CN106553335A - 三维打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三维打印方法，其包括以下步骤：沿着重力方向的反向逐层喷印熔融后的线材于平台上，其中固化后的线材形成相互堆叠的多个子层；计算相对靠近平台的其中一个子层的外缘与相对远离平台的另一个子层的外缘的连线与重力方向之间的夹角θ1；当夹角θ1大于45度时，转动相互堆叠的这些子层，以使夹角θ1小于等于45度；其能提高制作所得的三维物件的良率。

Description

三维打印方法

技术领域

本发明是有关于一种三维打印方法，且特别是有关于一种应用熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,简称FDM)的三维打印方法。

背景技术

近年来，随着三维打印技术及其材料应用日趋成熟，通过三维打印技术制造所得的三维物件在精密度和强度等方面已大幅提升，故逐渐为制造业界或工业界所采用，为新一代的前瞻制造技术。通常而言，三维打印的制作步骤是先自欲成型物件的三维图档检索出多个二维切层轮廓，再依据各个二维切层轮廓以逐层堆积的方式加工出三维物件。前述通过逐层堆叠累积来建构三维物件的制作方法即称为积层制造，以熔融沉积成型为例，其制作过程例如是先将线材(filament)输送至喷头内部。接着，通过喷头内的加热器加热线材至熔点以上。最后，使熔融后的线材自喷头的喷嘴喷出，并沿着各个二维切层轮廓逐层喷印出多个子层至平台上，进而在平台上堆叠形成三维物件。

以制作具有斜面或曲面的三维物件为例，其是以逐层堆叠的子层的外缘所连接而成的阶梯状结构近似出斜面或曲面。假设以相同层数的子层近似出不同斜率的斜面或不同曲率的曲面，在斜率越小或曲率越小的情况下，任两相邻接的子层之间的偏移量越大，因而极易受到重力的影响而崩塌。目前常见的作法是采用支撑材撑起子层悬空的部分，或强制冷却以加速固化子层等方式，来防止相互堆叠的子层产生崩塌。然而，支撑材易沾粘于子层而难以移除，或者是于移除过程中对三维物件的结构造成破坏。另一方面，强制冷却易使子层收缩过快，进而造成三维物件的结构产生破裂或翘曲。

发明内容

本发明提供一种三维打印方法，其能提高制作所得的三维物件的良率。

本发明提出一种三维打印方法，其包括以下步骤：沿着重力方向的反向逐层喷印熔融后的线材于平台上，其中固化后的线材形成相互堆叠的多个子层；计算相对靠近平台的其中一个子层的外缘与相对远离平台的另一个子层的外缘的连线与重力方向之间的夹角θ1。当夹角θ1大于45度时，转动相互堆叠的这些子层，以使夹角θ1小于等于45度。

在本发明的一实施例中，上述的转动相互堆叠的这些子层的方式包括转动平台。

在本发明的一实施例中，上述的在转动平台，以使夹角θ1小于等于45度之前，重力方向平行于平台的法线方向。

在本发明的一实施例中，上述的在转动平台，以使夹角θ1小于等于45度时，喷印熔融后的线材的喷头随着平台转动。

在本发明的一实施例中，上述的在转动平台，以使夹角θ1小于等于45度之后，重力方向与平台的法线方向之间的夹角为θ2，相对靠近平台的其中一个子层的外缘与相对远离平台的另一个子层的外缘的连线与平台的法线方向之间的夹角为θ3，其中夹角θ1与θ2的总和等于角θ3。

本发明提出另一种三维打印方法，其包括以下步骤：沿着重力方向的反向逐层喷印熔融后的线材于平台上，其中固化后的线材形成相互堆叠的多个子层；计算这些子层的外缘的连线与重力方向之间的夹角θ1。当夹角θ1大于45度时，转动相互堆叠的这些子层，以使夹角θ1小于等于45度。

