国立高雄应用科技大学

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1、國立高雄應用科技大學九十二年度學校發展重點特色專案補助計畫書計畫名稱：建構光學級精密模具之設計/製造/成形之整合系統中華民國 九十二 年 四 月目錄壹、 計畫名稱.3貳、 背景及現況.3一、政府的產業發展重點與模具的關係.3二、國內模具產業概況.5三、國內模具未來的發展方向及重點.7四、本校資源及研發方向.9參、 計畫目標.11肆、 具體內容及配合措施.11一、建立技術魚骨圖.13二、實驗室空間規畫及資源整合.20三、課程之規畫.22四、設備規畫.26伍、 實施進度及分工一、 實施進度.28二、 分工.31陸、 經費需求及行政支援.34柒、 預期之具體成果及影響.38捌、 觀摩活動規畫.39玖

2、、 參考文獻.40壹拾、 附錄(歷年執行計畫情形及成效)附件一本系重要實驗室功能說明.42附件二參與計畫執行之人力.43附件三模具系師資陣容(教授及副教授).44附件四模具系現有重要設備.46附件五歷年執行計畫情形及成效.51附件六個人資料.壹、計畫名稱建構光學級精密模具之設計/製造/成形之整合系統貳、背景及現況在背景及現況部份，將依政府的產業發展重點、國內模具產業現況、本校資源及研發方向等逐一說明發展精密模具對培養模具人才及提升產業競爭能力的重要性。一、政府的產業發展重點與模具的關係 模具有工業之母之稱，是金屬工業的標竿產業。任何產品在開發過程中，模具都扮演著最後關鍵的角色，一旦模具出現問題

3、，將造成產品的成形不良，整個生產製程將被迫停擺，因此先進國家均以模具工業的水準來衡量該國的工業製造指標。政府的產業發展重點如通訊工業、資訊工業、消費性電子工業、半導體工業、精密機械工業、航太工業等均與模具習習相關，尤其近幾年在政府大力推動的3C產業中，顯示器人才更是主要的就業缺口，而其中的關鍵即在於模具技術的開發。例如在3C產業中許多消費性電子產品所使用的鏡片、背光模組中的關鍵組件導光板、汽機車工業中所使用的車燈、半導體工業的封裝製程等，這些關鍵零件的設計與製造均有賴精密模具的開發才得以完成。但是模具並非終端產品，而是核心技術，因此想要直接利用模具本身來創造利潤將是很辛苦的。表一顯示國內3C大

4、廠的營業額與模具能力的關係，非常明顯的發現一個現象-以優異的模具能力為核心技術，配合具有市場潛力的產品載具，將是企業成功發展的重要模式，如日本的SONY、韓國的SAMAUNG、國內的鴻海等皆是如此。因此模具雖無光鮮亮麗的外表，但卻是將企業邁向巔峰最重要的推手之一，是個十足的幕後英雄。模具的開發含蓋了材料科技、設計能力、精密製造、產品開發、電腦應用等相關科技，是一門知識整合性相當高的科技。根據統計近幾年台灣中低級的模具雖因成本考量，大都外移大陸，但精密模具在國內每年仍都有二位數以上的成長率，顯示精密模具在國內的發展空間仍非常大。表一顯示國內3C大廠的營業額與模具能力的關係(單位：億元台幣)廠商模

5、具能力機構能力光/電能力2001營業額2002營業額SAMSUNG優優優113809100SONY(電子)優優優1532014870明基佳優優737932鴻海優優可14422450廣達可優優11551423華碩可佳優779825仁寶可佳佳7781164燦坤佳優可100141綠點優佳-1230順德優可-1720近幾年來，塑膠加工技術(包括原料、模具、製程技術)有明顯的突破，其製程速度及成本也優於玻璃，因此透明的塑膠光學產品逐漸取代玻璃製品，例如在汽機車工業中的車燈外罩，3C產業中的光學鏡片及各種平面顯示器的面板等，大都是以光學級的塑膠原料如PC、PMMA，經射出成形或射出/壓縮成形所製造。尤其近

6、幾年來，台灣已成為顯示器的製造王國，單以大型TFT-LCD市場需求為例，2003年預估將超過8000萬台，產值超過200億。若再加上汽車工業中的車燈需求及3C產業中各類光學鏡片，其產值將是非常可觀的。在光學元件的設計製造過程中，許多關鍵技術 (包括對光學原理的認知、精密模具的開發、精密成形技術及產品的表面鍍膜)以及成形設備，大都以know how的方式直接由國外(如日本)引進，而國內大部份的廠商僅能以代工的方式進行量產，非常缺乏整體性的設計開發能力。此外！這些關鍵技術的系統整合及原理(know why)，在國內也很欠缺有系統、有深度的研究。因此為了配合政府發展3C產業，建構自主性的光學級精密模

7、具開發及成形能力以提升產業的競爭能力，並且培養具有光學及模具兩方面專業知識的高級人才是非常迫切需要的。二、國內模具產業概況模具種類繁多，以國內模具業界製造的種類來分，大致可分為四大類：(1)沖壓模(佔37%)，(2)塑膠模(佔45%)，(3)壓鑄模(佔3.3%)，(4)鍛造模(0.5%)，主要以前二類為主。國內模具產業的SWOT分析如下：1. 優勢(S)：l 我國模具技術水準高且模具加工設備精良，在亞洲僅次於日本l 亞洲為全球生產製造中心，模具需求量大，我國具地利及製造優勢l CAD/CAM應用普及，模具生產效率高，近幾年國內自行研發的CAE技術亦逐漸成熟，對提升廠商的模具設計能力助益甚大。l

