錐狀微孔，並且以BCHM機構配合工具顯微鏡進行雷射和微沖壓的對位，具體研究內容包含：微沖壓、無模沖壓、微沖壓/雷射複合加工、雷射/微沖壓複合加工。1.微沖壓： 首先在下模(Lower die)上先加工微孔，透過下模的真空吸附機構固定試片後，再以圓錐沖頭進行沖壓成形，這種加工方式可以在鋁合金Al6061厚度300μm，製作出錐狀微孔。2.無模沖壓： 沖壓加工過程不需要下模孔，直接透過圓錐沖頭進行沖壓成形，這種加工方式不需要像一般微沖壓加工，需要進行精密模具對位，可以應用在鋁

合金(Al6061)、黃銅(C2680)厚度300μm，同樣可以製作出錐狀微孔，在微孔的入口直徑約為170μm出口直徑約20μm。3.微沖壓/雷射複合加工： 先使用微沖頭進行沖壓加工後再進行雷射打孔。第Ⅰ階段的沖壓加工屬於盲孔加工，並沒有貫穿試片。接下來第Ⅱ階段的雷射打孔是熔蝕最後剩餘材料，這種複合加工可以有效改進錐狀微孔的出口凸出問題。複合加工屬於對同一點進行同軸加工，量測兩種加工方式產生的中心軸偏差可以達到5μm。4.雷射/微沖壓複合加工： 是指對同一點先使用雷射穿孔後，再使用微沖頭進行沖壓加工，第Ⅰ階段的雷射打孔屬於穿孔加工，第Ⅱ階段沖壓加工屬於擴孔加工，這種複合加工可以有效

降低入口隆起高度，在雷射14J/微沖壓300μm的表面隆起高度為最小僅有12.1μm，相對於微沖壓加工(without laser)隆起高度為28.1μm，預先雷射穿孔後再進行沖壓可以使表面隆起減少132%。 上述四種加工方法都可以製作出錐狀微孔，但是沖壓成形的錐狀微孔會有入口隆起的缺陷產生，最後本研究透過高速主軸配合研磨棒加工方式，以研磨去除微孔入口隆起，這種研磨方式可以獲得平整面，有效移除入口隆起問題。