機電工程學系
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系所沿革
為迎合產業機電整合人才之需求,本校於民國 91年成立機電科技研究所,招收碩士班學生;隨後並於民國93年設立大學部,系所整合為「機電科技學系」,更於101學年度起招收博士班學生。103學年度本系更名為「機電工程學系」,本系所之發展方向與目標,係配合國家政策、產業需求與技術發展趨勢而制定。本系規劃專業領域包含「精密機械」及「光機電整合」 為兩大核心領域, 使學生不但學有專精,並具跨領域的知識,期能強化學生之應變能力,以適應多元變化的明日社會。
教學目標主要希望教導學生機電工程相關之基本原理與實務應用的專業知能,並訓練學生如何運用工具進行設計、執行、實作與驗證各項實驗,以培養解決機電工程上各種問題所需要的獨立思考與創新能力。
基於建立系統性的機電工程整合教學與研究目標,本系學士班及研究所之教育目標如下:
一、學士班
1.培育具備理論與實作能力之機電工程人才。
2.培育符合產業需求或教育專業之機電工程人才。
3.培育具備人文素養、專業倫理及終身學習能力之機電工程人才。
二、研究所
1.培育具備機電工程整合實務能力之專業工程師或研發人才。
2.培育機電工程相關研究創新與產業應用之專業工程師或研發人才。
3.培育具備人文素養、專業倫理及終身學習能力之專業工程師或研發人才。
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Item 一種同軸線上滾印技術於微奈米陣列銀線之滾印研究(2023) 黃建達; Huang, Chien-Ta具可彎曲、高導電率及高透光率的微奈米級銀導線適用於光電產業及客戶導向的電子產品場合。本研究提出一種「同軸線上滾印技術」應用於透明PET膜上,製造微奈米級超高細長比銀線陣列電路。同軸線上滾印系統採「軸對稱式低重心設計」,並將切削與滾印兩主要機構設計於同一系統,可使微滾齒陣列模具切削與微奈米銀線陣列滾印都在相同的座標系統及相同的軸心上作業,意謂最高同心精度的微滾齒陣列具最小的偏擺量,故可得最細且規律平行或規律彎曲的銀導線陣列。為提供微量且定量的銀漿供給,銀漿供給機構採精密微細螺紋設計,銀漿能不斷地精準輸入梳狀微流道陣列,塗佈於微滾齒陣列模具上,確保長距離滾印不會斷漿。藉由控制切削技術以改變微滾齒模具的表面粗糙度,可創造出銀漿在模具上的接觸角大於銀漿在PET膜上的接觸角,使銀漿容易脫模轉印至PET膜上。為獲得最細銀線寬度,導入雙變數的刮板擺設函數、最適刃地寬度、最小刃地間隙與無縫滾齒滾軸等設計。實驗結果發現,在同軸滾印模式下,微滾齒刃地在5 µm的寬度、1 µm的間隙及Ra6 nm的表面粗糙度條件,銀漿液滴的內聚力與附著力能獲得平衡,具有最窄及最佳的匯聚能力,可得最細的銀線寬度。驗證的微奈米銀線(寬5 µm,厚1 µm)具超高細長比、規律、高筆直度與高一致性,並能切確地驅動LED裝置,顯示同軸滾印技術具高精度及高可控制性。此外亦提出穩態簡諧伺服運動切削,以原位斜進精切削製作波浪狀微滾齒陣列刃地,滾印長100 mm, 寬35 µm之波浪型微奈米銀導線。直線與波浪型微奈米銀導線之導電膜均具高導電率(σ=1.94x106 S/m, σ=1.77x106 S/m)及高透光率(T=90.5 %, T=89.9 %),均優於商用ITO導電膜(導電率σ=9.26×105 S/m, 透光率T=78.3 %),達到透明導電薄膜基板的電路佈線取代ITO導電薄膜之目的。