TW201520076A - 立體列印方法 - Google Patents

Abstract

一種立體列印方法，用以在基板上形成立體物件。立體列印方法包括：提供包含至少一支撐件的資料庫。從資料庫取出至少一支撐件並配置支撐件於基板。在基板與支撐件上立體列印出立體物件，其中立體物件具有相對於基板的懸空部，且支撐件填置於懸空部與基板之間。

Description

立體列印方法

本發明是有關於一種立體列印方法。

隨著科技的日益發展，許多利用逐層建構模型等加成式製造技術(additive manufacturing technology)來建造物理三維(three-dimensional,3-D)模型的不同方法已紛紛被提出。一般而言，加成式製造技術是將利用電腦輔助設計(computer-aided design,CAD)等軟體建構的3-D模型的設計資料轉換為連續堆疊的多個薄(准二維)橫截面層。

目前已發展出許多可以形成多個薄橫截面層的方式。舉例來說，列印頭通常可依據3-D模型的設計資料建構的X-Y-Z座標在基座上方沿著X-Y座標移動，從而將建構材料噴塗出正確的橫截面層形狀。所沉積的材料可隨後自然硬化或透過例如強光源而被固化，從而形成所要的橫截面層，並在逐層固化的狀態下進而形成立體物件。成型的技術隨著材料性質而異，舉例來說，可利用熔化或軟化可塑性材料的方法來製造列印的「墨水」，例如： 選擇性雷射燒結(selective laser sintering，SLS)和熔融沉積式(fused deposition modeling，FDM)，還有一些技術是用液體材料作為列印的「墨水」的，例如：立體平板印刷(stereolithography，SLA)、分層實體製造(laminated object manufacturing，LOM)。印表機透過讀取檔案中的橫截面訊息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地列印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而製造出一個實體。這種技術的特點在於其幾乎可以造出任何形狀的物品

在現有立體列印過程中，無論以前述何種成型方式進行立體列印，當所欲成型的立體物件存在懸空部時，即立體物件於該處相對於基底存在空間。因此，現有技術均需同步地在懸空部與基底之間立體列印出支撐結構，以避免懸空部造成立體物件在結構上應力集中的情形，甚至因而造成變形。當完成立體列印之後，方將前述支撐結構從立體物件上移除。

據此，前述支撐結構僅作為立體物件的支撐之用，一旦成型完畢後便需將其移除而無法再利用。如此一來，一旦懸空部所佔比例較多時，相對地便需要較多的支撐結構，進而造成材料的浪費，同時亦因如此而提高成型的時間，並因此降低立體列印的效率。

本發明提供一種立體列印方法，具有節省材料、降低製 程時間的效果。

本發明的立體列印方法，用以在基板上形成立體物件。立體列印方法包括：提供包含至少一支撐件的資料庫。從資料庫取出至少一支撐件並配置支撐件於基板。在基板與支撐件上立體列印出立體物件。立體物件具有相對於基板的至少一懸空部。支撐件填置於懸空部與基板之間。

在本發明的一實施例中，立體列印方法還包括：建立立體物件的圖像模型，並計算圖像模型的懸空部相對於基板的高度。從資料庫搜尋支撐件，且所搜尋之支撐件的高度小於或等於懸空部相對於基板的高度。

在本發明的一實施例中，立體列印方法還包括：計算懸空部在基板上的正投影輪廓。從資料庫選擇支撐件，以使所選的支撐件在基板上的正投影輪廓逼近或符合懸空部在基板上的正投影輪廓，且支撐件在基板上的正投影面積小於或等於懸空部在基板上的正投影面積。

在本發明的一實施例中，立體列印方法還包括：從資料庫選擇多個支撐件，以使所選的這些支撐件在基板上的正投影輪廓逼近或符合懸空部在基板上的正投影輪廓，且這些支撐件在基板上的正投影面積和小於或等於懸空部在基板上的正投影面積。

在本發明的一實施例中，上述的支撐件為柱狀體。

在本發明的一實施例中，上述的支撐件與立體物件為相同材質。

在本發明的一實施例中，上述的懸空部相對於基板的高度大於支撐件的高度，立體列印方法還包括：在支撐件上立體列印出懸空部與耗材部，其中耗材部可移除地連接在懸空部與支撐件之間。

在本發明的一實施例中，立體列印方法還包括：在支撐件與耗材部之間立體列印出拆解結構，且藉由拆解結構而分離耗材部與支撐件。

在本發明的一實施例中，上述的拆解結構為立體式騎縫線結構。

在本發明的一實施例中，立體列印方法還包括：回收支撐件至資料庫。

基於上述，在本發明的上述實施例中，藉由多種不同規格及型式的支撐件所構成的資料庫，因而得以讓立體列印過程中所需的支撐結構均能從資料庫中搜尋取得，因而得以減少材料的浪費並縮短製程時間與提高製程效率，同時亦讓完成立體列印後的立體物件能降低後續製程處理的複雜度亦減少對於環境的污染。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧基板

