CN104875382B - 立体打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种立体打印方法，用于成型立体物件。立体物件是由多层物件单元所堆叠而成。立体打印方法包括，形成并固化一层素体层；在该层素体层的外轮廓形成色层，且素体层与色层形成一层物件单元；以及形成包覆层于该层物件单元的外轮廓，以使色层位于该层素体层与包覆层之间。
Description
技术领域
本发明是有关于一种打印方法，尤其是有关于一种立体打印方法。
背景技术
随着计算机辅助制造（Computer-Aided Manufacturing，简称CAM）的进步，制造业发展了立体打印技术，能很迅速的将设计原始构想制造出来。立体打印技术实际上是一系列快速原型成型（Rapid Prototyping，简称RP）技术的统称，其基本原理都是叠层制造，由快速原型机在X-Y平面内通过扫描形式形成工件的截面形状，而在Z坐标间断地作层面厚度的位移，最终形成立体物体。立体打印技术能无限制几何形状，而且越复杂的零件越显示RP技术的卓越性，更可大大地节省人力与加工时间，在时间最短的要求下，将3D电脑辅助设计（Computer-Aided Design，简称CAD）软体所设计的数字立体模型信息真实地呈现出来，不但摸得到，也可真实地感受得到它的几何曲线，更可以试验零件的装配性、甚至进行可能的功能试验。
目前已发展出许多可以形成多个薄横截面层的方式。举例来说，打印头通常可依据3-D模型的设计资料建构的X-Y-Z坐标在平台上方沿着X-Y坐标移动，从而将建构材料喷涂出正确的横截面层形状。所沉积的材料可随后自然硬化或通过例如强光源而被固化，从而形成所要的横截面层，并在逐层固化的状态下进而形成立体物件。
当欲产生彩色的立体物件时，根据现有制作工艺，不是等立体物件完成后才进行着色工作，便是成型材自身即需具有所需的颜色。前者明显地增加了立体物件的制作工序与时间，而后者受限于现有成型材的材质特性，其并非能容易地使成型材均具有所需的颜色，因而提高了取材的困难度与制作门槛。据此，如何针对前述情形并加以改善，便成为相关技术人员所需思考的议题。
发明内容
本发明提供一种立体打印方法，其逐层形成物件单元与其外轮廓的色层，并通过包覆层加以保护，因而提高彩色立体物件的制作效率与降低工艺困难度与成本。
本发明的立体打印方法，用于成型立体物件。立体物件是由多层物件单元所堆叠而成。立体打印方法包括，形成并固化素体层；在素体层的外轮廓形成色层，且使素体层与色层形成一层物件单元；以及形成包覆层于该层物件单元的外轮廓，以使色层位于素体层与包覆层之间。
本发明的立体打印方法，用于成型立体物件。立体物件是由多层物件单元所堆叠而成。立体打印方法包括，形成并固化素体层；在素体层的外轮廓配置未固化的色层与未固化的包覆层；以及固化色层与包覆层，其中色层固化后附着于素体层而形成该层物件单元。
在本发明的一实施例中，上述素体层的材质与色层的材质之间存在吸引性，且包覆层的材质与色层的材质之间存在排斥性。
在本发明的一实施例中，上述立体打印方法还包括，依序形成上述素体层、色层与包覆层并逐层叠置。
在本发明的一实施例中，上述素体层的材质包括树脂。
在本发明的一实施例中，上述包覆层的材质包括蜡。
在本发明的一实施例中，上述立体打印方法还包括，同时在上述素体层的外轮廓配置呈液态的色层与呈液态的包覆层，以及同时固化色层与包覆层。
在本发明的一实施例中，上述素体层的材质与色层的材质之间存在吸引性，且未固化的包覆层的材质与未固化的色层的材质之间存在排斥性。
基于上述，在上述实施例中，立体打印方法在以逐层叠置多个薄横截面层的前提下，分别在素体层外轮廓配置对应的色层与包覆层，以使色层被配置在素体层与包覆层之间，并因而逐层叠置下，在进行后续配置色层的工艺中，所配置的色层不会因此污染至前一层的素体层与色层。据此，立体物件便能在其成型过程中便完成相关着色动作，也即以相同的打印模式即能完成立体物件并为其上色的目的，故能有效地提高其制程效率，且色层仅需配置在素体层的外轮廓，故而跳脱成型材需具备所需颜色的材料限制，并因而提高立体打印方法的适用性。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是根据一实施例的立体打印方法的流程图；
图2是根据一实施例的立体打印示意图；
图3至图5用于绘示立体物件的成型过程示意图；
