探針顆數與電流大小對製程時間及表面粗糙度的影響

精微放電加工中，放電坑大小為表面粗糙度的主要影響因子，而影響 放電坑大小則為放電脈衝時間與放電電流(IP)。其中，放電脈衝時間係單位 面積下單發放電的時間，故對材料之表面粗糙度影響較大；而放電電流是 決定金屬材料汽化壓力及放電能量，短時間內進行高頻放電則對於材料之 移除率及製程效率影響較大。因此，本實驗於固定放電脈衝時間的條件之 下，以不同的放電電流，比較批量製作內皮層陣列腦波探針，探針成形效 率的影響，分別先以 0.5A(1 顆探針製作)、3A(2 顆探針製作)、6A(4 顆探針

(a) 夾治具設計 (b) 夾治具實體

圖 4-39 批量製作內皮層陣列腦波探針之夾治具設置

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製作)及 12A(8 顆探針製作)進行比較，其中，選擇 3A 作為雙顆探針製作的 放 電 電 流 ， 目 的 為 找 出 能 將 單 顆 探 針 的 製 作 時 間 縮 減 約 50%

(5.8min→3.1min)之電流大小，且探針仍保有好的幾何精度，表 4-21 批量探 針放電製作之加工參數，其結果如圖 4-41(a)~(d)及表 4-22 所示。

表 4-21 批量製作內皮層陣列腦波探針之放電參數

參數 條件 條件

電極材料 Cu-Cr Cu-Cr 加工材料 Brass Brass 電極孔徑 380 µm 380 µm 加工深度 500 µm 500 µm 電極搖動量 95 µm 95 µm 放電脈衝時間 5 µs 5 µs 放電休止時間 6 µs 6 µs

放電電流 0.5, 3, 6, 12 A 0.5, 3, 6, 12 A 伺服間隙電壓 60 V 60 V

工作電容 22 nF(粗加工) 2.2 nF(精加工) 電極離開時間 0.2 sec 0.2 sec

電極放電滯留時間 0.4 sec 0.4 sec SVC 電源電壓 90 V 90 V

(a) 放電電流 0.5A(1 顆探針製作) (b) 放電電流 3A(2 顆探針製作)

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(c) 放電電流 6A(4 顆探針製作) (d) 放電電流 12A(8 顆探針製作) 圖 4-41 不同探針顆數製作之放電電流對探針幾何精度的影響

表 4-22 批量探針製作之不同放電電流及其加工時間關係 放電電流(批量探針顆數) 平均 1 顆探針之加工時間

0.5 A(1 顆探針製作) 5.8 min 3 A(2 顆探針製作) 3.1 min 6 A(4 顆探針製作) 2.6 min 12 A(8 顆探針製作) 1.5 min

(a) 放電電流 0.5A~12A (b) 放電電流 3A~6A 圖 4-42 探針顆數與電流大小對製程時間的影響

實驗證實，放電電流相較於 3A，當電流為 6A 及 12A 時，加工時間雖 有效降低，但因能量過大，導致探針嚴重變形，影響其幾何精度。鑑此，

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本實驗另以電流 3A~6A，如圖 4-42(a)所示，分別為 3.4, 3.8, 4.2, 4.5, 4.9, 5.3 及 5.7A，以 4 顆探針同時進行製作，比較批量製作內皮層陣列腦波探針，

其幾何精度與成形效率的影響，其結果如圖 4-42(b)及表 4-23 所示。實驗證 實，當放電電流超過 4.2A 時，探針外形開始發生變形，如圖 4-43(a)~(d)所 示，且表粗很差，如圖 4-44(a)~(d)所示。因此，本研究最終選擇放電電流 4.2A，成功製作批量(4 顆探針)內皮層陣列(55)腦波探針，且平均單顆加工 時間僅為 3.3min，探針表面粗糙度為 Ra2.9µm，此表面粗糙度值於第 4.3.5 節中，以驗證探針的牢固力，批量腦波探針之製作成果如表 4-24 所示。

表 4-23 不同放電電流與加工時間及表面粗糙度關係

放電電流 加工時間 表面粗糙度

3.4 A 4.4 min Ra 1.4 µm 3.8 A 4.2 min Ra 1.7 µm 4.2 A 3.3 min Ra 2.9 µm 4.5 A 3.1 min Ra 3.2 µm

(a) 探針形貌(放電電流 3.4A) (b) 探針形貌(放電電流 3.8A)

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(c) 探針形貌(放電電流 4.2A) (d) 探針形貌(放電電流 4.5A) 圖 4-43 批量(4 顆)探針製作之放電電流對探針幾何精度的影響

(a) 放電電流 3.4A 之加工表粗 (b) 放電電流 3.8A 之加工表粗

(c) 放電電流 4.2A 之加工表粗 (d) 放電電流 4.5A 之加工表粗 圖 4-44 批量(4 顆)探針製作之表面粗糙度量測

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表 4-24 批量腦波探針之製作成果彙整 參數 條件

探針陣列針數 55 探針針尖外徑 50 µm

探針高度 350 µm 探針錐率 1：7 探針表面粗糙度 Ra 2.9 µm

加工時間 3.3 min

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根據 L.F. Wang(2013)指出[81]，侵入式腦波探針於人體量測時，施以 2~5N 的接觸力進入皮膚時，受測者並不會感到疼痛；但若施以 10N 的接觸