在本发明的一实施例中，上述的在转动平台，以使夹角θ1小于等于45度之后，重力方向与平台的法线方向之间的夹角为θ2，这些子层的外缘的连线与平台的法线方向之间的夹角为θ3，其中夹角θ1与θ2的总和等于角θ3。

基于上述，本发明可在逐层打印多个子层于平台上以堆叠形成三维物件的过程中，计算相对靠近平台的其中一个子层的外缘与相对远离平台的另一个子层的外缘的连线与重力方向之间的夹角θ1，或者是计算这些子层的外缘的连线与重力方向之间的夹角θ1。当夹角θ1时，转动相互堆叠的这些子层，以使夹角θ1小于等于45度，藉以防止相互堆叠的这些子层受到重力的影响而崩塌，进而提高制作所得的三维物件的良率。

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，并配合附图式详细说明如下。

附图说明

图1是本发明一实施例的三维打印方法的流程图；

图2至图3是图1的三维打印方法的各个步骤的示意图。

附图标记说明：

10：平台；

20：喷头；

CL：连线；

E1～E4：外缘；

G：重力方向；

N：法线方向；

S1～S3：步骤；

SL1～SL4：子层；

θ1～θ3：夹角。

具体实施方式

图1是本发明一实施例的三维打印方法的流程图。图2至图3是图1的三维打印方法的各个步骤的示意图。请参考图1与图2，首先，沿着重力方向G的反向逐层喷印熔融后的线材于平台10上，其中固化后的线材形成相互堆叠的多个子层SL1～SL4(步骤S1)。通常而言，线材的材质例如是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乳酸或尼龙，线材可通过喷头20的加热而熔融，以自喷头20的喷嘴沿着打印路径喷印于平台10上。喷头20可通过具运动机构(图未示)相对于平台10移动，并悬挂于平台10上方。

在本实施例中，子层SL1贴附于平台10，而子层SL2～SL4依序堆叠于子层SL1上。如图2所示，子层SL2位于子层SL1与子层SL3之间，而子层SL3位于子层SL2与子层SL4之间。也就是说，子层SL4位于整个堆叠结构的最顶层。另一方面，子层SL2与子层SL1仅有部分重叠，即子层SL2会有一部分突出于子层SL1外而悬空于平台10上方。相似地，子层SL3与子层SL2仅有部分重叠，即子层SL3会有一部分突出于子层SL2外而悬空于平台10上方。子层SL4与子层SL3仅有部分重叠，即子层SL4会有一部分突出于子层SL3外而悬空于平台10上方。换言之，相互堆叠的子层SL1～SL4的外缘连接成一阶梯状结构。

详细而言，喷头20是由运动机构(图未示)所控制，以将加热熔融后的线材自其喷嘴沿着打印路径喷印于平台10上，进而固化形成相互堆叠的子层SL1～SL4。运动机构(图未示)例如是由控制器(图未示)所驱动，因此控制器(图未示)记录有形成子层SL1～SL4所需的三维数据(或称打印路径的数据)。

接着，在步骤S2中，计算相对靠近平台10的其中一个子层的外缘与相对远离平台10的另一个子层的外缘的连线(或这些子层的外缘的连线)与重力方向G之间的夹角θ1，所需的三维数据可取自控制器(图未示)以作运算。本实施例是以子层SL1的外缘E1与子层SL4的外缘E4的连线CL作说明，但本发明不以此为限。在其他实施例中，可以是子层SL1的外缘E1与子层SL2的外缘E2(或子层SL3的外缘E3)的连线，或者是子层SL2的外缘E2与子层SL3的外缘E3(或子层SL4的外缘E4)的连线，又或者是子层SL3的外缘E3与子层SL4的外缘E4的连线。如图2所示，连线CL通过子层SL2的外缘E2与子层SL3的外缘E3，因此连线CL亦可视为子层SL1～SL4的外缘E1～E4的连线。

