CN108115808A - 具有精细纹路的陶瓷模具及其制造方法以及使用该陶瓷模具生产陶瓷件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有精细纹路的陶瓷模具及其制造方法以及使用该陶瓷模具生产陶瓷件的方法，其中陶瓷模具为采用三维层积制造而得，不仅使用寿命长且可形成极精细的纹路，又生产时程短，适于大量生产或定制生产，可大幅降低制造成本。而且，陶瓷模具在烧结过程中使其未完全瓷化致密，而保有较佳的吸水率，有助于泥坯的成型。再者，陶瓷模具可包括陶瓷模层和补充模层，可增加模具强度，又可提升吸水率。另外，在使用陶瓷模具生产陶瓷件的方法中，将陶瓷模具和泥坯共烧，烧结后泥坯将收缩，可轻易脱膜而不会损坏表面的精细纹路。

Description

具有精细纹路的陶瓷模具及其制造方法以及使用该陶瓷模具 生产陶瓷件的方法

技术领域

本发明涉及一种具有精细纹路的陶瓷模具及其制造方法以及使用该陶瓷模具生产陶瓷件的方法，特别是指一种以三维层积制造的陶瓷模具及其制造方法以及使用该陶瓷模具生产陶瓷件的方法。

背景技术

就传统的陶瓷件制造方法而言，针对较复杂造型的成形，通常利用泥浆铸造(slipcasting)来成形。其制作过程中，首先制作原型(prototype；即用油土制成的土坯、用泥土制成的泥坯或以木材雕刻成的木模等的公模)，将其翻制成石膏模具(母模)后，于该石膏模具中浇铸泥浆(slurry)而制成生坯(green body)；接着，使生坯在石膏模具内固化、成型后，自石膏模具脱模，经过完全干燥后进行初步烧制(一般称为素烧(biscuit firing))，最后再进行上釉，并进一步烧制(釉烧至完全致密)以制造陶瓷件。

然而，在上述的现有技术的制程中，在制造表面具有如短小倒角等的精致陶瓷件时，由于该倒角脆弱易断裂，且不易脱模，故无法以石膏模具来生产。又，由于石膏材料制成的模具，虽吸水率高而适于制造生坯，但石膏模具会因吸水而毁损，故至多仅可使用30～50次，寿命较短。而且，越是精细纹路的石膏模具，其使用寿命越会更短。

另一方面，在已知的解决方案中，作为上述表面具有短小倒角的精致陶瓷件的制造方法，已知中国台湾专利第402555号“坯体表面密布短小倒角陶瓷装饰品的制造方法”。该专利教示了以下主要步骤，首先提供表面密布短小倒角的泥坯原型，并以该泥坯原型制成硅胶模具，即以“硅胶模具”制成树脂原型，再以树脂原型分别制成至少两片硅胶模具(各包含定位的底模件、泥浆浇铸的模穴硅胶模件及上模件)，于硅胶模件的模穴浇铸适量泥浆，再将之与上模件组合；该上模件由具有吸水作用的石膏材料制成，吸收硅胶模件模穴中泥浆的大部份水分，直到干燥度足以脱模为止，分别拆除上模件，两硅胶模件中的坯体接合线以泥浆涂布及合并，供两个半面的坯体于干燥后接合成一完整的造形坯体者。

如上所述，上述制造方法的制程繁杂，仍须先制备泥坯原型的公模后再翻制硅胶模具的母模，耗时费工而成本高，且硅胶模具的使用寿命仍然有限；又，硅胶特性为可挠性，须另外的材料来补充其强度。

因此，需要寻求一种寿命长、吸水率高、易脱模而适于制造表面具有如短小倒角等的精致陶瓷件的模具。进一步地，寻求一种能精简制程来生产该精致陶瓷件的制造方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有精细纹路的陶瓷模具的制造方法，其采用三维层积制造来层积陶瓷材料而制造出陶瓷模具，其与传统的减法开模方式相比，三维层积可形成极精细的纹路，以能制造出其它传统制程方式所不可企及的复杂对象。此外，又可省去传统制程中制备公模的工序，生产时程短，且适于大量生产或定制的少量多样生产，可大幅降低制造成本。

