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新創數位木材製造加工技術應用於國產材加工之開發

  • 公告日期:115-03-24
  • 計畫主持人:徐光平
  • 執行單位:林產利用組
類別
114年度 自辦科技計畫
關鍵詞
數位電腦程序控制加工機;電腦輔助設計;電腦輔助製作;雷射雕刻技術
計畫摘要

為解決臺灣林產業於新興綠色林產加工技術停滯不前的問題,並精進臺灣林產品高價值化水準。擬透過「精進綠色林產加工技術」,將優化並開發智能化CNC、雷雕等科技加工技術,從而提高木材加工生產效率和產品多樣性。

執行成果摘要

本研究旨在探討新創數位木材製造加工技術於國產材──臺灣杉(Taiwania cryptomerioides Hayata)之應用,並分別以數位電腦程序控制加工機(CNC)與雷射雕刻技術進行加工參數的系統性評估,同時開發具文化意象與實用功能之創意木質產品,以作為國產材高值化應用之示範。本研究首先蒐集臺灣杉材質特性與相關加工方式之文獻,歸納其密度、硬度、木理結構、力學性質與熱反應特性等對加工影響的重要因素。臺灣杉屬中低密度針葉材,切削阻力小但表面易壓縮,木紋均勻但局部節材可能造成不穩定之加工反應,此作為後續參數設定之依據。在CNC加工部分,利用平刀與球刀、不同刀具尺寸(3 mm、6 mm)、主軸轉速(9000、12000、15000 rpm)及推進速率(1000、2000、3000 mm/min)組成72組加工條件,分析其對加工時間及表面粗糙度之影響。結果顯示刀具形式及主軸轉速對加工時間無顯著影響,而推進速率增加則可顯著縮短加工時間。刀具尺寸為決定加工效率之關鍵,6 mm刀具之加工時間約為3 mm刀具的47%。粗糙度分析指出,高轉速(15000 rpm)、低至中推進速率(1000~2000 mm/min)及使用平刀並沿木紋方向加工,可獲得最佳表面品質;球刀則需高轉速方能達到相近效果。木紋方向亦對加工品質具高度影響,垂直紋理之加工粗糙度明顯上升。雷射雕刻部分則以10段進料速率與10段雷射功率組成100組參數,評估加工深度與色差變化。結果顯示雷射功率與進料速率對加工深度皆具極顯著影響,高功率能增加深度,然亦易產生焦化;提高進料速率則導致能量密度下降,使深度減少。統計分析顯示兩者具顯著交互作用。色差方面,HSB與RGB分析皆指出高功率與低速率會使表面顏色轉深、亮度下降且飽和度降低,與焦化層增加高度相關;中功率(40~70W)與中速率(40~70%)可維持最均勻的色彩表現。綜合深度與色差結果,建議最佳雕刻參數為雷射功率70~90W、進料速率30~60%。最後,本研究結合CNC與雷射雕刻技術,完成兩款臺灣杉創意杯墊之設計與製作。產品兼具文化象徵、材料特色與實用機能,並進行加工參數及成本評估,提供國產材文創商品開發之參考範例。綜上所述,本研究建構了臺灣杉數位加工技術之完整試驗流程與參數建議,結果可作為未來國產材數位製造、產品開發及觀光工廠應用之重要基礎。