请参考图1与图3，在步骤S3中，当夹角θ1大于45度时，转动相互堆叠的子层SL1～SL4，以使夹角θ1小于等于45度。如此为之，在无需采用支撑材撑起子层悬空的部分，或强制冷却以加速固化子层等方式的情况下，本实施例即能防止相互堆叠的子层SL1～SL4受到重力的影响而崩塌，进而提高制作所得的三维物件的良率。详细而言，转动相互堆叠的子层SL1～SL4的方式包括转动平台10，并使喷头20与运动机构(图未示)随平台10同步转动，直到夹角θ1小于等于45度。

如图2所示，在转动平台10前，重力方向G平行于平台10的法线方向N。如图3所示，在转动平台10，以使夹角θ1小于等于45度之后，重力方向G与平台10的法线方向N之间的夹角为θ2，连线CL与平台的法线方向N之间的夹角为θ3，其中夹角θ1与θ2的总和等于角θ3。最后，在执行完步骤S3，即可继续逐层打印其他子层(步骤S1)。

综上所述，本发明可在逐层打印多个子层于平台上以堆叠形成三维物件的过程中，计算相对靠近平台的其中一个子层的外缘与相对远离平台的另一个子层的外缘的连线与重力方向之间的夹角θ1，或者是计算这些子层的外缘的连线与重力方向之间的夹角θ1。当夹角θ1时，转动相互堆叠的这些子层，以使夹角θ1小于等于45度，藉以防止相互堆叠的这些子层受到重力的影响而崩塌，进而提高制作所得的三维物件的良率。

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 (10)

1.一种三维打印方法，其特征在于，包括：

沿着重力方向的反向逐层喷印熔融后的线材于平台上，其中固化后的线材形成相互堆叠的多个子层；

计算相对靠近该平台的其中一该子层的外缘与相对远离该平台的另一该子层的外缘的连线与重力方向之间的夹角θ1；以及

当夹角θ1大于45度时，转动相互堆叠的该些子层，以使夹角θ1小于等于45度。

2.根据权利要求1所述的三维打印方法，其特征在于，转动相互堆叠的该些子层的方式包括转动该平台。

3.根据权利要求2所述的三维打印方法，其特征在于，在转动该平台，以使夹角θ1小于等于45度之前，重力方向平行于该平台的法线方向。

4.根据权利要求2所述的三维打印方法，其特征在于，在转动该平台，以使夹角θ1小于等于45度时，喷印熔融后的线材的喷头随着该平台转动。

5.根据权利要求2所述的三维打印方法，其特征在于，在转动该平台，以使夹角θ1小于等于45度之后，重力方向与该平台的法线方向之间的夹角为θ2，相对靠近该平台的其中一该子层的外缘与相对远离该平台的另一该子层的外缘的连线与该平台的法线方向之间的夹角为θ3，其中夹角θ1与θ2的总和等于角θ3。

6.一种三维打印方法，其特征在于，包括：

沿着重力方向的反向逐层喷印熔融后的线材于平台上，其中固化后的线材形成相互堆叠的多个子层；

计算该些子层的外缘的连线与重力方向之间的夹角θ1；以及

当夹角θ1大于45度时，转动相互堆叠的该些子层，以使夹角θ1小于等于45度。

7.根据权利要求6所述的三维打印方法，其特征在于，转动相互堆叠的该些子层的方式包括转动该平台。

8.根据权利要求7所述的三维打印方法，其特征在于，在转动该平台，以使夹角θ1小于等于45度之前，重力方向平行于该平台的法线方向。

9.根据权利要求7所述的三维打印方法，其特征在于，在转动该平台，以使夹角θ1小于等于45度时，喷印熔融后的线材的喷头随着该平台转动。

10.根据权利要求7所述的三维打印方法，其特征在于，在转动该平台，以使夹角θ1小于等于45度之后，重力方向与该平台的法线方向之间的夹角为θ2，该些子层的外缘的连线与该平台的法线方向之间的夹角为θ3，其中夹角θ1与θ2的总和等于角θ3。