本发明的另一目的在于提供一种具有精细纹路的陶瓷模具，其使用寿命长、吸水率高、且易脱模，能适于制造表面具有如短小倒角等的精致陶瓷件。

本发明的又一目的在于提供一种使用该陶瓷模具生产陶瓷件的方法，其能以相当精简的制程生产表面具有如短小倒角等的精致陶瓷件。此外，通过将陶瓷模具和生坯共烧，有利于精细纹路部分的脱模。

为达成上述目的，本发明的具有精细纹路的陶瓷模具的制造方法主要包括以下步骤：

(A)以三维层积制造形成模具坯件；以及

(B)烧结模具坯件；

其中，模具坯件是以特定温度进行烧结，特定温度为低于1,600℃，使模具坯件未完全瓷化致密，烧结后的模具坯件的吸水率为10％以上。在本发明中，“吸水率”是指“每单位体积的吸水率”。

较优选的是，本发明的具有精细纹路的陶瓷模具的制造方法的特定温度为800℃～1,600℃，烧结时间为1小时～24小时，烧结后的模具坯件的吸水率为10％～70％。

据此，本发明所提供的具有精细纹路的陶瓷模具的制造方法中，通过以未完全瓷化致密的方式烧结陶瓷模具，可使陶瓷模具留有孔隙，而可保有较佳的吸水性。又，通过以特定温度进行烧结，可调整陶瓷模具的致密程度，进而能够调整模具的吸水率。换言之，本发明的陶瓷模具的吸水率可通过烧结温度弹性地调整之。

具体而言，本发明的烧结温度可视制造陶瓷模具所使用的精密陶瓷材料的种类及其在后述的浆料中所占比例而进行调整，并未特别限定。该精密陶瓷材料(即后述的精密陶瓷粉末)，只要是烧结后具备相当强度的精密陶瓷材料即可，一般而言可为氧化锆、氧化铝或其混合物等。例如，当该精密陶瓷材料为氧化锆时，因氧化锆完全瓷化致密的烧结温度一般为1,400℃～1,600℃(视该材料的颗粒大小)，为了使其不完全瓷化致密，此时的烧结温度可选择较1,400℃～1,600℃低至少100℃以上，较优选为低200℃以上的温度，即，例如可选择1,300℃，借此可调整陶瓷模具的致密程度，即吸水率。然而，使其不完全瓷化致密的目的有二，其一为保有吸水率以便生坯(泥坯)成型，其二为陶瓷模具在进行后述的共烧时还保有收缩的余地以便精细纹路部分的脱模。

又，本发明的吸水率会随陶瓷模具的致密程度而有所不同，致密程度又与孔隙率和吸水率成反比；举例而言，致密程度高，孔隙率下降，而吸水率也随之降低；另一方面，若吸水率越高，生坯固化成型的时间越短。据此，借由调整致密程度，可使陶瓷模具的吸水率高达如石膏模具般的吸水能力，而且可在例如10％～50％之间作调整；如使用γ-氧化铝或加入陶瓷纤维等难烧结的原料制作陶瓷模具，吸水率甚至可高达50％以上。

又，本发明的具有精细纹路的陶瓷模具的制造方法，其中步骤(A)的三维层积制造可包括以下步骤：(A1)准备多个切层投影图像以及浆料；其中，多个切层投影图像是将陶瓷模具的立体图像沿其轴向或其径向以特定厚度切割而成；浆料包括精密陶瓷粉末、光固化树脂以及溶剂；(A2)使用可见光或紫外光逐一地照射多个切层投影图像而投影于浆料上，逐层地固化并形成模具坯件；以及(A3)加热模具坯件，使模具坯件内所含的光固化树脂和溶剂脱脂。

