非導電硬脆材料利用電化學放電的精密加工技術研發

微電化學放電鑽孔加工品質提昇研究

  光學玻璃(例如，Pyrex)與石英等非導電材料的應用與日遽增，但其加工效率與品質，目前仍是工業界的技術瓶頸。本研究運用不

     同的能量形態與電極幾何形狀，使微孔入口擴孔量與表面形態能獲得有效的改善。

             提出異形電極以改善電化學放電熱影響區 (如圖1)。

                 率先提出利用脈衝電壓特性於電化學放電加工中。

             相較於各國其他研究單位之成果，微孔精度與入口擴孔現象獲得高度改善效果，及加工效率大幅提昇(如圖2、圖3所 

    示)。

                                                                            

                                           圖1 圓柱電極與扁平電極之SEM圖

         主要研究成果案例:

　　　　　　　　　　　　　　圖2 微孔加工改善前之SEM圖

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖3 微孔加工改善後之SEM圖

應用實例—陣列微孔

　　利用歸納上述之最佳參數，在硼矽玻璃上鑽製4×4陣列微孔(深度400μm)，其入口孔徑誤差為±10μm，如圖4所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖4  4×4陣列微孔SEM圖

　　　　　　　　　　　　3D微結構電化學放電铣削加工特性探討

　　電化學放電加工製程的應用除了可進行孔洞加工外，利用電極水平方向的移動，只要電極端面與側面的放電能量密度足夠，即

　　　可產生相似於機械銑削加工的切削加工行為。在加工同時只要對放電火花控制得當，且進給率與能量密度配合得宜，則可滿足

　　　在非導電的硬脆材料上製作出微溝槽的需求，甚至是複雜的三維微結構等特徵外形或薄化硬脆材料基板的要求。

　　目前在該領域的研究中大都以直流電壓為能量供給形態，由於放電能量供給過大，因此很難以獲得高加工精度的微溝槽尺寸及

　　　外形。且大部份的研究論述中只提出對於應用電化學放電於3D銑削加工可行性的論點，對於實際的加工特性與加工精度並無深

　　　入的探討與驗證。

主要突破瓶頸與創新

　　為了要獲得高加工精度的微溝槽，對於控制實際加工後的溝槽深度及寬度，實為一重要的課題。本研究以改變脈衝電源供給模

　　　式與電極旋轉速度為基礎，以預估在銑削模式加工中實際溝槽深度及寬度之大小，最後並搭配不同的電極水平進給速度，探討

　　　不同加工參數對電化學放電銑削加工的加工特性之影響。

　　　探討不同加工參數對電化學放電銑削加工特性之影響、進而歸納出微電化學放電銑削加工之最佳加工參數。

　　　以掃描式微加工法製作出高深寬比之精密微溝槽，如圖５。

　　　率先利用電化學放電方法於Pyrex glass表面製作出3D微結構(為國内外相關研究中首見)。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖5 掃瞄式電化學放電銑削加工示意圖

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　主要研究成果

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖6 微溝槽加工改善前之SEM圖

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖7 微溝槽加工改善後之SEM圖

應用實例—高深寬比之微溝槽及複雜之3D微結構

　　　　　相較於目前個研究單位之成果，本實驗成果中率先提出以掃瞄式加工法製作高深寬比之微溝槽﹔及在目前所有文獻中真正首次製　

            作出複雜之3D微結構。圖8及9為實際加工之SEM圖。

                                                                            

                                        圖8 以掃描式加工法製作出不同深度之微溝槽
　

                                          圖9 利用微電化學放電銑削加工製作各種3D微結構之SEM圖