CN107042629A - 立体打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立体打印方法，适于打印具有本体部及延伸部的立体物件，其包括以下步骤。获取立体模型信息。获取立体物件的正投影图文件并产生多个二维图档。依序地将每一二维图档与正投影图档根据彼此对应的边缘叠加而形成多个打印图档，其中每一打印图档定义出立体成形区及堆叠支撑区。依序在每一成形粉层上固化出对应的立体成形区而形成立体物件，同时，在每一成形粉层上固化出堆叠支撑区的部分边缘而形成第一侧墙及第二侧墙，其中第一侧墙与延伸部相隔第一间距且第二侧墙与本体部相隔第二间距，立体物件与第一侧墙及第二侧墙不接触。

Description

立体打印方法

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

自从二十世纪开始，随着世界经济竞争的日益激烈化和全球化，产品制造商们越来越需要以最短的时间制造出符合人们消费需求的新产品来抢占市场。在一九八零年代末出现一种快速成型(Rapid Prototyping，简称RP)技术就是在这样的背景下提出并逐步得以发展的。快速成型技术是一种逐层零件制造工艺，快速成型技术突破传统的材料变形成型和去除材料成型的工艺方法，使用近乎全自动化的工艺从CAD文件直接生产所需要的模型或模具，可以显着地减少产品原型的开发时间和成本，极大的提高产品的质量；另外，快速成型技术在制造过程中不需要任何传统意义上的夹治具、刀具或模具即可制造出任何复杂形状的零部件。因此，快速成型技术在现代制造业中越来越具有竞争力，有望成为二十一世纪的的主流制造技术。

另一方面，立体打印技术是近似快速成型技术的加法制造技术的一种形式，在加法制造技术中三维物件是通过连续的切层所创建出来的。立体打印技术相对于其他的加法制造技术而言，具有速度快，价格便宜，高易用性等优点。立体打印机台就是可以「打印」出真实立体物体的一种设备，采用分层加工、叠加成形，即通过逐层增加材料来生成立体的物件实体，与传统的去除材料加工技术完全不同。另一方面，称之为「打印」技术是参照了其技术原理，因为分层加工的过程与习知的「喷墨打印」技术十分相似。

目前典型的立体打印技术有：光固化立体造型(StereoLithography Apparatus，SLA)、分层物件制作(LaminatedObject Manufacturing，LOM)、选择性激光烧结(Selective LaserSintering，SLS)和熔融沉积造型(Fused Deposition Modeling，FDM)等，其中各种方法具有其自身的特点和适用范围。

然而，对于目前的立体打印技术而言，打印立体物件时需要增设许多支撑构件来支持立体物件侧向延伸而悬空的构形。但是，支撑构件的形成多半需要额外的成本支出，在无形中增加了立体物件制作时的材料成本，造成打印材料的浪费，同时也耗损了大量的制作时间成本。

发明内容

本发明提供了一种立体打印方法，以解决先前技术所造成的问题。

根据本发明一实施例，其揭露了一种立体打印方法，适用于打印立体物件，立体物件具有本体部以及本体部的侧边延伸出的延伸部，立体打印方法包括以下步骤。获取关于该立体物件的一立体模型信息。根据该立体模型信息，获取关于该立体物件的在X-Y平面上的一正投影图档及关于该立体物件沿Z轴形成的多个切层物件，并产生对应该些切层物件的在X-Y平面上的多个二维图档。依序地将每一该二维图档与该正投影图档根据彼此对应的边缘叠加而形成多个打印图档，其中每一该打印图档定义出一立体成形区及一堆叠支撑区。依序堆叠由成形粉末构成的多个成形粉层，并对应地根据该些打印图档，在每一该成形粉层上固化出对应的该立体成形区而共同地形成该立体物件，同时地，在每一该成形粉层上固化出对应的该堆叠支撑区的部分边缘而共同地形成一第一侧墙及一第二侧墙，其中该第一侧墙与该延伸部的外侧缘相隔一第一间距且该第二侧墙与该本体部邻近该延伸部的侧缘相隔一第二间距，打印出的该立体物件与该第一侧墙及该第二侧墙彼此不接触。

在本发明一实施例中，立体打印方法还包含以下步骤。根据包含最底层的该切层物件的该二维图档的该打印图档进行打印时，完整地打印出该打印图文件的该堆叠支撑区而形成一第一底壁。

在本发明一实施例中，该第一底壁具有沿Z轴贯穿的至少一穿孔。

在本发明一实施例中，立体打印方法还包含以下步骤。当该些打印图档的其中之一的该立体成形区与其前一层的该打印图文件的该堆叠支撑区的边缘部分重迭时，完整地打印其前二层的该打印图文件的该堆叠支撑区而形成一第二底壁。