Item 添加陶瓷粉末高分子複合材料在兆赫波範圍之光學特性與應用研究(2022) 彭欣誼; Peng, Hsin-Yi由於兆赫波(THz)技術的快速發展,同時也需要進一步探索兆赫波系統各種應用的前瞻性,相關的元件及設備將不可或缺。為了尋找最適合用於兆赫波技術的材料,在本研究中選用3D列印常用的材料分別為Acrylonitrile butadiene styrene(ABS)、Polyamide(PA)、Poly Lactic Acid(PLA)及光固化樹脂,將其分別與不同重量百分比的陶瓷粉末混合,並藉由量測兆赫波時域光譜(THz-TDS)觀察在不同添加比例陶瓷粉末時吸收係數與折射率的改變。本實驗嘗試固定高分子粉末探討改變添加陶瓷粉末比例對兆赫波光學特性的影響。以PLA、PA粉末和光固化樹脂為基底分別混和10 wt%、20 wt%、30 wt %、40 wt%和50 wt%石英粉末,隨著添加的石英粉末比例提高,吸收係數會隨之下降,折射率也隨之提升;其中添加50 wt%石英粉末的樣品降低最多吸收係數,提升最多的折射率。為探討高分子材料添加不同陶瓷粉末後,其兆赫波光學常數的改變,本研究固定以ABS粉末為基底,混合不同陶瓷粉末。此部分分為兩組實驗,一組實驗使用鍛燒稻殼灰質(RHA)還原的SiO2,探討不同溫度製備的RHA其兆赫波光學特性的差異。本研究將ABS粉末混合50 wt%不同溫度製備的稻殼灰質樣品量測兆赫波時域光譜。另一組實驗則將ABS粉末分別與鍛燒1000℃前後Al2O3、SiO2、ZrSiO4和石英粉末混合,在0.5 THz時,混合50 wt%鍛燒後的Al2O3粉末樣品有最低的吸收係數3.40,在1 THz時,混合50 wt%鍛燒後的石英粉末樣品有最低的吸收係數9.17。混合50 wt% ZrSiO4粉末有最高的折射率,在0.5和1 THz時分別為1.81和1.80。為實現將陶瓷粉末添加於3D列印材料之中,在分析各3D列印技術的優缺點後,選用以光固化之技術製作透鏡。依據兆赫波時域光譜量測的結果,考量其可列印性及列印後的表面粗糙度,最後以光固化樹脂混合30 wt% Al2O3為材料來設計與製作兆赫光學透鏡。本研究分別製作了直徑50 mm焦距50 mm和100 mm的平凸透鏡,並以VDI公司開發的商用成套系統量測自製透鏡的聚焦效果與光斑大小,量測結果顯示其透鏡具有聚焦功能且符合焦距較短的透鏡光通過後發散較快的趨勢。以刀口法量測光斑大小,焦距50 mm的透鏡x方向的直徑為4.08 mm,y方向為3.89 mm;焦距100 mm的透鏡x方向直徑則為4.24 mm,y方向為4.05 mm。因此,添加陶瓷粉末於3D列印材料為提升折射率及降低吸收係數有效的方式,且可應用於3D列印技術,改善以3D列印技術製作THz的元件效能。Item 下肢外骨骼機器人應用於巴金森氏病病患坐站輔助之研究(2023) 吳昱承; Wu, Yu Cheng本論文「下肢外骨骼機器人應用於巴金森氏病病患坐站輔助之研究」旨在開發一可輔助巴金森氏病病患坐站行為之下肢外骨骼機器人。本研究基於人體生物力學設計一下肢外骨骼機器人,其具有主動髖膝關節及被動踝關節,並提出機器主動模式以及穿戴者主動模式輔助巴金森氏病病患坐站轉換。在機器主動模式下,首先建立下肢外骨骼機器人坐站的動態模型,作為基於模型之下肢外骨骼機器人的輔助控制設計。