200‧‧‧立體物件

210‧‧‧懸空部

300‧‧‧拆解結構

D1、P1b、P1c‧‧‧正投影輪廓

f1‧‧‧鄰接面

f2‧‧‧輪廓

L1、L2‧‧‧高度

P1、P1a‧‧‧支撐件

P2、P2a‧‧‧耗材部

S1‧‧‧支撐空間

S105~S200‧‧‧步驟

圖1是依照本發明一種立體列印方法的流程圖。

圖2是依據圖1的立體列印方法而形成的立體物件的示意圖。

圖3是圖2的局部放大圖。

圖4是本發明另一實施例的一種立體列印方法形成立體物件的局部放大圖。

圖5是圖2的立體物件與支撐件在基板上的正投影視圖。

圖6是本發明另一實施例的立體物件與支撐件在基板上的正投影視圖。

圖1是依照本發明一種立體列印方法的流程圖。圖2是依據圖1的立體列印方法而形成的立體物件的示意圖。請同時參考圖1與圖2，在本實施例中，立體列印方法用以在基板100上成型出立體物件200，且在此不限立體列印的手段，其可以現有熔融沉積式(fused deposition modeling,FDM)、立體平版印刷(stereolithography,SLA)...等上述已知的立體列印技術而達成。惟，如圖2所示，當所形成之立體物件200具有懸空部210時，無論以前述何種立體列印技術，其均需在懸空部210處提供足夠的支撐結構，以避免立體物件200成型之後，其懸空部210因無任何支撐結構而因應力集中導致變形。在此需說明的是，本案所述懸空部210是指立體物件200並未直接與基板100直接接觸的部分。

換句話說，在以目前立體列印技術成型出立體物件200的過程中，對於立體物件200的懸空部210仍需同步列印出足以 支撐懸空部210的結構，而後再從立體物件200上移除這些支撐結構方能得到所需的立體物件200。故，一旦立體物件200的懸空部210的區域較多或較廣時，則所需同步列印出的支撐結構亦隨之增加，因而對物料造成浪費且提高製程時間與成本。

據此，本發明對前述狀況提供改善的手段。請再參考圖1，在本實施例的步驟S105中，先行提供資料庫，且該資料庫用以收集並存放不同規格且呈柱狀體的支撐件。資料庫內的支撐件存放有新建立的支撐件或在形成立體物件後所回收的支撐件，在此不限建立資料庫的手段，且可隨著使用時間或次數而逐漸擴充其資料庫中支撐件的型式與數量。

接著，在步驟S110中，操作者需先在電腦輔助設計(CAD)或電腦動畫建模軟體建立出立體物件200的圖像模型，再將建成的三維圖像模型「分割」成逐層的截面，從而在後續步驟中指導立體列印裝置(未繪示)在基板100上進行逐層列印。此外，上述資料庫同步於電腦輔助設計或電腦動畫建模軟體。

在此以圖2為例而同時描述立體物件200及其圖像模型。當圖像模型建立之後，便進行步驟S120以計算圖像模型的懸空部210相對於基板100所需的支撐空間S1，亦即立體物件200因其局部懸空於基板100上方所造成的空間。進而在步驟S130中，搜尋資料庫以選取至少一支撐件P1適配於支撐空間而作為立體物件200的可拆式支撐結構。在此不限支撐件P1的選取數量，其可以依據需求以選擇最佳的適配條件而檢索出一或多個支撐件 P1。後續在本實施例的相關圖式中是以多個支撐件P1作為代表而進行描述。

進一步地說，步驟S130包含多種不同條件的檢索動作，以立體物件200的材料特性及支撐空間S1尺寸規格而作為檢選支撐件P1的依據。在步驟S131中，選取適配於立體物件200與基板100之材質特性的支撐件P1。在本實施例中，支撐件P1與立體物件200具有相同材質，以利於立體列印出立體物件200時，其懸空部210與支撐件P1的結合程度。在另一未繪示的實施例中，亦可選用結合度佳且亦容易從立體物件移除的支撐件材質。

當確定支撐件P1的材質之後，接著便需檢索能適配支撐空間S1的支撐件P1。在步驟S133中，檢索支撐件P1的長度，使被檢索出的一或多個支撐件P1中，每一個支撐件P1的長度小於或等於圖像模型的懸空部210相對於基板100的高度(即相當於圖2所示支撐空間S1相對於基板100的高度)。再者，在步驟S135中，檢索支撐件P1的截面輪廓，使被檢索出的一或多個支撐件P1中，支撐件P1或支撐件P1所形成之集合在基板100上的正投影輪廓小於或等於圖像模型的懸空部210在基板上的正投影輪廓。此外，於步驟S137，檢索支撐件P1的鄰接面輪廓，使被檢索出的一或多個支撐件P1中，支撐件P1或支撐件P1所形成之集合的鄰接面輪廓符合或逼近圖像模型於懸空部210的輪廓。在此，鄰接面是指支撐件P1與懸空部210接觸的表面而言。另需說明的是，在此並未限制步驟S131至S137的順序。