在本发明一实施例中，立体打印方法还包含以下步骤。以具有第一光讯号强度的第一雷射烧结地打印每一该立体成形区并以具有第二光讯号强度的第二雷射烧结地打印对应的该堆叠支撑区。

在本发明一实施例中，该第一光讯号强度大于该第二光讯号强度。

在本发明一实施例中，该第一雷射或该第二雷射的光束尺寸为1μm至1mm之间。

在本发明一实施例中，每一该第一间距的最短直线距离等于每一该第二间距。

在本发明一实施例中，每一该第一间距或每一该第二间距的最短直线距离为1μm。

在本发明一实施例中，每一该成形粉层包含一有机粉末或一无机粉末。

本发明实施例的立体打印方法可根据打印图档的立体成形区堆叠地打印出立体物件，且在打印立体物件的同时，根据堆叠支撑区打印出的第一侧墙及第二侧墙结合未被固化的成形粉层可用来支撑打印出的立体物件自本体部向外延伸的延伸部。因此，根据堆叠支撑区打印出的第一侧墙及第二侧墙来辅助打印出的立体物件使其顺利完整的成形的立体打印方法，可提高立体打印方法在使用上及操作上的便利度。此外，由于本实施例的立体打印方法仅在成形粉层上烧结打印第一侧墙及第二侧墙，未被固化的成形粉层可在立体物件打印完成后，藉由移除第一侧墙及第二侧墙而可再次被收集利用于其他的立体物件的立体打印制程上，使得使用本实施例的立体打印方法来制作立体物件可具有较好的使用操作便利性，同时，未被固化的成形粉层还可再次利用，避免了成形粉层的材料浪费，进而可降低打印立体物件所需的生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是绘示依照本发明一实施例的一种立体打印方法的步骤流程图。

图2是绘示依照图1的立体打印方法所述的立体物件的立体示意图。

图3是绘示依照图1的立体打印方法所述的其中一打印图档的示意图。

图4是绘示依照图1的立体打印方法打印立体物件时的一实施例的示意图。

图5是绘示依照图1的立体打印方法打印立体物件时的另一实施例的示意图。

具体实施方式

有关本发明之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式之各实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而并非用来限制本发明。并且，在下列各实施例中，相同或相似的组件将采用相同或相似的标号。

请参照图1，其绘示依照本发明一实施例的一种立体打印方法100的步骤流程图。如图1所示，应先了解到，本实施例所述的立体打印方法可适用于立体打印装置，使其立体装置可利用读取关于立体物件的立体模型信息来打印地复制出相同构形的立体物件，其中立体模型信息可为一数字立体图像档案，其可由计算机主机透过计算机辅助设计(computer-aided design，CAD)或动画建模软件等建构而成，用以供立体打印装置读取并依据此立体模型信息来打印地复制相同构形的立体物件。举例来说，如图2所示，本实施例的立体物件200可具有本体部210以及本体部210的侧边延伸出的延伸部220，但不以此为限。

请回到图1，本实施例的立体打印方法100包括以下步骤。

步骤110：藉由计算机主机透过计算机辅助设计(computer-aided design，CAD)或动画建模软件等建构而获取关于立体物件的立体模型信息。

步骤120：根据立体模型信息，获取关于立体物件的在X-Y平面上的正投影图文件及关于立体物件沿Z轴形成的多个切层物件，并产生对应切层物件的在X-Y平面上的多个二维图档。应了解到，前述的切层物件相对应的堆叠后即为前述的立体物件的构形。

详细来说，计算机主机分析立体模型信息而取得正投影图档及数个关于切层物件的二维图文件。应了解到，前述的二维图文件可为立体物件沿Z轴仿真分割为多个切层物件后，对于每一切层物件在X-Y平面上所进行的正投影所产生的图档。在本实施例中，X-Y平面与Z轴彼此垂直，也就是说，Z轴与X-Y平面的法线彼此平行，但不以此为限。

步骤130：依序地将每一二维图档与正投影图档根据彼此对应的边缘叠加而形成多个打印图档，其中每一打印图档定义出立体成形区及堆叠支撑区。应了解到，立体成形区即为每一二维图档中关于对应的切层物件的信息。因此，立体打印装置可根据打印图文件中二维图文件的信息而复制切层物件，进一步将对应的切层物件组合而完成立体物件的打印。然而，为了在立体打印过程中，避免立体物件的延伸部悬空，而需要同时地根据打印图文件中关于堆叠支撑区的信息来对应的打印出支撑延伸部的支撑构件。

