TW201718234A - 以三維立體成型機構製造拖鞋人字夾立體物件之方法 - Google Patents

Abstract

一種以三維立體成型機構製造立體拖鞋物件之方法，其包含步驟：(a)提供三維立體成型機構及資料系統；(b)將欲成型之立體拖鞋物件之外觀型態及色彩資訊輸入資料系統，以進行切層運算並產生疊加資料，並將其轉換成二維切層疊加格式影像資料；(c)由資訊系統將之至三維立體成型機構之介面系統；(d)對二維切層疊加格式影像資料進行解譯以及編排資料格式；(e)驅動三維立體成型機構之成型驅動平台至列印位置，使成型頭利用熱能將高分子材料製成立體拖鞋物件之外觀型態，同時全彩噴印頭噴出顏色染料於立體拖鞋物件之外觀型態上，俾成型出立體拖鞋物件。

Description

以三維立體成型機構製造拖鞋人字夾立體物件之方法

本案係關於一種立體拖鞋物件之製造方法，尤指一種以三維立體成型機構製造立體拖鞋物件之方法。

三維成型技術，亦稱為快速成型（Rapid Prototyping，RP）技術，因快速成型技術具有自動、直接及快速，可精確地將設計思想轉變為具有一定功能的原型或可製造直接使用的零件或成品，從而可對產品設計進行快速的評估，修改及功能試驗，大大縮短產品的開發週期，因而使得3D列印成型技術廣受青睞。

現今3D列印成型技術正處於蓬勃發展之階段，所採用的快速成型技術也各異，目前業界所採用之快速成型技術主要包含下述幾種技術：膠水噴印固化粉末成型（Color-Jet Printing，CJP，或稱Binder Jetting）技術、熔融沉積成型（Fused Deposition Modeling，FDM）技術、雷射燒結液態樹脂成型（Stereo Lithography Apparatus，SLA）技術、紫外光固化液態樹脂成型（Multi-Jet Modeling，MJM）技術、或是雷射燒結固態粉末成型（Selective Laser Sintering，SLS）技術等等，但不以此為限。

三維立體成型技術可以精確地構成非常複雜的產品，而且成型的過程中無需模具的輔助，更可以完成傳統工藝無法完成的一些特殊形狀產品，因此三維立體成型技術已被廣泛地運用在市面上的三維成型機構。

一般來說，習知之拖鞋，例如：人字型夾腳拖，通常為一組合物件，可分為鞋底部分及鞋帶部分，其中鞋底部分材質通常為泡棉，鞋帶部分為一體成型之橡膠、帆布或細繩等，其末端均具有一寬部，其製作方式為：先製成固定厚度之泡棉後，依據需要的大小及形狀，已固定形狀之製作模板裁剪出鞋底部分，於適當之位置加工一適當大小之孔洞，再透過印刷模板以印刷方式印製欲列印之圖形於鞋底部分，待其乾燥後，使鞋帶部分末端寬部穿過孔洞中，使寬部與鞋底部分之背面相抵頂，以使鞋帶部分固定於鞋底部分，俾製成一人字型夾腳拖。

然而，前述之傳統人字型夾腳拖製造方法中，裁剪後剩餘之不規則形狀泡棉無法再製成完整之鞋底部分，更無法回收再利用，造成於料過剩，成本增加等問題；再者，人字型夾腳拖為鞋帶部分與鞋底部分組裝而成，並非一體成型之結構，於使用中容易造成鞋帶部分與鞋底部分分離或損壞；故此傳統製作過程需透過組裝、印刷，步驟繁複，不但耗時且效率低落，也消耗人力資源，更使組裝後的品質不一。此外，習知的人字型夾腳拖製造方法中，其鞋帶部分與鞋底部分之外型受限於製作模板，鞋底部分之圖形亦受限於印刷模板，如欲製作客製化人字型夾腳拖，必須開設新的製作模板及印刷模板，其成本甚高，故難以製作具有個人特色之人字型夾腳拖，換言之，即難以實現少量多特色之客製化產品。 有鑑於此，本案提供一種以三維立體成型機構製造立體拖鞋物件之方法，使用三維成型技術生產人字型夾腳拖，以製成一體成形、無需組裝且可因應不同需求而客製化之人字型夾腳拖。

本案之主要目的在於提供一種以三維立體成型機構製造立體拖鞋物件之方法，俾解決習知之人字型夾腳拖製作過程繁複、品質不一、耐用性低及客製化成本高等缺點。

為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種以三維立體成型機構製造立體拖鞋物件之方法，其至少包含下列步驟：（a）提供一三維立體成型機構及一資料系統，其中該三維立體成型成型機構具有一全彩噴印頭、一成型頭、一成型驅動平台及一介面系統，該全彩噴印頭用以噴出一顏色染料，該全彩噴印頭及該成型頭共同架構於該成型驅動平台上，且該資料系統具有一資料傳輸平台；（b）將欲成型之一立體拖鞋物件之一外觀型態及一色彩資訊輸入該資料系統，使該資料傳輸平台進行一切層運算，以產生一疊加資料，並將該疊加資料轉換成一二維切層疊加格式影像資料；（c）將該二維切層疊加格式影像資料由該資料系統傳送至該三維立體成型機構之該介面系統；（d）該介面系統對該二維切層疊加格式影像資料進行解譯以及編排資料格式；以及（e）驅動該三維立體成型機構之該成型驅動平台位移至一列印位置，使該成型頭利用一熱能將一高分子材料製成該立體拖鞋物件之外觀型態，同時該全彩噴印頭噴出該顏色染料於該立體拖鞋物件之外觀型態上，俾成型出該立體拖鞋物件。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。

