CN109866414A - 立体打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种立体打印方法，适用于立体打印装置。立体打印装置包括盛槽、平台、固化模块与控制模块。盛槽用以盛装液态成型材。盛槽与平台的至少其一与固化模块电性连接控制模块以受其操控，而在平台形成立体物件，立体打印方法包括分析立体物件的模型，以取得分层信息；控制模块将分层信息对应地分布于盛槽底部的多个成型位置；以及控制模块控制固化模块在成型位置形成成型层后，控制平台与盛槽相对旋转使成型层脱离，而后再控制平台与盛槽相对旋转，以使成型层移至盛槽的另一成型位置，以在另一成型位置形成另一成型层。

Description

立体打印方法

技术领域

本发明涉及一种立体打印方法。

背景技术

近年来，立体打印装置(three-dimensional printer)已被广泛地应用到各个领域，各种立体打印技术如雨后春笋般的出现，造就一个万物皆可打印的时代。其中，光敏树脂(photopolymer)为多数立体打印装置所用液态成型材，举凡立体光刻设备(stereolithography apparatus,SLA)、数字光源处理(digital light processing,DLP)以及连续液面生产(continuous liquid interface production,CLIP)等技术，皆以液态成型材，例如光敏树脂，作为打印材料。

在此以上拉式的立体光刻技术为例，其将平台由上而下地移入盛槽而与液态成型材接触后，再通过盛槽下方的固化光源提供光线穿过盛槽而使平台与盛槽之间的液态成型材得以固化为成型层，而后再将成型层从盛槽底部剥离，以使成型层得以附于平台上，之后在平台上逐层叠置成型层，以完成立体物件。

然而在所述剥离的过程中，由于需通过物理性的拉拔动作，方能顺利地让成型层从盛槽的底部脱离，但，此举却会使盛槽底部因不断地进行液态成型材的固化动作与成型层的拉拔动作，而产生白化的现象。如此一来，将会对需要穿过盛槽并对液态成型材进行固化的光线造成影响，例如造成光线的精度与能量降低，因而也降低盛槽的使用寿命，且因此对盛槽进行替换动作。也容易造成替换率过高而不利于制造成本。

据此，如何让盛槽的使用效率即使用寿命提高，并因此维持立体物件的打印品质，实为相关技术人员所需思考解决的课题。

发明内容

本发明是针对一种立体打印方法，以提高盛槽的使用效率与寿命。

根据本发明的实施例，立体打印方法适用于立体打印装置。立体打印装置包括盛槽、平台、固化模块以及控制模块。盛槽用以盛装液态成型材，控制模块分别电性连接盛槽、平台与固化模块以进行操控，以在平台形成立体物件，其中立体打印方法包括分析立体物件的模型，以取得立体物件的分层信息{A_m}＝A₁,A₂,A₃,…,A_x，m及x是正整数，且x>＝2；控制模块将分层信息对应地分布于盛槽底部的多个成型位置{P_n}＝P₁,P₂,P₃,…,P_y，n及y是正整数，且y>＝2；以及控制模块驱动平台移入盛槽以接触液态成型材，且驱动固化模块在成型位置(P_n)固化液态成型材，以在平台形成成型层(A_m)后，控制模块驱动盛槽祥位于平台旋转，使成型层(A_m)脱离所述盛槽，并使成型层对应至另一成型位置(P_n+1)后，控制模块再驱动固化模块于另一成型位置(P_n+1)固化液态成型材而形成并叠置另一成型层(A_m+1)于成型层(A_m)上，直至完成立体物件。

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是立体打印装置的示意图；

图2立体打印装置中部分构件的电性连接示意图；

图3A至图3D是立体打印方法的步骤示意图；

图4是立体打印方法的流程图。

附图标号说明

100：立体打印装置；

110：基座；

120：平台；

130：盛槽；

140：固化模块；

150：驱动模块；

160：控制模块；

162：处理单元；

200：处理模块；

C1：旋转轴；

D1：第一方向；

D2：第二方向；

P1、P2：成型位置；

U1、U2：正投影轮廓

θ_R：脱离角度；

θ_h：相对旋转角度；

θ_V：复归角度

X-Y-Z：直角坐标。

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，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。

