TW201630674A

TW201630674A - 三維列印材料

Info

Publication number: TW201630674A
Application number: TW104106357A
Authority: TW
Inventors: 陳正士; 楊景明
Original assignee: 優克材料科技股份有限公司
Priority date: 2015-02-26
Filing date: 2015-02-26
Publication date: 2016-09-01

Abstract

一種三維列印材料，其包括錫粉末或錫合金粉末，以及高分子材料，其中以三維列印材料的總重量計，錫粉末或錫合金粉末的含量為30wt%至90wt%，高分子材料的含量為10wt%至70wt%。

Description

三維列印材料

本發明是有關於一種列印材料，且特別是有關於一種三維列印材料。

三維列印(或稱立體列印)技術包括不同類型，其中熔融沉積成型法(Fused Deposition Modeling，FDM)製作成本便宜且裝置結構簡單，常被廣泛應用。目前熔融沉積成型法的製作過程包括將例如是一般樹脂、耐龍樹脂或可塑性樹脂等線材(filament)加溫至熔點以上以形成熔融的流體材料，再將流體材料擠出至成型台上。

另外，在目前技術中，為了透過使用熔融沉積成型法來製造具有金屬光澤的成型品，通常需要在打磨之後，再進行例如是噴漆或化學電鍍等的加工步驟。然而，前述方法不但步驟複雜且製造時間長，所生成的金屬光澤表面也容易因製程條件難以控制而導致塗層或鍍層的厚度太厚進而發生剝落的問題，使得成型品本身的精確度差。因此，在熔融沉積成型法的開發中，如何在所列印出之三維成型物具有美觀及節省時間的前提下開發出新穎的線材為此領域當前重要的研究議題之一。

本發明提供一種三維列印材料，其可應用於熔融沉積成型法。

本發明的三維列印材料包括錫粉末或錫合金粉末，以及高分子材料，其中以三維列印材料的總重量計，錫粉末或錫合金粉末的含量為30wt%至90wt%，高分子材料的含量為10wt%至70wt%。

在本發明的一實施方式中，上述的錫合金粉末是預合金粉末或混合粉末。

在本發明的一實施方式中，上述的錫合金粉末的材質包括錫銅合金、錫銀合金、錫鉛合金、錫鉍合金、錫鋅合金、錫銀銅合金或錫銀銅鎳合金。

在本發明的一實施方式中，上述的高分子材料包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(acrylonitrile-butadiene-styrene terpolymer，簡稱ABS)、聚乳酸(polylactic acid，簡稱PLA)、聚丙烯(polypropylene，簡稱PP)、高密度聚乙烯(high density polyethylene，簡稱HDPE)、尼龍(nylon)或其混合物。

在本發明的一實施方式中，以上述的三維列印材料的總重量計，錫粉末或錫合金粉末的含量為50wt%至80wt%，高分子材料的含量為20wt%至50wt%。

在本發明的一實施方式中，上述的錫粉末或錫合金粉末的粒徑為100nm至50μm。

由於本發明所提出的三維列印材料包括具有特定配比的錫粉末或錫合金粉末以及高分子材料，在使三維列印材料熔融後能夠形成具有良好流動性及成型性的材料。如此一來，本發明所提出的三維列印材料可適用於熔融沉積成型法，並能夠在不需額外進行加工處理的前提下製得在進行打磨程序後即具有銀白色的金屬光澤的三維成型品，藉此使得在製程上具有節省時間及成本的優勢。此外，前述金屬光澤表面不易剝落，而能夠維持較長的時間，使得所述成型品適合長期擺放。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施方式作詳細說明如下。

本發明的一實施方式提出一種三維列印材料，其至少包括錫粉末或錫合金粉末以及高分子材料。以下將詳細說明上述兩種成分。在本文中，由「一數值至另一數值」表示的範圍，是一種避免在說明書中一一列舉該範圍中的所有數值的概要性表示方式。因此，某一特定數值範圍的記載，涵蓋該數值範圍內的任意數值以及由該數值範圍內的任意數值界定出的較小數值範圍，如同在說明書中明文寫出該任意數值和該較小數值範圍一樣。

