TW201643034A - 三維列印物品的製造方法與三維列印線材的製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種三維列印物品的製造方法，包括提供一陶瓷粉末與
一第一高分子材料以作為一原材料。陶瓷粉末在原材料中的重量百分比約在60%至85%之間，且第一高分子材料在原材料中的重量百分比約在15%至40%之間。透過射出成型的方式將原材料射出成一三維列印線材。將三維列印線材列印出一三維列印物件。對三維列印物件依序進行一脫脂程序與一燒結程序，以形成一多孔陶瓷物件。填充一第二高分子材料至多孔陶瓷物件的孔洞，其中在相同溫度下，第二高分子材料的黏度大於第一高分子材料的黏度。本發明更提供一種三維列印線材的製造方法。
Description
本發明是有關於一種列印物品與線材的製造方法，且特別是有關於一種三維列印物品與三維列印線材的製造方法。
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。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。
現有的三維列印技術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(例如金屬粉末)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，其中熔融沉積成型法(Fused Deposition Modeling，FDM)具有製作成本便宜及裝置結構簡單的特色，常被廣泛應用。目前熔融沉積成型法的製作過程例如是將一般樹脂、耐龍樹脂或可塑性樹脂等三維列印線材(filament)加溫成熔融的流體材料，再將流體材料擠出至成型台上。
當然，三維列印線材與三維列印物品的材料會視應用的領域而異，舉例來說，以生醫領域而言，可能會需要以陶瓷粉末以及高黏度的高分子材料來製作出具有生物相容性的三維列印物品，以應用在人體上。然而，要如何成功地將陶瓷粉末以及高黏度的高分子材料製作成三維列印線材與三維列印物品，也是本領域欲探討的目標。
本發明提供一種三維列印物品的製造方法，其能夠製作出具有陶瓷粉末以及高黏度的高分子材料的三維列印物品。
本發明提供一種三維列印線材的製造方法，其能夠製作出具有陶瓷粉末以及高黏度的高分子材料的三維列印線材。
本發明的一種三維列印物品的製造方法，包括提供一陶瓷粉末與一第一高分子材料，以作為一原材料。陶瓷粉末在原材料中的重量百分比約在60%至85%之間，且第一高分子材料在原材料中的重量百分比約在15%至40%之間。透過射出成型的方式
將原材料射出成一三維列印線材。將三維列印線材列印出一三維列印物件。對三維列印物件依序進行一脫脂程序與一燒結程序，以形成一多孔陶瓷物件。填充一第二高分子材料至多孔陶瓷物件的孔洞，其中在相同溫度下，第二高分子材料的黏度大於第一高分子材料的黏度。
在本發明的一實施例中，上述的脫脂程序包括在攝氏150度至900度之間升溫，且升溫速率小於1(攝氏度/秒)。
在本發明的一實施例中，上述的燒結程序包括在攝氏1200度至1500度之間燒結2小時至6小時。
在本發明的一實施例中，上述的第一高分子材料在攝氏230度下的黏度約在4Pa．s至1x103Pa．s之間(剪切率(shear rate)在10秒-1至105秒-1之間)，且第二高分子材料在攝氏230度下的黏度約在5Pa．s至5x103Pa．s之間(剪切率(shear rate)在10秒-1至105秒-1之間)。
在本發明的一實施例中，上述的陶瓷粉末包括氧化鋁或氧化鋯，第一高分子材料包括聚乳酸(PLA)，第二高分子材料包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
在本發明的一實施例中，上述的陶瓷粉末的粒徑在1微米至30微米之間、100奈米至500奈米之間或是20奈米至100奈米之間。
本發明的一種三維列印線材的製造方法，包括提供一陶瓷粉末與一高分子材料，以作為一原材料。陶瓷粉末在原材料中
的重量百分比約在5%至40%之間，且高分子材料在原材料中的重量百分比約在60%至95%之間。透過射出成型的方式將原材料射出成一三維列印線材。
在本發明的一實施例中，上述的高分子材料在攝氏230度下的黏度約在5Pa．s至5x103Pa．s之間(剪切率(shear rate)在10秒-1至105秒-1之間)。
在本發明的一實施例中，上述的陶瓷粉末包括氧化鋁或氧化鋯，高分子材料包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
在本發明的一實施例中，上述的陶瓷粉末的粒徑在1微米至30微米之間、100奈米至500奈米之間或是20奈米至100奈米之間。
本發明的一種三維列印物品的製造方法，包括以上述的三維列印線材列印出一三維列印物件。