8、 國內模具加工專業化極高，例如雕刻、咬花、車削洗鑽、放電線割，CNC電腦加工，設計轉圖.等，具有優異且完整的供應鏈體系，且機動性及配合度都高。l 非常受到政府的重視與支持2. 機會(O)l 國內3C/IC產業持續成長，精密模具需求量將增加l 亞洲逐漸成為全球的生產製造重鎮，外資欲藉助台灣，前進大陸l 製造業結合電子商務，台灣具有相當的人力優勢l 隨著產品的高附加價值化，精密模具的需求將增加3. 劣勢(W)l 國內模具廠商以小型企業為主，不利於國際行銷及研發l 國內土地成本高l 模具的設計非常需要經驗的累積，國內模具廠商大都以按圖施工的OEM方式為主，缺乏自行設計的研發能力，因此經驗豐富及高級模

9、具人才不足，影響研發能力l 3C產業的磁吸效應，影響年輕人投入模具業l 高精密模具的設計技術及加工設備均養賴進口，受制於人，而且未能結合產品使用者進行精密模具的自主性研發，因此精密模具的開發能力落後日本、德國等4. 威脅(T)l 低價位模具面臨中國大陸低廉勞工成本的威脅，l 中價位模具則面臨韓國(技術水準與台灣相近)的削價競爭l 高價位的精密模具則受制於日本，面臨技術瓶頸的突破l 國內下游產業外移，中低級模具需求量下降l 大陸模具業快速成長及生產成本較低l 面對WTO，競爭壓力更加激烈若比較國內外模具技術之差距，如表二，也可發現在模具的設計、分析、製造方面有待加強。而這與國內模具廠商最希望提升

10、之技術種類，主要以設計、製造及速度為主是相符的。目前國內模具廠商技術來源決大部份是自行摸索研發(佔43%)。委託學界(3%)或研究單位(8%)的開發所佔比例仍非常偏低，顯示國內學界及研究單位更應積極投入模具的研發，並藉此提升業界的技術能力。在近三年的市場分析方面，若以台灣加中國大陸的總和(大陸模具規模絕大部份是近幾年台商的成績)，模具產值是逐年成長的，2001年約1700億台幣，其中國內約400億。以模具的應用產品分析，其中汽機車與3C產品的總合約佔72%這也顯示模具是跟隨著重點產業的方向在發展。在這兩個產業中，外觀件(如外殼)是屬於中低級模具即可完成的部份，這個部份國內廠商已無太多獲利空間，

11、但車燈、鏡片、導光板等結合光學及精密機械之產品，其技術門檻較高，雖然穫利空間較大，但許多know how仍掌握在國外大廠的手中，這也是何以國內精密模具的進口值每年仍超過總產值10%以上的原因。表三為近幾年國內模具的產值及進出口分析，很明顯可以看出總產值在遞減三年(19992001)之後，於2002年開始回升。而且自2002年下半年開始，已有多家廠商逐漸規畫由大陸回台發展，如鴻海精密公司積極在台北縣土城規畫模具中心即是一例，圖一是國內模具廠商未來西進的意願，可以看出模具業的回流將是可預期的。因此預估2003年仍將有至少有15%20%的成長，其中將以精密模具為主。對精密模具而言，未來二年的市場預測

12、，包括產值、進口值、出口值均為正值，但成本增加顯示必須更積極提昇技術水準才能因應。三、國內模具未來的發展方向及重點國內模具未來的發展，在技術方面應朝高精密度、高複雜度及縮短開發時間等方向發展，並以自行研發的know how建立技術門檻：1. 在高精密度方面：產品精度要求在10m以內，模具尺寸精度將在1m以內。2. 在高複雜度方面：應以模具的設計及製造為核心，結合上游的材料，及下游的製程、設備、控制等相關知識，作整合型技術的開發，才有機會建立產品開發的know how。3. 以遠距監控結合同步工程技術縮短模具開發時間，同時建立設計資料庫及電子化作業平台，以提升模具開發效率。在利基產品的選擇方面應

13、配合政府的重點產業發展方向，例如3C產業技術、半導體產業技術、微機電技術及奈米技術等。同時應逐漸由代工生產(OEM)提升到代工設計(ODM)，甚至到自有品牌(OBM)的開發。這也就是在本計畫的內容規畫中，將結合化工系進行奈米複材添加於塑料的影響，以及結合機械系發展遠距監控及同步工程技術的主要原因。表二、模具細項技術之國內外技術差距比較細項技術名稱先進國家技術狀況國內技術狀況技術差距(先進國家100)模具設計技術具有豐富的模具設計資料庫/知識庫系統。使用專用性模具設計CAD軟體，充分發揮CAD效益。開發模具設計專家系統。CAD系統之應用層次偏重模具圖之繪製。使用專用性模具設計CAD軟體之廠家比例