详细来说，请参照图3，其是绘示依照图1的立体打印方法所述的打印图档的其中之一的示意图。其中，每一打印图档300的立体成形区310即为对应的二维图档中关于切层物件的正投影信息，另一方面，打印图文件300的堆叠支撑区320为每一打印图档中对应正投影图档的边缘扣除立体成形区310以外的部分322加上用以堆叠形成后述的第一侧墙420及第一间距422(请参照图4)的区域范围324。应了解到，本实施例所述的打印图档300可为对应图4中的对应地打印第二个切层物件时立体打印装置所读取的打印图档300，也就是指自打印平台向上数的第二个切层物件的打印图文件300，但不以此为限。

步骤140：依序堆叠由成形粉末构成的多个成形粉层，并对应地根据打印图档，在每一成形粉层上固化出对应的立体成形区而共同地形成立体物件，同时地，在每一成形粉层上固化出对应的堆叠支撑区的部分边缘而共同地形成第一侧墙及第二侧墙，其中第一侧墙与延伸部的外侧缘相隔第一间距且第二侧墙与本体部邻近延伸部的侧缘相隔第二间距，打印出的立体物件与第一侧墙及第二侧墙彼此不接触。

详细来说，可同时参照图4，在立体打印装置400的打印平台410上逐层地涂布成形粉末而形成成形粉层402，并逐一地根据打印图文件提供的信息，逐一地在每一成形粉层402上固化出对应的立体成形区而共同地形成立体物件200。在本实施例中，在每一成形粉层上，可使用具有第一光讯号强度的第一雷射烧结地打印每一立体成形区并以具有第二光讯号强度的第二雷射烧结地打印对应的堆叠支撑区，其中第一光讯号强度大于第二光讯号强度，也就是说，本实施例可利用最佳的光讯号强度的雷射来打印立体物件200，同时，以较弱的光讯号强度的雷射来打印用以支撑立体物件200的延伸部210的支撑构件，可节省整体发射雷射的能量，而可减少打印所需的成本。应了解到，前述的用以支撑立体物件200的延伸部210的支撑构件可为第一侧墙420、第二侧墙430以及堆叠地没有被烧结的成形粉层402。

详细来说，第一雷射或第二雷射的光束尺寸可为1μm至1mm之间；第一雷射打印出的立体物件的分辨率可为100dpi以上；第一雷射或第二雷射可为二极管雷射、气态雷射、光纤雷射、固态雷射或半导体雷射的其中之一或前组合，但皆不以此为限。另外，第一雷射或第二雷射可以连续发射模式(Continuously fusing mode)或脉冲发射模式(Pulse fusingmode)发射，但不以此为限。

进一步的说，对应每一打印图文件的信息，在成形粉层402上固化出对应的立体成形区而共同地形成立体物件200时，同时地，在成形粉层402上固化出对应的该堆叠支撑区的部分边缘(也就是指，包含于堆叠支撑区内用以形成第一侧壁420及第二侧壁430的部件)，在根据所有打印图文件的信息，打印完成所有的切层物件而形成立体物件200时，固化出对应的堆叠支撑区的部分边缘的部份会共同地形成第一侧墙420及第二侧墙430，其中第一侧墙420与延伸部220的外侧缘相隔第一间距422且第二侧墙430与本体部210邻近延伸部220的侧缘相隔第二间距432，应了解到，打印出的立体物件200与第一侧墙420及第二侧墙430彼此不接触，且第一间距422与第二间距432内填满未被固化的成形粉末，使得立体物件200在打印完成后可便于自打印平台410上取出。在本实施例中，每一第一间距422的最短直线距离可等于每一第二间距432，另外，每一第一间距422或每一第二间距432的最短直线距离也可为1μm，但不皆以此为限。

进一步的说，在根据包含最底层的切层物件的二维图文件的打印图档进行打印时，也就是指在打印平铺于打印平台410上的成形粉层时，可完整地打印出打印图文件的堆叠支撑区而形成第一底壁440，可增加支撑立体物件200的延伸部220的整体支撑构件的稳固程度及支撑强度。另一方面，在一些实施例中，如图5所示，第一底壁440还可具有沿Z轴贯穿的穿孔442。当立体物件200打印完成后，移除支撑立体物件200的延伸部220的被烧结形成的支撑构件时，未被烧结打印的成形粉末可自穿孔442排出，以利于成形粉末的收集及再次利用。

