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第二章 製造科技
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第五章 傳播科技
第七章 創新設計與製作
第二章 製造科技
第四章 運輸科技
第二章 視覺傳播科技
第一章 科技的生活
第一章 科技的生活
第六章 新興科技
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第二章 製造科技
第二章 製造科技
2-1 材料的特性
材料的性質－機械性質
硬度：物體堅硬的程度
莫氏硬度表
強度：物體抵抗外力變形和破壞的能力
韌性：突受外力衝擊，不容易破壞
剛性：受外力後不會扭曲變形，維持原樣
延展性：物質能被拉長或碾薄而不折斷的特性
塑性：物質可以被塑造的能力
剛性─火車的I形鐵軌，承重力強
延展性最佳的金屬─金箔
材料的性質－物理性質
導電性：物質導電的能力
石綿手套導熱性差
導熱性：物質傳導熱能的能力
棒型磁鐵產生的磁場線
磁性：金屬物質接近磁石時，相互吸引的特性
熱膨脹：物質隨溫度變化而使體積發生變化的狀況
耐久性─鋁門窗，不易鏽蝕、損壞
材料的性質－化學性質
耐久性：物質抵抗風化或腐蝕的能力
日常生活材料的分類－依性質分類
鐵金屬
被稱為鋼或鐵，為鐵和碳的合金。
會加入鉻、錳、釩、鉬、鎳、銅等金屬元素，以及碳、矽、磷、硫等非金屬元素改變鐵的性質。
例如不鏽鋼即是碳鋼中加入約12～22%的鉻，以及8～16%的鎳。
碳鋼的含碳量及特性與應用
CPU的接腳即是用金做材料
非鐵金屬－金
高級的音響發燒線是利用銀線電阻極小的特性，降低聲音輸出失真的比率。
非鐵金屬－銀
非鐵金屬－銅
富有延展性。
具紫紅色光澤。
自然界存量豐富，是人類應用於生產的第一種金屬。
導電性、導熱性僅次於銀，但價格較低許多。
銅的重要合金
青銅器，一般認為青銅是人類首先使用的金屬材質。
典型的薩克斯風管身用黃銅製成，使得薩克斯風具有銅管類樂器渾厚的特性。
馬口鐵（SPTE）是兩面鍍有錫的鐵皮，耐腐蝕且無毒，又名鍍錫鐵。
非鐵金屬－錫
在空氣中不易氧化，常做為食物容器。
表面細緻光滑。
錫與鐵的合金，俗稱馬口鐵，即是用來製做罐頭的容器。
高階的鋁合金腳踏車，除了可以減輕車體重量外，更可以提升腳踏車的剛性。
合金－鋁合金
鋁的比重只有鋼鐵的三分之一，強度卻不輸鋼鐵。
鋁在自然環境中，表面會形成薄膜的氧化層，保護內層，因此耐腐蝕性佳。
筆記型電腦外殼採用鋁鎂合金，可減輕重量並提升機體的散熱性。
合金－鎂合金
商用上最輕的結構金屬。
冶煉時會添加3～10%的鋁增加硬度。
適合用於筆記型電腦、手機外殼等。
鈦合金做成的人工關節不會被人體排斥
合金－鈦合金
高強度且質地輕、耐腐蝕之材料。
鈦合金表面會氧化形成一良好的薄膜，抵抗氯離子等的腐蝕。
鈦合金不會被人體排斥，所以廣泛的用於骨釘、骨板等醫學治療上。
合金比較表
合板與密集板製成的家具
木屬材料
板材
角材
塑膠
由碳、氫、氧及氮所聚合而成的高分子化合物。
由天然的動物骨骸、植物樹脂、松香提煉，或由化石原料人工提煉而成。
陶瓷
人類最早利用的材料之一。
主要成分為氧化鋁、氧化矽、氧化鈣、氧化鎂、結晶水及成色金屬。
陶瓷的特性
玻璃
一種透明、強度及硬度頗高的材料。
主要成分為氧化矽、灰石及碳酸鈉。
加入各種金屬氧化物可改變玻璃的顏色，例如：錳可造成淡紫色，加入鈷則變藍色。
大樓外牆使用花崗石
大理石
人造石
石材
玻璃纖維絲
複合材料－玻璃纖維
以高分子樹脂為基體，以玻璃絲為增強體，複合而成的材料。
耐腐蝕、抗老化、絕緣性佳。
應用於運動用品、汽車及電子產品外殼、造船等。
碳纖維布
複合材料－碳纖維
以Rayon纖維、Polyacrylonitrile纖維、瀝青為基材，編織或多層複合，經高溫燒結而成。
質地輕且堅硬。
應用於腳踏車車身、網球拍，以及飛機駕駛艙之控制面板、門板，用以減輕重量。
半導體材料
導電力介於金屬等導體與玻璃等絕緣體間的物質。
正常狀態下不導電，提高溫度、光罩或給予一點電能，便可改變電阻質，形成良導體。
元素半導體有矽、鍺，化合半導體有砷化鎵。
2-2 材料的加工與成形
鋸的工具
切削加工－鋸
切的工具
切削加工－切
切削加工－鉋
將材料表面做平整處理
圖：鉋的工具
車床切削物件
切削加工－車削
銑床切削物件
切削加工－銑
利用銑床在材料表面銑出凹槽
鑽孔工具
切削加工－鑽孔
切削加工－磨
圖：研磨工具
射出成形
注漿成形
翻砂鑄造
模塑加工
手工金屬翻砂鑄造
模塑加工－翻砂鑄造