14、偏少。80模具分析技術已開發實用化模具設計用CAE軟體。模具設計階段極重視應用CAE技術。專業機構具有沖壓、射出成形、壓鑄、鍛造等模具製程之CAE應用能力。CAE技術應用以射出成形模具設計較普及，其餘模具尚處於萌芽階段。60模具加工技術已開發超高速銑削加工及刀具技術(100,000rpm)，用於高硬度模具材料之加工。已開發模具曲面自動拋光加工系統。重視快速造形/快速模具製作技術(RP/RT)之應用。正開發高速銑削加工機及高速主軸(24,000rpm)、刀把技術。快速造形(RP)之應用快速成長，快速模具技術(RP/RT)之應用尚處於起步階段。70模具材料選用與處理模具材料之生產及供應體系非常完整

15、。模具材料選用與處理製程極為嚴謹，模具使用壽命高。已開發高精度高耐磨耗之模具處理技術。模具材料來源仰賴進口，國內僅有榮剛公司一家生產製造。模具處理製程之控制較不嚴謹，模具使用壽命較低。國內模具技術專業機構已具有高精度高耐磨耗之處理技術。85模具量測、組立與試模採用三次元量測進行模具組立精度之量測。重視模具應力或磁力之量測及消除。建立具組立與試模之作業程序(SOP)。模具量測偏重元件之尺寸精度，採用三次元量測系統尚不普及。大部份廠家未建立模具組立與試模之作業程序(SOP)。80表三為近幾年國內模具的產值及進出口分析(億元)1996199719981999200020012002出口值124.21

16、41.2154.7169.6143.7185183進口值37.447.148.246.846.549.337總產值521.6580.4604.1532.2481.4394425在產值比較方面，表四是亞洲主要模具生產國的比較，若以台灣加中國大陸的總和(大陸模具規模絕大部份是近幾年台商的成績)逐年成長的，其中國內中低級模具已大都由中國大陸承接，而留在國內的大都屬於較複雜且精密的高級模具。表四、亞洲主要模具生產國的產值比較(單位：億美元)年度台灣日本南韓中國大陸台灣+中國大陸199916.5145.619.919.635.1200015.4152.422.433.849.2200113.7131.3

17、17.238.251.9四、本校資源及研發方向本校擁有國內唯一針對模具工業發展所籌設的模具工程系所，89學年度科技大學評鑑，評審委員一致認為是最合適發展學校重點特色之學系。本校模具工程系學制完整，包括碩士班、大學部、進修推廣部及進修學院等，可提供年輕學子及模具業界員工充份的學習管道。師資優良，目前教授7人、副教授14人、講師7人，其中具有博士學位者共17人。研究能量強，以2002年為例，國科會專題研究及小產學案共獲15件通過，總經費超過800萬元，與廠商的產學合作案有8件，總金額超過1200萬(如附件)。感謝教育部90學年度學校重點特色發展計畫以及校方近幾年的大力支援及經費補助。本校模具工程系

18、已建立模具快速開發所須要的能量，以及發展快速模具相關技術的基礎平台，包括：l 材料平台：塑膠及金屬的物性測試設備(如毛細管流變儀等)、塑料配方調配設備(如雙螺桿混煉機等)l 設計平台：電腦、CAD/CAM/CAE軟體(PRO/E、POWER MILL、MOLDEX3D、MOLDFLOW、ANASY、DYNA3D、CASTCAE、SOLID WORK等、雷射快速原型(RP)等l 量測平台：二/三次元精密量測設備l 製造平台：CNC綜合加工機、CNC放電加工、高速切削加工機(42000rpm)、表面真空蒸鍍(CVD)、低熔點金屬表面噴塗(RT)等設備l 成形平台：精密射出、自動衝壓、精密鑄造等設備

19、均已在近幾年中建構完成。未來二三年將在既有的基礎上繼續朝精密模具的方向發展，當快速模具及精密模具均有基礎後，本系將朝向微模具的系統整合發展，並且以微模具及微成形(如微射出、微熱壓)技術配合微機電產品的開發。因此提出本年度(92)重點特色發展計畫，主要內容是以精密光學模具的開發及精密光學元件的製造為範疇，並且以車燈、非球面鏡片及導光板作為產品載具。藉由光學原理與精密機械的結合，提升本校目前的模具相關技術平台，有系統的在校內建立開發能力，並成為學校重要特色之一。除了能有效提升教學品質之外，也可藉由技術轉移作為發展產學合作的基礎。9495建構微模具之設計/製造/成形之整合系統9293建構精密模具之設

20、計/製造/成形之整合系統9091年建構快速模具設計與製造之整合系統技術升級圖一模具系近年發展之方向參、計畫目標本計畫目標旨在結合光學原理及精密機械之專業知識，以模具為核心載具，建構光學級精密模具之設計/製造/成形之整合系統，並且以導光板、光學鏡片、及車燈罩等光學元件之開發為例，有效地強化及連結模具相關的技術平台，包括材料、產品設計、模具設計、模具製作、精密成形、光學性質檢測等，使各技術平台上的設備及實驗室能發揮垂直整合的功能，不但能使學生的學習更具有完整性，也能夠有系統的在校內建立模具由快速到精密的開發能力，使模具技術的發展成為學校重要特色之一。此外藉由遠距製造系統的建置，開發同步工程及遠端監

