TW201636189A - 三維列印方法 - Google Patents

Abstract

一種三維列印方法，包括藉由三維列印形成一第一三維物件；對第一三維物件作表面處理，以降低第一三維物件的表面的粗糙度；以一加工混合物包覆第一三維物件，以使加工混合物與第一三維物件的表面有所接觸；加熱加工混合物及第一三維物件，並自加工混合物移除第一三維物件；再加熱加工混合物使其固化，以形成一具有一鏤空區域的第二三維物件。

Description

三維列印方法

本發明是有關於一種加工方法，且特別是有關於一種三維列印方法。

隨著科技發展，三維列印(3D printing)技術及增材製造(Additive Manufacturing，AM)技術已經成為最主要發展的技術之一。上述這些技術屬於快速成型技術的一種，它可以直接藉由使用者設計好的數位模型檔案來直接製造出所需的成品，且成品幾乎是任意形狀的三維實體。現有的三維列印根據各式的機型及材料有多種不同的成型機制，舉凡是液態樹脂、漿料、金屬(例如金屬粉體)或非金屬(例如陶瓷粉體)等材料，皆可透過逐層堆疊累積的方式來構造出所需形狀的三維實體。在過去的模具製造、工業設計等領域，三維列印技術常常被用於製造模型，現在則逐漸被應用於珠寶、鞋類、工業設計、建築、工程、汽車、航空、牙科和醫療產業、教育、土木工程以及其他領域中。

然而，現有的三維列印技術難以在逐層堆疊累積的過程中使所形成的三維實體具有所需的表面粗糙度，因此需要後續的 表面處理過程。但是當所形成的三維實體具有鏤空結構時，三維實體的內表面更難以藉由後續的加工方法來達到所需的粗糙度，進而使三維實體的內表面的品質無法達到所需的要求。

本發明提供一種三維列印方法，其可以使所形成的三維實體具有良好的表面。

本發明的三維列印方法包括藉由三維列印形成一第一三維物件；對第一三維物件作表面處理，以降低第一三維物件的表面的粗糙度；以一加工混合物包覆第一三維物件，以使加工混合物與第一三維物件的表面有所接觸；加熱加工混合物及第一三維物件，並自加工混合物移除第一三維物件；再加熱加工混合物使其固化，以形成一具有一鏤空區域的第二三維物件。

在本發明的一實施例中，對上述的第一三維物件作表面處理的方法包括拋光。

在本發明的一實施例中，上述的鏤空區域對應至第一三維物件的輪廓。

在本發明的一實施例中，上述的第二三維物件具有定義鏤空區域的內表面，且第一三維物件的表面的粗糙度與第二三維物件的內表面的粗糙度的差值小於等於5微米。

在本發明的一實施例中，上述的加工混合物包括一黏著物質、一混合溶劑以及一加工粉體。黏著物質的熔點高於第一三 維物件的熔點，且黏著物質的熔點與第一三維物件的熔點之間的差異介於攝氏100度至攝氏300度之間，且混合溶劑的揮發溫度低於第一三維物件的熔點。

在本發明的一實施例中，上述的三維列印方法在加熱加工混合物及第一三維物件之前加熱並移除混合溶劑，以使黏著物質固化加工粉體。

在本發明的一實施例中，上述的三維列印方法在自加工混合物移除第一三維物件之前將第一三維物件熔化。

在本發明的一實施例中，加工粉體的材料包括金屬材料或陶瓷材料。

在本發明的一實施例中，加工粉體在加工混合物的重量百分比介於70%至90%之間。

在本發明的一實施例中，第一三維物件的材料包括蠟、聚乳酸、熱塑型聚合物或上述的組合。

基於上述，本發明的實施例的三維列印方法可以藉由第一三維物件來形成良好的第二三維物件。

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。

A‧‧‧區域

100‧‧‧第一三維物件

101、201、301‧‧‧表面

200‧‧‧加工混合物

300‧‧‧第二三維物件

圖1A至圖1D是依照本發明的第一實施例的三維列印方法的 流程示意圖。

圖1A至圖1D是依照本發明的第一實施例的三維列印方法的流程示意圖，且為了清楚說明本發明的實施例的三維列印方法，圖1A至圖1D都是以剖面示意圖所繪示。請參照圖1D，本發明的第一實施例的三維列印方法可以製作出第二三維物件300，而且第二三維物件300具有一鏤空區域A。因此，請參照圖1A，本實施例的三維列印方法藉由三維列印形成一第一三維物件100，亦即根據鏤空區域A來形成第一三維物件100。

接著對第一三維物件100作表面處理，以降低第一三維物件100的表面101的粗糙度，亦即根據所欲形成的第二三維物件300在鏤空區域A的內表面301的粗糙度的需求來調整第一三維物件100的表面101的粗糙度。

