TW201527079A - 立體成型物以及立體成型物的製造設備與製造方法 - Google Patents

Abstract

一種立體成型物以及立體成型物的製造設備與製造方法。立體成型物的製造設備包括承載模組、材料供應模組以及能量源模組。承載模組適於固持初坯。材料供應模組提供粉末狀材料，使粉末狀材料附著於初坯上。能量源模組提供光源以朝向初坯照射。承載模組適於旋轉初坯，讓附著於初坯上的粉末狀材料轉向能量源模組以受光源照射而形成燒結層，並且初坯轉動時粉末狀材料持續附著於初坯上。

Description

立體成型物以及立體成型物的製造設備與製造方法

本發明是有關於一種立體成型物以及立體成型物的製造設備與製造方法，且特別是有關於一種具有堆疊的燒結層的立體成型物以及立體成型物的製造設備與製造方法。

積層製造(Additive Manufacturing,AM)技術，亦稱之為加法式製造，其係自三維圖檔擷取出多個切層的二維輪廓，並依據各個切層的二維資料以逐層堆積的方式加工出立體成型物。

有別於傳統減法式(或稱除料式)加工技術，積層製造技術係採用逐層堆積的方式加工出立體成型物，可縮短複雜三維結構的立體成型物的製作時程，免除多道製程及轉換加工器具或設備所需的時間，使得製造方式進入大量客製化(mass customization)的領域，大幅提升製造效率並克服傳統加工方式所遭遇的製造問題。

然而，現行的積層製造技術所面臨的問題，在於立體成 型物的邊緣處受到雷射燒結熔池(welding pool)的影響，以致無法有效掌握立體成型物的尺寸精度(precision)、公差(tolerance)與粗糙度(roughness)。舉例而言，立體成型物的內通道的表面或深寬比(aspect ratio)較大的凹槽，不易進行拋光或研磨等後處理。 另一方面，在加工外型輪廓複雜的產品設計時，需以分段加工的方式才能建構出前述的產品設計，以致其生產速率無法有效提升。

本發明提供一種立體成型物的製造設備，包括承載模組、材料供應模組以及能量源模組。承載模組適於固持初坯。材料供應模組提供粉末狀材料，使粉末狀材料附著於初坯上。能量源模組提供光源以朝向初坯照射，其中承載模組適於旋轉初坯，讓附著於初坯上的粉末狀材料轉向能量源模組以受光源照射而形成燒結層，並且初坯轉動時粉末狀材料持續附著於初坯上。

本發明提供一種立體成型物的製造方法，包括下列步驟。首先，提供立體成型物的製造設備，其包括承載模組、材料供應模組以及能量源模組。承載模組適於固持初坯。接著，利用承載模組轉動初坯，以讓粉末狀材料自材料供應模組附著於初坯的第一區域上。之後，利用承載模組轉動初坯，以讓第一區域轉向能量源模組使光源照射第一區域，而沿預定路徑燒結附著於第一區域的粉末狀材料而形成燒結層。

本發明提供一種立體成型物，包括初坯以及多個燒結 部。多個燒結部配置於初坯上。燒結部包括第一燒結部以及第二燒結部。第一燒結部由沿第一堆疊方向堆疊於初坯上的多個第一燒結層構成。第二燒結部由沿第二堆疊方向堆疊於初坯上的多個第二燒結層構成，其中第一堆疊方向與第二堆疊方向不同。