21、控能力，將大幅提昇模具的開發效率。除了技術能量的建立之外，本計畫同時亦將藉由完整的課程規畫、軟硬體設備及研究水準的強化來提升校內教學/研究品質，藉由舉辦研討會和成果發表會來作為技術擴散，以及透過技術轉移機制來協助產業界提升競爭力。例如在提升校內教學品質方面，將針對光學原理及精密加工的結合進行課程設計，加強學生對光學知識的了解及應用在光學元件的設計上，並且使學生了解模具及成形技術對光學產品在製造過成中的影響程度，例如模具的設計不當或成形條件的不佳將導至產品尺寸的收縮翹曲或內應力的產生，而這些現象對光學產品而言是非常敏感的，些許的偏差將嚴重影響其光學性質的變化。在加強學生對光學產品的設計方面，例如

22、將光學特性的分析引入元件形狀設計，並且由CAD技術、雷射快速成形(RP)技術、精密研磨及鍍膜處理之後迅速製造光學元件的原形品，並且進行測試，由光學性質可確認產品形狀的正確性。而在精密加工方面，除了結合逆/正向工程技術、CAD/CAM/CAE技術、高速切削、表面處理、精密量測等基礎之外，將進一步規畫超精密切削、超精密研磨、超精密拋光及微影成像及蝕刻等課程，提升學生在精密模具設計製造上的能力。同時依課程的規畫籌建相關的實驗試室及添購重要設備。並且結合本校具有相關專長之教授同仁(例如機械系微機電專長的師資如王岷玟及龐大成教授，及光電所光學專長的師資如鄭乃文教授等)以團隊合作方式進行相關技術的研究開發

23、。(基礎)(新興)促進產業技術升級學程及課程規畫光學知識+精密機械技術轉移制度汽機車工業車燈光學元件3C及顯示器產業導光板非球面鏡片提昇學生專業能力光學級精密模具圖二本計畫目標流程說明肆、具體內容及配合措施本計畫結合光學原理及精密機械之專業知識，以模具為核心載具，建構光學級精密模具之設計/製造/成形之整合系統，並且以導光板、光學鏡片、及車燈罩等光學元件之開發為例，有效地強化及連結模具相關的技術平台，包括材料、產品設計、模具設計、模具製作、精密成形、光學性質檢測等，建立模具由快速到精密的開發能力。其具體內容及配合措施包括：技術能力之建立、實驗室空間規畫及資源整合、學程及課程之規畫等，說明如下：一

24、、建立技術魚骨圖材料物性模具設計產品設計光學元件開發精密成形模具加工功能檢測圖三、光學元件開發之技術魚骨圖各部份簡述如下：(1)在材料物性方面：包括光學級塑膠材料(如PC、PMMA等)的成形性(如流動性、收縮性、透明性等)的檢測。模具材料如硬度、鏡面加工性等的檢測。(2)在光學元件的產品幾何設計方面：包括引入光學性質分析、塑料成形分析(含收縮及應力)、結構強度分析等電腦輔助分析技術，以決定適當的元件尺寸。光學產品的尺寸對光學性質的影響非常之大，而且光學產品大都具有曲率及厚度不一的特性，少許收縮翹曲或內應力將造成尺寸的些微變化，而這對光學產品的性質而言，是非常敏感的，些許的尺寸偏差將嚴重影響其光

25、學性質的變化。由於模具開發成本非常高，因此在進入模具設計之前將先利用雷射快速成形(RP)製造光學元件的原型，首先藉由3D量測或雷射掃描配合逆向工程軟體，或將已經過電腦輔助分析確認過的塑膠光學鏡片產品外觀以CAD技術建立實體模型於電腦中，再將電腦中的實體模型以雷射快速成形機(RP)迅速製作產品原型，其中RP的成形原理及應用影響了產品的尺寸及穩定。由於產品原型將提供給快速造模(RT)開發，因此快速原型建立與控制為其研究的重點。對製造塑膠光學鏡片而言，主要是壓克力(PMMA)與聚碳酸樹脂(PC)這兩種係列的樹脂，在目前已開發的快速原型樹脂上都已有相對應的樹脂開發出來。在產品的透明度及光學性質上，目前

26、亦已有透明(Water Clear)之樹脂可供使用。經快速原型(RP)所得的原型品可經過表面研磨及鍍膜等步驟的處理之後，再進行光學性質的量測以判斷幾何形狀的設計是否適宜。對於成形過程中所衍生的內應力，亦可使用疊紋技術(Moire Method)進行應力量測，確定應力發生的位置及大小，作為設計變更的依據。(3)在模具設計方面：包括正確地算出模具的尺寸公差、考慮如何防止成形收縮率的誤差、防止成形變形、防止離模變形、減少模具製作時的誤差及模具精度維持的考慮。例如為了減少模具的製作誤差，將模具以分割方式設計，其特徵包括：(a)可對某一部分做適當材質的選擇，並完全正確的應用其硬度鋼材性能。 (b)可使用