图1是立体打印装置的示意图。图2是图1的立体打印装置中部分构件的电性连接示意图。在此提供直角坐标X-Y-Z以利于构件描述。请同时参考图1与图2，在本实施例中，立体打印装置100，例如是立体光刻装置，其包括基座110、平台120、盛槽130、固化模块140、驱动模块150以及控制模块160。在此，如图1所示，驱动模块150包括设置在基座110上的龙门式移动台，平台120设置于龙门式移动台而受驱动，以进行X-Z平面上的移动。再者，驱动模块150还包括设置于基座110的旋转机构，盛槽130设置于旋转机构上，故能以旋转轴C1而相对于平台120进行旋转(旋转轴C1平行于Z轴)。所述驱动模块150已能从现有运动机构得知，故不再赘述。在此，驱动模块150电性连接且受控于控制模块160，以利于进行上述的驱动动作。

盛槽130用以盛装液态成型材(例如是光敏树脂)，固化模块140设置于基座110下方且电性连接控制模块160，以当平台120受驱动而浸入盛槽130内的液态成型材时，控制模块160通过驱动固化模块140提供固化光线(例如紫外光)穿过盛槽130的底部而对液态成型材进行固化，便能将液态成型材固化为成型层，进而搭配平台120与盛槽130之间的拉拔动作(即令平台受驱动而朝正Z轴方向移动以远离盛槽130的底部)，而让成型层从盛槽130的底部剥离，而完成在平台120上形成成型层的目的。据此，随着成型层如上述工序逐层地叠置在平台120，直至最终完成立体物件的打印制程。所述立体物件的形成手段及立体打印装置100上的对应构件已能从立体光刻装置技术得知，故不再赘述。

在本实施例中，盛槽130的底部是透明硅胶材质所制程，以利于固化光线穿过以及降低与成型层之间的黏着力，而使上述拉拔动作得以顺利进行。但，如前述，盛槽130的底部在不断地经历液态成型材固化为成型层而黏着于盛槽的底部，以及要让成型层脱离盛槽130的底部所施加的拉拔动作等交互作用之下，所述动作均会使盛槽130底部的相关区域随着使用次数增加而产生白化的情形。

据此，本发明提供下述立体打印方法以避免所述白化情形。图3A至图3D是立体打印方法的步骤示意图。图4是立体打印方法的流程图。请同时参考图3A至图3D并对应图4所示步骤，在本实施例中，固化模块140提供的固化光线，其相对于盛槽130的照射角及范围为固定，因此通过旋转盛槽130以切换不同的成型位置。首先于步骤S110中，先行分析立体物件的模型，以取得立体物件的分层信息，{A_m}＝A₁,A₂,A₃,…,A_x，m、x是正整数，x≧2。在此需说明的是，本实施例的分层信息可在控制模块160的处理单元162中进行，也可先由外部装置的处理模块200进行分析后，再将所取得信息输入立体打印装置100以执行相关指令，亦或是两者搭配进行，在此并未对此限制。

接着，于步骤S120中，控制模块160依据所述分层信息{A_m}，而将其对应地分布于盛槽130底部的多个成型位置{P_n}＝P₁,P₂,P₃,…,P_y，n、y是正整数，y≧2。接着，控制模块160便依据所述分层信息{A_m}与所述成型位置{P_n}而驱动平台120、盛槽130与固化模块140开始进行打印动作。

当完成上述对应动作之后即可开始进行立体打印，以下仅以部分成型层的成型动作作为例示。在本实施例中，控制模块160先行在步骤S130驱动固化模块140对液态成型材进行固化以完成成型层，也就是于成型位置(P_n)固化液态成型材而形成成型层(A_m)。接着，控制模块160在步骤S140驱动盛槽130以旋转轴C1相对于平台120旋转，同时搭配平台120受控而沿着Z轴远离盛槽130底部所形成的拉拔动作，而使成型层(A_m)得以从盛槽130的底部脱离，但仍依附于平台120。接着，在步骤S150中，控制模块160判断立体物件是否已经完成，若是，则结束本制程；若否，则代表将继续下一层成型层的打印动作，因此在步骤S160中，控制模块160将所述n设定为n+1，且将所述m设定为m+1，而后再于步骤S170中，控制模块160驱动盛槽130相对于平台120旋转，以让平台120(或成型层(A_m))对应到另一成型位置(P_n+1)，如此一来，立体打印装置100便能接着进行步骤S130与步骤S140，进行打印另一层成型层(A_m+1)并将其从盛槽130脱离等动作，直至立体物件完成打印。