本发明的精密陶瓷粉末，已如前所述，可为氧化铝、氧化锆或其混合物等耐高温的材料，而溶剂可为甲醇、乙醇、丙二醇等醇类、水或它们的混合溶剂等。

为达成上述目的，本发明的具有精细纹路的陶瓷模具，主要包括陶瓷模层，其利用如上所述的三维层积制造方法制造而成；陶瓷模层可包括模内面以及模外面，模内面构成模穴的至少一部分，且模内面的表面形成有精细纹路。

本发明的具有精细纹路的陶瓷模具还可包括补充模层，其设置于陶瓷模层的模外面上。通过补充模层的设置，除可增加吸水效果外，还可减少陶瓷模层的厚度、降低成本及模具生产工时，又可增加整体强度以及方便生产操作。

本发明的具有精细纹路的陶瓷模具，较优选为，补充模层由石膏所构成。通过补充模层采用石膏，可进一步提升吸水性，且成本低廉。但并不以石膏作为补充模层为限，本发明可依不同需求采用不同材质作为补充模层。

为达成上述目的，本发明的使用具有精细纹路的陶瓷模具生产陶瓷件的方法，包括以下步骤：

(a)提供具有精细纹路的陶瓷模具，其利用如上所述的方法制造而成；

(b)浇铸泥浆于陶瓷模具的模穴内，并形成泥坯；

(c)共烧陶瓷模具和泥坯；以及

(d)泥坯脱模而成陶瓷件。

通过进行如上所述的步骤(c)的共烧，泥坯将成型收缩(视共烧温度而定，一般而言为收缩10～20％)，因此可使精细纹路部分的脱模变得更容易。

又，本发明使用具有精细纹路的陶瓷模具生产陶瓷件的方法，其中在步骤(c)中，共烧陶瓷模具和泥坯的共烧温度为低于特定温度。较优选的是，共烧温度为1,000℃～1,600℃。再者，本发明使用具有精细纹路的陶瓷模具生产陶瓷件的方法，其中在步骤(c)中，共烧时间为0.1小时～10小时。

此外，在步骤(b)中，泥坯的含水率为25％～50％。因无需事先脱膜，故无需等到完全干燥，借此可精简制程并缩短时间。在本发明中，“含水率”是指“每单位体积的含水率”。

附图说明

图1为本发明一较优选实施例的具有精细纹路的陶瓷模具的剖面图。

图2为本发明一较优选实施例的具有精细纹路的陶瓷模具的制法流程图。

图3为本发明一较优选实施例的泥浆浇铸示意图。

图4为本发明一较优选实施例的共烧作业示意图。

图5为本发明一较优选实施例的陶瓷件立体图。

具体实施方式

本发明的具有精细纹路的陶瓷模具及其制造方法以及使用该陶瓷模具生产陶瓷件的方法在本实施例中被详细描述之前，要特别注意的是，以下的说明中，类似的组件将以相同的组件符号来表示。再者，本发明的附图仅作为示意说明，其未必按比例绘制，且所有细节也未必全部呈现于附图中。

请参考图1，图1为本发明一较优选实施例的具有精细纹路的陶瓷模具剖面图。如图中所示，本实施例的具有精细纹路的陶瓷模具主要包括陶瓷模层2，该陶瓷模层2的厚度约1mm～5mm，且该陶瓷模层2主要包括模内面21以及模外面22，该模内面21构成模穴的一部分，该模穴供浇铸泥浆，该模内面21的表面形成有精细纹路FP。再者，该陶瓷模层2的该模外面22上设置有补充模层3，其材质为石膏。

请参考图2，图2为本发明一较优选实施例的具有精细纹路的陶瓷模具制法流程图。如图中所示，本实施例的具有精细纹路的陶瓷模具的制造方法，包括以下步骤：(A)以三维层积制造形成模具坯件；以及(B)烧结该模具坯件；首先，在该步骤(A)中，步骤(A1)为准备多个切层投影图像以及浆料；其中，该多个切层投影图像是将该陶瓷模具的立体图像沿其轴向或其径向以特定厚度切割而成；该浆料包括精密陶瓷粉末、光固化树脂以及溶剂，该浆料厚度约为20微米，其中本实施例中的溶剂为使用乙醇；静置该浆料约1～2分钟，使部分乙醇溶剂因重力以及虹吸现象向下渗透。

