TW201637823A - 光固化三維列印裝置 - Google Patents

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TW201637823A TW104112680A TW104112680A TW201637823A TW 201637823 A TW201637823 A TW 201637823A TW 104112680 A TW104112680 A TW 104112680A TW 104112680 A TW104112680 A TW 104112680A TW 201637823 A TW201637823 A TW 201637823A
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陳正士
賴元泰
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優克材料科技股份有限公司
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Abstract

一種光固化三維列印裝置，其包括一光源模組、光固化溶液以及一容納光固化溶液的儲液槽。儲液槽包括配置於相對二側的一第一電極以及一第二電極。第一電極及第二電極用以產生一電場於位於儲液槽中的成型區域中，且光源模組發出的光束通過成型區域以將成型區域中的光固化溶液固化為一三維物體。

Description

光固化三維列印裝置
本發明是有關於一種加工設備，且特別是有關於一種光固化三維列印裝置。
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。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。
在現有的三維列印技術當中，光固化三維列印裝置藉由立體微影技術(stereolithography)來在高分子液體中形成三維物體，因此上述的高分子液體都需要具有光固化的特性。然而，隨著人們對於三維列印技術的需求的提昇，上述具有光固化的特性 的高分子材料已經無法符合人們製作三維物體的需求。
本發明提供一種光固化三維列印裝置，其可以製作出具有良好材質的三維物體。
本發明的光固化三維列印裝置，包括一光源模組、光固化溶液以及一容納光固化溶液的儲液槽。儲液槽包括配置於相對二側的一第一電極以及一第二電極。第一電極及第二電極用以產生一電場於位於儲液槽中的成型區域中，且光源模組發出的光束通過成型區域以將成型區域中的光固化溶液固化為一三維物體。
在本發明的一實施例中，上述的光固化溶液包括光固化高分子以及混合物質。光固化高分子的介電係數的範圍小於等於10，混合物質的介電係數的範圍落於100至20000之間。
在本發明的一實施例中，上述的混合物質的材質包括氧化鋁(Aluminum oxide,Al2O3)、二氧化矽(Silicon dioxide,SiO2)、二氧化鋯(Zirconium dioxide,ZrO2)、二氧化鈦(Titanium dioxide,TiO2)或奈米碳管。
在本發明的一實施例中，上述的光固化高分子的材質包括丙烯酸酯(acrylic resin)、不飽和聚酯(unsaturated polyester)和環氧樹脂(epoxy resin)。
在本發明的一實施例中，上述的光固化三維列印裝置更包括一載台。三維物體成型於載台上，且載台適於沿著一移動方 向自成型區域中移出。
在本發明的一實施例中，上述的儲液槽具有一底面，且載台位於成型區域及底面之間。
在本發明的一實施例中，上述的載台位於儲液槽中，且載台適於沿著移動方向自成型區域往底面移動。
在本發明的一實施例中，上述的儲液槽具有一透光底面，且成型區域位於載台及透光底面之間。
在本發明的一實施例中，上述的載台適於沿著移動方向自成型區域遠離透光底面。
在本發明的一實施例中，上述的電場的方向垂直於移動方向。
基於上述，本發明的實施例的光固化三維列印裝置的儲液槽可以施加電場於成型區域中的光固化溶液，進而形成具有良好材質的三維物體。
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、B‧‧‧成型區域
d1‧‧‧方向
E‧‧‧電場
L、L1‧‧‧光束
100、100A‧‧‧光固化三維列印裝置
110、110A‧‧‧光源模組
112、112A‧‧‧發光單元
114‧‧‧光學振鏡
114A‧‧‧光閥
116A‧‧‧透鏡
120、120A‧‧‧光固化溶液
121、121A‧‧‧三維物體
122‧‧‧光固化高分子
124‧‧‧混合物質
130、130A‧‧‧儲液槽
132、132A‧‧‧第一電極
134、134A‧‧‧第二電極
136‧‧‧底面
136A‧‧‧透光底面
140、140A‧‧‧載台
142A‧‧‧螺桿
144A‧‧‧傳動馬達
圖1A是依照本發明的第一實施例的一種光固化三維列印裝置的示意圖。
圖1B是依照本發明的第一實施例的儲液槽的示意圖。
圖2是依照本發明的第二實施例的一種光固化三維列印裝置的示意圖。
圖1A是依照本發明的第一實施例的一種光固化三維列印裝置的示意圖。請參照圖1A，在本發明的第一實施例中，光固化三維列印裝置100包括一光源模組110、光固化溶液120以及一容納光固化溶液120的儲液槽130。儲液槽130包括配置於相對二側的一第一電極132以及一第二電極134。
在本實施例中，第一電極132例如是提供一正電壓，第二電極134例如是提供一負電壓，且第一電極132及第二電極134用以產生一電場E於位於儲液槽130中的成型區域A中。光源模組110發出一光束L，且光束L通過成型區域A以將成型區域A中的光固化溶液120固化為一三維物體121。
由於本實施例的儲液槽130藉由第一電極132及第二電極134產生一電場E於成型區域A中，因此在成型區域A中的光固化溶液120的混合物可以均勻分佈其中，進而使形成的三維物體121具有良好的材質。