本文所提出之輔助控制是以力矩觀測器為基礎之自適應模糊滑模控制器,該力矩觀測器可估測穿戴者對下肢外骨骼機器人的出力,減少外部干擾,以實現機器主動模式下的坐站軌跡追隨控制。在穿戴者主動模式下之坐站輔助,建立以足底壓力為輸入之阻抗模型,並應用基於力矩觀測器之自適應模糊滑模控制器,實現穿戴者主動模式下的阻抗控制。最後以初期巴金森氏病病患為對象,探討下肢外骨骼機器人之主被動坐站輔助之實現。結果顯示,本研究所提出之基於力矩觀測器之自適應模糊滑模控制器應用在下肢外骨骼機器人之主被動坐站輔助,可有效輔助巴病病患在坐站轉換動作,並可減少能量消耗及維持穩定性,未來將有助巴病病患之生活輔助。Item 基於深度學習與技術分析指標預測股市買賣點(2023) 鄭邦廷; Cheng, Pan-Ting股票交易市場是由各種金融機構和投資者組成,用於買賣股票和其他金融產品的交易活動。市場的主要目的是提供一個公平、透明和有保障的交易環境,促進股票和其他金融產品的流通。而參與者包括投資者、證券公司、投資銀行、基金、保險公司、政府機構等。投資者可以通過股票交易市場進行交易,包括股票、債券、期貨等各種金融產品。證券公司、投資銀行等機構則負責為投資者提供證券交易相關的服務和產品。然而投資並不是穩賺不賠,以股票來說,其價值可能伴隨著公司業績表現、總體經濟變化,乃至各種政治因素而有波動。這代表著投資者必須去注意這些市場上的各種外在條件去對自己手中的投資標的去做調整,並無一精準的判斷條件。縱使在許多的外在條件影響之下,歷年仍有許多研究希望能藉由各種方式來判斷進場買進和獲利了結的方法甚至到未來股價的判斷。股票交易的獲利方式在於買進及賣出所產生的價差,但每個投資者所買進及賣出的位置不同,即代表各項因素不同,因此買的價格過高則會有套牢的風險,或者買進後遲遲沒有往上漲,因而賠上交易和時間成本。因此,如果可以藉由調整進出場條件及發動策略去預測未來走向,使我們可以更敏銳的判斷價格變化,就可以在價格即將變化時進場,並且賺取其中價差。在各種因素影響的情況之下,股票的進出場訊號可視為一非線性的時序訊號。而人工智慧在非線性模型的表現相當優秀,尤其是在處理大量複雜的數據時更顯突出。本論文希望配合著股票的技術分析及回測過的數據結合人工智慧達到預測未來買賣點位之目的,以強化並優化進出條件,進而增進投資報酬率。Item 基於深度學習之職安監測系統開發(2023) 王千瑞; Wang, Chien-Jui在台灣,每年施工造成意外的比例與職業傷害皆位居前茅,對勞工的生命與產業的生產力造成重大影響,其中勞工不安全行為是意外發生的首要原因。防制此行為的傳統方式是在施工現場架設監視器或派人監工,但由於人力問題,監督的效果與效率並不理想,基於此本研究開發以深度學習為基礎之職安監測系統來協助施工現場的職安管理。科技的進步大幅提升影像辨識能力與速度,本研究利用經過模型架構優化和訓練過程優化的新穎物件偵測器YOLOv7,針對施工現場影像進行訓練並建立職安狀態辨識模型後,對施工中的影像進行偵測,將未符合職安規定的事件篩選出來,最後將辨識結果以LINE Notify即時通報。與YOLOv5演算法進行比較,YOLOv7模型在演算法有改進之外,本研究透過訓練資料集的修正與增加以及模型的重新訓練等方式改善職安監測系統的辨識能力,使模型的mAP提升了約4%。本研究所建立的辨識模型在訓練階段的最佳mAP@.5高達0.98,此高mAP@.5表示可減少誤報與漏報情況的發生。誤報率太高會造成現場施工的困擾,並對通報失去信心;漏報率太高代表違反職安事件的偵測效果不彰,此將影響即時預警的功能。