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

1、2‧‧‧立體成型物

10、40‧‧‧初坯

11‧‧‧凹槽

12‧‧‧第一區域

13‧‧‧第二區域

20、42‧‧‧燒結結構

21‧‧‧第一燒結部

22‧‧‧第二燒結部

23、24‧‧‧燒結部

30‧‧‧通道

100、100A‧‧‧立體成型物的製造設備

110‧‧‧承載模組

111‧‧‧抵接件

112‧‧‧夾頭

113‧‧‧載台

120‧‧‧材料供應模組

121‧‧‧刮除件

130‧‧‧能量源模組

140‧‧‧切削研磨模組

141‧‧‧刀具

150‧‧‧電源供應器

A、B‧‧‧旋轉軸

D‧‧‧光源方向

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

L‧‧‧光源

M‧‧‧粉末狀材料

P‧‧‧預定路徑

R1‧‧‧第一區域

R2‧‧‧第二區域

S1‧‧‧第一燒結層

S2‧‧‧第二燒結層

圖1是本發明一實施例的立體成型物的製造設備的示意圖。

圖2是圖1的承載模組的示意圖。

圖3是圖1的初坯沿剖線I-I的剖面示意圖。

圖4是本發明其他實施例的立體成型物的製造設備的側視圖。

圖5A為本發明一實施例的初坯的示意圖。

圖5B是圖5A的初坯沿剖線J-J的剖面示意圖。

圖6A至圖6C是圖5B的初坯中第一區域使用立體成型物製造設備進行層積製造的流程。

圖7是圖6A的立體示意圖。

圖8A為本發明一實施例經由圖6A至圖6C的製作流程所製作的立體成型物。

圖8B為圖8A沿剖線K-K的剖面示意圖。

圖9是本發明另一實施例使用立體成型物的製造設備所製作的立體成型物。

圖1是本發明一實施例的立體成型物的製造設備的示意圖。圖2是圖1的承載模組的示意圖。請參考圖1與圖2，在本實施例中，立體成型物的製造設備100包括承載模組110、材料供應模組120以及能量源模組130。承載模組110適於固持初坯10，其可包括抵接件111與夾頭112。舉例而言，夾頭112可以是氣壓式或油壓式三爪夾頭，用以夾持初坯10的其中一端。在此，雖然是以三爪夾頭作為舉例說明，但在其他的實施例中，亦可視實際需求而選擇採用四爪夾頭、五爪夾頭或六爪夾頭以夾持初坯10，本發明對此不加以限制。

另一方面，除上述利用夾頭夾持初坯以將初坯固持於承載模組上的實施態樣以外，本發明亦可利用螺絲鎖固的方式以將初坯固持於承載模組上，或者是利用撐開固定裝置嵌入初坯，以撐開固定的方式將初坯固持於承載模組上，本發明對此不加以限制。

具體而言，傳統的三軸加工機包含三個直線移動軸，亦即X軸、Y軸與Z軸等，而本實施例的承載模組110除了包含上述三個直線移動軸外，其更包含平行於X軸的旋轉軸A與平行於Y軸的旋轉軸B。夾頭112設置於可依旋轉軸B旋轉的載台113， 因此當夾頭112夾持初坯10的一端且未以抵接件抵接初坯10的另一端時，可透過載台113的旋轉並以夾頭112作為旋轉支點，使得初坯10環繞旋轉軸B在預設的角度範圍內轉動。另一方面，夾頭112可依旋轉軸A旋轉，因此當夾頭112夾持初坯10且以抵接件111抵接初坯10的另一端時，可透過夾頭112的旋轉，使得初坯10環繞旋轉軸A進行360度轉動。在將初坯10固持於夾頭112與抵接件111之間的情況下，可提高初坯10環繞旋轉軸A進行360度轉動時的穩定度。簡言之，本實施例的承載模組110例如是五軸加工機，適於加工結構複雜的工件，且可提高加工速率與加工精度。

在其他的實施例中，承載模組110亦可為其他形式的五軸加工機，也就是說，除了上述加工自由度的組合外，亦可為三個直線移動軸與平行於X軸的旋轉軸A以及平行於Z軸的旋轉軸等五個軸向的加工自由度的組合，或者是三個直線移動軸與平行於Y軸的旋轉軸B以及平行於Z軸的旋轉軸等五個軸向的加工自由度的組合，本發明對此不加以限制。另一方面，立體成型物的製造設備100更包括切削研磨模組140，其中切削研磨模組140具有刀具141，適於對初坯10進行切削或研磨。承載模組110的X軸、Y軸與Z軸等三個直線移動軸可決定刀具141的加工位置，而旋轉軸A與旋轉軸B等兩個旋轉軸可決定刀具141的加工方向，因此刀具141的加工自由度不易受到初坯10的外型輪廓的限制。

請繼續參考圖1與圖2，在本實施例中，初坯10具有棒狀外 型輪廓，並且初坯10的至少一部份區域的表面為非平面，但不以此為限。在其他的實施例中，初坯10可具有球面狀外型輪廓、非球面狀外型輪廓或是其他的外型輪廓。也就是說，初坯10可以是一個立體結構物，其外型輪廓無需特別的限定，且其外型輪廓可以是透過切削研磨模組140加工成型的或是透過其他加工法製作成型的。