基於上述，本發明的三維列印物品與三維列印線材的製造方法可製作出具有陶瓷粉末以及高黏度的高分子材料的三維列印物品與三維列印線材，而能夠應用於例如是生物醫學等領域。詳細地說，若需製作出陶瓷比例較高的三維列印物品，此類三維列印物品所含的高分子材料的比例相對較低，若直接採用黏度較大的第二高分子材料，其後難以進行射出成線材的程序，因此先透過黏度較低的第一高分子材料與陶瓷粉末一起射出成三維列印線材，再用此三維列印線材列印出三維列印物件，其後經過脫脂與燒結程序來移除三維列印物件中的第一高分子材料而得到多孔
陶瓷物件，再將欲使用的第二高分子材料填入多孔陶瓷物件的孔洞，便可得到由陶瓷粉末與第二高分子材料所組成的三維列印物品。另外，若需製作出陶瓷比例較低的三維列印物品，由於此類三維列印物品所含的高分子材料的比例相對較高，黏度較大的第二高分子材料可與陶瓷粉末共同射出成三維列印線材，而可透過三維列印的方式直接列印出三維列印物品。
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‧‧‧三維列印物品的製造方法
110~150‧‧‧步驟
200‧‧‧三維列印線材的製造方法
210~220‧‧‧步驟
圖1是依照本發明的一實施例的一種三維列印物品的製造方法的流程示意圖。
圖2是依照本發明的另一實施例的一種三維列印線材的製造方法的流程示意圖。
在某些領域(例如是生醫領域)中所需的三維列印物品
可能由陶瓷粉末與高分子材料混合組成，若所需的三維列印物品中需要的陶瓷粉末的比例較高(陶瓷粉末的重量百分比約在60%至85%之間)，其所含的高分子材料的比例相對較低。製造者若直接採用黏度較大的高分子材料來搭配陶瓷粉末，由於此類高分子
材料的流動性差且分子大，其後可能會面臨難以與陶瓷粉末一起射出成線材的問題。
為了解決上述狀況，本發明提供一種三維列印物品的製
造方法，其可製作出由較高比例的陶瓷粉末與由較低比例且黏度較大的高分子材料所組成的三維列印物品。下面將進行詳細的說明。圖1是依照本發明的一實施例的一種三維列印物品的製造方法的流程示意圖。請參閱圖1，本實施例的三維列印物品的製造方法100包括下列步驟。首先，提供一陶瓷粉末與一第一高分子材料，並混合為一原材料，陶瓷粉末在原材料中的重量百分比約在60%至85%之間，且第一高分子材料在原材料中的重量百分比約在15%至40%之間(步驟110)。
在本實施例中，陶瓷粉末包括氧化鋁、氧化鋯或兩者的
混合物，陶瓷粉末的粒徑可在1微米至30微米之間、100奈米至500奈米之間或是20奈米至100奈米之間，製造者可視需求選擇所需的粒徑大小。在本實施例中，第一高分子材料包括聚乳酸(PLA)。當然，陶瓷粉末與第一高分子材料的種類並不以此為限制。第一高分子材料也可以是在攝氏230度下的黏度約在4Pa．s至1x103Pa．s之間(剪切率(shear rate)在10秒-1至105秒-1之間)的其他材料。
舉例而言，第一高分子材料的材質包括丙烯腈-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)、聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，PVA)或上述至少二材質的混合物。
也就是說，第一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，當第一高分子材料為混合物時，第一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)。
接著，透過射出成型的方式將原材料射出成一三維列印線材(步驟120)。舉例來說，在本實施例中陶瓷粉末與第一高分子材料被加熱至高於第一高分子材料的熔融溫度的溫度(例如約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。接著，將所述流體材料擠出成為三維列印線材。擠出的方法例如是使用塑膠射出機等的裝置來進行。
再來，將三維列印線材列印出一三維列印物件(步驟130)。製造者可將三維列印線材置入例如是Deltabox、Prusa i3等
的三維印表機的容置槽中，三維列印線材被加熱至高於高分子材料的熔融溫度的溫度(約180℃至220℃)後，以適當的壓力將呈熔融狀態的三維列印線材由一擠出頭擠出至成型台上，接著使其固化。上述的三維印表機藉由反復執行上述步驟來逐層堆疊出欲形成的三維列印物品。
接著，對三維列印物件依序進行一脫脂程序與一燒結程序，以形成一多孔陶瓷物件(步驟140)。在本實施例中，脫脂程序包括在攝氏150度至900度之間升溫，且升溫速率小於1(攝氏度/秒)。燒結程序包括在攝氏1200度至1500度之間燒結2小時至6小時。在經過步驟140之後三維列印物件中的第一高分子材料可被去除而得到多孔陶瓷物件。
