3-1 線上分離式複合槽設計
為實現高精度的微細搪研加工，本研究提出一種『線上微製造技術』的 方法，微型刀具或微型工具裝置後，便不再拆卸，藉由改變工作槽的方式，
達到精密定位與精密加工目的，如圖3-1所示，是建構於微型綜合加工機上 的多工式工作槽設計，包括線式放電研削(WEDG)加工區、微線切割放電加 工區、前處理區與複合沉積區。
微型搪研工具基材外型經微放電修整成型後，工具不做拆卸，在CNC 微綜合加工機上移位至清潔槽中進行清洗，再進行複合沉積。沉積槽分為主 槽(Primary tank)與副槽(Secondary tank)，主槽設計有溫控裝置，透過沉積液 的外部循環，提供均勻濃度的沉積液給副槽使用；副槽以模組式設計安置於 微型綜合加工機上，可供微小粒徑的磨粒沉積。放電修整完成的工具心軸，
直接移位至副槽進行複合沉積。沉積後的初胚再移位至微線切割放電區進行 切割加工；包括後續工具對工件微孔的搪研加工，其所有路徑均由CNC程式 控制，它能實現高精度微細搪研工具的製作與微孔搪研加工。
(a) 線上微型分離式複合沉積槽 (b)多工式工作槽設計 圖3-1 微型綜合加工機與複合沉積槽設計
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3-1-1 前處理槽設計
微放電加工修整微型搪研工具後，工具表面附著油汙。因此在複合沉積 CBN 磨粒之前，須將微型搪研工具進行前處理，使刀桿表面具有親水性，
使 CBN 磨粒與鎳離子之附著更緊實，以利於刀桿後續研磨加工，如圖 3-2 所示。前處理清洗步驟包含：酒精清洗、BC-110 鹼洗、純水清洗、硫酸中 和、純水清洗五個步驟。
(a) 微型前處理槽設計 (b) 微型前處理槽設計完成圖 圖3-2 微型前處理槽
3-1-2 微型複合沉積槽設計
為獲致精密且均勻的磨粒沉積層，本研究提出一種『多孔性載體複合沉 積模具』的設計。此模具主要安置於微型複合沉積槽中，當刀桿修整完成後，
立即被移至複合沉積槽進行沉積作業。槽體設計主要分為複合電鍍沉積區與 鍍液排水區。由於複合沉積過程中，需要穩定的液位高度，沉積槽中的隔板 設計能夠穩定鍍液的液位高度，鍍液越過隔板高度時，經由排水區之階梯斜 面設計排出槽體，如圖3-3 所示。電鍍沉積區包含陽極、微型搪研工具與多 孔性載體複合沉積模具。為了提高複合沉積效率，將粒徑0~2μm CBN 磨粒 放入沉積模具內孔，進行高濃度之複合電鍍沉積。微型搪研工具心軸因之能 沉積成型。
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(a) 複合沉積槽排水設計 (b) 模組式複合沉積槽完成圖 圖3-3 線上複合沉積槽設計
3-2 槽體溫控設計
複合沉積過程中，鍍液內含的硼酸，溫度若低於 35℃時，硼酸易產生 結晶，故鍍液需加溫控系統。熱源可來自鑄槽外部或內部，由於本實驗所用 槽體材質為壓克力，不適合採外部直接加熱方式，必須利用隔水加熱法。不 過隔水加熱的液面溫度升降幅度較難控制，因此本研究採用內部直接加熱方 式，利用石英加熱管直接置入鍍液加熱，再使用溫度感測元件進行溫度感測 與控制，如圖3-4 所示。
複合沉積時，電鍍液濃度會隨著電鍍的時間改變，為使電鍍液的濃度保 持一定值，因此須要有適當的攪拌系統，實驗設計是利用微型鍍液抽泵將鍍 液抽離槽體，再由槽體上方注入，如此可獲致濃度均勻的鍍液。鍍液抽泵採 用的是日本 IWAKI 耐酸鹼泵，具有抗腐蝕性強、耐強酸、強鹼、無升溫或 長時間運轉變形，洩漏之缺點。圖3-5 為耐酸鹼泵，最大流量:12 L/min。
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圖3-4 溫度控制器 圖3-5 耐酸鹼泵
3-3 電源供應器
本實驗微複合電鍍加工的部份，使用的電源供應器為茂迪股份有限公司 所生產之可程式直流電源供應器LPS 505N。直流電源供應器除了應有的兩 組輸出電壓之外，還提供計時器(1sec~100hours)功能，可應用在對電鍍時間 的控制，大幅增加對安全性及準確性的考量。圖3-6 為電源供應器實體圖。
圖3-6 實驗所用電源供應器
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3-4 複合式 CNC 微型綜合加工機應用
