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三維列印複合材料及三維列印物體 Download PDF

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Abstract

一種三維列印複合材料，適於透過光固化成型或是數位化光處理形成一三維列印物體。三維列印複合材料包括光固化樹脂以及陶瓷粉末。陶瓷粉末添加於光固化樹脂中。陶瓷粉末在三維列印複合材料中的重量百分比約在1%至20%的範圍之間。三維列印複合材料的光固化樹脂適於在一光束的照射下固化，而使三維列印複合材料形成三維列印物體。本發明更提供一種由上述三維列印複合材料列印而成的三維列印物體。

Description

三維列印複合材料及三維列印物體
本發明是有關於一種列印複合材料及列印物體，且特別是有關於一種三維列印複合材料及三維列印物體。
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，例如是液態樹脂、漿料等材料，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，其中光固化成型（Stereolithography, SLA）和數位化光處理（Digital Light Processing, DLP）具有較高的製作精度及較佳的表面品質，上述這些三維列印技術都常被廣泛應用。
然而，上述這些三維列印技術是利用高分子材料的光固化特性來形成三維列印物體，其所形成的成品的表面材質或質地也就因此都限制於樹脂類材料所形成的表面材質或質地。在目前技術中，為了使成品具有其他的表面材質或質地，還需要打磨、噴漆、噴砂或化學電鍍等的加工步驟，進而增加整體製程的複雜度及製造時間，且所生成的塗層或鍍層也容易因製程條件難以控制而導致厚度太厚，進而發生剝落的問題，使得成品本身的精確度降低。因此，在上述這些三維列印技術的開發中，如何在節省時間的同時可以使所列印出之三維列印物體具有所需的表面材質及質地，進而提昇成品整體的美觀、硬度及耐用度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複合材料，其可透過光固化成型或是數位化光處理的方式製作出具有陶瓷光澤的三維列印物體。
本發明提供一種三維列印物體，其透過光固化成型或是數位化光處理的方式形成，且具有陶瓷光澤。
本發明的一種三維列印複合材料，適於透過光固化成型（Stereolithography, SLA）或是數位化光處理（Digital Light Processing, DLP）形成一三維列印物體。三維列印複合材料包括光固化樹脂以及陶瓷粉末。陶瓷粉末添加於光固化樹脂中。陶瓷粉末在三維列印複合材料中的重量百分比約在1%至20%的範圍之間。三維列印複合材料的光固化樹脂適於在一光束的照射下固化，而使三維列印複合材料形成三維列印物體。
在本發明的一實施例中，上述的陶瓷粉末包括二氧化鋯粉末，陶瓷粉末的粒徑約在0.1微米至10微米之間。
在本發明的一實施例中，上述的陶瓷粉末的粒徑約在1微米至3微米之間。
在本發明的一實施例中，上述的光固化樹脂包括起始劑、反應單體、活性稀釋劑與丙烯酸寡聚物，起始劑在三維列印複合材料中的重量百分比約在0.5%至5%的範圍之間，反應單體在三維列印複合材料中的重量百分比約在20%至40%的範圍之間，活性稀釋劑在三維列印複合材料中的重量百分比約在10%至20%的範圍之間，丙烯酸寡聚物在三維列印複合材料中的重量百分比約在20%至40%的範圍之間。
在本發明的一實施例中，上述的起始劑包括(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦（Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide），反應單體包括乙氧基化四羥甲基甲烷四丙烯酸酯（Ethoxylated pentaerythritol tetraacrylate），活性稀釋劑包括丙烯酸異冰片酯（Isobornyl acrylate），聚氨酯寡聚物包括聚氨酯丙烯酸酯樹脂。
三維列印複合材料更包括分散劑及防沉劑，分散劑及防沉劑添加於光固化樹脂中。分散劑在三維列印複合材料中的重量百分比約在0.1%至3%的範圍之間。防沉劑在三維列印複合材料中的重量百分比約在0.1%至1%的範圍之間，分散劑與防沉劑用以使陶瓷粉末均勻分散於光固化樹脂。
在本發明的一實施例中，上述的光固化樹脂為透明。
本發明的一種三維列印物體，適於由光固化成型（Stereolithography, SLA）或是數位化光處理（Digital Light Processing, DLP）所列印而成。三維列印物體包括固化後的光固化樹脂以及混雜於該固化後的光固化樹脂中的陶瓷粉末。陶瓷粉末在三維列印物體的重量百分比約在1%至20%的範圍之間。
在本發明的一實施例中，上述的陶瓷粉末包括二氧化鋯粉末，且該陶瓷粉末的粒徑約在0.1微米至10微米之間。
在本發明的一實施例中，上述的陶瓷粉末的粒徑約在1微米至3微米之間。
基於上述，本發明的三維列印複合材料藉由在光固化樹脂中添加陶瓷粉末，且陶瓷粉末在三維列印複合材料中的重量百分比約在1%至20%的範圍之間，三維列印複合材料透過光固化成型或是數位化光處理的方式所形成的三維列印物體能夠具有陶瓷的質感與光澤。
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。
目前，以光固化成型（Stereolithography, SLA）或是數位化光處理（Digital Light Processing, DLP）所列印出的三維列印物體而言，若欲使三維列印物體的表面例如具有陶瓷光澤或質感，通常是透過對三維列印物體的表面進行打磨、噴漆、噴砂等的加工步驟。上述步驟較為複雜耗時且所生成的塗層也容易因製程條件難以控制而導致厚度太厚，進而發生剝落的問題。