材料供應模組120可容置粉末狀材料M，其中粉末狀材料M可以是金屬粉末或高分子粉末。舉例而言，金屬粉末可以是模具鋼、鋁合金、不銹鋼或鈦合金等材料，但本發明不限於此。另一方面，立體成型物的製造設備100更包括電源供應器150，其中電源供應器150電性耦接於承載模組110與材料供應模組120之間。當初坯10移動靠近材料供應模組120時，粉末狀材料M可藉由靜電力(electrostatic force)的作用附著於初坯10上。在本實施例中，材料供應模組120可以將粉末狀材料M提供給初坯10，並讓粉末狀材料M於初坯10表面鋪設成層。

進一步而言，電源供應器150可輸出1.5千至10千伏特(KV)之間的高壓電源，其一端電性耦接至抵接件111，另一端則電性耦接至材料供應模組120，以令容置於材料供應模組120中粉末狀材料M帶有電荷。因此，當初坯10移動靠近材料供應模組120時，材料供應模組120內帶電的粉末狀材料M可透過靜電力的作用而附著於初坯10。

以金屬粉末的粉末狀材料M為例，在金屬粉末接觸到初 坯10之後，金屬粉末主要是藉由凡得瓦力(van der Waals force)吸附於初坯10，而金屬粉末的粒子之間是藉由內聚力(cohesion)而相互吸引。另一方面，本實施例可更進一步在初坯10上塗佈高阻抗介質例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚氯乙烯(PVC)等，亦或是其他高阻抗材質，以讓金屬粉末更易於附著於初坯10上，進而提高其吸附效果。

另一方面，以高分子粉末的粉末狀材料M為例，不同於金屬粉末的是，高分子粉末主要係藉由殘留靜電力而彼此吸引，並藉由殘留靜電力吸附於初坯10。換言之，雖然高分子粉末的粒子之間仍可藉由內聚力而相互吸引，並藉由凡得瓦力吸附於初坯10，但是這兩種作用力的影響程度遠不及殘留靜電力。

具體而言，高分子粉末的帶電性可以是來自於電源供應器150，由於高分子粉末與金屬粉末之間的材料性質有所差異，因此在材料供應模組120內的粉末狀材料M為高分子粉末的情況下，電源供應器150所輸出的高壓電源的範圍可視需求而調整。

另一方面，即使是在初坯10的至少一部份區域的表面為非平面或初坯10的整個表面為非平面的情況下，粉末狀材料M仍可透過靜電力(electrostatic force)的作用附著於不平整的表面上。換言之，即使初坯10的表面平整度不足亦不易影響到加工速率，藉以讓立體成型物的製造設備100的應用層面更具彈性，有別於現有技術僅能在平整面上鋪設粉料來製作加工成型物。在此，雖然是以電源供應器150的一端電性耦接至抵接件111做為 舉例說明，但在其他的實施例中，電源供應器150的一端亦可電性耦接至夾頭112，當視實際加工需求而有所調整。

圖3是圖1的初坯沿剖線I-I的剖面示意圖。請參考圖1與圖3，在本實施例中，材料供應模組120中可設置有刮除件121例如刮刀。當帶電的粉末狀材料M透過靜電力的作用而附著於初坯10時，粉末狀材料M的厚度不一定符合所需。因此，為了控制粉末狀材料M的堆積厚度與均勻性，可以利用刮除件121來撫平附著於初坯10的粉末狀材料M。詳細而言，當利用承載模組110的五個軸向的加工自由度來平移或轉動初坯10時，刮除件121例如是固定不動的，此時初坯10貼近刮除件121且相對於刮除件121平移或轉動，藉此來撫平附著於初坯10的粉末狀材料M，但本發明不限於此運作模式。

在其他的運作模式中，亦可以是在初坯10固定不動的情況下，沿著三個直線移動軸來移動刮除件121，使得刮除件121貼近初坯10並相對於初坯10平移，藉此來撫平附著於初坯10的粉末狀材料M。此外，在初坯10與刮除件121同時作動的情況下，亦能達成如上述運作模式的效用。