本實驗所有製程均架構在『精密微型 CNC 複合製造系統』上，此項設 備為本實驗室專題團隊所開發[35]。此微型系統結合傳統與非傳統的製造技 術，將微型放電加工、微型線切割放電加工與微型複合沉積等技術加入系統 設計，並同時融入微型銑削、微型高速銑削、微型鑽削與微型研削等精密切 削技術，專應用於微型模具、微型刀具、微型零件、微型結構與微型機構的 加工、製造組裝與線上微量測系統如圖3-7 所示。
(a) 精密微型 CNC 複合製造系統之製程與功能
(b) 精密微型複合製造系統 (c) 實體外貌 圖3-7 精密微型 CNC 複合製造系統[35]
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3-5 線切割放電加工機
如圖 3-8 所示，為慶鴻工業生產線切割放電加工機，此項設備應用於本 實驗放電鑽孔試片材料為SKD11 模具鋼，擁有 HRc60 之硬度，不易使用傳 統加工方式進行薄片加工。線切割放電加工機屬於非接觸加工，任何金屬亦 可加工。因此，在 SKD11 試片製作上，使用線切割放電加工機進行切片製 作。
圖3-8 線切割放電加工機
3-6 量測儀器設備
實驗過程中需要檢測設備來量測成品，本研究所使用檢測設備有工具顯 微鏡(OM)、掃描式電子顯微鏡(SEM)及白光干涉儀，各檢測設備於本研究都 有其用途，根據使用方式於下列章節作簡述。
3-6-1 工具顯微鏡
如圖 3-9 所示，為漢磊精密科技有限公司生產的工具顯微鏡，光源可選 購環型冷光或滷素光源，其主要用於直接量測加工後的搪研工具外型輪廓，
規格如表3-1 所示。
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圖 3-9 工具顯微鏡
3-6-2 電子式掃描顯微鏡
電子式掃描顯微鏡，此設備採用鎢燈絲電子槍，允許移動 X、Y 和 R 軸(旋轉)觀測，可測量直徑 125mm 的範圍，利用個人電腦及滑鼠即可操作，
可以擁有自動功能，如：自動聚焦，自動像差校正和自動對比/亮度調整。
另外加裝Oxford 的 EDS 的系統，如圖 3-10 所示。
圖3-10 電子掃描顯微鏡
表3-1 工具顯微鏡設備規格表
設備 規格
量測行程 X200 Y200(mm) 工作檯面 400×300(mm) Z 軸工作距離 150 (mm)
解析度 0.5 (µm) 重現精度 ±1 (µm)
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3-6-3 白光干涉儀
本實驗使用白光干涉儀來檢驗微孔孔壁之表面粗糙度，如圖 3-11 所示。
此項儀器設備由台灣大學范光照教授提供。量測平台允許 X、Y、Z 調整移 動，使用白光光源照射待測物表面，檢測表面形貌數值可用 3D 圖形與 2D 圖形呈現，表3-2 為白光干涉儀規格表。
表3-2 白光干涉儀規格表 構成配備 主要規格及特性說明
機台外觀 長 40cm、寬 30cm、高 105cm 升降機構 Z 軸升降，手動
量測機構 光源、CCD、干涉鏡組
系統特徵 a) Non-Destructive Measurement b) 3 Dimensional Surface Measurement c) Multiple Field-of-view Lenses
d) Nanometer Level Resolution and Large Measuring Range
圖3-11 白光干涉儀
3-7 實驗材料
本實驗針對SKD11模具鋼進行放電鑽孔，在使用懸臂式微型搪研工具對 微孔進行搪研拋光。為了增加搪研工具基材的強度，實驗使用超微粒碳化鎢
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3-7-3 搪研磨粒(CBN)
鑽石與 CBN 磨粒均屬於超級磨粒。鑽石是最硬的磨粒，最適合用來研 磨脆性材料。不過由於鑽石與鐵原子之親和性極高，在溫度高於700℃時容 易產生石墨化現象，因此，鑽石不適合用來研磨鋼鐵類材料。本實驗主要是 針對熱處理後之 SKD11 材料進行搪研加工，含碳濃度高。因此，實驗選用 之磨粒以立方晶氮化硼CBN(Cubic boron nitride)磨粒作為研磨材料。表 3-5 為工業材料硬度表[38]。
表 3-5 工業材料硬度表[38]
材料 成份 Knoop 硬度(kg/cm2)
鑽石 C 9000
立方氮化硼 CBN 4800
碳化硼 B4C 3000
金剛砂 SiC 2800
碳化鎢 WC 2400
氮化矽 Si3N4 2100 剛玉 Al2O3 2100
矽 Si 1400
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