本發明的三維列印複合材料，可以透過光固化成型（Stereolithography, SLA）或是數位化光處理（Digital Light Processing, DLP）列印出一三維列印物體，在列印完成之後，此三維列印物體的表面直接具有陶瓷光澤與質感，不需額外的加工處理，有效地節省工時、工序與生產成本。下面將對此進行詳細的介紹。
本實施例的三維列印複合材料包括光固化樹脂以及添加於光固化樹脂中的陶瓷粉末。在本實施例中，光固化樹脂為液態，三維列印複合材料的光固化樹脂在經過一定波長（例如波長的範圍在230奈米至400奈米之間）的紫外光照射後會固化，而使三維列印複合材料形成三維列印物體。在本實施例中，光固化樹脂為透明，三維列印複合材料藉由在光固化樹脂中添加陶瓷粉末，而使三維列印複合材料具有陶瓷的顏色，其後製作出的三維列印物體的表面能夠具有陶瓷光澤與質感。
光固化樹脂包括起始劑、反應單體、活性稀釋劑與聚氨酯寡聚物。更詳細地說，起始劑包括(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化磷（Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide），起始劑在三維列印複合材料中的重量百分比約在0.5%至5%的範圍之間。反應單體包括乙氧基化四羥甲基甲烷四丙烯酸酯（Ethoxylated pentaerythritol tetraacrylate），反應單體在三維列印複合材料中的重量百分比約在20%至40%的範圍之間。活性稀釋劑包括丙烯酸異冰片酯（Isobornyl acrylate），活性稀釋劑在三維列印複合材料中的重量百分比約在10%至20%的範圍之間。丙烯酸寡聚物包括聚氨酯丙烯酸酯（Aliphatic urethane acrylate），丙烯酸寡聚物在三維列印複合材料中的重量百分比約在20%至40%的範圍之間。
當然，在其他實施例中，起始劑還可以包括2-異丙基硫杂蒽酮（2-isopropyl-9h-thioxanthen-9-one）、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基 )-2-吗啉基-1-丙酮（2-Methyl-4′-(methylthio)-2-morpholinopropiophenone）、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮（2-Hydroxy-2-methylpropiophenone）、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦（Phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide）或是4-二甲氨基苯甲酸乙酯（Ethyl 4-(dimethylamino)benzoate (EDAB)）。反應單體還可以包括1,6-己二醇二丙烯酸酯）、季戊四醇三丙烯酸酯（Pentaerythritol triacrylate）或季戊四醇四丙烯酸酯（Pentaerythritol tetraacrylate）。活性稀釋劑還可以包括2-苯氧基乙基丙烯酸酯（2-PHENOXYETHYL ACRYLATE）、2-丙烷酸異癸酯（Isodecyl acrylate）、2-丙烯酸-2-[[(丁基氨基)-羰基]氧代]乙酯（2-[[(Butylamino)carbonyl]oxy]ethyl acrylate (Genomer 1122-Rahn)）或2-甲基-2-丙烯酸-1,2,2,4,6-五甲基-4-哌啶酯（1,2,2,6,6-PentaMethyl-4-piperidyl Methacrylate）。丙烯酸寡聚物還可以包括聚丙烯酸酯樹脂或環氧丙烯酸酯樹脂。當然，起始劑、反應單體、活性稀釋劑與丙烯酸寡聚物的種類並不以上述為限制，並且，隨著起始劑、反應單體、活性稀釋劑與丙烯酸寡聚物的種類不同，起始劑、反應單體、活性稀釋劑與聚氨酯寡聚物在三維列印複合材料中的重量百分比也會略有差異。
在本實施例中，陶瓷粉末在三維列印複合材料中的重量百分比約在1%至20%的範圍之間。製造者可依據欲形成的三維列印物體的質感來決定陶瓷粉末在三維列印複合材料中的重量百分比。陶瓷粉末包括二氧化鋯粉末，陶瓷粉末的粒徑約在0.1微米至10微米之間。在較佳的一實施例中，陶瓷粉末的粒徑約在1微米至3微米之間。同樣地，製造者可依據欲形成的三維列印物體的質感來決定陶瓷粉末的粒徑大小。
值得一提的是，為了使陶瓷粉末能夠均勻地分散於光固化樹脂中，在本實施例中，三維列印複合材料更包括分散劑及防沉劑，分散劑及防沉劑被添加於光固化樹脂中，以使陶瓷粉末均勻分散於光固化樹脂。在本實施例中，分散劑包括甲基矽油二甲苯溶解液，分散劑在三維列印複合材料中的重量百分比約在0.1%至3%的範圍之間。防沉劑包括聚醯胺蠟，防沉劑在三維列印複合材料中的重量百分比約在0.1%至1%的範圍之間。當然，分散劑及防沉劑的種類不以此為限制。
本實施例的液態的三維列印複合材料經過光固化成型或是數位化光處理技術可列印出固態的三維列印物體。此三維列印物體包括固化後的光固化樹脂以及混雜於此固化後的光固化樹脂中的陶瓷粉末。本實施例的三維列印物體中的陶瓷粉末可以使得三維列印物體的表面能夠具有陶瓷光澤與質感，使用者不需要對三維列印物體進行額外的加工，而提供使用者另一種較為方便的列印選擇。
此外，由於在液態的三維列印複合材料的狀態時，陶瓷粉末是均勻地分散於光固化樹脂中，因此，在形成三維列印物體之後，陶瓷粉末也會均勻地分布在整個三維列印物體中，而非僅位在三維列印物體的表面，因此，三維列印物體除了在外觀上能夠提供陶瓷光澤與質感之外，三維列印物體也會具有較佳的結構強度。
綜上所述，本發明的三維列印複合材料藉由在光固化樹脂中添加陶瓷粉末，且陶瓷粉末在三維列印複合材料中的重量百分比約在1%至20%的範圍之間，三維列印複合材料透過光固化成型或是數位化光處理的方式所形成的三維列印物體能夠具有陶瓷的質感與光澤。
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。
無。
無。
無。