最後，填充一第二高分子材料至多孔陶瓷物件的孔洞，其中在相同溫度下，第二高分子材料的黏度大於第一高分子材料的黏度(步驟150)。經由上述步驟便可得到由陶瓷粉末與第二高分子材料所組成的三維列印物品。在本實施例中，因為要應用於生醫領域，第二高分子材料需具有生物相容性，第二高分子材料包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，但第二高分子材料也可以是在攝氏230度下的黏度約在5Pa．s至5x103Pa．s之間(剪切率(shear rate)在10秒-1至105秒-1之間)之間的其他材料，只要在相同溫度下第二高分子材料的黏度大於第一高分子材料的黏度即可。在本實施例中，三維列印物品例如是牙齒或是骨骼等，但三維列印物品的種類並不以此為限制。當然，若三維列印物品並不是要應
用於生醫領域，第二高分子材料也可選擇其他不具有生物相容性的材料。
也就是說，本實施例的三維列印物品的製造方法100先透過黏度較低的第一高分子材料與陶瓷粉末一起射出成三維列印線材，再用此三維列印線材列印出三維列印物件，其後經過脫脂與燒結程序來移除三維列印物件中的第一高分子材料而得到多孔陶瓷物件，再將欲使用的第二高分子材料填入多孔陶瓷物件的孔洞，便可得到由陶瓷粉末與第二高分子材料所組成的三維列印物品。
此外，若製造者欲得到陶瓷比例較低(陶瓷粉末的重量百分比約在5%至40%)的三維列印物品，則可採用下列的方式得到三維列印線材與三維列印物品。圖2是依照本發明的另一實施例的一種三維列印線材的製造方法的流程示意圖。請參閱圖2，本實施例的三維列印線材的製造方法200包括下列步驟。
首先，提供一陶瓷粉末與一高分子材料，並混合為一原材料。陶瓷粉末在原材料中的重量百分比約在5%至40%之間，且高分子材料在原材料中的重量百分比約在60%至95%之間(步驟210)。在本實施例中，陶瓷粉末包括氧化鋁或氧化鋯，陶瓷粉末的粒徑在1微米至30微米之間、100奈米至500奈米之間或是20奈米至100奈米之間。在本實施例中，因為要應用於生醫領域，高分子材料需具有生物相容性，高分子材料包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，但高分子材料也可以是在攝氏230度下的黏度約在
5Pa．s至5x103Pa．s之間(剪切率(shear rate)在10秒-1至105秒-1之間)之間的其他材料，陶瓷粉末與高分子材料的種類不以此為限制。此外，若三維列印線材並不是要製作出應用於生醫領域的三維列印物品，高分子材料也可選擇其他不具有生物相容性的材料。
再來，透過射出成型的方式將原材料射出成一三維列印線材(步驟220)。舉例來說，在本實施例中陶瓷粉末與高分子材料被加熱至高於高分子材料的熔融溫度的溫度(例如約180℃至250℃)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。接著，將所述流體材料擠出成為三維列印線材。擠出的方法例如是使用塑膠射出機等的裝置來進行。
其後，若欲製作出三維列印物件，可再進行三維列印線材列印出一三維列印物件的步驟。舉例來說，製造者可將三維列印線材置入例如是Deltabox、Prusa i3等的三維印表機的容置槽中，三維列印線材被加熱至高於高分子材料的熔融溫度的溫度(約180℃至250℃)後，以適當的壓力將呈熔融狀態的三維列印線材由一擠出頭擠出至成型台上，接著使其固化。上述的三維印表機藉由反復執行上述步驟來逐層堆疊出欲形成的三維列印物品。在本實施例中，三維列印物品例如是牙齒或是骨骼等，但三維列印物品的種類並不以此為限制。
綜上所述，本發明的三維列印物品與三維列印線材的製
造方法可製作出具有陶瓷粉末以及高黏度的高分子材料的三維列印物品與三維列印線材，而能夠應用於例如是生物醫學等領域。
詳細地說，若需製作出陶瓷比例較高的三維列印物品，此類三維列印物品所含的高分子材料的比例相對較低，若直接採用黏度較大的第二高分子材料，其後難以進行射出成線材的程序，因此先透過黏度較低的第一高分子材料與陶瓷粉末一起射出成三維列印線材，再用此三維列印線材列印出三維列印物件，其後經過脫脂與燒結程序來移除三維列印物件中的第一高分子材料而得到多孔陶瓷物件，再將欲使用的第二高分子材料填入多孔陶瓷物件的孔洞，便可得到由陶瓷粉末與第二高分子材料所組成的三維列印物品。另外，若需製作出陶瓷比例較低的三維列印物品，由於此類三維列印物品所含的高分子材料的比例相對較高，黏度較大的第二高分子材料可與陶瓷粉末共同射出成三維列印線材，而可透過三維列印的方式直接列印出三維列印物品。
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‧‧‧三維列印物品的製造方法
110~150‧‧‧步驟
Claims (10)
- 一種三維列印物品的製造方法，包括：提供一陶瓷粉末與一第一高分子材料以作為一原材料，其中該陶瓷粉末在該原材料中的重量百分比約在60%至85%之間，且該第一高分子材料在該原材料中的重量百分比約在15%至40%之間；透過射出成型的方式將該原材料射出成一三維列印線材；將該三維列印線材列印出一三維列印物件；對該三維列印物件依序進行一脫脂程序與一燒結程序，以形成一多孔陶瓷物件；以及填充一第二高分子材料至該多孔陶瓷物件的孔洞，其中在相同溫度下，該第二高分子材料的黏度大於該第一高分子材料的黏度。