在此以图3A至图3D为例说明其中两层成型层的打印动作并省略平台120。首先如图3A所示，固化模块140受控而在成型位置P1处固化液态成型材并形成成型层，在此，将成型层{A_m}在盛槽130底部的正投影轮廓标示为{U_m}以作为成型层{A_m}的代表并省略平台120而有利于相关叙述。然需说明的是，正投影轮廓需视立体物件经分层后的各个成型层的外形轮廓而定，在此为便于说明，因此以呈四方柱的立体物件为例，即，所示分层后的成型层皆是呈四方形的外形轮廓。

接着，先从图3A至图3C的过程且对应至步骤S140的拉拔动作时，即成型层(A₁)完成后，其正投影轮廓U1会因盛槽130旋转而从成型位置P1脱离。接着，如图3C所示，当再进行下一层成型层的打印动作之前，则控制模块160先行驱动盛槽130以旋转轴C1相对于平台120旋转，进而造成正投影轮廓U1对应到另一成型位置P2。如此，控制模块160便能再驱动固化模块140提供固化光线通过盛槽130的另一成型位置P2而固化对应该处的液态成型材以形成成型层(即正投影轮廓U2)。类似前述，图3C至图3D的过程示出了完成成型层之后的脱离动作，也就是让正投影轮廓U2脱离成型位置P2，以达到让成型层能顺利地从盛槽130剥离的目的。

详细而言，当欲脱离成型层时，控制模块160会驱动盛槽130旋转脱离角度(θ_R)，以如图3A至图3B所示，使盛槽130的成型位置P1脱离成型层(A₁)(或正投影轮廓U1)，图3B中以虚线示出成型位置P1代表其为图3A的状态，以利于例示脱离角度(θ_R)且盛槽130沿第一方向D1旋转，也就是说，图3B以实线标示成型位置P1即是图3A的成型位置P1，而图3B以虚线所标示成型位置P1则是旋转脱离角度(θ_R)的状态。再者，当欲进行下一成型层的打印动作之前，控制模块160会驱动盛槽130旋转复归角度(θ_V)，如图3C所示，盛槽130沿第二方向D2旋转复位(第二方向D2相反于第一方向D1)，但是让前一次的成型位置P1并无法完全复位，也就是θ_R≠θ_V，如此便能让固化光线通过盛槽130底部中新的成型位置P2，而在新的成型位置P2上固化液态成型材而形成成型层(以正投影轮廓U2作为例示)；而更进一步地说，本实施例的控制模块160是以较佳效率(最小旋转角度)驱动盛槽130旋转，因此在本实施例中，θ_R>θ_V，也就是说，盛槽130在成型位置(P_n)与另一成型位置(P_n+1)之间存在有相对旋转角度(θ_h)，例如图3C所示成型位置P1、P2之间存在相对旋转角度(θ_h)，其中θ_h＝θ_R-θ_V。在此，所述最小旋转角度实质上小于180度，以提高盛槽130的旋转效率(降低旋转所需时间)。

如此一来，将使成型位置P2相较于成型位置P1存在旋转错位，也就是相邻两层成型层之间，固化光线穿透在盛槽130底部的位置存在错位，而让相邻两层的成型层是分别对应在盛槽130的不同成型位置。此举即代表了每个成型层与盛槽130底面的黏着区一如所示成型位置而存在错位，故而避免在相同的位置重复进行打印成型层与脱离成型层的动作，而有效地解决前述容易造成盛槽130底面白化的问题。