Claims (10)

  1. 一種三維列印複合材料，適於透過光固化成型（Stereolithography, SLA）或是數位化光處理（Digital Light Processing, DLP）形成一三維列印物體，該三維列印複合材料包括： 光固化樹脂；以及 陶瓷粉末，添加於該光固化樹脂中，其中該陶瓷粉末在該三維列印複合材料的重量百分比約在1%至20%的範圍之間，該三維列印複合材料的該光固化樹脂適於在一光束的照射下固化，而使該三維列印複合材料形成該三維列印物體。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的三維列印複合材料，其中該陶瓷粉末包括二氧化鋯粉末，該陶瓷粉末的粒徑約在0.1微米至10微米之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的三維列印複合材料，其中該陶瓷粉末的粒徑約在1微米至3微米之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的三維列印複合材料，其中該光固化樹脂包括起始劑、反應單體、活性稀釋劑與丙烯酸寡聚物，該起始劑在該三維列印複合材料的重量百分比約在0.5%至5%的範圍之間，該反應單體在該三維列印複合材料的重量百分比約在20%至40%的範圍之間，該活性稀釋劑在該三維列印複合材料的重量百分比約在10%至20%的範圍之間，該丙烯酸寡聚物在該三維列印複合材料的重量百分比約在20%至40%的範圍之間。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的三維列印複合材料，其中該起始劑包括(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦（Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide），該反應單體包括乙氧基化四羥甲基甲烷四丙烯酸酯（Ethoxylated pentaerythritol tetraacrylate），該活性稀釋劑包括丙烯酸異冰片酯（Isobornyl acrylate），該丙烯酸寡聚物包括聚氨酯丙烯酸酯。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的三維列印複合材料，更包括： 分散劑，添加於該光固化樹脂中，其中該分散劑在該三維列印複合材料的重量百分比約在0.1%至3%的範圍之間；以及 防沉劑，添加於該光固化樹脂中，其中該防沉劑在該三維列印複合材料的重量百分比約在0.1%至1%的範圍之間，該分散劑與該防沉劑用以使該陶瓷粉末均勻分散於該光固化樹脂。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的三維列印複合材料，其中該光固化樹脂為透明。
  8. 一種三維列印物體，適於由光固化成型（Stereolithography, SLA）或是數位化光處理（Digital Light Processing, DLP）所列印而成，該三維列印物體包括： 固化後的光固化樹脂；以及 陶瓷粉末，混雜於該固化後的光固化樹脂中，其中該陶瓷粉末在該三維列印物體的重量百分比約在1%至20%的範圍之間。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的三維列印物體，其中該陶瓷粉末包括二氧化鋯粉末，且該陶瓷粉末的粒徑約在0.1微米至10微米之間。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的三維列印物體，其中該陶瓷粉末的粒徑約在1微米至3微米之間。
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