另一方面，粉末狀材料M的厚度也可以通過改變靜電力大小來控制。舉例而言，當粉末狀材料M與初坯10之間的靜電力越大時，粉末狀材料M的厚度可以增加，反之則減少。在另一實施例中，粉末狀材料M(例如高分子粉末)的厚度也可以通過改變附著的時間來控制。舉例而言，藉由降低初坯10的轉動速度， 粉末狀材料M的附著厚度可以增加，反之則減少。

能量源模組130用來提供光源L(例如是雷射光源)以朝 向初坯10照射，其中承載模組110適於依旋轉軸A旋轉初坯10，讓附著於初坯10上的粉末狀材料M轉向能量源模組130以受光源L照射而形成燒結層(圖1未示)，其中為了控制燒結層的厚度與均勻性，可透過切削研磨模組140的刀具141將其不必要的部分予以適當地切削或研磨。另一方面，能量源模組130例如是變焦式能量源模組，其可透過測距裝置例如雷射測距儀(圖未示)掃瞄出初坯10表面的起伏程度，藉以調變能量源模組130的焦距，使得光源L可聚焦在欲燒結的區域以提供足夠用來燒結粉末狀材料M的能量。

同時，能量源模組130與材料供應模組120例如設置於空間中的不同位置。因此，在初坯10固定不動的情形下，材料供應模組120可以提供材料M給初坯10的第一區域R1，而能量源模組130可照射初坯10的第二區域R2，且第一區域R2不同於第一區域R1，也就是說，光源L的照射方向與粉末狀材料M供應給初坯10的供應方向不同。在圖1中，材料供應模組120與能量源模組130彼此相對，但不以此為限。

雖然上述實施例是以可提供雷射光源的能量源模組130做介紹，但在其他實施例中，能量源模組130亦可以是電漿處理裝置，藉由將電漿源攻擊至欲燒結的區域以提供足夠用來燒結粉末狀材料M的能量。

圖4是本發明其他實施例的立體成型物的製造設備的側視圖，其中為求請楚表示與說明，圖4省略繪示抵接件111、夾頭112與電源供應器150。圖1的立體成型物的製造設備100是將材料供應模組120與能量源模組130設置於初坯10的相對兩側，也就是材料供應模組120至初坯10的連線與能量源模組130至初坯10的連線例如夾有180度角。不過，請參考圖4，本實施例的立體成型物的製造設備100A的材料供應模組120至初坯10的連線與能量源模組130至初坯10的連線例如夾有90度角，也就是說，材料供應模組120與能量源模組130之間的相對配置關係可依據加工時的實際需求而調整，並且不侷限於上述說明中材料供應模組120至初坯10的連線與能量源模組130至初坯10的連線之間所夾的角度。具體而言，材料供應模組120與能量源模組130之間的相對配置關係，主要是以能量源模組130所提供的光源L可不受到材料供應模組120的干擾以順利照射至初坯10為原則。

圖5A為本發明一實施例的初坯的示意圖。圖5B是圖5A的初坯沿剖線J-J的剖面示意圖。請同時參照圖5A與圖5B，在本實施例中，初坯10具有多個凹槽11，且各個凹槽11形成於棒狀初坯10的柱面。在本實施例中，各個凹槽11的延伸方向並非平行於棒狀初坯10整體的延伸方向。因此，初坯10安裝於圖1的固定模組110時，各個凹槽11的延伸方向不平行於旋轉軸A。具體而言，初坯10可以是由圓棒狀的結構物經機械加工而形成的，也就是說，這些凹槽11可以是透過圖2的切削研磨模組140的刀 具141加工成型的。當然，凹槽11也可以是透過其他的加工方式製作而成，例如模具成型加工方式、或是沖壓成型加工方式。

圖6A至圖6C是圖5B的初坯中第一區域使用立體成型 物製造設備進行層積製造的流程。圖7是圖6A的立體示意圖。請先參考圖1與圖6A，預定於第一區域12進行層積製造時，可以先利用承載模組110依旋轉軸A旋轉初坯10以將第一區域12轉向材料供應模組120。此時，粉末狀材料M透過靜電力的作用自材料供應模組120附著於初坯10的第一區域12上。在粉末狀材料M附著於第一區域12之後，再利用承載模組110依旋轉軸A旋轉以讓初坯10的第一區域12轉向能量源模組130，使得光源L可以照射於第一區域12。即如上述說明，粉末狀材料M是透過靜電力的作用而附著於初坯10，因此承載模組110在移動或轉動初坯10的過程中，粉末狀材料M不容易因外力作用而掉落。而粉末狀材料M於初坯10上的厚度可以利用靜電力的大小來控制，或是透過刮除件121來調整。