高mAP@.5所帶來的效益將提升施工現場的安全管理,減少意外的發生,強化本研究在產業實務應用的可行性與價值性。Item 一種急跳度精微電解技術應用於高溫耐蝕合金之微孔型結構製造研究(2023) 邱繼賢; Chiu, Chi-Hsien本研究旨在開發一種電極具急跳度運動模式的精微電解技術,應用於高溫耐蝕合金的微孔型結構之製造研究。直徑Ø 150 μm以下具倒錐、內擴及內縮等特殊微孔型結構,適用於高壓流體輸送的微噴嘴或微流道,以便提升其噴射壓力,這類的噴嘴材料傳統加工技術很難製作。本研究提出一種「急跳度精微電解」技術,藉由電解電極於微直孔內的急跳度位移運動,於電解間隙中創造出不同的電場強度,以改變孔壁的材料移除率,製造出特殊微孔型結構。實驗規劃首先以直徑55 μm微細實心的碳化鎢鑽針製作電解電極,透由真空鍍膜披覆一層膜厚5 μm的派瑞林(Parylene)絕緣層,然後將電極端面的絕緣層磨除以與孔壁產生電場。電極在微孔中心位置以旋轉方式,在不同的正負值急跳度運動模式下,由微孔下端緩升至上端,隨硝酸鈉電解液由下而上的沖流運動,孔壁材料會因電解間隙不同的電場強度而發生不同的金屬溶解率,進而創造出各式特殊的微孔造型。研究結果顯示,當急跳度J= +0.00002 mm/s3及電流I=13 mA時,可製造出錐率0.130的倒錐微孔型結構;急跳度J= ±0.00002 mm/s3及電流I=16 mA時,可得錐率T為0.0470及- 0.0731之沙漏型內縮微流通道;反之,急跳度J= ∓0.00002 mm/s3,錐率T為- 0.1485及0.1510之鼓脹型內擴微流通道。這些微孔型結構皆具高同軸精度與高對稱精度;比起放電加工技術,電解加工的微孔孔壁沒有凹凸不平的放電坑,故可大幅降低高壓流體的流動阻力,非常適於如柴油引擎的高壓噴嘴之燃油輸送與霧化,提高燃燒效率;或適用於生醫體液傳送,藉由重力使細胞沉澱於流道凹陷處,達血液細胞分離效果。研究證實,所提技術能為特殊微孔型結構的製造,提供另一種高效且無切削力與無熱應力的加工技術,深具商業化潛力。Item 氧化鋁基覆蓋層應用於氧化鋁鉿鐵電記憶體與電晶體之製程整合與元件電性探討(2023) 温鎮豪; Wen, Chen-Hao本研究探討單層氧化鋁與不同沉積比的氧化鋁鉿材料於氧化鋁鉿鐵電電容元件之覆蓋層效應,以及比較不同製程條件下之鐵電電容和電晶體特性。在實驗上,我們製備四種條件鐵電電容,使用純氧化鋁覆蓋層與三種不同沉積比的氧化鋁鉿覆蓋層應用於氧化鋁鉿鐵電電容,並於實驗完成後進行電容和電晶體元件電性量測。從實驗結果發現,純氧化鋁覆蓋層能增強氧化鋁鉿鐵電電容的鐵電極化特性,相比於採用氧化鋁鉿覆蓋層,在低量測電壓3.0V下,也有最優異的鐵電極化特性,兩倍殘餘極化值為16 μC/cm2,以及最佳的電荷儲存能力,在100 kHz的操作頻率下,電容值為381 pF,同時能抑制漏電流 約1個數量級。在元件耐久度方面,在量測電壓為±4.0 V條件下,經過4.5×107個循環後仍能保有16 μC/cm2的兩倍殘餘極化量,其鐵電記憶體能具有較佳的儲存性能與更低的功耗表現。而鐵電電容元件採用氧化鋁鉿覆蓋層,則是在低電壓下能些微增強氧化鋁鉿鐵電電容鐵電極化特性,但是將電壓加大後,反而降低氧化鋁鉿鐵電電容鐵電極化特性。此不理想鐵電效應推測是與三元氧化鋁鉿覆蓋熱穩定性不佳,容易在退火過程產生過多界面缺陷有關。