旋轉成形
拉坯
圖：拉坯的步驟
塑性加工－
軋延（Rolling）
材料放置於兩個滾動的軋輥間，利用軋延而減低其厚度。
圖：（左）軋延原理；（右）軋延成形製成金屬薄板。
塑性加工－
鍛造（Forging）
材料放置於上下一對的模具中，上方以鍛槌施以重擊，改變材料的厚度、形狀與表面紋路。
圖：（左）鍛造原理；（右）製工精細的鍛造門。
塑性加工－
拉製（Drawing）
將圓棒、線材或管才通過直徑較小的拉模，並用力向前方抽拉成更細小的線徑或管徑。
圖：（左）拉製原理；（右）拉製成形的鐵線。
塑性加工－
擠製（Extrusion）
將材料放置於欲成形的擠模中，由後方用力擠壓，使材料通過擠磨而成形。
圖：（左）擠製原理；（右）水管的擠製成形。
塑性加工－
壓製（Pressing）
材料至於壓模上，以壓筒由板上施以適當速度與壓力，製成中空成品。
圖：（左）壓製原理；（右）壓製一體成形的鍋具。
粉末冶金製成的齒輪
粉末冶金
將金屬粉末擠壓至具有成品形狀的模子中，並經高溫燒結，而得成品。
優點：
竹備長炭
調質加工
經過熱處理，材料本身性質跟著改變，如硬度、強度。
表面處理
物件加工完成後，須修飾其表面達到美化效果。
進一步更可以改變物件表面的機械性能或物理、化學特性，例如：耐磨損、耐高溫、耐腐蝕。
表面處理－油漆
在物件表面上 一層保護膜。
油漆種類：
上釉方式
表面處理－釉藥
釉的成分：長石、石英、高嶺土、石灰、草木灰等物質，依比例調製而成。
經電鍍後的水龍頭
表面處理－電鍍
一種電解過程，將特殊金屬均勻塗布在物件上面。
電鍍的表面除美觀外，更具有保護內部物件的功能。
另可提供如高導電性、高反光性等特殊功能。
根據不同的陽極氧化處理條件的設定，可以得到希望的厚度，帶有氧化孔的陽極氧化皮膜。
表面處理－陽極處理
把金屬放在陽極吸引氧離子使金屬產生氧化，藉由氧化物保護內部金屬。
最常見的陽極處理金屬即為鋁。
表面處理－琺瑯
以熱融的方式將彩色玻璃物質固定於金屬質、玻璃質或陶瓷質的物件上。
主要是以石英、長石等原料燒結而成的矽酸鹽類。
比例要控制到使釉藥的膨脹係數比物件小，熔點比物件低，才能使琺瑯完美附著。
表面處理－噴砂
利用細小金屬對金屬表面衝擊，使表面產生顆粒 化般的凹陷。
目的：
噴砂材質
材料的接合方式－膠合
材料間塗上一材接著劑，待乾燥後即可將材料黏接。
膠合材料：
材料的接合方式－釘接
利用鐵釘、銅釘、鋼釘、螺絲、鉚釘將材料彼此固定。
鐵釘、銅釘常用於木材上，但接合性差，須搭配膠材使用。
螺絲接合性佳，但工序較多。
木材使用螺絲接合步驟
材料的接合方式－榫接
應用於木材上的接合，將材料一側面鑿孔做榫眼，另一末端做榫頭，然後彼此倆緊密接合。
材料的接合方式－焊接
應用於金屬連接，材料和焊料融化形成一熔融區域，冷卻後便形成材料間的連接。
焊接的能量多為氫氧焰、電弧、雷射等。
材料的接合方式－溶接
材料結合表面塗上一層溶劑，溶劑會融化接合面，代溶劑揮發，即可完成接合。
例如壓克力接合，即是利用氯仿。
電腦輔助製圖
CNC機具
雷射雕刻壓克力
電腦輔助設計與製造
2-3 製造科技的發展
製造形態的變遷
企業化發展
製造科技的發展趨勢－ODM
Original Design Manufacturer，指知名品牌委託專業製造工廠，從設計到生產產品一手包辦。
共同創造品牌的多樣性與知名度，並且共享利潤。
製造科技的發展趨勢－ISO認證
各國家對各廠商立下品質保證之最低要求。
玉米做的塑膠杯
個性化商品
製造科技的發展趨勢
自造者運動
「自造者」（Maker）指的是自己動手將創意變成實體物件的實踐者，他們通常在自造空間裡，做出產品原型，再透過群眾募資網站與社群媒體的管道，測試大眾對產品的反應，並了解消費者的需求。
隨著網路社群活動之應用與服務內容日益多元、及時，人們對於如何將真實生活與網路資訊世界做連結，也更感興趣，並積極進行多方嘗試。自造者運動即是在此趨勢中最受關注者。
3D列印
是運用各種可黏合材料，將數位模型檔案直接製造成三維實體的快速成形技術。相較於過去成形常用的機械加工技術，常以切、削、鑽、磨等減材技術來進行製造，3D列印透過逐層增材、疊加成形的塑形法，對於材料的消耗或減損相對較少，且更即時便利。
隨著3D列印設備的精度大幅提升與相關技術已過專利保護時間，其應用範圍也逐漸由列印無機的物品、藝品、機構零件，擴大到有機的食品、生物組織、微生物等。加上其價格逐年下降與自造者運動風潮推波助瀾，3D印表機已成為製造與生產輸出工具中最耀眼的新星！
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