具體而言，立體成型物的製造設備100或100A包括運算控制單元(圖未示)，運算控制單元可依據所要製作的物件輪廓運算出對應的數據資料並將數據資料所對應的控制訊號分別輸出至承載模組110與能量源模組130。如此一來，承載模組110可依據前述控制訊號以在三個直線移動軸上移動初坯10或在兩個轉動軸A、B上轉動初坯10，使得欲燒結的第一區域12面向能量源模組130。而能量源模組130可以依據控制訊號將光源L照射於第一區 域12，並沿預定路徑(圖6A未示)燒結附著於第一區域12的粉末狀材料M而形成燒結層。

舉例而言，能量源模組130可依據運算控制單元的控制訊號讓光源L對附著於第一區域12的粉末狀材料M進行照射。此時，光源L例如以方向D照射於第一區域12上所附著的粉末狀材料M。之後，藉著反覆進行上述旋轉初坯10、提供粉末狀材料M、旋轉初坯10以及提供光源L等步驟，就可以形成多個第一燒結層S1，且這些第一燒結層S1的堆疊方向平行於第一方向D1以形成第一燒結部21。當然，第一燒結部21中各個第一燒結層S1的尺寸與位置也都是依據輸入至運算控制單元的數據資料來決定。

另一方面，如圖7所示，由於承載模組110具有五軸的加工自由度，因此第一燒結層S1可在非平面上連續形成於預定路徑P上，與現行積層製造技術僅在二維平面上形成燒結層以疊出加特定結構或輪廓的燒結部有所不同，也就是說，本發明可大幅提升積層製造技術的加工速率，且可應用於結構複雜的立體成形物的加工。

接著，請參照圖6B，在另一步驟中，進行上述旋轉初坯10、提供粉末狀材料M、旋轉初坯10以及提供光源L的步驟時，為了製作出所預定的外型，初坯10的旋轉角度不同於圖6A的製作過程中所設定的旋轉角度。因此，此步驟所形成的多個第二燒結層S2例如是能量源模組130的光源L仍以方向D照射粉末狀材 料所形成的，也就是說，能量源模組130相對於初坯10是固定不動的，不同燒結層的成型是可藉由旋轉初坯10來完成，而所需旋轉角度可依據運算控制單元的數據資料來決定。

具體而言，藉著反覆進行上述旋轉初坯10、提供粉末狀材料M、旋轉初坯10以及提供光源L等步驟，就可以形成多個第二燒結層S2，且這些第二燒結層S2的堆疊方向平行於第二方向D2以形成第二燒結部22，其中第一方向D1不同於第二方向D2。在此，是以第一方向D1與第二方向D2互為垂直做說明，也就是說，這些第二燒結層S2的堆疊方向垂直於第一燒結層S1的堆疊方向，但本發明不限於此。此外，第二燒結部22所構成的輪廓與凹槽11的輪廓在本實施例中連接成連續的弧形。

在圖6C中，反覆以圖1或圖4的立體成型物的製造設備100或100A進行上述旋轉初坯10、提供材料M、旋轉初坯10以及提供光源L的步驟，並且依據運算控制單元的數據資料來調整每次流程中能量源模組130照射於初坯10的方向與位置而形成其他燒結部23與24。在本實施例中，第一燒結部21、第二燒結部22以及其他燒結部23與24分別是由具有不同堆疊方向的燒結層所構成並且彼此連接而構成燒結結構20。並且，燒結結構20所構成的輪廓與凹槽11的輪廓在剖面中連接成連續的圓形。因此，經由圖6A至圖6C的製作流程，可以將具有凹槽11的初坯10製作成具有中空通道的立體成型物。在此，完成燒結結構20之後，可能有剩餘未燒結的粉末狀材料M附著於成型物表面，因此製作者 可採用沖洗法例如沖水、吹氣等方式將剩餘未燒結粉末狀材料M移除。