图6是立体物件的局部示意图；
图7是本发明另一实施例的立体打印方法的流程图。
附图标记说明：
30：立体物件；
100：打印头；
110：喷嘴；
200：平台；
310：物件单元；
L1：素体层；
L2：色层；
L3：包覆层；
S110～S150、S210～S250：步骤。
具体实施方式
图1是根据一实施例的立体打印方法的流程图。图2是根据一实施例的立体打印示意图。图3至图5用于绘示立体物件的成型过程示意图，以对应图1所述的主要步骤。请同时参考图1至图5，在本实施例中，如前述将成型材喷涂出横截面积层状的成型技术，立体物件30是由多层物件单元310所堆叠而成。据此，在步骤S110中，先以打印头100在平台200形成并固化一层素体层L1。进一步地说，打印头100依据3-D模型的设计资料建构的X-Y-Z坐标在平台200上方沿着X-Y坐标移动，从而将呈液态或浆料状态的成型材在平台200上喷涂出正确的横截面层形状，而后加以固化成前述素体层L1。在此。所沉积的成型材可为液态或浆料状态的光敏性树脂，以利于随后自然硬化或通过特定光源而被固化，从而形成所要的横截面层。
接着，在步骤S120中，再次以打印头100于素体层L1的外轮廓形成色层L2，以将前述该层素体层L1的外表面赋予所需的色彩。如图3与图4所示，由于立体物件30是由多层极薄的横截面层所组成，因而此时在进行配置色层L2的工艺仍是如同形成前述素体层L1一般，打印头100是以2维空间进行喷涂工艺，也即在本实施例的打印方式中，是以打印模式而在平台200上形成素体层L1与色层L2（即打印头100同样沿X-Y坐标移动并喷涂，即能形成所需的素体层L1与色层L2）。据此，设计者仅需将所需的成型材及颜料连接并汇集于打印头100，通过打印头100上呈阵列的喷嘴110设计，便能在完成一层素体层L1的喷涂工艺之后立即接着进行素体层L1外轮廓的着色工艺，并进而使该层素体层L1与色层L2形成一层物件单元310。
接着，在步骤S130中，待色层L2定型之后，进一步地以打印头100在该层物件单元310的外轮廓形成包覆层L3，其中包覆层L3的材质例如是蜡，并使色层L2位于素体层L1与包覆层L3之间，也即在此步骤中是以包覆层L3在平台200所处的2维平面上完全包覆前述素体层L1与色层L2。同样地，包覆层L3也可视为与素体层L1及色层L2在二维平面上完成，因此相对于打印头而言，其仍是以相同打印模式进行包覆层L3的打印动作。
另外，在本实施例中，素体层L1的材质与色层L2的材质之间存在吸引性，而包覆层L3的材质与色层L2的材质之间存在排斥性。换句话说，色层L2能因其与素体层L1的吸引性而顺利地结合，相对地，包覆层L3虽然直接接触于色层L2的外轮廓，但其材质却与色层L2的材质相斥而使得色层L2仍能与包覆层L3保持分离的状态。据此，本发明并未限定素体层L1、色层L2与包覆层L3的材料种类，设计者可根据需求及前述材质的吸引性与排斥性而选择适当的材料。举例来说，设计者能通过物质组成中相关化学键的亲、疏性质而搭配出适合作为所述素体层L1、色层L2与包覆层L3的材质。
接着，在步骤S140中，当依序完成前述素体层L1、色层L2与包覆层L3的制作之后，也即相当于完成一层物件单元310并在其外轮廓配置包覆层L3的制作工序后，即能继续进行第二层的物件单元310与包覆层L3的制作工序。换句话说，此步骤即在于驱动平台200沿Z轴方向移动，或驱动打印头100沿Z轴方向移动，即可逐层叠置每一层的物件单元310与包覆层L3，以进一步地形成在外表面存在包覆层L3的立体物件30。图6是立体物件的局部示意图，其中为能清楚辨识每一层的特征，因此将其沿Z轴的厚度予以差异化，且仅绘示前一层的包覆层而省略后一层的包覆层。在此值得注意的是，如图6所示，当进行后一层的喷涂工序时，同样如前述步骤S110至步骤S120形成素体层L1、色层L2，但在进行色层L2的形成工艺时，由于前一层的素体层L1与色层L2（如图6中虚线所示）均已被包覆层L3所包覆，因而后一层色层L2的颜料仅会影响到其下方的包覆层L3，也即此举让包覆层L3能对其内的素体层L1与色层L2提供保护作用，避免受到后续喷涂色层L2的干扰。因此，本实施例通过包覆层L3的存在，而避免不同层的色层L2之间产生混色或染色的情形。