27、富有耐蝕性、耐摩耗性的模材。(c)可以各別做熱處理，熱處理條件的設定容易。(d)可使用鏡面加工性良好的模材，鏡面加工作業容易，鏡 面度高。(e)由於硬化處理，使初期精度的保持期間延長，性能也能 長時間維持，模具壽命增長。(f)脫模方向的研磨加工容易，對脫模斜度較小的成形品有利。(g)排氣位置任何地方皆可設置、填充容易。(h)研磨加工容易。此外!精密模具的另一設計重點在於模溫的精確控制，適當的模溫控制是減少光學產品內部熱應力及尺寸翹曲變形的關鍵之一，因此引入熱分析軟體分析模具本體在成形週期中的溫度分佈及變化，藉以作為模具冷卻系統設計的依據是非常重要的。本計畫將以ANSYS軟體進行理論分析，並配合

28、紅外線熱影像分析儀對整個模具溫度分佈的量測，來建立模具的冷卻系統。(4)在模具加工製造方面：將建立光學精密模具所須要的精密切削、精密研磨、精密拋光及微影成像及蝕刻等方面的技術能量，以及模具表面處理如電鑄技術及鍍膜技術等。電鑄技術是使用電化學原理，將元素(金屬或其他)以離子方式沉積在母片(master die)上，可達到超高精度及微小成型的加工功能，不但在精密的光學元件模具上使用，更可將設備、技術進一步提升至奈米級的加工層次，來為未來的奈米技術先行作好紮根的工作。鍍膜技術是在光學元件上蒸鍍一層有機及無機之薄膜。本系在物理蒸氣濺鍍(PVD)及化學真空濺鍍(CVD)方面已累積多年經驗，藉由本計畫的執

29、行將可進行更精密的光學模具表面加工。此外!藉由本計畫的執行，亦將以目前本系已建立的電弧噴焊快速模具製造技術發展可生產約200-500件左右的暫用模具，供產品在初期開發階段使用。此製程技術係以電弧噴焊之金屬薄殼為模具材料，將RP原型作為母型，分模後在其公母模具外分別以電弧噴焊包覆1mm-2mm之鋅合金，製作補強後，而以此射出塑膠件。對塑膠光學鏡片的產品特徵、模具壽命、製程費用與製程時間等因素，可發覺以電弧噴焊製程時間與製成品之單價比將最為優異。此外電弧噴焊製作模具尚具備有低熱應力、可製作塑膠光學鏡片、大尺寸模具、製模時間短與具備有鋁製模功能等優點。而所製作之模具亦適合鞋底模具、汽機車零組件與大平

30、面壓花等尺寸精度介於0.5 -1 mm左右之產品。以電弧噴焊製程為主之快速模具技術雖具備有以上所述之優點，但根據Dunlop分別以7種不同材料與兩種噴焊方法發現由於模具表面多孔狀的影響會造成機械性質普遍的降低，且其亦有薄殼強度不佳等缺點，因此造成模具表面粗糙度不佳與模具壽命無法提升，透過本項計畫希望建立表面處理技術來改善因多孔狀所造成的強度不佳等缺點。並且將本系目前所建立的快速模具製程(90年教育部重點特色發展計畫)提升到能少量製造光學產品的精密模具程度。超冷技術則是近幾年的新處理技術，將加工後的模具零組件以0.4/min速率降溫至-190，停留一段時間後在緩慢升溫至180左右，可以有效提高模

31、材的耐磨性質，並且有效維持其尺寸精度。光學元件鍍膜處理後再經超冷處理，可以增強鍍膜層的附著性，避免剝離。RP快速原型產品珠擊法改善表面粗糙度超冷處理/機械拋光電弧噴焊製作模具模殼完成模殼製作無電鍍方法進行鉻表面披覆無電鍍方法進行銅表面披覆珠擊法改善表面粗糙度圖四電弧噴焊模具模殼製作流程經過處理後的模具表面預計將具備有耐熱性佳(在480以下不變色，50O以上才開始氧化，700則硬度下降)與硬度高、耐磨性好、光反射性強及尺寸安定等優點。依目前本系先期研究顯示，表面粗度約可望達到Ra 1-3 m左右。(5)在精密成形方面：主要在於建立精密射出及射出/壓縮的製程技術，並且了解製程變因對品質的影響，以達

32、到建立最佳化成形視窗的目的。傳統的射出成形由於壓力大，且在模穴內也較不平均，因此容易產生內部殘留應力及收縮不均所造成的翹曲變形。因此光學產品的製作常以射出/壓縮製程進行，在射出時公母模保持一定間隙，使熔膠容易流入模穴，達到減少射壓的目的。在熔膠尚未同時填滿模穴前，關閉噴嘴，隨後利用合模動作使模穴間隙縮小，並迫使熔膠充填整個模穴，完成整個充填階段。此時整個模穴的壓力是非常平均一致的，因此可將不均勻收縮的現象減到最小。本計畫亦將教導學生利用田口氏實驗計畫法探討射出/壓縮成形的最佳成形條件組合，培養學生進行實驗規畫的能力。(6)在功能檢測方面：包括元件的外觀尺寸、內部應力及光學性質如焦距、輝度、透明

33、度、成像的的檢測。由功能的優良與否，檢討克服對策。本計畫以精密模具之設計製造為核心，連結上游材料及下游製程、檢測等技術，所規畫的光學元件開發流程如圖五所示，不同顏色表示技術魚骨圖的各區塊。本計畫將以此為基礎進行相關實驗室及課程之規畫。48材料分析 設計圖五塑膠光學產品開發流程 使用條件成形條件塑料性質加工 成形 檢測 表面處理RT電鑄製程 精密模具複折射面精度焦距曲率內應變表面膜特性光透過特性精密研磨修正修正塗膜確認模具設計確認產品形狀確認產品形狀射出/壓縮製程尺寸檢測精密成形尺寸及表面精度檢測蝕刻組立放電加工微影成像精密快速切削精密拋光零件加工光學檢測塗膜精密研磨雷射快速原型RP熱分析結構分