圖1B是依照本發明的第一實施例的儲液槽的示意圖。此處為了清楚說明本發明的實施例的光固化三維列印裝置100中各元件的相對關係及其所能帶來之功效，因此在圖1B中以放大繪示了部分元件及粒子，進而清楚說明本實施例之光固化三維列印裝 置100所能帶來的功效，其並非用以限定本發明。詳細來說，請參照圖1A及圖1B，上述的光固化溶液120包括光固化高分子122以及混合物質124。光固化高分子122的介電係數的範圍小於等於10，而混合物質124的介電係數的範圍落於100至20000之間，因此當電場E施加於成型區域A時，成型區域A中的光固化高分子122及混合物質124可以均勻的混合，且混合物質124可以均勻的排列於光固化高分子122之間，進而使三維物體121的材質中具有混合物質124。
上述的混合物質的材質包括氧化鋁(Aluminum oxide,Al2O3)、二氧化矽(Silicon dioxide,SiO2)、二氧化鋯(Zirconium dioxide,ZrO2)、二氧化鈦(Titanium dioxide,TiO2)或奈米碳管。因此，本實施例的光固化三維列印裝置100例如可以藉由添加具有二氧化鋯的混合物質124來使光固化溶液120所形成的三維物體121具有良好的硬度。本實施例的光固化三維列印裝置100更可以藉由添加具有上述的其中之一或上述至少任二的混合物來使光固化溶液120所形成的三維物體121具有適當的材質特性。
另一方面，本實施例的光固化高分子的材質包括丙烯酸酯(acrylic resin)、不飽和聚酯(unsaturated polyester)和環氧樹脂(epoxy resin)，因此上述具有介電係數的混合物質124可以藉由電場E均勻的混合於光固化溶液120之中。
本實施例的光固化三維列印裝置100更包括一載台140。三維物體121成型於載台140上，且載台140適於沿著一移 動方向d1自成型區域A中移出。換句話說，本實施例的光固化三維列印裝置100在形成三維物體121前會先將載台140移至成型區域A中，進而利用光源模組110所發出的光束L來在載台140上形成部分三維物體121。接著，沿著移動方向d1移動載台140來使三維物體121可以依序沿著移動方向d1形成。
具體來說，本實施例的載台140位於儲液槽130的底面136及成型區域A之間，且載台140適於在儲液槽130中沿著移動方向d1自成型區域A往底面136移動，亦即三維物體121會形成於儲液槽130中。由於本實施例的第一電極132和第二電極134在成型區域A的相對兩側提供電場E，且電場E的方向垂直於移動方向d1，因此本實施例的光固化三維列印裝置100可以藉由上述的成型方式來有效率地形成具有良好材質的三維物體121。
本發明的實施例的電場E的方向並不限於垂直於移動方向d1，在其他實施例中的光固化三維列印裝置的儲液槽中更可以視其所承載的光固化溶液中所含的材質及所需的分佈方式來施加不同方向的電場於儲液槽中。在另一其他實施例中更可以視需求來施加多個不同方向的電場於儲液槽中，藉以使光固化溶液中的混合物質具有良好的分佈情形。
本發明的第一實施例的光源模組100例如包括發光單元112及光學振鏡114。發光單元112發出的光束L可以藉由光學振鏡114來反射至成型區域A上，且光學振鏡114還可以改變光束L反射後的傳遞方向，進而可以選擇性的固化成型區域A中的光 固化溶液120。換句話說，本實施例的光固化三維列印裝置100可以藉由立體微影技術來形成三維物體121，且光源模組100可以照射成型區域A中的光固化溶液120來固化多層固體層，且這些固體層沿著方向d1堆疊成三維物體121。
圖2是依照本發明的第二實施例的一種光固化三維列印裝置的示意圖。請參照圖2，在本發明的第二實施例中，光固化三維列印裝置100A包括光源模組110A、光固化溶液120A以及容納光固化溶液120A的儲液槽130A。儲液槽130A包括配置於相對二側的第一電極132A以及第二電極134A，且第一電極132A及第二電極134A用以產生一電場E於成型區域A中。
本實施例的光源模組110A不同於上述第一實施例的光源模組110，本實施的光源模組110A包括發光單元112A、光閥114A及透鏡116A。本實施例的光閥114A例如是數位微反射鏡元件(Digital Micromirror Device,DMD)，發光單元112A發出的光束經由光閥114A反射，而光閥114A所反射的光束L1再經由透鏡116A投射於成型區域B，進而使成型區域B中的光固化溶液120A可以固化為一三維物體121A。換句話說，本實施例的光源模組110A例如是投影裝置，其可以依據欲形成的三維物體121A的輪廓來分層形成各層的圖形，進而沿著方向d1堆疊出三維物體121A。
本實施例的光固化三維列印裝置100A更包括載台140A，且載台140A不同於上述第一實施例的載台140。詳細來說， 本實施例的儲液槽130A具有一透光底面136A，且成型區域B位於載台140A及透光底面136A之間，因此光源模組110A所發出的光束L1可以穿透透光底面136A來照射位於儲液槽130A底部的成型區域B中的光固化液體120A。由於本實施例的儲液槽130A藉由第一電極132A及第二電極134A產生電場E於成型區域B中，因此在成型區域B中的光固化溶液120A的混合物可以均勻分佈其中，進而使形成的三維物體121A具有良好的材質。
本實施例的載台140可以沿著方向d1自成型區域B移出，且載台140A適於沿著移動方向d1自成型區域B遠離透光底面136A。詳細來說，本實施例的載台140A連接有一螺桿142A及傳動馬達144A，進而使載台140A可以沿著方向d1移動。當光源模組110A發出的光束L1固化成型區域B中的光固化溶液120A的同時，藉由載台140A的移動可以依序形成多層固體層，進而沿著方向d1堆疊出具有良好材質的三維物體121A。
在本發明的上述實施例中，第一電極及第二電極例如是金屬電極所形成，但本發明不限於此。在其他實施例中，第一電極及第二電極的材質更可以視光固化溶液的材質來調整。
綜上所述，本發明的實施例的光固化三維列印裝置的儲液槽在兩側具有第一電極及第二電極，因此可以施加電場於成型區域中，進而使成型區域中的光固化溶液可以均勻混合。因此，當所述的光固化三維列印裝置的光源模組提供光束來固化光固化溶液時，其所形成的三維物體可以具有良好的材質。
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。
A‧‧‧成型區域
d1‧‧‧方向
E‧‧‧電場
L‧‧‧光束
100‧‧‧光固化三維列印裝置
110‧‧‧光源模組
112‧‧‧發光單元
114‧‧‧光學振鏡
120‧‧‧光固化溶液
121‧‧‧三維物體
130‧‧‧儲液槽
132‧‧‧第一電極
134‧‧‧第二電極
136‧‧‧底面
140‧‧‧載台