最后，当完成叠置所有的物件单元310与包覆层L3后，便形成外表面存有包覆层L3的立体物件30。因此在步骤S150中，移除外部的包覆层L3之后，便能得到所欲已具备色彩的立体物件30。在此并未限定移除包覆层L3的方式，设计者可根据前述素体层L1、色层L2与包覆层L3之间的材质吸引或排斥的特性，而选用适当的移除剂，以移除包覆层L3而不影响包覆其内的立体物件30及其表面色层L2。
如前所述素体层1、色层2与包覆层3的材料之间所存在的吸引或排斥性质，图7是本发明另一实施例的立体打印方法的流程图。请参考图7，在本实施例中，上述步骤S120与步骤S130能被合并实施，也即在本实施例的色层L2是选用有色树脂。在步骤S210中，与上述步骤S110同样先形成并固化出素体层L1；接着，在步骤S220中，在素体层L1的外轮廓配置未固化（呈液态或浆料状态）的色层L2与未固化的包覆层L3，其中色层L2位于素体层L1与包覆层L3之间，且如同前述材质吸引性而得以附着于素体层L1上，而未固化的色层L2与未固化的包覆层L3仍因其材质排斥性维持其分离状态，而后再于步骤S230固化色层L2与包覆层L3，以让固化后的色层L2能附着于素体层L1并与素体层L1形成一层物件单元310，而达到与前述实施例相同的效果。接着，同于前述步骤S140、步骤S150，在本实施例的步骤S240与步骤S250中，逐层叠置物件单元310与包覆层L3，以形成立体物件30与存于立体物件30外表面的包覆层L3，最终移除包覆层L3而得到立体物件30，以达到与前述实施例相同的效果。
综上所述，在上述实施例中，所述立体打印方法将物件单元及其上的色层以相同的二维空间喷涂方式一同形成，也即完成一层素体层之后即在其外轮廓再形成一层色层，并同时以包覆层包覆在色层之外，以在后续堆叠素体层与色层时通过包覆层而避免前后层的色层相互干扰。如此，立体打印装置以相同的打印模式即能完成所需的立体物件并达到为其上色的效果，因而能有效缩短立体物件的制作时程，同时降低成型材受限于其颜色的困扰与制作成本，而扩大立体打印方法的适用性。
再者，通过素体层、色层与包覆层材料之间的吸引性与排斥性，而让色层能有效地附着在素体层上，同时使包覆层仅与色层接触但避免残留在色层上的困扰，因而使以所述方式形成的立体物件能顺利地移除包覆在外的包覆层，以进一步地提高立体物件制作效率及品质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种立体打印方法，其特征在于，用于成型一立体物件，该立体物件是由多层物件单元所堆叠而成，该立体打印方法包括：
形成并光固化一素体层；
在该素体层的外轮廓形成一色层以对该素体层上色，以使该素体层与该色层形成一层物件单元；以及
形成并光固化一包覆层于该层物件单元的外轮廓，以使该色层位于该素体层与该包覆层之间，其中所述素体层与所述色层是以液态或浆料状态的光敏性树脂光固化而成，在进行后一层物件单元的所述素体层与所述色层的喷涂工序时，前一层物件单元的所述包覆层对其内所述素体层与所述色层提供保护，以避免后一层物件单元的所述素体层与所述色层对前一层物件单元的所述素体层与所述色层的干扰。
2.根据权利要求1所述的立体打印方法，其特征在于，该素体层的材质与该色层的材质之间存在吸引性，且该包覆层的材质与该色层的材质之间存在排斥性。
3.根据权利要求1所述的立体打印方法，其特征在于，还包括：
依序形成该素体层、该色层与该包覆层并逐层叠置。
4.根据权利要求1所述的立体打印方法，其特征在于，还包括：
形成叠置的多层物件单元与多个包覆层之后，移除该些包覆层而形成该立体物件。
5.根据权利要求1所述的立体打印方法，其特征在于，该包覆层的材质包括蜡。
6.一种立体打印方法，其特征在于，用于成型一立体物件，该立体物件是由多层物件单元所堆叠而成，该立体打印方法包括：
形成并光固化一素体层；
在该素体层的外轮廓配置未固化的一色层与未固化的一包覆层；以及
光固化该色层与该包覆层，其中该色层固化后是附着于该素体层而形成该层物件单元，其中该素体层的材质与该色层的材质之间存在吸引性，且未固化的该包覆层的材质与未固化的该色层的材质之间存在排斥性。
7.根据权利要求6所述的立体打印方法，其特征在于，还包括：
形成叠置的多层物件单元与多个包覆层之后，移除该些包覆层而形成该立体物件。
8.根据权利要求6所述的立体打印方法，其特征在于，该素体层的材质包括树脂。
9.根据权利要求6所述的立体打印方法，其特征在于，该包覆层的材质包括蜡。
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