另外，当打印图档的其中之一的立体成形区与其前一层的打印图文件的堆叠支撑区的边缘部分重迭时，也就是，在第一次打印出具有延伸部220的切层物件前，完整地打印包含其第前二层的切层物件的打印图文件的堆叠支撑区而形成第二底壁450，可进一步再增加支撑立体物件200的延伸部220的支撑构件的稳固程度与支撑强度，同时，在第一次打印出具有延伸部220的切层物件前，关于此切层物件的前一层的切层物件的打印图文件的堆叠支撑区仅烧结的打印出与立体物件200相隔第一间距422而不与立体物件200接触的第一侧墙420的部份，使得包含延伸部220的切层物件中第一个切层物件被打印出时，可完整地被承载于未被烧结成形粉末铺设形成的成形粉层402上，使得立体物件200的延伸部220在打印时可稳定的承载于支撑构件上，且立体物件200打印完成后还可顺利地取下，避免立体物件200与其支撑构件因烧结而不慎黏合所产生无法顺利取出成品的问题。

应了解到，每一成形粉层402可包含有机粉末或无机粉末，也就是说，形成成形粉层402的成形粉末可为有机粉末或可为无机粉末，但不以此为限。

由上述本发明实施例可知，应用本发明具有以下优点。本发明实施例的立体打印方法可根据打印图档的立体成形区堆叠地打印出立体物件，且在打印立体物件的同时，根据堆叠支撑区打印出的第一侧墙及第二侧墙结合未被固化的成形粉层可用来支撑打印出的立体物件自本体部向外延伸的延伸部。因此，根据堆叠支撑区打印出的第一侧墙及第二侧墙来辅助打印出的立体物件使其顺利完整的成形的立体打印方法，可提高立体打印方法在使用上及操作上的便利度。此外，由于本实施例的立体打印方法仅在成形粉层上烧结打印第一侧墙及第二侧墙，未被固化的成形粉层可在立体物件打印完成后，藉由移除第一侧墙及第二侧墙而可再次被收集利用于其他的立体物件的立体打印制程上，使得使用本实施例的立体打印方法来制作立体物件可具有较好的使用操作便利性，同时，未被固化的成形粉层还可再次利用，避免了成形粉层的材料浪费，进而可降低打印立体物件所需的生产成本。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作各种之更动与润饰，因此本发明之保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种立体打印方法，适用于打印立体物件，所述立体物件具有本体部以及自本体部的侧边延伸出的延伸部，其特征在于：包括：

获取关于所述立体物件的立体模型信息；

根据所述立体模型信息，获取关于所述立体物件的在X-Y平面上的正投影图档及关于所述立体物件及沿Z轴形成的多个切层物件，并产生对应所述切层物件的在X-Y平面上的多个二维图档，其中每一所述打印图档定义出立体成形区及堆叠支撑区；

依序地将每一所述二维图档与所述正投影图档根据彼此对应的边缘叠加而形成多个打印图档，其中每一所述打印图档定义出立体成形区及堆叠支撑区；以及

依序堆叠由成形粉末构成的多个成形粉层，并对应地根据所述打印图档，在每一所述成形粉层上固化出对应的所述立体成形区而共同地形成所述立体物件，同时地，在每一所述成形粉层上固化出对应的所述堆叠支撑区的部分边缘而共同地形成第一侧墙及第二侧墙，其中所述第一侧墙与所述延伸部的外侧缘相隔第一间距且所述第二侧墙与所述本体部邻近所述延伸部的侧缘相隔第二间距，打印出的所述立体物件与所述第一侧墙及所述第二侧墙彼此不接触。

2.如权利要求1所述之立体打印方法，其特征在于，还包括：

根据包含最底层的所述切层物件的所述二维图档的所述打印图档进行打印时，完整地打印出所述打印图文件的所述堆叠支撑区而形成第一底壁。

3.如权利要求2所述之立体打印方法，其特征在于，所述第一底壁具有沿Z轴贯穿的至少一穿孔。

4.如权利要求1所述之立体打印方法，其特征在于，还包含：

当所述打印图档的其中之一的所述立体成形区与其前一层的所述打印图文件的所述堆叠支撑区的边缘部分重迭时，完整地打印包含其第前二层的所述切层物件的所述打印图文件的所述堆叠支撑区而形成第二底壁。

5.如权利要求1所述之立体打印方法，其特征在于，还包含：

以具有第一光讯号强度的第一雷射烧结地打印每一所述立体成形区并以具有第二光讯号强度的第二雷射烧结地打印对应的所述堆叠支撑区。

6.如权利要求5所述之立体打印方法，其特征在于，所述第一光讯号强度大于所述第二光讯号强度。

7.如权利要求5所述之立体打印方法，其特征在于，所述第一雷射或所述第二雷射的讯号光束尺寸为1μm至1mm之间。

8.如权利要求1所述之立体打印方法，其特征在于，每一所述第一间距的最短直线距离等于每一所述第二间距。

9.如权利要求1所述之立体打印方法，其特征在于，每一所述第一间距或每一所述第二间距的最短直线距离为1μm。

10.如权利要求1所述之立体打印方法，其特征在于，每一所述成形粉层包含有机粉末或无机粉末。