在本實施方式中，以三維列印材料的總重量計，錫粉末或錫合金粉末的含量為30wt%至90wt%，較佳為50wt%至80wt%。若錫粉末或錫合金粉末的含量低於30wt%，則由三維列材料所製得的成型品將無法顯示出平滑的金屬光澤，反而出現不連續面；若錫粉末或錫合金粉末的含量高於90wt%，則因固體含量太高而無法使得三維列印材料進行均勻地混和，進而造成錫粉末或錫合金粉末殘留擠出機中。

另外，錫合金粉末可以是預合金粉末或混合粉末。詳細而言，當錫合金粉末是預合金粉末時，可透過球磨機將錫粉末與其他金屬粉末進行高速球磨以使兩者產生機械合金化來得到；而當錫合金粉末是混合粉末時，可藉由將錫粉末與其他金屬粉末攪拌均勻而得。

另外，錫合金粉末的材質包括錫銅合金、錫銀合金、錫鉛合金、錫鉍合金、錫鋅合金、錫銀銅合金或錫銀銅鎳合金。也就是說，錫合金粉末的材質可以是以錫為主體，再加上其他金屬元素所組成的二元合金或多元合金。

另外，錫粉末或錫合金粉末的粒徑例如是100nm至50μm，較佳是20μm至50μm。

在本實施方式中，以三維列印材料的總重量計，高分子材料的含量為10wt%至70wt%，較佳為20wt%至50wt%。若高分子材料的含量低於10wt%，則因固體含量太高而無法使得三維列印材料進行均勻地混和，進而造成錫粉末或錫合金粉末殘留擠出機中；若高分子材料的含量高於70wt%，則由三維列材料所製得的成型品會出現金屬光澤不連續現象。

另外，高分子材料包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(acrylonitrile-butadiene-styrene terpolymer，ABS)、聚乳酸(polylactic acid，PLA)、聚丙烯(polypropylene，PP)、高密度聚乙烯(high density polyethylene，HDPE)、尼龍(nylon)或其混合物。也就是說，高分子材料可單獨使用一種化合物，亦可混合使用兩種以上的化合物。具體而言，當高分子材料為混合物時，高分子材料可以是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物與聚乳酸的混合物、聚乳酸與聚丙烯的混合物或聚乳酸/聚胺-表氯醇樹脂(polylactic acid/polyamine-epichlorohydrin，簡稱PLA/PED)、聚乳酸/聚羥基脂肪酸酯(polylactic acid/polyhydroxyalkanoates，簡稱PLA/PHA)、聚乳酸/聚己二酸亞乙基酯(polylactic acid/polyethylene adipate，簡稱PLA/PEA)、聚乳酸/聚(1,4-丁烯己二酸酯)(polylactic acid/poly(1,4-butylene adipate)，簡稱PLA/PBA)、聚乳酸/聚N,N-二甲基丙烯醯胺(polylactic acid/poly(N,N-dimethylacrylamide)，簡稱PLA/PDEA)、聚乳酸/聚(甲基丙烯酸甲酯)(polylactic acid/polymethyl methacrylate，簡稱PLA/PMMA)。

值得說明的是，本實施方式的三維列印材料可適用於熔融沉積成型法或類似技術的三維列印製程。也就是說，利用三維列印裝置將三維列印材料熔融並擠出後，可得到逐層堆疊出的三維成型物。

進一步而言，如上所述，三維列印材料包括含量為30wt%至90wt%的錫粉末或錫合金粉末以及含量為10wt%至70wt%的高分子材料，而藉由將三維列印材料加熱至高於高分子材料的熔融溫度的溫度時，高分子材料能夠熔融而形成具有適當黏度的液態高分子材料，而錫粉末或錫合金粉末因在空氣中表面容易發生氧化，使得其不會熔融而仍以內部是金屬錫或錫合金的粉末型態存在，藉此在經由混煉步驟後，未熔融的錫粉末或錫合金粉末能均勻分佈在熔融的高分子材料中進而形成良好的線材材料。如此一來，在進行三維列印時，所述材料不但能夠在適當的壓力下由擠出頭擠出而避免擠出頭阻塞，還能夠在打磨之後直接得到具有銀白色金屬光澤的產品，進而得到具有低成本、短製程時間、良好強度、美觀且尺寸符合規格的模型或工藝品。也就是說，透過使用本發明的三維列印材料進行三維列印，不但能夠達成良好的列印品質、列印精度及生產效率，還能夠得到具有美觀及良好強度的成型品。具體而言，透過本發明的三維列印材料所製得的成型品的強度及硬度與由習知三維列印材料(即僅含有高分子材料)所製成的產品的強度及硬度相差不大。

