石墨双极板流道加工制作

5.2 流道設計軟體介紹及操作

本實驗在CAM軟體的選擇上是利用MASTERCAM， CAM主要是將設計圖面轉換成機械或刀具的加工路 徑碼，再利用數控工具機製作出所需的零組件，而 MASTERCAM最主要的功能在於考慮加工刀具的種 類大小進而計算出精確的刀具路徑以利生產。以目 前雙極板設計的部分，我們可以用MASTERCAM做 簡單的2D加工 。
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在這一步驟中，需用MASTERCAM轉檔功能，將雙極板的 設計圖檔轉檔成專用的格式。 之後需要把雙極板部分外的圖素刪除，保留需要加工的部 分。 規定機械原點 。 將加工參數詳細規定，進行刀具路徑模擬。 將所有刀具路徑轉譯成NC code，並做人工的最後確認。
5.2 流道設計軟體介紹及操作
5.3 加工設備介紹及操作

消耗性設備


刀具：實驗用的刀具主要有鑽頭、端銑刀、面銑刀 等，其中端銑刀為直徑1mm以下的刀具，再高速切 削下，刀具磨耗的快速相當可觀，故切削量(效率) 與刀具成本必須取得一平衡點。 鋸片、磨輪：鋸片為粗切削的一項機具，可以快速 的將素材切割成片狀，其優秀的切削能力不但可以 迅速切割並且可以長時間保持刀刃的銳利度；磨輪 可將板材切斷面的粗糙度降低，其粗糙度最低可達 0.38微米，此數值對於氣密度以有相當的保障。
石墨材料特性整理
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導電度高 耐腐蝕性 延展性、硬度低 脆性物質 有氣孔材料 非導磁性材料
5.2 流道設計軟體介紹及操作

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雙極板設計軟體主要可由三大工具軟體搭配 使用，依據製作流程的順序劃分，使用軟體 微電腦輔助繪圖軟體(CAD)、電腦輔助製造 軟體(CAM)、電腦輔助分析軟體(CAE)三項。 此實驗使用的工具軟體主要為： AUTOCAD2000 MASTERCAM4.0、SURFACECAM2000 ANSYS5.6
5.1 石墨材料特性



石墨板材主要是由粉末冶金方法製出，所以在微結構 上有許多肉眼看不出的氣孔存在，此氣孔會造成燃料 互相穿透（CROSSOVER）情形，除此之外，在加工考 量上，因為氣孔會讓切屑液體堵塞其中，可能使石墨 雙極板阻抗增加，所以在加工過程中，切屑清除方式 也要盡可能的避免以液體清除的方法。 石墨雙極板的硬度比金屬低，在加工及組合的過程中， 應避免尖銳的物品在石墨雙極板上刻劃的耐腐蝕性相較於金屬有更佳的抗腐蝕程度，在 Nafion溶液的強酸腐蝕下，石墨的抗腐蝕性是絕大部 分金屬所無可比擬的，所以利用石墨的耐腐蝕性來代 替以鉑所做的雙極板，可大大的降低製造成本。
5.3 加工設備介紹及操作

機具類設備

夾治具：石墨雙極板必須有 一專用夾治具，針對石墨非 導磁、高脆性、硬度低及延 展性不高等等特性，設計一 專用夾治具，以非兩端施壓 及非磁力式挾持，改以擋板 定位，壓塊固定方式，保持 石墨加工時不因刀具切削時 受力而移動，同時，石墨的 優良導電性可讓加工機具便 利的尋找加工機械原點，同 時提昇精確度。

壓力分布情形 氣密狀況分析
5.3 加工設備介紹及操作

加工設備主要是將石墨素才由基本的尺 寸精修為可供加工的石墨板才，最後再 用數控加工機進行較繁複的流道加工程 序，大體上，加工設備分為消耗性設備 與機具類設備：

消耗性設備：諸如刀具、鋸片、磨輪等等。 機具類設備：如夾治具、帶鋸機、磨床、 CNC數控加工機等等。

轉檔

加工模擬

刀具路徑模擬

機碼產生
5.2 流道設計軟體介紹及操作


電腦輔助分析系統在這實驗的工作主要是針對 流道設計作設計上的參考，例如流道寬度與深 度對於電池組整體的內部的強度與壓力分布是 否恰當，或者分析氣體燃料在流道中的流動狀 況，針對可能發生窒礙的部分進行修改。利用 此軟體可以避免大部分的實體測試以及代替量 測方式較困難實驗，提供依可靠的參考值。 目前實驗使用的部分有：
5. 石墨雙極板流道加工製作
5.1 石墨材料特性 5.2 流道設計軟體介紹及操作 5.3 加工設備介紹及操作 5.4 流道加工製作
5.1 石墨材料特性

石墨有導電性容易的特點，故在放電加 工的領域有著相當可看的發展空間，另 外，石墨的重量比銅輕四倍，而切削速 度可比銅快5~6倍，在傳統的加工方法的 操作下，也能得到相當滿意的結果，本 實驗是利用傳統CNC銑床將石墨進行加 工，製成石墨雙極板。石墨的物理特性 可參考Table-1。
5.2 流道設計軟體介紹及操作

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操作方法
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利用「建構線功能」將尺寸繪出，當尺寸規範形 成後，利用「修剪功能」將多餘線條去除。 在尺寸上將需要孔位繪出，或者定一基準孔位再 利用「複製功能」一一複製貼上即可。 最後將流道以「直線」及「倒圓角繪圖」等功能 繪出，即可得到石墨雙極板流道的2D平面圖，加 上尺寸標註，此圖即是標準的工程圖。 若需要立體視圖則用「擠出功能」將2D圖設定一 厚度，在視需要規定凹槽深度即可。 當轉檔時，可將電子檔另存成.DXF檔案格式，或 是用其他軟體讀取.DWG檔案。
Table-1 石墨物理特性
5.1 石墨材料特性



石墨為礦物質的一種，有非導磁與延展性及硬度低的 特性，所以在夾治具的設計方面必須面面俱到，一般 傳統式虎鉗無法利用兩端施壓的方式固定石墨板材， 因此設計一夾治具，目的是穩固的固定工件並且不讓 工件受到壓力而變形。 石墨雙極板素材是利用石墨粉末與導電塑膠以特定比 例混合，以熱壓方式製出，故在進行傳統加工時，粉 塵管理也是相當重要的工作。 石墨脆性極高，受到高衝擊時會有碎裂的情形發生， 而傳統加工的方式，需要針對石墨的此項特性調整加 工量以及加工速率，如此完成的石墨雙極板，切斷面 平滑而不會有邊角崩裂的瑕疵。
5.2 流道設計軟體介紹及操作

電腦輔助繪圖軟體-AUTOCAD2000


利用此軟體將設定好的流道圖形以工具軟體繪 出，並且製成電子檔，因為PEMFC流道的形狀 通常都是以複雜的蛇行形狀來設計，若是以傳 統的徒手機械繪圖會使密集的流道形狀失其精 準與增加製圖的成本，同時，也增加了修改時 的不便。 當建構好電子圖檔後，可利用轉換檔案格式的 方法，將同一圖形精確的使用在CAM與CAE軟 體上，最後達成製出石墨雙極板的成品。