接着，步骤(A2)，使用可见光或紫外光逐一地照射该多个切层投影图像而投影于该浆料上，固化并形成该模具坯件；重复上述步骤，即逐层地重复静置步骤，并分别对多个切层投影图像逐张地照射，使逐层固化，直至完成模具坯件。

再者，在步骤(A3)中，清除坯件上未固化的杂料，例如以乙醇溶剂清洗坯件，使杂料脱离坯件。其次，步骤(A4)，加热该模具坯件，使该模具坯件内所含的该光固化树脂和该溶剂脱脂。

此外，步骤(B)，烧结该模具坯件；在烧结制作前，本实施例为进行加热步骤如后：耗时约30分钟而从常温加热至约150℃；接着，耗时约10小时而从150℃加热至约450℃；又，耗时约1.5小时而从450℃加热至约600℃。据此，通过高温加热，可使坯件内所含的光固化树脂和溶剂蒸发，进而仅保留精密陶瓷粉末所构成的坯件。最后进行本实施例的烧结步骤：使用约1,400℃对该模具坯件进行烧结，烧结时间为约1～3小时，使该模具坯件未完全瓷化致密，烧结后的该模具坯件的吸水率约为20～50％。

最后，步骤(C)，形成补充模层3，即在烧结后并经冷却的模具坯件外涂敷石膏作为补充模层3。然而，以石膏作为补充模层3的目的在于，除可增加吸水效果外，还可减少陶瓷模层2的厚度，降低成本及模具生产工时，又可增加整体强度，以及方便生产操作。

请参考图3、图4，图3为本发明一较优选实施例的泥浆浇铸示意图，图4为本发明一较优选实施例的共烧作业示意图。如图中所示，本实施例的使用具有精细纹路的陶瓷模具生产陶瓷件的方法主要包括以下步骤：首先，提供利用如上所述制成的本实施例具有精细纹路的陶瓷模具1。再者，如图3所示，浇铸泥浆于该陶瓷模具1的模穴内，待其稍微固化成型后，并形成泥坯4，而该泥坯4的含水率为25％～50％即可；其中，图3所显示为上模11。

接着，结合上模11和下模12，并移除模心13后，共烧该陶瓷模具1(上模11及下模12)和该泥坯4。然而，因为在陶瓷模具1的制造过程中，已预先经过烧结，且共烧该陶瓷模具1和该泥坯4的共烧温度为低于烧结该陶瓷模具1的特定温度，基本上陶瓷模具1在与泥坯4的共烧过程中收缩率是微乎其微的，然而泥坯4烧结后的收缩率为约10％～20％，其远大于陶瓷模具1的收缩率，相当有利于脱模，甚至会自动脱模。

再者，在上述的共烧步骤中，其共烧温度为约1,100℃，而共烧时间为约0.1～1小时。最后，即，该泥坯4脱模而成陶瓷件5，即如图5所示。需要特别说明的是，本实施例中的共烧温度，只要在上述陶瓷模具2完全瓷化致密所需的温度以下，且在使泥坯4素烧至达到完全致密的最低温度以上即可。借此，因陶瓷模具2仍保持未完全瓷化致密的状态，仍具备相当的吸水率，故可重复利用该陶瓷模具2，且在保持未完全瓷化致密的状态下，可无限次使用该陶瓷模具2，亦即该陶瓷模具2的寿命可大幅增长。

请参考图5，图5为本发明一较优选实施例的陶瓷件的立体图。如图中所示，通过如上所述的制造方法制成表面具有精细纹路的陶瓷件5，即精细毛发纹路的小兔子。更具体而言，如图5所示的精细毛发纹路，其部分毛发具备倒角，以一般的传统制程难以制造，但以本发明所提供的陶瓷模具和制造方法，将可轻松大量生产，且成本低廉。

