CN108202473A - 立体打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种立体打印方法，其步骤如下：提供液态成型材于立体打印装置中；检测液态成型材的温度；以及依据液态成型材的温度及液态成型材的固化特性，而调整对应的固化参数，以对液态成型材进行逐层固化，以形成多个固化层而堆积成型出立体物件。本发明可确保使用上述液态成型材的立体打印装置打印出的成型物的质量一定，因此可解决液态成型材因在不同温度下的固化速率不同而造成使用所述液态成型材的立体打印装置打印出的成型物的质量不一的问题。

Description

立体打印方法

技术领域

本发明涉及一种立体打印方法，尤其涉及一种找出液态成型材的最佳固化参数的立体打印方法。

背景技术

近年来，随着科技的日益发展，许多利用逐层建构模型等加成式制造技术(additive manufacturing technology)来建造物理三维(three dimensional,3D)模型的不同方法已纷纷被提出。一般而言，加成式制造技术是将利用计算机辅助设计(computeraided design,CAD)等软件所建构的3D模型的设计数据转换为连续堆栈的多个薄(准二维)横截面层。于此同时，许多可以形成多个薄横截面层的技术手段也逐渐被提出。举例来说，打印装置的打印模块通常可依据3D模型的设计数据所建构的空间坐标XYZ在基座的上方沿着XY平面移动，从而使建构材料形成正确的横截面层形状。所沉积的建构材料可随后自然硬化，或者透过加热或光源的照射而被固化，从而形成所要的横截面层。因此，藉由打印模块沿着轴向Z逐层移动，即可使多个横截面层沿Z轴逐渐堆栈，进而使建构材料在逐层固化的状态下形成立体结构。

以透过光源固化建构材料而形成立体对象的技术为例，打印模块适于浸入盛装在盛槽中的液态成型材中，而光源模块在XY平面上照射作为建构材料的液态成型材，以使液态成型材被固化，并堆栈在打印模块的一成型平台上。如此，藉由打印模块的成型平台沿着轴向Z逐层移动，即可使液态成型材逐层固化并堆栈成立体对象。

发明内容

本发明的立体打印方法可解决液态成型材因在不同温度下的固化速率不同而造成使用所述液态成型材的立体打印装置打印出的成型物的质量不一的问题。

本发明的立体打印方法的步骤如下：提供液态成型材于立体打印装置中，其中立体打印装置包括盛槽、成型平台、光源、控制单元以及温度检测单元。盛槽用以盛装液态成型材。成型平台可移动地设置于盛槽。光源设置于盛槽旁，用以照射并固化液态成型材。温度检测单元耦接盛槽。控制单元电性连接所述成型平台、所述光源与所述温度检测单元，且所述控制单元储存有所述液态成型材的固化特性。之后，通过所述温度检测单元检测液态成型材的温度；以及所述控制单元依据液态成型材的温度及液态成型材的固化特性，而调整所述液态成型材及所述光源对应的固化参数，以对液态成型材进行逐层固化，以形成多个固化层而堆积成型出立体物件。

基于上述，藉由依据液态成型材的温度及液态成型材的固化特性而相应调整液态成型材的固化参数，本发明可确保使用所述液态成型材的立体打印装置打印出的成型物的质量一定，因此可解决液态成型材因在不同温度下固化速率不同而造成使用所述液态成型材的立体打印装置打印出的成型物的质量不一的问题。

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

包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明的一实施例的立体打印方法的流程图；

图2为本发明的一实施例的立体打印装置的示意图；

图3为液态成型材在不同温度时的分子数与分子动能的关系曲线图；

图4为本发明的一实施例的于不同的所需形成固化层的厚度下的温度及固化时间的相对关系曲线图；

图5为本发明的另一实施例的于不同的所需形成固化层的厚度下的温度及固化时间的相对关系曲线图。

附图标号说明：

S100、S110、S120：步骤；

100：立体光刻装置；

110：盛槽；

120：成型平台；

130：光源；

140：控制单元；

150：温度检测单元；

200：液态成型材；

X-Y-Z：直角座标。

具体实施方式

现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同组件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。

图1为本发明的一实施例的立体打印方法的流程图。图2为本发明的一实施例的立体打印装置的示意图。请参照图1与图2，在此同时提供直角座标X-Y-Z于图2以利于描述。首先，在步骤S100中，提供液态成型材于立体打印装置中。另外，在本实施例中，立体打印装置例如是立体光刻打印(Stereo Lithography，SL)装置。举例来说，本实施例的立体光刻打印装置100包括盛槽110、成型平台120、光源130、温度检测单元150以及控制单元140，其中盛槽110用以盛装液态成型材200。成型平台120设置于盛槽110的上方，并可沿一轴相对于盛槽110移动。如图2所示，成型平台120可沿Z轴的方向移动，以相对于位在XY平面上的盛槽110移动，并可浸入盛装在盛槽110内的液态成型材200。光源130设置于盛槽110旁，例如是盛槽110的下方，用以照射液态成型材200以使其逐层固化。温度检测单元150耦接盛槽110，用以检测盛槽110内的液态成型材200的温度。控制单元140电性连接光源130、温度检测单元150与成型平台120，用以控制成型平台120的移动与光源130的照射。控制单元140可控制成型平台120沿Z轴的方向移动，藉此，成型平台120能移出盛槽110或移入盛槽110并浸置于液态成型材200中。另外，控制单元140也可依据成型平台120的位置来判断液态成型材200的固化程度，以控制光源130的照射强度或扫描速度。举例来说，成型平台120受控于控制单元140而浸入液态成型材200并与盛槽110的内底保持一距离，此时光源130受控于控制单元140而照射并固化成型平台120与盛槽110内底之间的液态成型材200，进而使其形成一层固化层，也就是说，所述距离就是一层固化层的厚度。而后，随着成型平台120受控于控制单元140而逐渐远离盛槽110的内底，同时搭配光源130对固化层与内底之间的液态成型材200进行照射，便能逐渐在成型平台120上形成多层堆叠的固化层，而在成型平台120移离盛槽110内的液态成型材200之后，所述固化层堆叠成的立体对象也就完成。