另外，如上所述，透過使用本發明的三維列印材料所得到的成型品在進行打磨程序後，能夠呈現銀白色的金屬光澤，藉此增加了所述成型品的應用性。

在下文中，將以熔融沉積成型法為例說明使用本發明的三維列印材料進行三維列印的程序。

首先，將包括適當配比的錫粉末或錫合金粉末與高分子材料的三維列印材料加熱至高於高分子材料的熔融溫度的溫度(約180℃至220℃)並進行混煉，以得到一流體材料。混煉的方法例如是使用混煉機搭配射出機、或塑膠射出機等的裝置來進行。流體材料的黏度例如是10⁵cps至10⁸cps。接著，將所述流體材料擠出成為線材。擠出的方法例如是使用塑膠射出機等的裝置來進行。繼之，將所得線材置入例如是Deltabox、Prusa i3等的三維印表機的容置槽中，並同樣以高於高分子材料的熔融溫度的溫度(約180℃至220℃)對線材進行加熱後，以適當的壓力將呈熔融狀態的線材由擠出頭擠出至成型台上，接著使其固化。之後，利用三維印表機反復執行前述步驟，便可逐層堆疊出欲形成的三維成型品。

另外，在前述程序中，雖然三維列印材料會先進行混煉並製成線材後才以線材的形式進行熔融沉積成型法，但本發明的三維列印材料的應用並不限於此。依據不同的進料方式，使用本發明的三維列印材料進行三維列印的程式也可以包括以下步驟。首先，製備三維列印材料，即將適當配比的錫粉末或錫合金粉末與高分子材料均勻地混合。混合的方法例如是使用摻合機、攪拌器等的物理方式進行攪拌。接著，將所製得的三維列印材料直接以粉末的形式置入例如是Deltabox、Prusa i3等的三維印表機的容置槽中，並同樣以高於高分子材料的熔融溫度的溫度(約180℃至220℃)對三維列印材料進行加熱，以得到黏度例如是10⁵cps至10⁸cps的流體材料。之後，同樣以與前述程序相同的步驟進行三維成型品的製作。

綜上所述，上述實施方式所提出的三維列印材料包括具有特定配比的錫粉末或錫合金粉末以及高分子材料，藉此三維列印材料在熔融後得以形成適用於熔融沉積成型法或類似技術的三維列印製程。如此一來，透過所述三維列印材料所製得的三維成型品不但具有低成本、短製程時間及良好強度的特點，還可以在進行打磨程序後就具有銀白色的金屬光澤。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，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。

Claims

一種三維列印材料，包括：錫粉末或錫合金粉末；以及高分子材料，其中以所述三維列印材料的總重量計，所述錫粉末或所述錫合金粉末的含量為30wt%至90wt%，所述高分子材料的含量為10wt%至70wt%。
如申請專利範圍第1項所述的三維列印材料，其中所述錫合金粉末是預合金粉末或混合粉末。
如申請專利範圍第1項所述的三維列印材料，其中所述錫合金粉末的材質包括錫銅合金、錫銀合金、錫鉛合金、錫鉍合金、錫鋅合金、錫銀銅合金或錫銀銅鎳合金。
如申請專利範圍第1項所述的三維列印材料，其中所述高分子材料包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(acrylonitrile-butadiene-styrene terpolymer，ABS)、聚乳酸(polylactic acid，PLA)、聚丙烯(polypropylene，PP)、高密度聚乙烯(high density polyethylene，HDPE)、尼龍(nylon)或其混合物。
如申請專利範圍第1項所述的三維列印材料，其中以所述三維列印材料的總重量計，所述錫粉末或所述錫合金粉末的含量為50wt%至80wt%，所述高分子材料的含量為20wt%至50wt%。
如申請專利範圍第1項所述的三維列印材料，其中所述錫粉末或所述錫合金粉末的粒徑為100nm至50μm。