上述步驟S105至步驟S137均是在電腦輔助設計或電腦動畫建模軟體上的相關動作，以讓使用者在建立出立體物件200的圖像模型時，便同時從現有資料庫中檢選適配的支撐件P1或其集合。接著，在後續的步驟S140中，便將前述圖像模型包含所需支撐件的相關資訊輸入立體列印裝置，而後於步驟S150與S160中，立體列印裝置便會依據所輸入相關資訊而從資料庫中夾取所檢索出的支撐件P1配置於基板100上的預定位置，以在基板100與支撐件P1上立體列印出立體物件200。據此，便無須在每一次的立體列印製程中均成型出完整的支撐件P1，亦即本發明藉由可拆卸的支撐件而能有效省卻立體列印的時間與成本，同時降低材料的浪費。

另一方面，在本實施例中，在每一次的立體列印過程中，由於立體物件200並非固定，亦即其懸空部210並非具有固定的位置、輪廓與尺寸，因此在前述步驟S133至S137並非能從資料庫中檢索到完全符合條件的支撐件P1。在此所謂完全等於或符合條件，即前述的支撐件P1的長度等於圖像模型的懸空部210相對於基板100的高度，支撐件P1或支撐件P1集合在基板100上的正投影輪廓等於圖像模型的懸空部210在基板100上的正投影輪廓，以及支撐件P1或支撐件P1集合的鄰接面輪廓符合圖像模型的懸空部210的輪廓。據此，後續將分別以不同實施例說明在未能滿足前述完全等於或符合之條件時的資料庫檢索方式。

圖3是圖2的局部放大圖。請同時參考圖1至圖3，以支 撐件P1的長度而言，由於懸空部210並非規則輪廓，因此其相對於基板100的高度L2是會隨著在X-Y平面上的位置不同而改變。據此，在步驟S133中，當資料庫的支撐件未存在完全符合懸空部210之鄰接面輪廓與高度者，便以檢索出小於但接近長度L2條件的支撐件P1為較佳適配條件。如圖3所示，本實施例已選擇高度L1的支撐件P1作為資料庫中最接近懸空部210之高度L2的對象。而後，在步驟S160中，立體列印裝置便能在支撐件P1的基礎上成型出耗材部P2與立體物件200，其中耗材部P2是填置於支撐件P1與懸空部210之間，且耗材部P2的體積小於支撐件P1的體積。換句話說，此舉在立體列印的過程中，僅需在支撐件P1的基礎上成型出體積較小的耗材部P2後便能接著成型立體物件200，亦即無須重新自基板100處成型出完整的支撐結構(即支撐件P1與耗材部P2)，進而得以減少每次成型立體物件200時的材料用量以及製程時間。

值得一提的是，在本實施例中，在立體列印過程中，尚會在支撐件P1與耗材部P2之間形成拆解結構300，其例如是圖3所示的立體式騎縫結構。當完成立體列印後，於步驟S170中從基板100取下立體物件200、支撐件P1和形成其中的耗材部P2，接著在步驟S180中，便能藉由拆解結構300的存在，而將支撐件P1從立體物件200與耗材部P2上移除。接著於步驟S190中，便能藉由加工而將耗材部P2從立體物件200上移除。在此不限定耗材部P2的移除方式，其可以物理方法(如銑削)或化學方式(如 溶解)而移除耗材部P2。最終，於步驟S200中，便能將取下的支撐件P1回收至資料庫，以待下次製程使用。

圖4是本發明另一實施例的一種立體列印方法形成立體物件的局部放大圖。請參考圖4，在本實施例中，在步驟S137中，資料庫並未存在完全符合懸空部210之輪廓f2的支撐件，因此，此時的檢索條件便需以鄰接面f1的輪廓逼近輪廓f2但高度低於輪廓f2的支撐件P1a為對象。據此，如圖4所示，檢索到的支撐件P1a，其鄰接面f1確實符合前述要求。故而在步驟S160與S165中，立體列印裝置便能在基板100與支撐件P1a上形成立體物件200，同時在支撐件P1a與懸空部210之間形成耗材部P2a(以剖面線繪示)。此舉同樣能達到降低材料使用量與提高製程能力的效果。另，同樣地，本實施例亦可在支撐件P1a與耗材部P2a之間形成上述的拆解結構(參考圖3的實施例)，在此便不再贅述。