- 如申請專利範圍第1項所述的三維列印物品的製造方法，其中該脫脂程序包括：在攝氏150度至900度之間升溫，且升溫速率小於1(攝氏度/秒)。
- 如申請專利範圍第1項所述的三維列印物品的製造方法，其中該燒結程序包括：在攝氏1200度至1500度之間燒結2小時至6小時。
- 如申請專利範圍第1項所述的三維列印物品的製造方法，其中該第一高分子材料在攝氏230度下的黏度約在4Pa．s至 1x103Pa．s之間(剪切率(shear rate)在10秒-1至105秒-1之間)，且該第二高分子材料在攝氏230度下的黏度約在5Pa．s至5x103Pa．s之間(剪切率(shear rate)在10秒-1至105秒-1之間)。
- 如申請專利範圍第1項所述的三維列印物品的製造方法，其中該陶瓷粉末包括氧化鋁或氧化鋯，該第一高分子材料包括聚乳酸(PLA)，該第二高分子材料包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
- 如申請專利範圍第1項所述的三維列印物品的製造方法，其中該陶瓷粉末的粒徑在1微米至30微米之間、100奈米至500奈米之間或是20奈米至100奈米之間。
- 一種三維列印線材的製造方法，包括：提供一陶瓷粉末與一高分子材料以作為一原材料，其中該陶瓷粉末在該原材料中的重量百分比約在5%至40%之間，且該高分子材料在該原材料中的重量百分比約在60%至95%之間；以及透過射出成型的方式將該原材料射出成一三維列印線材。
- 如申請專利範圍第7項所述的三維列印線材的製造方法，其中該高分子材料在攝氏230度下的黏度約在5Pa．s至5x103Pa．s之間(剪切率(shear rate)在10秒-1至105秒-1之間)。
- 如申請專利範圍第7項所述的三維列印線材的製造方法，其中該陶瓷粉末包括氧化鋁或氧化鋯，該高分子材料包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
- 一種三維列印物品的製造方法，包括： 以如申請專利範圍第7至9項中任一項所述的該三維列印線材列印出一三維列印物件。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW104118513A TW201643034A (zh) | 2015-06-08 | 2015-06-08 | 三維列印物品的製造方法與三維列印線材的製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| TW104118513A TW201643034A (zh) | 2015-06-08 | 2015-06-08 | 三維列印物品的製造方法與三維列印線材的製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201643034A true TW201643034A (zh) | 2016-12-16 |
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| TW104118513A TW201643034A (zh) | 2015-06-08 | 2015-06-08 | 三維列印物品的製造方法與三維列印線材的製造方法 |
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|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108751951A (zh) * | 2018-06-14 | 2018-11-06 | 长沙鹏登生物陶瓷有限公司 | 一种3d打印义齿陶瓷材料及制备方法 |
| TWI663046B (zh) * | 2017-12-22 | 2019-06-21 | 遠東科技大學 | 添加陶瓷粉末之積層列印材料 |
-
2015
- 2015-06-08 TW TW104118513A patent/TW201643034A/zh unknown
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI663046B (zh) * | 2017-12-22 | 2019-06-21 | 遠東科技大學 | 添加陶瓷粉末之積層列印材料 |
| CN108751951A (zh) * | 2018-06-14 | 2018-11-06 | 长沙鹏登生物陶瓷有限公司 | 一种3d打印义齿陶瓷材料及制备方法 |
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