在類神經方面,純氧化鋁覆蓋層條件與氧化鋁鉿覆蓋層條件的非線性度皆小於1,其中純氧化鋁覆蓋層條件與沉積比1:9的氧化鋁鉿覆蓋層條件分別為0.58、0.51,更適合應用於類神經網路架構。在鐵電場效電晶體部分,相較於氧化鋁鉿覆蓋層條件,純氧化鋁覆蓋層之鐵電場效電晶體擁有較佳的開關特性,其最小次臨界擺幅為79 mV/decade、開關電流比為1.9 x105,以及響應速度也較優異,轉導值 為7.6 x10-5 mS。Item 7075鋁合金同質與純鈦異質摩擦攪拌銲接之接合特性與熱處理效應研究(2023) 沈哲宇; Shen, Che-Yu本研究分別選用AA7075-T6、AA7075-O、Gr.2 Ti,三種材料,對AA7075-O進行熱處理、FSW(800 rpm搭配50 mm/min)、銲後熱處理;對AA7075-T6 進行單雙面FSW(600 rpm搭配60 mm/min) 、銲後熱處理;對AA7075-T6與Gr.2 Ti 進行FSW(600 rpm搭配40 mm/min),對其上三種不同組合所達成的銲接條件進行機械性質與微觀組織的分析與探討。在AA7075-T6材的研究顯示,雙面銲接由於多一道銲接過程,更多的熱量提供使其在機械性質表現上較單面銲接降低,但在銲後熱處理後,其拉伸性質則較單面銲接增加,二者在銲道皆面臨AGG異常晶粒生長的狀況,經熱處理後產生脆性斷裂的問題。在AA7075-O材的研究結果顯示,熱處理時時效溫度越高會導致材料特性抵達峰值時間越少,但其峰值表現也會越低。AA7075-O在銲接後,於其銲道有晶粒細化的表現,因此該區域硬度獲得提升,但在愈遠離銲道則愈發降低,直至母材強度。經銲後熱處理後,若要成功獲得優良的機械性質,必須避免銲道裂縫與AGG的產生,經銲後熱處理之試片與母材熱處理後之機械性質趨勢一致,皆能達成約母材熱處理的80%強度,並且在與T6材FSW的銲接性質比較中,更為提升。而其中AA7075-O在進行銲後與固溶淬火後的拉伸試驗中,可以發現有DSA的產生,能為其增加強度。在AA7075-T6與Gr.2 Ti 異質銲接的研究結果顯示,在600 rpm搭配40 mm/min可以達到無缺陷接合,從EPMA的觀察中可以發現,僅0.1 mm的偏置距離已讓鈦和鋁合金在攪拌區形成化合物及鈦碎屑的攪拌,而IMC層由於其硬脆的特性,導致拉伸試驗皆斷裂於該處。Item CO2雷射誘導石墨烯複合 MnO2/MoS2應用於超級電容器之研製(2023) 陳家宏; Chen, Chia-Hung超級電容器(Supercapacitor)根據電荷儲存機制能夠分成電雙層電容器(Electrical double-layers capacitor, EDLC)、擬電容器(Pseudocapacitor)以及混合式超級電容器(Hybrid supercapacitor, HSC)三大類。相比於傳統的電容器能提供更優異的比電容值、循環穩定性以及更良好的充放電效率,故已成為近年來最重要的儲能元件之一。雷射誘導石墨烯(Laser-induced graphene, LIG)是一種新型的石墨烯製備方式,其具有低成本、製程簡易且可大規模生產等獨特優點。在聚醯亞胺(Polyimide, PI)上製備的LIG可形成多孔的石墨烯結構,以提供高比表面積之電極材料。雖然目前儲能領域的研究已廣泛使用LIG與單一材料進行複合,但卻沒有文獻同時使用二氧化錳(MnO2)及二硫化鉬(MoS2)進行LIG複合材料的開發。