在圖6C中，是以截面輪廓為圓形的中空通道做說明，但非用以限制本發明，具體而言，本發明可視實際設計需求並透過上述製造流程加工出不同截面輪廓例如多邊形、橢圓形或不規則形狀的內部通道。另一方面，加工完成後的燒結層可透過圖1的切削研磨模組140的刀具141將其不必要的部分予以適當地切削或研磨。

簡言之，本發明在形成燒結結構之前或是之後，切削研磨模組的刀具可根據運算控制單元的數據資料來切削與研磨初坯與燒結結構至少一者。如此一來，立體成型物的製作方法可以交替使用機械加工與形成燒結結構等兩種技術而有助於加快整體製作時程。值得一提的是，機械加工與形成燒結結構的製作流程不需特別限定先後順序，兩者可以交替進行。也就是說，切削與研磨模組可以對初坯與燒結結構至少一者進行切削、研磨或兩者。在此，機械加工包括了將不必要的區塊或是部分切除以構成所要的外型輪廓，並非限定於表面平滑度的調整與修飾。因此，本發明的切削與研磨模組是可以用來將物件的輪廓由第一外型改變成與第一外型無關的第二外型，而非限定於將物件的輪廓由粗糙的第一外型修飾成平順的第一外型的模組。

此外，請再參見圖5，在旋轉初坯10的過程中，例如是將附著有粉末狀材料M的第一區域12轉向能量源模組130時，第 二區域13可以接近材料供應模組120。如此，粉末狀材料M可透過靜電力的作用附著於第二區域13，且此第二區域13不同於第一區域12。同時，光源L可以照射於第一區域12的粉末狀材料M上，而詳細的加工過程即如上說明，於此不贅述。之後，在第二區域13附著有粉末狀材料M之後，將第二區域13轉向能量源模組130，以讓光源照射L於第二區域13上的粉末狀材料M而將其燒結。如此反覆為之，即能於第一區域12以及第二區域13均形成如圖6C所繪示的中空通道。也就是說，粉末狀材料M供應給初坯10的第二區域13時，第一區域12的粉末狀材料M可以被燒結，反之，粉末狀材料M供應給初坯10的第一區域12時，第二區域13的粉末狀材料M可以被燒結。因此，粉末狀材料M的供應與燒結層的形成可以同時進行，而有助於縮短製作時程。相較於已知技術，必須在粉末狀材料鋪設成層之後才可以進行光源照射的方法而言，本實施例的製作方式可以更為省時。

圖8A為本發明一實施例經由圖6A至圖6C的製作流程所製作的立體成型物。圖8B為圖8A沿剖線K-K的剖面示意圖。請參考圖8A與圖8B，立體成型物1包括初坯10以及形成於初坯10表面的多個燒結結構20。根據上述說明可知，初坯10是具有多個凹槽11的棒狀結構物，且這些凹槽11的延伸方向與初坯10整體的延伸方向不同。各個燒結結構20配置於初坯10上。根據上述說明可知，各燒結結構20包括第一燒結部21、第二燒結部22以及其他燒結部23、24，如圖6C所示。第一燒結部21由堆疊 於初坯10上的多個第一燒結層S1構成，而第二燒結部22由堆疊於初坯10上的多個第二燒結層S2構成，其中這些第一堆燒結層S1的堆疊方向平行於第一方向D1，而這些第二燒結層S2的堆疊方向平行於第二方向D2。另外，燒結部23的堆疊方向可相同於第一燒結部21，而燒結部24的堆疊方向可相同於第二燒結部22，但本發明不限於此。

第一燒結部21、第二燒結部22與其他燒結部23、24彼此接觸。並且，第一燒結部21、第二燒結部22、其他燒結部23、24與初坯10表面(亦即凹槽12)共同圍設出通道30，其中通道30的延伸方向實質上順應著凹槽12的延伸方向。這樣的立體成型物1例如可以是冷卻系統或是機台中的冷卻管。另外，燒結結構20例如可以透過圖1的切削研磨模組140的刀具141適當地切削或研磨。另一方面，視實際的設計需求，上述各燒結部的材質可相同或不同於初坯10的材質，本發明對此不加以限制。