請參照圖1B，以一加工混合物200包覆完成表面處理後的第一三維物件100，以使加工混合物200與第一三維物件100的表面101有所接觸，亦即使加工混合物200與第一三維物件100接觸的表面201的輪廓與第一三維物件100的表面101的輪廓相同。

請參照圖1C，在第一三維物件100被加工混合物200包覆後，對加工混合物200及第一三維物件100加熱，並自加工混合物200移除第一三維物件100，亦即藉由加熱來留下具有表面 201的加工混合物200。

請參照圖1D，接著再加熱加工混合物200使其固化，以形成具有一鏤空區域A的第二三維物件300。

本實施例的三維列印方式藉由第一三維物件100來讓包覆在第一三維物件100的表面101上的加工混合物200可以形成與表面101互相對應的表面201，且第一三維物件100的表面101可以經由表面處理來調整其粗糙度，進而使與表面101接觸的加工混合物200的表面201可以相似的粗糙度。第二三維物件300是經由加工混合物200加熱固化而成，且加工混合物200的表面201也形成定義鏤空區域A的內表面301，因此也可以輕易的讓第二三維物件300具有良好的粗糙度。

詳細來說，本實施例的第一三維物件100的表面101的粗糙度與第二三維物件300的內表面301的粗糙度的差值小於等於5微米，因此本實施例的三維列印方法所形成的三維物件的內表面可以具有良好的粗糙度。舉例來說，本實施例的第一三維物件100可以藉由表面處理來使第一三維物件100的表面101為粗糙度較低的光滑表面，進而使形成的第二三維物件300可以具有光滑的內表面。

在本實施例中，鏤空區域A對應至第一三維物件100的輪廓，且第一三維物件100的輪廓例如可以藉由電腦輔助設計(Computer Assisted Design,CAD)來定義，亦即藉由一電腦來定義第二三維物件300的輪廓，再經由上述的輪廓中對應的鏤空區 域A的位置來製作出第一三維物件100，但本發明不限於此。換句話說，本實施例的第一三維物件100所占的空間對應到鏤空區域A。

在其他實施例中，第一三維物件100更可以是一中空的外殼，且外殼的外表面與鏤空區域A對應。在其他實施例中，鏤空區域A更可以對應至第一三維物件100的部分表面。

在本實施例中，第一三維物件100的表面處理方式例如包括拋光處理，但本發明不限於此。在其他實施例中，第一三維物件100的表面處理方式更可以藉由研磨、切割、侵蝕等物理方式或化學方式來使第一三維物件100的表面的粗糙度降低。

在本實施例中，加工混合物200包括一黏著物質(未繪示)、一混合溶劑(未繪示)以及一加工粉體(未繪示)，亦即加工混合物200是由可以固化加工粉體的黏著物質、混合溶劑及加工粉體混合而成，藉以使加工混合物200具有可塑性及黏性，進而良好地包覆第一三維物件100。

另一方面，請參照圖1C，在本實施例中，在第一三維物件100自加工混合物200移除之前，混合溶劑會先揮發以使加工粉體及黏著物質固化，接著使第一三維物件100熔化。亦即混合溶劑的揮發溫度低於第一三維物件100的熔點，且黏著物質的熔點高於第一三維物件100的熔點，且黏著物質的熔點與第一三維物件100的熔點之間的差異介於攝氏100度至攝氏300度之間。因此，當第一三維物件100被加熱到開始熔化時，黏著物質仍然 不會熔化，進而使加工粉體及黏性物質在熔化的第一三維物件100流出後可以維持包覆第一三維物件100時的外型。在本發明的實施例中，加熱移除第一三維物件100的方式並不限於上述將第一三維物件100熔化的方式，第一三維物件100更可以因加熱汽化、氧化而自加工混合物200移除。在另一實施例中第一三維物件100更可以藉由泡入一適於選擇性溶解第一三維物件100的溶劑中來將第一三維物件100自加工混合物200移除，本發明不限於此。

在其他實施例中，加工混合物200更可以由其他溶劑混合而成，而上述溶劑更可以例如是藉由照射特定波長的光來讓溶劑固化或其他適合固化溶劑的物理方式或化學方式，本發明不限於此。

本實施例的第一三維物件100的材料例如包括蠟，但本發明不限於此。在其他實施例中，第一三維物件100更可以是由聚乳酸、熱塑型聚合物或上述的組合的材料形成。

另一方面，本實施例的加工混合物200的加工粉體的材料包括金屬材料，而加熱固化加工混合物200的方法例如是將加工混合物200加熱至上述金屬材料的燒結溫度，並使加工粉體中的金屬材料燒結成形，進而使加工混合物200固化成第二三維物件300。

在其他實施例中，加工混合物200的材料更可以包括陶瓷材料，而加熱固化加工混合物200的方法例如是將加工混合物200加熱至陶瓷材料的燒結溫度來使上述的陶瓷材料的燒結。