本实施例中所示相对旋转角度(θ_h)较佳者为5度，但其仍须依据立体物件的分层信息而定，也就是说，相对旋转角度(θ_h)会随着成型层的轮廓及面积而异。

除上述成型位置存在旋转错位之外，本实施例所述相对旋转角度(θ_h)还需使前、后成型层在盛槽130底面的正投影轮廓存在局部重叠的状态，也就是如图3C所示正投影轮廓U1、U2彼此重叠，据以确保成型层的品质不因盛槽130底面的表面地形存在差异(例如高低差异)而受影响。此外，所示成型位置均为了便于产生所述旋转错位以及达到顺利脱离的效果，其皆偏离于盛槽130的旋转轴C1设置。

在另一未示出的实施例中，前述第一方向D1与第二方向D2也可改为彼此同向，也就是说让盛槽130旋转的脱离角度(θ_R)与所述复归角度(θ_V)的方向彼此相同，但为了符合前述相邻成型层在盛槽130上的成型位置仍能保持所述旋转错位的效果，θ_V≠u*(360°-θ_R)，u是正整数。

在本实施例中，立体物件的分层信息{A_m}以及成型位置{P_n}是处于n＝m的状态，也就是说，分层信息{A_m}与成型位置{P_n}彼此是一对一的对应关系，控制模块160依据分层信息{A_m}而在盛槽130的底面设置与其对应的不同成型位置{P_n}。

在另一实施例中，也可是n<m的状态，也就是说，同一个成型位置仍会作为至少两层成型层的打印之用。此举取决于盛槽130底面材质的特性而能适当地予以改变。

此外，由于本实施例的盛槽及其运动模式皆属重复式的环绕路径，因此当多层成型层完成并分布于盛槽底面的不同位置后，在多层成型层的成型位置分布于盛槽底面绕满一整周(即360度)后，有可能面临再接下来的打印层与刚开始的成型层重叠于相同位置的情形。此时在仍须避免重复成型位置的前提之下，需对成型位置之间的相对旋转角度予以调整。也就是说，当对应分层信息{A_m}的成型位置{P_n}数量以使其在盛槽130的底面上分布情形超过360度时，则需提供另一相对旋转角度(θ_t)，以在完成成型层A_z后，控制模块160以所述另一旋转角度(θ_t)驱动盛槽130相对于平台120旋转，其中z＝360/(θ_h)，z<x，且(θ_t)≠(θ_h)。举例来说，当x＝10且θ_h＝45度时，则代表完成成型层A₈后，欲打印成型层A₉时即面临重复成型位置的情形，因而此时需再提供另一相对旋转角度(θ_t)而避免是在成型位置(P₁)处进行成型层(A₉)的打印动作。前述的实施例主要在于360°/(θ_h)可整除时实施，但在360°/(θ_h)非整除时，仍可选择地实施，例如在360°/(θ_h)非整除时，z舍弃余数取整数。

惟，此时所述另一相对旋转角度(θ_t)可以是成型层(A_z)完成时，控制模块160驱动盛槽130相对于平台120旋转，以将成型层(A_z)脱离盛槽130时形成；同样也可以是成型层(A_z)完成，且控制模块160驱动盛槽130相对于平台120旋转而将成型层(A_z)脱离盛槽130后，控制模块160再次驱动盛槽130相对于平台120旋转的角度。

此外，上述的反转动作有利于对盛槽130之控制较简易，例如再做拉拔动作时，旋转90度可能较旋转5度容易达成拉拔，故而其后反转85度，达成两次成型层位置差距5度之实际状况。另一益处则可通过反复旋转造成液态成型材之扰动，消去能量累积，减少白化。然而，在另一实施例中，控制模块160也可驱动盛槽130沿单一方向持续旋转(例如精确控制只旋转5度到定位)，而不进行上述的反转动作。

综上所述，本发明的上述实施例通过让控制模块驱动盛槽旋转，而使立体物件的各成型层对应到盛槽底面的不同位置，进而可以避免因重复位置的打印、拉拔动作造成盛槽底面的白化现象，因此能对盛槽的底面提供较佳的利用手段，据以提高盛槽底面的使用率，同时也因此提高盛槽的使用寿命并确保成型层以致立体物件的打印品质。

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 (11)