在本實施例中，利用圖1或圖4的立體成型物的製造設備100或100A，可以在初坯10的非平面表面上形成不同堆疊方向的燒結層而製作出所要的通道30。即使初坯10的表面為曲面，仍可以依據所要的設計來形成對應的燒結結構20。因此，立體成型物的製造設備100可以製作各種輪廓的成型物，克服了現有技術無法製作出複雜通道設計的問題。另外，基於機械加工的製作速率快速，初坯10採用機械加工的方式形成了通道30的部分輪廓，使得立體成型物1的製作時程縮短許多。

上述實施例中，通道30主要沿著棒狀的初坯10表面分布，因此立體成型物的製造設備100的承載模組110雖具有五個軸向的加工自由度，但在此可選擇僅執行依旋轉軸A旋轉的動作。然而，根據不同的設計需求，具有五個軸向的加工自由度的承載模組110可透過三個直線移動軸的移動與兩個旋轉軸A、B的轉動等作動方式以製作出預定的成型物。舉例而言，圖9是本發明另一實施例使用立體成型物的製造設備所製作的立體成型物。請參考圖9，立體成型物2包括有初坯40與燒結結構42，其中初坯40具有球狀表面。使用立體成型物的製造設備100製作燒結結構42時，立體成型物的製造設備100的承載模組110可提供五個軸向的加工自由度，以讓所形成的燒結結構42沿著初坯40的球狀表面蜿蜒分布。

綜上所述，本發明提出的立體成型物的製造設備以及使用此製造設備的製造方法可以讓粉末狀材料透過靜電力的作用附著在非平面的表面上。也就是說，即使初坯經由機械加工而具有非平面的表面，仍可以在非平面的初坯表面上形成多個燒結層所構成的燒結部，來完成所要的立體成型物。因此，這樣的製造設備及其製造方法可應用層面更具有彈性。另一方面，製造設備的承載模組可以轉動初坯而形成不同的堆疊方向的燒結層。燒結層之間的堆疊方式可以有不同變化，因此可以製作出複雜輪廓的立體成型物。舉例而言，立體成形物預定要形成有多個內通道，且內通道設計為複雜扭曲的態樣時，使用本發明的製造設備及製造 方法即可以製作完成。相較之下，本發明的製造設備及製造方法克服了僅能形成單一疊層方向的燒結層因而不容易製作複雜輪廓的成型品的問題。其中，立體成型物的製造方法可以交替使用機械加工與形成燒結結構等兩種技術而有助於加快整體製作時程。

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。

10‧‧‧初坯

100‧‧‧立體成型物的製造設備

110‧‧‧承載模組

111‧‧‧抵接件

112‧‧‧夾頭

120‧‧‧材料供應模組

121‧‧‧刮除件

130‧‧‧能量源模組

140‧‧‧切削研磨模組

141‧‧‧刀具

150‧‧‧電源供應器

A‧‧‧旋轉軸

L‧‧‧光源

M‧‧‧粉末狀材料

R1‧‧‧第一區域

R2‧‧‧第二區域

Claims (27)