34、析光學分析成形分析電腦輔助分析CAE電腦輔助設計CAD正向工程逆向工程模材性質超冷處理修正光學檢測確認超冷處理光學產品開發完成二、實驗室空間規畫及資源整合為推動本計畫之進行，擬將模具系一樓第一工廠(約75坪)，重新規畫成三間特色實驗室，包括:(1)光學元件設計實驗室(2)超精密加工實驗室(3)光學檢測實驗室等三間實驗室。並且配合目前模具系已建構之重點實驗室，包括：材料物性檢測實驗室、電腦輔助工程分析實驗室、雷射快速成形(RP)實驗室、電腦輔助模具設計實驗室、高速切削實驗室、模具表面處理實驗室、精密成形實驗室、精密量測實驗室、等， 使各技術平台上的設備及實驗室能發揮垂直整合的功能。雷射快速成形(

35、RP) 實驗室 光學元件設計實驗室 電腦輔助工程分析實驗室 塑料物性檢測實驗室電腦輔助模具設計實驗室 模具設計材料物性光學分析高速切削實驗室光學元件開發精密量測實驗室 放電加工實驗室精密成形實驗室 模具表面處理實驗室 光學檢測實驗室擬新成立圖六各相關實驗室的資源整合關係功能檢測精密成形模具加工三、課程之規畫為了能夠將本計畫所建立的技術能量，轉化成教學內容，落實教學品質的提升，將規畫光電材料、光學性質與原理、光學元件設計、模具精密加工(二)、光學檢測實驗、光學檢測實驗、遠距網路製造、PC-based控制、網路控制技術、遠端加工與維修等十門新課程，並且與模具系目前已開設之課程，包括：高分子材料、模

36、具材料、電腦輔助工程分析與應用、模具設計、精密量測、模具精密加工(一)、薄膜工程、微機電概論、逆向工程、雷射快速原型製程、塑膠加工原理、塑膠精密成形實驗等十三門課程，分類成材料、模具設計、模具製造、產品成形、檢測、遠距控制等數個學程領域。學生可依興趣選修各種課程，若能完成學程內的科目，亦可以頒發學程證書的方式，證明其專業能力。上述這些課程的規化如圖七。已開模具設計光學檢測實驗精密量測塑膠精密成形實驗塑膠加工原理雷射快速原型製程逆向工程微機電概論薄膜工程模具精密加工(二)模具精密加工(一)光學元件設計電腦輔助工程分析與應用光學性質與原理模具材料 光電材料 高分子材料 大二下 大三上 大三下 大四

37、上 大四下檢測 產品成形 模具製造 模具設計 材料 學程擬開圖七說明相關課程之規畫各學程之教學內容重點說明如下：學程教學內容重點材料1. 了解塑膠材料的結構、物性、加工性2. 了解光學級塑膠材料(如PC、PMMA等)的成形性(如流動性、收縮性、透明性等)的檢測。3. 了解模具材料的物性及加工性如硬度、鏡面加工等的檢測。模具設計了解精密模具設計的相關內容1. 精密模具設計程序2. 塑料成形收縮與精密模具加工尺寸的設定3. 模具的流道系統、頂出系統、冷卻系統、倒角處理、模具強度等4. 精密模具的精度5. 精密模具的模材特性與加工方式6. 模具零件標準化及零件安裝方式7. 精密模具實例說明(1) 精

38、密齒輪模具(2) 精密鏡片模具8. 熱澆道模具設計9. 利用CAE技術進行模具設計開發模具製造1. 將建立精密光學模具所須要的精密切削、精密研磨、精密拋光及微影成像及蝕刻等方面的技術能量，以及模具表面處理如鍍膜技術等。2. 建立精密暫用模的快速開發技術產品成形1. 了解精密射出及射出/壓縮的製程技術，2. 了解製程變因對品質的影響，以達到建立最佳化成形視窗的目的。3. 了解田口氏實驗計畫法的應用，並且搜尋射出/壓縮成形的最佳成形條件組合檢測1. 了解各種光學性質2. 了解儀器的操作使用3. 了解元件的光學性質如內部應力、焦距、輝度、透明度、成像的的檢測。4. 由功能的優良與否，檢討克服對策。四

39、、設備規畫：依建構各技術平台的功能及各學程課目教學研究之所需，規畫設備需求如下：技術平台設備名稱功能備註材料物性分析塑料PVT性質量測儀分析塑料成形過程中壓力/體積/溫度之關係，建立資料庫供CAE分析使用待購動態機械性質分析儀分析塑料在不同環境下的動態機械性質，可作為產品壽命評估的依據待購可溫控之萬能拉力實驗機分析塑料在不同環境下的機械性質待購毛細管黏度儀測定塑膠的黏度已有CAE分析及幾何設計光學分析軟體光學元件設計待購成形分析軟體光學元件設計已有結構分析軟體光學元件設計已有熱分析軟體光學元件設計待購模具設計雷射快速成形光學元件製造已有模具設計軟體(CAD/CAM)模具拆模、設計、圖面繪製、N