在步骤S110中，先行通过温度检测单元150对盛槽110内的液态成型材200进行温度检测。

另外，在本实施例中，也可额外量测立体打印装置所处环境的温度，藉由量测所述环境的温度，可确保检测的液态成型材200的温度更为准确，意即，能作为后续进行立体打印时，对于液态成型材200所采对应的固化参数的参考，以提高对立体打印品质的掌握度。

再次，本实施例的控制单元140还储存有所述液态成型材200的固化特性，在步骤S120中，便能让控制单元140依据液态成型材200的温度及液态成型材200的固化特性，而调整液态成型材200及所述光源130所对应的固化参数，以对所述液态成型材200进行逐层固化，以形成多个固化层而堆积成型出立体物件。

液态成型材200的固化特性包含液态成型材200在不同温度时所具有能跨越活化能的分子数，如图3所示，图3显示液态成型材在不同温度时的分子数与分子动能的关系曲线图，由图3可知，由于液态成型材200在不同的温度下具有不同的固化速率，因此当液态成型材200的温度越高时，液态成型材200中的分子具有高于活化能的动能的数目就越多，意即，当液态成型材200的温度越高时，能够跨越活化能的液态成型材200的分子数就越多，液态成型材200的固化速率也越快。此外，由阿伦尼乌斯方程式：k＝A*exp(-Ea/RT)也可得知液态成型材200的固化速率随着温度上升而上升，其中阿伦尼乌斯方程式中的k为反应速率常数、A为频率因子、Ea为活化能、R为普适气体常量、T为反应温度。

液态成型材200的固化参数包括所需形成固化层的厚度及其对应的固化时间，所需形成固化层的厚度可例如是依据客户所需而决定。在本实施例中，液态成型材200在不同温度下的所需形成固化层的厚度及其对应的固化时间的相对关系如以下的表1所示。

[表1]

再依据液态成型材200的温度及液态成型材200的固化特性调整对应的固化参数后，对液态成型材200进行光固化工艺，在本实施例中，液态成型材200为光敏树脂或其他适用的光固化材料，因此液态成型材200可在进行光固化工艺后而固化。在本实施例中，光固化工艺例如是通过光源130对液态成型材200照射紫外光，以使液态成型材200在一定波长的紫外光照射下进行聚合反应，使液态成型材200逐层地固化，当液态成型材200经完全地固化后，即形成多个堆叠的固化层，并因此堆积成型出立体物件。

在一实施例中，液态成型材在不同的所需形成固化层的厚度下的温度及固化时间的相对关系为线性关系，如图4所示；或者，在另一实施例中，液态成型材200在不同固化厚度下的初始温度及固化时间的相对关系为二次曲线关系，如图5所示。将液态成型材200的所需形成固化层的厚度及温度代入图4或图5所示的相对关系，可找出液态成型材200的最佳固化时间，因此，藉由找出液态成型材200于不同的欲形成固化层的厚度及温度中的最佳固化时间，可确保使用所述液态成型材200的立体打印装置100打印出的成型物的质量一定。

在本实施例中，藉由依据液态成型材200的温度及液态成型材200的固化特性，而调整对应的固化参数，可找出欲使用的液态成型材200在不同的所需形成固化层的厚度下的温度及固化时间的相对关系，且因此在已决定欲形成的液态成型材200的固化层的厚度的情况下，找出液态成型材200于不同温度中所对应的最佳固化时间。基于此，本发明的立体打印方法可确保使用所述液态成型材200的立体打印装置100打印出的成型物的质量一定，因此可解决液态成型材200因在不同温度下固化速率不同而造成使用所述液态成型材200的立体打印装置100打印出的成型物的质量不一的问题。

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 (8)

1.一种立体打印方法，其特征在于，包括：

提供液态成型材于立体打印装置中，所述立体打印装置包括：

盛槽，用以盛装所述液态成型材；

成型平台，可移动地设置于所述盛槽；

光源，设置于所述盛槽旁，用以照射并固化所述液态成型材；

温度检测单元，耦接于所述盛槽；

控制单元，电性连接所述成型平台、所述光源与所述温度检测单元，且所述控制单元储存有所述液态成型材的固化特性；

通过所述温度检测单元检测所述盛槽内的所述液态成型材的温度；以及

所述控制单元依据所述液态成型材的温度及所述液态成型材的固化特性，而调整所述液态成型材及所述光源所对应的固化参数，以对所述液态成型材进行逐层固化，以形成多个固化层而堆积成型出立体物件。

2.根据权利要求1所述的立体打印方法，其特征在于，所述液态成型材的固化特性包含所述液态成型材在不同温度时所具有能跨越活化能的分子数。

3.根据权利要求1所述的立体打印方法，其特征在于，所述固化参数包括所需形成固化层的厚度及其对应的固化时间。

4.根据权利要求3所述的立体打印方法，其特征在于，所述液态成型材的温度及固化时间的相对关系为线性关系。

5.根据权利要求3所述的立体打印方法，其特征在于，所述液态成型材的温度及固化时间的相对关系为二次曲线关系。

6.根据权利要求1所述的立体打印方法，其特征在于，所述液态成型材包括光敏树脂。

7.根据权利要求1所述的立体打印方法，其特征在于，所述立体打印装置为立体光刻打印装置。

8.根据权利要求1所述的立体打印方法，其特征在于，还包括：

量测所述立体打印装置所处环境的温度。