1.一种立体打印方法，适用于立体打印装置，所述立体打印装置包括盛槽、平台、固化模块以及控制模块，所述盛槽用以盛装液态成型材，所述控制模块分别电性连接所述盛槽、所述平台与所述固化模块以进行操控，以在所述平台形成立体物件，其特征在于，包括：

分析所述立体物件的模型，以取得所述立体物件的分层信息{A_m}＝A₁,A₂,A₃,…,A_x，m及x是正整数，且x>＝2；

所述控制模块将所述分层信息分布于所述盛槽底部的多个成型位置{P_n}＝P₁,P₂,P₃,…,P_y，n及y是正整数，且y>＝2；以及

所述控制模块驱动所述平台移入所述盛槽以接触所述液态成型材，且驱动所述固化模块在成型位置(P_n)固化所述液态成型材，以在所述平台形成成型层(A_m)后，所述控制模块驱动所述盛槽相对于所述平台旋转，使所述成型层(A_m)脱离所述成型位置(P_n)且使所述成型层(A_m)对应至另一成型位置(P_n+1)后，所述控制模块再驱动所述固化模块于所述另一成型位置(P_n+1)固化所述液态成型材而形成并叠置另一成型层(A_m+1)于所述成型层(A_m)上，直至完成所述立体物件。

2.根据权利要求1所述的立体打印方法，其特征在于，所述盛槽的底部是透明硅胶材质，所述液态成型材是光敏树脂，所述固化模块是固化光源，用以穿透所述盛槽的所述成型位置{P_n}。

3.根据权利要求1所述的立体打印方法，其特征在于，所述多个成型位置{P_n}皆偏离于所述盛槽的旋转轴。

4.根据权利要求1所述的立体打印方法，其特征在于，所述成型层(A_m)在盛槽底部的正投影轮廓与所述另一成型层(A_m+1)在盛槽底部的正投影轮廓彼此局部重叠。

5.根据权利要求1所述的立体打印方法，其特征在于，还包括：

完成所述成型层(A_m)后，所述控制模块驱动所述盛槽相对于所述平台旋转脱离角度(θ_R)，以使所述成型层(A_m)脱离所述成型位置(P_n)；以及

所述控制模块再次驱动所述盛槽相对于所述平台旋转复归角度(θ_V)，以使所述成型层(A_m)移至所述另一成型位置(P_n+1)。

6.根据权利要求5所述的立体打印方法，其特征在于，所述盛槽旋转所述脱离角度(θ_R)与所述复归角度(θ_V)的方向彼此相反，且θ_R≠θ_V。

7.根据权利要求5所述的立体打印方法，其特征在于，所述盛槽旋转所述脱离角度(θ_R)与所述复归角度(θ_V)的方向彼此相同，且θ_V≠u*(360°-θ_R)，u是正整数。

8.根据权利要求1所述的立体打印方法，其特征在于，所述盛槽在所述成型位置(P_n)与所述另一成型位置(P_n+1)之间存在相对旋转角度(θ_h)，且所述立体打印方法还包括：

提供另一相对旋转角度(θ_t)，以在完成成型层(A_z)后，所述控制模块以所述另一旋转角度(θ_t)驱动所述盛槽相对于所述平台旋转，z＝360°/(θ_h)，且z<x，(θ_t)≠(θ_h)。

9.根据权利要求8所述的立体打印方法，其特征在于，所述另一旋转角度(θ_t)是所述成型层(A_z)完成时，所述控制模块驱动所述盛槽相对于所述平台旋转，以将所述成型层(A_z)脱离所述盛槽时形成。

10.根据权利要求8所述的立体打印方法，其特征在于，所述另一旋转角度(θ_t)是所述成型层(A_z)完成，且所述控制模块驱动所述盛槽相对于所述平台旋转而将所述成型层(A_z)脱离所述盛槽后，所述控制模块再次驱动所述盛槽相对于所述平台旋转的角度。

11.根据权利要求1所述的立体打印方法，其特征在于，所述盛槽在所述成型位置(P_n)与所述另一成型位置(P_n+1)之间保持最小旋转角度，且所述最小旋转角度小于180度。