40、C程式建立等已有逆向工程軟體逆向工程鋪面建SOLID MODEL等待購模具製造CNC縱合加工機模具加工製造已有高速切削加工機(42000rpm)模具加工製造已有CNC線切割機模具加工製造已有精密研磨機模具加工製造待購精密拋光機模具加工製造待購表面真空蒸鍍(CVD)成形平台：、等設備模具加工製造部份零組件待購低熔點金屬表面噴塗(RT)已有電鑄設備模具加工製造待購精密成形精密微射出成形機塑膠產品成形已有精密射出/壓縮成形機塑膠光學產品成形待購精密熱壓成形機微光學元件成形待購尺寸及功能量測表面量測儀模具精密量測待購三次元量測儀模具精密量測已有稜圓度檢查儀模具精密量測待購雷射高精度測長器模具精密量測待

41、購雷射干涉儀光學性質量測待購折射計光學性質量測待購分光光度計光學性質量測待購霧度計光學性質量測已有偏光顯微鏡光學性質量測待購多功能光彈儀光學性質量測已有輝度計光學性質量測待購伍、實施進度及分工一、 實施進度本計畫執行期限以二年為規畫，每年重點項目如下：第一年：主要以完成逆向工程、光學分析檢測、產品設計、雷射快速原型、模具設計、模具零組件精密製造加工、鍍膜、組立、射出/壓縮成形等重點，並完成車燈及非球面鏡片的開發。包括：(1)收集車燈、非球面鏡片及導光板的開發技術相關專利及期刊雜誌(2)完成光學產品的三次元量測及逆向工程(3)建立光學分析檢測及光學元件設計實驗室，並購置光學分析軟體及分析儀器(4

42、)完成軟硬體的使用手冊編撰(5)完成車燈、非球面鏡片及導光板的光學分析、成形分析(6)完成車燈、非球面鏡片的產品設計及雷射快速成形(7)完成模具設計及圖面繪製(8)模仁精密切削、精密拋光及模具表面處理(9) 以非球面鏡片為例，完成模具開發及射出成型(10) 量測非球面鏡片之光學性質，完成產品開發(11)舉辦三場研討會及一場成果發表會表三工作進度及查核點工作大綱92/592/692/792/892/992/1092/1192/1293/193/293/393/4資料收集及設備評估詢價舉行研討會(一)軟硬體設備提出採購空間規畫及整建進行CAE分析進行產品形狀設計課程規畫硬體設備安裝及試車完成鏡片模

43、具設計完成模具開發及射出成型量測非球面鏡片之光學性質，完成產品開發舉行研討會(二)舉行成果展示第二年：引入微機電製程，完成導光板的開發，並以此為基礎，逐漸朝微模具方向之開發，包括：(1)收集微影成像及蝕刻等半導體製程技術的相關專利及期刊雜誌(2)購置遠距快速製造、量測育控制系統精密加工及精密成形設備(3)完成軟硬體的使用手冊編撰(4)建立遠距快速製造系統，提升模具開發效率(5)以實驗計畫法及變異分析建立製程最佳化(6)以光學產品的尺寸及光學性質量測，探討CAE理論分析、成形條件、模具設計之間的關係，建立成形不良的克服對策。(7)以微機電製程及精密加工技術製作導光板模具的幾何特徵，並完成一付導光

44、板模具的開發(8)完成試模，並檢討產品之外觀及檢測其光學性質(9)舉辦二場研討會及一場成果發表會表五工作進度及查核點工作大綱94/594/694/794/894/994/1094/1194/1295/195/295/395/4資料收集及設備評估詢價舉行研討會(一)軟硬體設備提出採購空間規畫及整建硬體設備試車模具零件製作及模具組立課程規畫及教材撰寫試模完成導光板之成形舉行研討會(二)結案報告撰寫舉行成果展示 二、分工工作項目主要負責人塑料物性分析及改質黃俊欽光學元件設計楊慶煜、鄭乃文快速原型李泓原、邱錫榮、楊國和成形分析及模具設計黃俊欽、許進忠、李泓原模具加工製造鄭新有、許進忠、李泓原、邱錫榮、

45、龐大成(機械系)模具及產品精密量測楊慶煜產品精密成形黃俊欽、王岷玟(機械系)產品功能檢測黃俊欽、鄭乃文、楊慶煜 塑料性質圖九實施進度(分二年)之說明第一年 成形條件光學分析成形分析第二年RT電鑄製程 精密模具複折射面精度焦距曲率內應變表面膜特性光透過特性修正修正塗膜確認模具設計確認產品形狀確認產品形狀尺寸檢測修正精密成形尺寸及表面精度檢測組立零件加工光學檢測雷射快速原型RP電腦輔助分析CAE電腦輔助設計CAD正向工程逆向工程精密研磨精密快速切削超冷處理塗膜精密研磨微影成像精密拋光表面處理蝕刻放電加工射出/壓縮製程光學產品開發完成確認光學檢測陸、經費需求及行政支援本計畫執行期限以三年為規畫，每年