圖5是圖2的立體物件與支撐件在基板上的正投影視圖。請同時參考圖1、圖2與圖5，並以此說明步驟S135。如前所述，由於立體物件200的懸空部210並非固定輪廓，因此當僅以一個支撐件或資料庫內未存在完全符合懸空部210在基板100上的正投影輪廓D1的支撐件時，便需以多個支撐件P1形成集合並據以逼近前述正投影輪廓D1而作為檢索之條件。據此，在本實施例中，於步驟S135便檢索出多個支撐件P1，其在基板100上的正投影P1a所形成的集合逼近於懸空部210的正投影輪廓D1，且這些支撐件P1在基板100上的正投影面積和小於或等於懸空部 210在基板100上的正投影面積(即正投影輪廓D1所包含的範圍)，故而能用這些支撐件P1來支撐懸空部210。

惟，本發明並未限定上述輪廓逼近的方式。圖6是本發明另一實施例的立體物件與支撐件在基板上的正投影視圖。請參考圖6，在本實施例中，亦可選用不同的支撐件，使這些支撐件在基板100上包含正投影輪廓P1b與P1c同樣能逼近正投影輪廓D2的目的，且具有減少支撐件使用次數與數量的效果。換句話說，本發明能視實際需求而以多種不同排列組合作為支撐件的檢索條件，以選擇符合需求的支撐件。

綜上所述，在本發明的上述實施例中，藉由多種不同規格及型式的支撐件所構成的資料庫，因而得以讓立體列印過程中所需的支撐結構均能從資料庫中搜尋取得，因而得以減少材料的浪費並縮短製程時間與提高製程效率，同時亦讓完成立體列印後的立體物件能降低後續製程處理的複雜度亦減少對於環境的污染。

再者，再從資料庫檢索出支撐件的過程中，其檢索條件隨著懸空部的輪廓，其下方的支撐空間的尺寸規格，以及資料庫現存的支撐件的型式與數量而異。當資料庫並未存在完全符合支撐空間與懸空部輪廓的支撐件時，則需以多個支撐件所形成之集合以逼近所需的尺寸規格。據此，在立體列印時，僅需在檢索到的支撐件上形成小部分的耗材部便能進行列印立體物件，同樣能達到上述效果。

另外，在支撐件與耗材部之間同時立體列印出拆解結構，因而有助於完成立體列印後將支撐件從立體物件(及耗材部)取下支撐件的過程，亦有助於回收支撐件至資料庫。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

S105~S200‧‧‧步驟

Claims (11)

1. 一種立體列印方法，用以在一基板上形成一立體物件，該立體列印方法包括：提供一資料庫，該資料庫包括至少一支撐件；從該資料庫取出至少一支撐件並配置該支撐件於該基板；以及在該基板上與該支撐件上立體列印出該立體物件，其中該立體物件具有相對於該基板的至少一懸空部，該支撐件填置於該懸空部與該基板之間。
2. 如申請專利第1項所述的立體列印方法，還包括：建立該立體物件的一圖像模型，並計算該圖像模型的懸空部相對於基板的高度；以及從該資料庫搜尋該支撐件，且該支撐件的高度小於或等於該懸空部相對於該基板的高度。
3. 如申請專利第2項所述的立體列印方法，還包括：計算該懸空部在該基板上的正投影輪廓；以及從資料庫選擇該支撐件，以使該支撐件在該基板上的正投影輪廓逼近或符合該懸空部在該基板上的正投影輪廓，且該支撐件在該基板上的正投影面積小於或等於該懸空部在該基板上的正投影面積。
4. 如申請專利第3項所述的立體列印方法，還包括：從該資料庫選擇多個支撐件，以使該些支撐件在該基板上的 正投影輪廓逼近或符合該懸空部在該基板上的正投影輪廓，且該些支撐件在該基板上的正投影面積和小於或等於該懸空部在該基板上的正投影面積。
5. 如申請專利第1項所述的立體列印方法，其中該支撐件為柱狀體。
6. 如申請專利第1項所述的立體列印方法，其中該支撐件與該立體物件為相同材質。
7. 如申請專利第1項所述的立體列印方法，其中該懸空部相對於該基板的高度大於該支撐件的高度，該立體列印方法還包括：在該支撐件上立體列印出該懸空部與一耗材部，該耗材部可移除地連接在該懸空部與該支撐件之間。
8. 如申請專利第7項所述的立體列印方法，還包括：在該支撐件與該耗材部之間立體列印出一拆解結構；以及藉由該拆解結構而分離該耗材部與該支撐件。
9. 如申請專利第8項所述的立體列印方法，其中該拆解結構為立體式騎縫線結構。
10. 如申請專利第7項所述的立體列印方法，其中該耗材部的體積小於該支撐件的體積。
11. 如申請專利第1項所述的立體列印方法，還包括：回收該支撐件至該資料庫。