第四章 內皮層陣列腦波探針素材放電成形
4.3 螺旋式放電加工製作內皮層陣列腦波探針
4.3.5 放電脈衝時間(Pulse duration, on )對探針表面粗糙度的影響 71
放電加工中，各種放電加工參數係為加工材料之材料移除率或表面粗
糙度的影響因子，而主要參數可分為機台相關迴路設定及機台控制參數設 定兩部分，其中，放電脈衝時間(Pulse duration)、放電休止時間(Pulse off time)、
放電工作電容(Capacitance)及伺服間隙電壓(Gap voltage)，為機台相關迴路 參數；而電極放電滯留時間及電極離開時間，為機台控制參數設定。而當 工作電容於放電加工時，其能量大小可轉換成放電脈衝時間(
on)，經由下列 公式[79]：𝝉𝒐𝒏 = 𝝅 × (𝑳 × 𝑪) (4-4)
其中，C 為放電工作電容(F)，L 為導線電感(H)，而放電脈衝時間為表 面粗糙度之影響因子，而探針的表面粗糙度更直接影響探針與腦頭皮間的 牢固力。根據經驗公式，單發放電坑與表面粗糙度(Rmax)關係如式 4-5 及圖 4-20(a)與 4-20(b)所示[80]，圖 4-21 為表面粗糙度經驗公式計算範例。本實 驗以不同放電脈衝時間，針對內皮層陣列(55)腦波探針的表面粗糙度進行 比較；除了採用經驗公式計算表面粗糙度之外，再以雷射共軛焦作表面粗 糙度的驗證，如圖 4-22(a)~(h)所示，因本研究的探針，其表面為弧面狀，
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故採兩種量測方式，進行探針表面粗糙度的求證，表 4-12 為本實驗之加工 參數，其量測結果如表 4-13 所示，即使探針的表面為弧形狀，採兩種方式 所求得的表粗值，都具其一致性。當放電脈衝時間愈長，探針表面粗糙度 愈差，這是由於單發放電能量的提升，雖可增加加工效率，但也因此影響 探針之表面粗糙度。
𝑹𝒎𝒂𝒙 = 𝟐𝒉𝟏+ 𝒉𝟐 , 𝒅𝟏 = (𝟏𝟎~𝟐𝟎)𝒉𝟏 (4-5)
(a) 放電加工面粗糙度之輪廓曲線 (b) 單發放電坑之剖面 圖 4-20 放電坑與加工表面粗糙度關係[80]
𝑹
𝒎𝒂𝒙= 2𝒉
𝟏+ 𝒉
𝟐, 𝒅
𝟏= (10~20) 𝒉
𝟏𝒅
𝟏= 25.43 + 25.12 + 23.5 + 25.04 4
= 24.77
若取 𝒅𝟏 = 10𝒉𝟏, 則 𝒉𝟏 = 2.477
𝑹
𝒎𝒂𝒙= 2 × 2.477 + 4 = 8.954 𝑹
𝒎𝒂𝒙= 4𝑹𝒂, 𝑹𝒂 = 2.3 µm
圖 4-21 放電加工之表面粗糙度經驗公式計算例其中，h1為單發放電坑深度；h2為單發放電坑隆起高度；d1為單發放
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(c) 探針表面形貌(
on：3µs) (d) 探針表粗值(
on：3µs, Ra：2.4)(e) 探針表面形貌(
on：4µs) (f) 探針表粗值(
on：4µs, Ra：2.8)(g) 探針表面形貌(
on：5µs) (h) 探針表粗值(
on：5µs, Ra：2.9)75
(i) 探針表面形貌(
on：6µs) (j) 探針表面粗糙度(
on：6µs, Ra：3.0)(k) 探針表面形貌(
on：7µs) (l) 探針表面粗糙度(
on：7µs, Ra：3.1) 圖 4-22 放電脈衝時間(on)對腦波探針表面粗糙度的影響表 4-13 不同放電脈衝時間之探針 表面粗糙度
放電脈衝時間 (µs)
探針之表面粗糙度 (Ra µm)
2 2.3
3 2.4
4 2.8
5 2.9
6 3.0
7 3.1 圖4-23 放電脈衝時間對探針表面粗 糙度與牢固力的影響
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4.3.6 間隙電壓與電極滯留及離開時間對探針成形效率的影響
於精微放電加工中，由於兩極間的間隙極小，當兩極突破絕緣狀態，
開始進行放電，此時，所測得的電壓值即為伺服間隙電壓(VG)。當伺服間隙 電壓值愈高，兩極距離較遠，如圖 4-24(a)所示，故放電頻率及加工效率愈 低，但也因此不易發生短路情形，此時，放電電流及放電脈衝時間須增強 以增進加工效率；而當伺服間隙電壓值愈低，兩極距離較近，如圖 4-24(b) 所示，故放電頻率及加工效率愈高，但易發生積屑，導致二次放電發生。