46、重點項目如下：第一年：完成逆向工程、光學分析檢測、產品設計、模具設計、完成模具零組件精密製造加工、鍍膜、組立、射出/壓縮成形等重點，並完成車燈及非球面鏡片的開發。第二年：引入微機電製程，完成導光板的開發，並以此為基礎，逐漸往微模具方向之開發其中第一年(92年度)經費需求如下：第一年備註教育部補助(萬)學校配合(萬)資本門設備費1050230經常門業務費1000合計1150230表六、經費需求明細設備名稱預估金額(萬)教育部(萬)學校配合(萬)資本門設備費光激發光譜儀120120光學分析設計軟體TracePro、IntelliwaveOptiwave、Zemax180180工作站電腦2525精密

47、光學元件2525電腦輔助設計軟體3030筆記型電腦1010動態機械性質分析儀100100表面輪廓儀200200準直儀3030干涉儀100100雙折射量測系統5050輝度量測系統8080真空矽膠成形機5050高速切削機第四軸130130訊號測頭3030燒結器及刀把1010高速切削線上量測系統3030熔膠精密齒輪輸送系統8080經常門業務費實驗室隔間(含水電配置、空調、桌椅、鐵櫃)6060研討會2場及成果發表會及1場(含場地佈置、餐點、文宣、印刷、郵電、文具.等)1010實作材料費(RP用光學級樹脂、模材、塑料)3030合計13801150230柒、預期成效及影響1. 本計畫目標旨在結合光學原理及

48、精密機械之專業知識，以模具為核心載具，建構光學級精密模具之設計/製造/成形之整合系統，並且以導光板、光學鏡片、及車燈罩等光學元件之開發為例，有效地強化及連結模具相關的技術平台，包括材料、產品設計、模具設計、模具製作、精密成形、光學性質檢測等，使各技術平台上的設備及實驗室能發揮垂直整合的功能，不但能使學生的學習更具有完整性，也能夠有系統的在校內建立模具由快速到精密的開發能力，使模具技術的發展成為學校重要特色之一2.發展團隊合作的成功模式。3.建立國內開發精密模具的關鍵技術及系統整合(由know how 到know why)。4.由推廣教育進行模具廠商的人才培訓，每年預計60人次。5. 由技術轉移

49、提升模具業者的競爭能力，並充實校務基金。6.建構的技術平台預期每年有200萬以上的產學合作案，每年培養至少60位專精於光學元件製程的高級人才。並與瑞儀光電(國內最大背光板生產商)及堤維西公司(國內最大車燈業者)建立長期合作關係。捌、觀摩活動規畫 一、每年舉辦二場研討會(每年8月、11月)及一場教學成果展(12月)地點:國立高雄應用科技大學內容:專家演講、教學研究成果展示、論文發表、座談(邀請學研單位與廠商) 二、舉辦精密模具快速設計與製造教學觀摩活動週，將邀請模具公會、模具廠商，以及國內各大學機械系所的專家學者蒞臨指導。三、配合教育部機電設計與整合推動辦公室下的模具自動化資源中心舉辦專題競賽或

50、教學觀摩活動四、申請教育部補助全國性學術活動舉辦光學精密模具設計與製造研討會玖、參考文獻1. 黃昆明 “模具產業現況及趨勢”, 金屬工業研究發展中心, 20022. 白輻轤譯 “藉超精密模具加工開創未來”, 機械月刊, vol.21, no.8 p403(1995)3. 許世欽、黃遠東, “中華民國專利篇(顯示器)” 電子月刊, vol.6, no.11,p222(2000)4. 石大城 “國內光電工業現況與展望”, 電子月刊, vol.1, no.1,p9(1995)5. 張良知 ”非球面輪廓之精密量測” , 機械月刊, vol.19, no.1 p110(1993)6. 郭世炫 ”光學元件

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53、ssing Technology, V. 132, 2003, pp. 42-48.11. Francis E.H. Tai, E.A. Haider, “Laser Sintered Rapid Tools with Improve Surface Finish and Strength using Plating Technology”, J. of Materials Processing Technology, V. 121, 2002, pp. 318-322.12. 羅仁權, 鄒治華, 謝正一, 周修宏, “快速模具技術之發展現況與未來趨勢”, 機械月刊, 28卷, 第二期, 20

54、02 二月號13. 郭啟全, “二十一世紀CNC工具機-快速原型與快速模具技術”, 機械月刊, 28卷, 第五期, 2002 五月號14 Kao, Yung-Chou and Chen, Mau-Sheng, “Case Study on a Platform-Independent Remote Robot Control Framework”, International Manufacturing Leaders Conference and Forum 2002, 810 Feb. 2002, Australia, pp. 186-19115. Yung-Chou Kao and Ma

55、u-Sheng Chen, “Study on Remote Robot Operation and Monitoring”，第二屆高雄應用科大學術研討會論文集，2002年5月18日，pp. 74-7716.陳茂盛、張銘峰、高永洲、李國宏、徐僖政、許家銘，網際網路資源應用非同步遠距教學系統之研製，第二屆高雄應用科大學術研討會論文集，2002年5月18日，pp. 247-25017. Yung-Chou Kao and Q.C. Hsu, “Study on the forging processes of titanium golf woods head”, the International Manufacturing Conference in China 2002, IMCC2002, 10-13 Oct. 2002, Xiamen, China (On