疲勞與斷裂實驗室
Fatigue and Fracture Laboratory

1. 碳纖維複材單搭接膠合接口之破壞分析：

 碳纖維強化複合材料(Carbon fiber reinforced plastic, CFRP)近年來在工程領域中有廣泛上的運用，有日益取代金屬材料的現象。膠合接口能連接差異性大的材料且不影響構件外觀與重量，其非破壞性監測完整性之研究愈來愈重視。本實驗室透過在搭接劑中添加奈米碳管(CNT)使得單搭接膠合接口本身作為感測器，透過內在材料特性改變來監測其破壞情形。透過不同單搭接膠合接口之非破壞性檢測研究，期望能夠達到監測破壞之目標。

2019年透過在試片搭接面處焊上排針電線，局部監測搭接面受機械負載之電性變化；

2020年利用光纖光柵及電壓量測法進行膠合接口的機械負載破壞監測，並利用螢光液滲處理驗證破壞的可靠度；

2021年利用光纖光柵及電壓量測法及螢光液滲處裡監測膠合接口受衝擊破壞；

2022年建立一套可定量分析光纖光柵全頻譜變化以反映膠合接口內部破壞狀況；

2023年探討導電性監測膠合接口濕熱老化之可行性；

2024年透過導電性監測膠合接口濕熱老化後受機械負載之應用。

2. 環氧樹脂基玻璃纖維疊層之破壞分析：

        玻璃纖維強化複合材料（Glass fiber reinforced plastic, GFRP）以玻璃纖維為強化材，環氧樹脂為基材之複合材料。其具有高強度、低密度、高耐酸鹼性及易於設計等優點，應用於各個工程領域上。然而複材的初始損傷通常不在材料表面，以內部損傷為主，因此在評估其性能及壽命上具有一定的困難度。本實驗室透過在搭接劑中添加奈米碳管(CNT)，利用真空輔助樹脂轉注（Vacuum assisted resin transfer molding, VARTM）成形出試片，透過內在材料特性改變來監測其破壞情形。透過不同單搭接膠合接口之非破壞性檢測研究，期望能夠達到監測破壞之目標。

2018年建立以奈米碳管之導電性監測玻纖複材之破壞情形；

2021年以光纖光柵及電壓量測法監測不同疊層角度之損傷及分層情形；

2022年將電壓量測法進行改良，奈米碳管預先附著玻璃纖維，以不同附著幾何形狀搭配不同電極接法進行低能量衝擊；

2023年以以光纖光柵及電壓量測法監測玻纖複材受濕熱老化後之情形。

1. DLP列印振鏡系統

         近幾年隨著3D列印技術蓬勃發展，應用層面十分廣泛，透過3D列印的普及推廣，規模經濟不再是製造業的主要重點，客製化與社群化才是新趨勢。

         DLP 光固化成型技術（Digital Light Processing）是一種使用數位光源固化光敏性樹脂的3D 列印技術。這種技術可以一次性固化一整層樹脂，因此其列印速度相對於其他使用點狀雷射進行固化的光固化成型技術（例如 SLA）更快。DLP技術主要優勢是其高效的列印速度，因為它能一次性固化一整層樹脂。此外，DLP 技術還具有相當高的解析度和精確度，能製造出細節豐富的物件，DLP的光源也較易於維護和替換，維護成本也相對較低。

         本實驗室採用上照式DLP作為列印系統的基礎，2019年搭配高精度三軸步進式移動平台，設計出能製作大面積微結構的3D列印機，印製出接近相同尺寸，且面積擴大16倍的規則性微結構；2020年印製出八隅體微米級結構，修改平台移動路徑將印製時間大幅縮短，欲探討延伸結構面積是否會影響機械性質，以及改變八隅體結構的比例，比較不同尺寸比例會對其機械性質造成影響；2022年由於三軸移動平台移動速度慢，改成振鏡系統以增加列印速度。藉由振鏡反射投影機光源以達到擴大列印面積。開發新的軟體控制z軸平台與振鏡達到3D列印的功用與提出梯形修正的方法去修正掃描路徑的問題；2023年由於影像在經過振鏡不同轉角的影響下，會產生變形，而採用了單應性矩陣（Homography）方法來對原始設計圖進行預先的變形。利用這種變形後的設計圖進行列印，使得不同的圖形能夠精準地拼接在一起。

2. 可視化DLP列印系統開發與探討

         3D列印利用基層製造技術(Additive Manufacuturing)，透過逐層堆疊累積的方法來建構立體模型，相較於傳統「減法製造」，具有更高的材料使用率與自由性，易客製化製作出複雜的模型。其中光固化成型技術中的數位投影技術(Digital Light Processing ,DLP)，具有較高精度、生產快速且成本較低等優勢。

         此研究從無到有架設一套可視化DLP上照式3D列印系統，透過即時監測架構，改善對焦方法與流程，提高對焦精準度，增加列印的穩定性。亦利用此監看系統對光投影畫面的亮度分布及不同樹酯原料進行分析，找出最佳的列印參數。也透過MATLAB模擬光源分布與監測影像的比較，進行圖檔的灰階修正，使投影畫面更趨近於理論值。

         總結出對於三維結構體的製作，其曝光時間、樹酯配方、間隔時長等參數對於列印的影響，以及掌握產品列印時產生瑕疵的原因，提高3D列印的應用價值，最後成功列印出微米尺度身寬比為4的微流道。

3. DLP列印單層厚度控制探討

         光固化積層製造中，如果單層厚度不足，易造成空洞，影響結構不穩定；反之，單層過度固化，會導致形狀超出預期，原本該空心的地方變成實心，所以適當的單層固化厚度會影響整體結構的穩定性及外觀。

         本研究探討透過調整樹酯配方、降低曝光量、改變給予光能量的方式……等方法，如何精確控制光敏樹酯固化厚度。先透過列印單層結構的方式，找出若干變因與層厚之間的理論關，盡可能將厚度越薄越好，再實際應用於列印鏤空結構–井字結構，並量測結構中的鏤空樓板厚度，觀察是否有改善吊床現象。

         透過改變樹酯顏色、添加蘇丹紅、碳黑來調整樹酯內容，並分別使用灰階、馬賽克來控制曝光量，也有使用分次曝光，改變曝光方法。最後進行結合，並應用於列印出井字結構。