因此,本研究利用複合電鍍製程在LIG表面同時沉積MnO2與MoS2以開發一款新型的LIG-MnO2/MoS2電極材料,製備出具有高活性位點及優異比電容值的LM60M0.5電極材料。根據恆電流充放電(Galvanostatic Charge-Discharge, GCD)量測結果顯示,LM60M0.5在電流密度為0.5 mA/cm2下的比電容值為389.4 mF/cm2,相比純LIG (5.08 mF/cm2)與LM60 (317.91 mF/cm2),其比電容值分別提升76.7及1.2倍。此結果證實LIG透過MnO2電鍍60 min製程能有效提升LM60電化學性能,而LM60複合電鍍MoS2可進一步提升LM60M0.5電化學性能。此外,當電流密度增加到5 mA/cm2時LM60M0.5仍保有51.3 %的倍率性能,並且LM60M0.5電極材料在 5 mA/cm2的電流密度下經過6000次充放電循環後仍具有97.3 %的電容維持率,而在399.74 mW/cm2的功率密度下具有24.34 μWh/cm2的能量密度。此外,將本研究的實驗結果與目前文獻中類似材料進行比較,證實本研究所開發的LM60M0.5材料具有高比電容特性,有望成為有潛力的超級電容器電極材料。最後,為了驗證實際應用能力,使用LM60M0.5作為正極材料、LIG-AC作為負極材料,開發一款混合式超級電容器,並點亮LED燈與排列有NTNU ME圖樣的88顆並聯紅光LED燈,也透過相同方式成功驅動計算機56秒,以證實本研究所開發之混合式超級電容器具有作為儲能元件的實際應用能力。Item 純鈦與Ti-6Al-4V合金同質摩擦攪拌銲接之機械性質與抗腐蝕特性研究(2023) 林合康; Lin, Ho-Kang本研究使用摩擦攪拌銲接(FSW)技術對Gr. 2 CP-Ti及Ti-6Al-4V進行同質對接,使用碳化鎢圓球形凸銷攪拌棒作為銲接工具,銲接過程攪拌棒傾斜角分別使用3°及1°,且下壓深度分別為1.9 mm及1.8 mm,探討不同主軸轉速、進給速度對於銲接件機械性質及抗腐蝕能力的影響,利用金相組織觀察、抗拉試驗、微硬度試驗等作為機械性質分析。在抗腐蝕分析中使用3.5 wt %氯化鈉水溶液模擬海水中使用狀態進行各參數銲道及熱影響區抗腐蝕性質比較,另外將摩擦攪拌銲接實驗數據與惰氣鎢極電弧銲(GTAW)進行銲後性質比較。實驗結果在使用圓球形凸銷攪拌棒時,可以增加材料的塑性流動方向,且在成功的銲接參數下,拉伸斷裂位置都出現在母材,在CP-Ti摩擦攪拌銲接的主軸轉速600 rpm、進給速度80 mm/min有最佳銲接性質,抗拉強度為395 MPa,為母材的 94.8 %,而Ti-6Al-4V最佳銲接性質在主軸轉速900 rpm、進給速度40 mm/min時,抗拉強度為1059 MPa,為母材的99.3 %。從純鈦的銲接攪拌區可觀察到明顯的晶粒細化現象,且微硬度直達180 HV,Ti-6Al-4V合金的攪拌區則為針狀的費德曼組織,且攪拌區也有明顯的硬度提升,相較於GTAW,FSW在純鈦接合中有較佳的延伸率,而在Ti-6Al-4V接合中FSW有較優異的機械性質表現。在CP-Ti、Ti-6Al-4V銲後抗腐蝕性研究中,兩種接合法之銲道受組織改變影響,抗腐蝕性均低於母材, FSW的攪拌區及熱影響區相較於GTAW銲道,FSW在抗腐蝕能力中有明顯提升,其中Ti-6Al-4V經FSW在主軸轉速1000 rpm、進給速度40 mm/min 的銲道表面及攪拌區底部未相變態之晶粒細化組織,使抗腐蝕性大幅提升,且優於母材。