Claims (10)

  1. 一種光固化三維列印裝置，包括：一光源模組；光固化溶液；以及一儲液槽，容納該光固化溶液，該儲液槽包括：一第一電極；以及一第二電極，該第一電極及該第二電極配置於該儲液槽的相對二側，且該第一電極及該第二電極用以產生一電場於該成型區域中，其中該光源模組發出一光束，該光束通過一位於該儲液槽中的成型區域，以將該成型區域中的該光固化溶液固化為一三維物體。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光固化三維列印裝置，其中該光固化溶液包括光固化高分子以及混合物質，該光固化高分子的介電係數的範圍小於等於10，該混合物質的介電係數的範圍落於100至20000之間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的光固化三維列印裝置，其中該混合物質的材質包括氧化鋁、二氧化矽、二氧化鋯、二氧化鈦或奈米碳管。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的光固化三維列印裝置，其中該光固化高分子的材質包括丙烯酸酯、不飽和聚酯和環氧樹脂。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的光固化三維列印裝置，更包括一載台，該三維物體成型於該載台上，且該載台適於沿著一移 動方向自該成型區域中移出。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的光固化三維列印裝置，其中該儲液槽具有一底面，該載台位於該成型區域及該底面之間。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的光固化三維列印裝置，其中該載台位於該儲液槽中，該載台適於沿著該移動方向自該成型區域往該底面移動。
  8. 如申請專利範圍第5項所述的光固化三維列印裝置，其中該儲液槽具有一透光底面，該成型區域位於該載台及該透光底面之間。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的光固化三維列印裝置，其中該載台適於沿著該移動方向自該成型區域遠離該透光底面。
  10. 如申請專利範圍第5項所述的光固化三維列印裝置，其中該電場的方向垂直於該移動方向。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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TWI615269B (zh) * 2016-12-22 2018-02-21 綠點高新科技股份有限公司 三維列印裝置
CN110977102A (zh) * 2019-12-23 2020-04-10 哈尔滨工业大学 光导电火花熔化成形装置及方法

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