指導教授：戴子堯報告者：梁尚傑報告日期： 2011 年 05 月 30 日

High aspect ratio micro-hole drilling aided with ultrasonic vibration and planetary movement of electrode by micro-EDMCIRP Annals - Manufacturing Technology, Volume 58, Issue 1, 2009, Pages 213-216Z.Y. Yu, Y. Zhang, J. Li, J. Luan, F. Zhao, D. Guo 指導教授：戴子堯報告者：梁尚傑報告日期：2011年05月30日

大綱 • 前言 • 實驗方法 • 結果與討論 • 結論 2

前言(1/2) • 微孔技術(micro-hole)廣泛應用於微機電系統(micro-electromechanical systems, MEMS) • 微細加工技術 • 蝕刻– 可加工矽材料 • 微超音波加工 – 可加工硬脆材料 • 雷射或微電化學加工 – 可加工聚合物等材料 • 微放電加工 – 可加工金屬材料 • 製程限制 • 成本(cost) • 加工效率 (machining efficiency) • 工件特性 (properties of workpiece) • 深寬比(aspect ratio)

前言(2/2) • 放電加工為一系列的在電極與工件之間放電達到材料移除的效果，而過程中產生的氣泡(bubbles)及碎屑(debris)將填滿整個間隙，將產生不正常的放電或短路 • 大部分的EDM配有多模式的電極行星運動(planetary movementof an electrode) • 超音波振動(ultrasonic vibration)可有效將間隙中的碎屑移除或分解 • 本研究將結合上述兩種方法作微鑽孔(micro-drilling)加工，並探討加工後其工件特性為何

實驗方法 (1/2) 2.1 機制分析 • 以 EDM鑽微孔隨著黏滯阻力(viscous resistance)增加，產生更多氣泡和碎屑無法順利從工件間隙移除。 • 微孔深度黏滯阻力加工效率 • 行星運動可提供工件與電極不同的間隙，可使黏滯阻力大幅降低 • 超音波振動可改變介電液之接觸角與潤濕性，可削弱邊界特性，提高加工效率 • 基於此類特性，預期能提高微孔的深寬比 Parameters used in Nd:YAG laser cladding process

實驗方法 (2/2) 2.2 實驗設備 • 工件置於超音波傳感器上方(transducer) • 去離子水電阻值需為18MΩ cm Fig. 1. Structure of experimental equipment.

結果與討論(1/4) • 圖2顯示電極進給與時間的關係 • N：普通加工模式 • P：加入電極行星運動 • U：加入超音波振動 • UP：加入行星運動與超音波振動(進給6.97mm) • UPS：加入行星運動與超音波振動(進給3.4mm) Fig. 2. Electrode feed vs. time.

結果與討論(2/4) • 圖3為放電加工後工件進出口的平均直徑 • 入口：139μm，出口：102μm • 放電加工雖無接觸力，但仍有靜電(electrostatic)與電磁力(electromagneticforce)之影響 Fig. 3. Micro-hole. (a) Hole entrance and (b) hole exit.

結果與討論(3/4) • 圖5a為各種條件下之材料移除率(Material removal rate,MRR) • P 條件因面積效應(area effect)影響工作區域　MRR • 圖5b為各種條件下之電極消耗比(Tool wear ratio, TWR) • 深度　間隙　磨耗

結果與討論(4/4) • 圖5c為各種條件下放電的間隙 • 各條件下偏心半徑(essentric radius)為28~34μm • 顯示行星運動並不影響放電的間隙 • 圖5d為各種條件下之可達到的深寬比 • 結合行星運動及超音波振動之UP條件可達29.0之最高深寬比

結論 • 在微放電加工作高寬比之微鑽孔中，黏滯阻力會隨孔的深度增加，使工件成型困難 • 放電過程中隨著越多氣泡與碎屑形成，越易產生不正常放電，導致異常磨耗 • 利用電極的行星運動及超音波振動可有效提昇放電加工性能如：材料移除率、電極磨耗比、放電間隙及深寬比 • 利用本方法可成功達成29.0高深寬比之工件

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指導教授：戴子堯報告者：梁尚傑報告日期： 2011 年 05 月 30 日