(a) 高伺服間隙電壓 (b) 低伺服間隙電壓 圖 4-24 伺服間隙電壓示意圖
(a) 電極 Tup/Tdown時間位移圖 (b) 放電殘渣移除及恢復絕緣 圖 4-25 電極放電滯留/離開時間示意圖
而於雕模放電加工中，工具電極的放電滯留時間(Tdown)及離開時間(Tup)
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(a) 探針形貌(Tdown：0.3sec) (b) 探針形貌(Tdown：0.4sec) (加工時間：7.5min) (加工時間：5min)
(c) 探針形貌(Tdown：0.5sec) (d) 探針形貌(Tdown：0.6sec) (加工時間：4min) (加工時間：3.3min) 圖 4-26 電極滯留時間與伺服間隙電壓(100V)對探針成形效率的影響
(a) 探針形貌(Tdown：0.3sec) (b) 探針形貌(Tdown：0.4sec) (加工時間：7.5min) (加工時間：4.6min)
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(c) 探針形貌(Tdown：0.5sec) (d) 探針形貌(Tdown：0.6sec) (加工時間：4.9min) (加工時間：3.9min) 圖 4-27 電極滯留時間與伺服間隙電壓(80V)對探針成形效率的影響
(a) 探針形貌(Tdown：0.3sec) (b) 探針形貌(Tdown：0.4sec) (加工時間：8.3min) (加工時間：3.9min)
(c) 探針形貌(Tdown：0.5sec) (d) 探針形貌(Tdown：0.6sec) (加工時間：4.5min) (加工時間：3.9min) 圖 4-28 電極滯留時間與伺服間隙電壓(60V)對探針成形效率的影響
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(a) 探針形貌(Tdown：0.3sec) (b) 探針形貌(Tdown：0.4sec) (加工時間：8.2min) (加工時間：4.8min)
(c) 探針形貌(Tdown：0.5sec) (d) 探針形貌(Tdown：0.6sec) (加工時間：5.5min) (加工時間：4.1min) 圖 4-29 電極滯留時間與伺服間隙電壓(40V)對探針成形效率的影響
本實驗在決定伺服間隙電壓及電極放電滯留時間後，再以不同的電極 離開時間，針對探針成形效率進行比較，表 4-15 不同電極離開時間之放電 實驗參數，實驗結果如圖 4-30(a)~(d)所示，於電極離開時間 0.2sec 時，完 成探針之尺寸及形狀精度最佳，且成形效率較佳。電極滯留時間及上升時 間與伺服間隙電壓對腦波探針成形效率比較如圖 4-31 及圖 4-32 所示。
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表 4-15 不同電極離開時間之放電實驗參數 參數 條件
電極材料 Cu-Cr 加工材料 Brass 電極孔徑 380 µm 加工深度 500 µm 電極搖動量 95 µm 放電脈衝時間 5 µs 放電休止時間 6 µs 放電電流 0.5 A 伺服間隙電壓 60 V
工作電容 22 nF
電極離開時間 0.1, 0.2, 0.3 , 0.4 sec 電極放電滯留時間 0.4 sec
SVC 電源電壓 90 V
(a) 探針形貌(Tup：0.1sec) (b) 探針形貌(Tup：0.2sec) (加工時間：5.3min) (加工時間：3.9min)
(c) 探針形貌(Tup：0.3sec) (d) 探針形貌(Tup：0.4sec) (加工時間：5min) (加工時間：4.6min)
圖 4-30 電極離開時間對腦波探針成形效率的影響
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圖 4-31 電極滯留時間與伺服間隙 電壓對腦波探針成形效率的影響
圖 4-32 電極離開時間對腦波探針成 形效率的影響