更具體來說，在本發明的實施例中，加工混合物200更可以例如是陶瓷黏土，且加工粉體(亦即陶瓷材料)在加工混合物200的重量百分比介於70%至90%之間。

詳細來說，在上述的實施例的三維加工方法中，加工混合物200及第一三維物件100在加熱過程中會先使揮發溶劑揮發，接著再升溫使第一三維物件100藉由例如是熔化的方式移除，再接著升溫至例如是攝氏500至600度來使黏結劑自加工混合物200中移除，最後再升溫至加工粉體的燒結溫度，因此可形成良好的第二三維物件300，但本發明不限於此。在本發明的其他實施例中，加工混合物200更可以是金屬黏土或泥漿，且在上述的加熱過程中更可以使加工混合物200及第一三維物件100放置於真空度例如是10^-3至10^-6托(Torr)的加熱空間中或通有流動的氮氣、氫氣、空氣、惰性氣體或上述的氣體的混合的加熱空間中，藉以增加第一三維物件100的移除效率，同時也可以加速排除第一三維物件100在加熱過程中所產生的氣體。舉例來說，在本發明的一實施例中，當加工混合物例如具有金屬材料時，則加熱空間可以讓比例例如是9：1的氮氣及氫氣混合還原氣體流通。在本發明的另一實施例中，當加工混合物例如具有陶瓷材料時，則加熱空間可以讓空氣流通，本發明不限於此。因為本發明的實施例的三維列印方法會先將第一三維物件移除後才使第二三維物件固化，因此第二三為物件可以形成有良好的鏤空區域。更具體來說，本發明的實施例的三維列印方法是可以用來做異型水路設計，且不需 使用高成本的雷射三維列印，就可以以金屬或陶瓷材料成型所需的內部水路。

另一方面，上述實施例中的加熱方式例如可以是藉由微波加熱或其他適當的電磁波加熱方式，加熱方式更可以是藉由一加熱板來以傳導的方式加熱，本發明不限於此。

綜上所述，本發明的實施例的三維列印方法可以藉由第一三維物件來讓加工混合物的表面藉由接觸第一三維物件的表面來具有適當地粗糙度，而第二三維物件是由加工混合物固化而成，因此定義第二三維物件的鏤空區域的內表面具有良好的粗糙度。另一方面，由於本發明的實施例的三維列印方法可以藉由第一三維物件來使所形成的第二三維物件具有良好的表面，且過程中不需額外的雷射處理或表面加工，因此可以提供一個良好、便宜且安全的三維列印方法。

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。

100‧‧‧第一三維物件

201‧‧‧表面

200‧‧‧加工混合物

Claims (10)

1. 一種三維列印方法，包括：藉由三維列印形成一第一三維物件；對該第一三維物件作表面處理，以降低該第一三維物件的表面的粗糙度；以一加工混合物包覆該第一三維物件，以使該加工混合物與該第一三維物件的表面有所接觸；加熱該加工混合物及該第一三維物件，並自該加工混合物移除該第一三維物件；再加熱該加工混合物使其固化，以形成一具有一鏤空區域的第二三維物件。
2. 如申請專利範圍第1項所述的三維列印方法，其中對該第一三維物件作表面處理的方法包括拋光。
3. 如申請專利範圍第1項所述的三維列印方法，其中該鏤空區域對應至該第一三維物件的輪廓。
4. 如申請專利範圍第1項所述的三維列印方法，其中該第二三維物件具有一定義該鏤空區域的內表面，且該第一三維物件的表面的粗糙度與該第二三維物件的該內表面的粗糙度的差值小於等於5微米。
5. 如申請專利範圍第1項所述的三維列印方法，其中該加工混合物包括一黏著物質、一揮發溶劑以及一加工粉體，其中該黏著物質的熔點高於該第一三維物件的熔點，且該黏著物質的熔點 與該第一三維物件的熔點之間的差異介於攝氏100度至攝氏300度之間，且該揮發溶劑的揮發溫度低於該第一三維物件的熔點。
6. 如申請專利範圍第5項所述的三維列印方法，其中加熱該加工混合物及該第一三維物件之前更包括：加熱移除該混合溶劑，以使該黏著物質固化該加工粉體。
7. 如申請專利範圍第5項所述的三維列印方法，其中自該加工混合物移除該第一三維物件之前更包括：熔化該第一三維物件。
8. 如申請專利範圍第5項所述的三維列印方法，其中該加工粉體的材料包括金屬材料或陶瓷材料。
9. 如申請專利範圍第5項所述的三維列印材料，其中該加工粉體在該加工混合物的重量百分比介於70%至90%之間。
10. 如申請專利範圍第1項所述的三維列印方法，其中該第一三維物件的材料包括蠟、聚乳酸、熱塑型聚合物或上述的組合。