1. 一種立體成型物的製造設備，包括：一承載模組，適於固持一初坯；一材料供應模組，提供一粉末狀材料，使該粉末狀材料附著於該初坯上；以及一能量源模組，提供一光源以朝向該初坯照射，其中該承載模組適於旋轉該初坯，讓附著於該初坯上的該粉末狀材料轉向該能量源模組以受該光源照射而形成一燒結層，並且該初坯轉動時該粉末狀材料持續附著於該初坯上。
2. 如申請專利範圍第1項所述的立體成型物的製造設備，其中該承載模組適於依多個軸向轉動該初坯。
3. 如申請專利範圍第1項所述的立體成型物的製造設備，其中該初坯的表面為非平面。
4. 如申請專利範圍第1項所述的立體成型物的製造設備，更包括一電源供應器，該電源供應器電性耦接於該承載模組與該材料供應模組之間，當該初坯移動靠近該材料供應模組時，該粉末狀材料藉由靜電力附著於該初坯上。
5. 如申請專利範圍第1項所述的立體成型物的製造設備，其中該承載模組包括一抵接件與一夾頭，該初坯固持於該抵接件與該夾頭之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述的立體成型物的製造設備，其中該材料供應模組包括一刮除件，用以撫平附著於該初坯上的該 粉末狀材料。
7. 如申請專利範圍第1項所述的立體成型物的製造設備，其中該能量源模組為一變焦式能量源模組。
8. 如申請專利範圍第1項所述的立體成型物的製造設備，其中該光源的照射方向與該粉末狀材料供應給該初坯的供應方向不同。
9. 如申請專利範圍第1項所述的立體成型物的製造設備，更包括一切削研磨模組，適於對該初坯與該燒結層至少一者進行切削或研磨。
10. 一種立體成型物的製造方法，包括：提供如申請專利範圍第1項所述的立體成型物的製造設備；利用該承載模組轉動該初坯，以讓該粉末狀材料自該材料供應模組附著於該初坯的一第一區域上；以及利用該承載模組轉動該初坯，以讓該第一區域轉向該能量源模組使該光源照射該第一區域，而沿一預定路徑燒結附著於該第一區域的該粉末狀材料而形成該燒結層。
11. 如申請專利範圍第10項所述的立體成型物的製造方法，更包括重複進行該燒結層的形成步驟，以形成多個第一燒結層，該些第一燒結層堆疊成一第一燒結部，且該些第一燒結層的堆疊方向平行於一第一方向。
12. 如申請專利範圍第11項所述的立體成型物的製造方法，更包括重複進行該燒結層的形成步驟，以形成多個第二燒結層， 該些第二燒結層堆疊成一第二燒結部，且該些第二燒結層的堆疊方向平行於一第二方向，該第一方向不同於該第二方向。
13. 如申請專利範圍第10項所述的立體成型物的製造方法，更包括：利用一切削研磨模組，對該初坯與該燒結層至少一者進行切削或研磨。
14. 如申請專利範圍第10項所述的立體成型物的製造方法，更包括利用一電性耦接於該承載模組與該材料供應模組之間的電源供應器，分別提供電荷至固持於該承載模組上的該初坯以及承載於該材料供應模組中的該粉末狀材料，當該初坯移動靠近該材料供應模組時，該粉末狀材料藉由靜電力附著於該初坯上。
15. 如申請專利範圍第10項所述的立體成型物的製造方法，其中在該承載模組轉動該初坯的過程中，該承載模組適於依多個軸向轉動該初坯。
16. 如申請專利範圍第10項所述的立體成型物的製造方法，更包括：在該材料供應模組設置一刮除件，用以撫平附著於該初坯的該表面的該粉末狀材料。
17. 如申請專利範圍第10項所述的立體成型物的製造方法，其中在燒結附著於該第一區域的該粉末狀材料而形成該燒結層之後，更包括：將剩餘且未燒結的該粉末狀材料自該初坯上移除。
18. 如申請專利範圍第17項所述的立體成型物的製造方法，其中移除未燒結的該粉末狀材料的方法包括沖洗法。
19. 如申請專利範圍第10項所述的立體成型物的製造方法，更包括轉動該初坯讓該粉末狀材料附著於該初坯的一第二區域，且該第二區域不同於該第一區域。
20. 如申請專利範圍第19項所述的立體成型物的製造方法，其中該第二區域附著有該粉末狀材料之後，更包括讓該第二區域轉向該能量源模組以燒結該第二區域上的該粉末狀材料。
21. 如申請專利範圍第19項所述的立體成型物的製造方法，其中該粉末狀材料附著於該第二區域的同時，該光源照射並燒結該第一區域上的該粉末狀材料。
22. 一種立體成型物，包括：一初坯；以及多個燒結結構，配置於該初坯上，該些燒結結構包括：一第一燒結部，由堆疊於該初坯上的多個第一燒結層構成，且該些第一燒結層的堆疊方向平行於一第一方向；以及一第二燒結部，由堆疊於該初坯上的多個第二燒結層構成，且該些第二燒結層的堆疊方向平行於一第二方向，其中該第一方向與該第二方向不同。
23. 如申請專利範圍第22項所述的立體成型物，其中該第一燒結部與該第二燒結部彼此接觸。
24. 如申請專利範圍第22項所述的立體成型物，其中該初坯 表面、該第一燒結部以及該第二燒結部共同圍設出一通道。
25. 如申請專利範圍第22項所述的立體成型物，其中該初坯的表面為非平面。
26. 如申請專利範圍第22項所述的立體成型物，其中該些燒結部至少一者的材質不同於該初坯的材質。
27. 如申請專利範圍第22項所述的立體成型物，其中該些燒結部的材質相同於該初坯的材質。