综上而论，本发明至少具备以下特点：

1.以三维层积制造陶瓷模具，可形成极精细的纹路，故能制造出传统手工或其它公知工序所难以企及的复杂对象。

2.省去传统制程的公模，直接以三维层积制造陶瓷模具作为母模，大幅精简制程，减少制程所耗时间和人力，可显著降低成本。

3.陶瓷模具具备高强度、高硬度、膨胀及收缩率稳定等优异的物理特性，使用寿命长，且易清理。

4.可以烧结温度来控制陶瓷模具的致密度，亦即陶瓷模具的吸水率可依实际需求任意调控。

5.泥坯烧结前无需事先脱模，其可与陶瓷模具共烧，故无需等待泥坯固化成型，可大幅缩短工时。

6.陶瓷模具可与泥坯共烧，又烧结后的泥坯因收缩可轻易脱模，且脱模过程将不会损及原本的精细纹路。

上述实施例仅为了方便说明而举例而已，本发明所主张的保护范围自应以权利要求所述为准，而非仅限于上述实施例。

符号说明

1 具有精细纹路的陶瓷模具

11 上模

12 下模

13 模心

2 陶瓷模层

21 模内面

22 模外面

FP 精细纹路

3 补充模层

4 泥坯

5 陶瓷件。

Claims (10)

1.一种具有精细纹路的陶瓷模具的制造方法，包括以下步骤：

(A)以三维层积制造形成模具坯件；以及

(B)烧结该模具坯件；

其中，该模具坯件为以特定温度进行烧结，该特定温度为低于1,600℃，使该模具坯件未完全瓷化致密，烧结后的该模具坯件的吸水率为10％以上。

2.如权利要求1所述的具有精细纹路的陶瓷模具的制造方法，其中，该特定温度为800℃～1,600℃，烧结时间为1小时～24小时，烧结后的该模具坯件的吸水率为10％～70％。

3.如权利要求1所述的具有精细纹路的陶瓷模具的制造方法，其中，在该步骤(A)中，该三维层积制造包括以下步骤：(A1)准备多个切层投影图像以及浆料；其中，所述多个切层投影图像为将该陶瓷模具的立体图像沿其轴向或其径向以特定厚度切割而成；该浆料包括精密陶瓷粉末、光固化树脂以及溶剂；(A2)使用可见光或紫外光逐一地照射所述多个切层投影图像，而投影于该浆料上，而逐层地固化并形成该模具坯件；以及(A3)加热该模具坯件，使该模具坯件内所含的该光固化树脂和该溶剂脱脂。

4.一种具有精细纹路的陶瓷模具，其包括利用如权利要求1～3中任意一项所述的方法所制造而成的陶瓷模层；该陶瓷模层包括模内面以及模外面，该模内面构成模穴的至少部分，该模内面的表面形成有精细纹路。

5.如权利要求4所述的具有精细纹路的陶瓷模具，其还包括补充模层，设置于该陶瓷模层的该模外面上。

6.如权利要求5所述的具有精细纹路的陶瓷模具，其中，该补充模层由石膏所构成。

7.一种使用具有精细纹路的陶瓷模具生产陶瓷件的方法，包括以下步骤：

(a)提供具有精细纹路的陶瓷模具，其利用如权利要求1～3中任意一项所述的方法制造而成；

(b)浇铸泥浆于该陶瓷模具的模穴内，并形成泥坯；

(c)共烧该陶瓷模具和该泥坯；以及

(d)该泥坯脱模而成陶瓷件。

8.如权利要求7所述的使用具有精细纹路的陶瓷模具生产陶瓷件的方法，其中，在该步骤(c)中，共烧该陶瓷模具和该泥坯的共烧温度为低于该特定温度。

9.如权利要求8所述的使用具有精细纹路的陶瓷模具生产陶瓷件的方法，其中，在该步骤(c)中，该共烧温度为1,000℃～1,600℃，共烧时间为0.1小时～10小时。

10.如权利要求7所述的使用具有精细纹路的陶瓷模具生产陶瓷件的方法，其中，在该步骤(b)中，该泥坯的含水率为25％～50％。