本案之三維立體成型機構所採用之快速成型技術係可為：熔融沉積成型（FDM）技術、雷射燒結液態樹脂成型（SLA）技術、紫外光固化液態樹脂成型（MJM）技術、或是雷射燒結固態粉末成型（SLS）等技術，但不以此為限。然於本案之實施例中，三維立體成型機構係採以熔融沉積成型（FDM）技術以製造出立體拖鞋物件，例如：人字型夾腳拖鞋，但不以此為限，以下即以熔融沉積成型（FDM）技術為例進行說明。

請參閱第1圖、第2圖及第3圖，其中第1圖為本案較佳實施例之三維立體成型機構製造立體拖鞋物件之流程示意圖，第2圖為本案較佳實施例之三維立體成型機構與資料系統之架構示意圖，第3圖為本案較佳實施例之三維立體成型機構採用熔融沉積成型機構之列印模組之結構示意圖。如第1圖所示，本案以三維立體成型機構製造立體拖鞋物件之方法首先係如步驟S110所述，為提供三維立體成型機構2(如第2圖所示)及資料系統1，其中三維立體成型機構2具有全彩噴印頭222(如第3圖所示)、成型頭221、成型驅動平台220及介面系統21，全彩噴印頭222用以噴出顏色染料5(如第3圖所示)，全彩噴印頭222及成型頭221共同架構於成型驅動平台220上，且資料系統1具有資料傳輸平台12；其後，如步驟S120所述，將欲成型之立體拖鞋物件3之外觀型態及色彩資訊輸入資料系統1中，使資料傳輸平台12進行切層運算，以產生疊加資料，並將疊加資料轉換成二維切層疊加格式影像資料；再如步驟S130所述，將二維切層疊加格式影像資料由資料系統1傳送至三維立體成型機構2之介面系統21中；接著，則如步驟S140所述，介面系統21對二維切層疊加格式影像資料進行解譯以及編排資料格式，當該二維切層疊加格式影像資料解譯及編排資料格式完成後，再如步驟S150所述，驅動三維立體成型機構2之成型驅動平台220位移至列印位置(如第3圖所示)，使成型頭221利用熱能將高分子材料4製成立體拖鞋物件3之外觀型態，同時全彩噴印頭222噴出顏色染料5於立體拖鞋物件3之外觀型態上，俾成型出立體拖鞋物件5。

請參閱第2圖，如圖所示，本案技術中主要具備資料系統1與三維立體成型機構2，且資料系統1與三維立體成型機構2電性連接，舉例來說，資料系統1可為但不限為電腦系統，且其更具有資料傳輸平台11，於本實施例中，資料傳輸平台11中可具備第一處理器(未圖示)，用以對欲成型之立體拖鞋物件3進行切層運算，以產生疊加資料，並可將其運算後產生之疊加資料轉換成二維切層疊加格式影像資料，此外，資料傳輸平台11更可具備第一傳輸模組(未圖示)，用以將其運算、轉換後之二維切層疊加格式影像資料傳送至熔融沉積成型機構2。於本實施例中，三維立體成型機構2具備介面系統21及列印模組22，介面系統21亦可具備第二處理器(未圖示)及第二傳輸模組(未圖示)，第二傳輸模組用以接收資料傳輸平台11所產生之二維切層疊加格式影像資料，並透過第二處理器以對該二維切層疊加格式影像資料進行解譯、並進一步編排資料格式，以利於產生列印資料，且再透過第二傳輸模組將編排好之列印資料傳送至列印模組22，列印模組22即可依據介面系統21傳送過來之列印資料及列印指令，以噴印出欲成型之立體物件的外觀型態及其相對應之色彩。

請參閱第3圖，於本實施例中，三維立體成型機構2係採以熔融沉積成型機構為例進行說明，但不以此為限。於本實施例中，三維立體成型機構2之列印模組22至少包含成型驅動平台220、成型頭221及全彩噴印頭222，以本實施例為例，全彩噴印頭222之數量係為2，但不以此為限，其亦可僅具備單個全彩噴印頭222，或是具備更多個全彩噴印頭222，其數量係可依照實際施作情形而任施變化。以及，於本實施例中，成型頭221及全彩噴印頭222係共同架構於成型驅動平台220上，且該成型驅動平台220係為可移動式之平台，其主要透過一驅動元件(未圖示) 所驅動，以進行上下、或是左右之XYZ三軸之位移，於一些實施例中，當進行三維列印程序時，該成型驅動平台220係先位移至一列印位置，該列印位置係可相對於一承載盤(未圖示)，但不以此為限，此時架構於其上之成型頭221及全彩噴印頭222即隨之位移至該列印位置，以利於進行欲成型之立體物件之三維列印作業。

請繼續參閱第3圖，於本實施例中，以熔融沉積成型機構為例之三維立體成型機構2之成型頭221具有噴頭221a及第一容置槽221b，於一些實施例中，第一容置槽221b中更可設置一加熱器(未圖示)，但不以此為限，該加熱器即利用一電阻熱，以提供熱能之用，但不以此為限。該成型頭221與裝載高分子材料4之材料盤(未圖示)相連接，於進行欲成型之立體拖鞋物件之列印時，高分子材料4被導送至成型頭221中，並藉由設置於容置槽221b之加熱器使高分子材料4加熱熔融，再由噴頭221a將熔融之高分子材料4’擠出，以製成欲成型之立體拖鞋物件3之外觀型態。於一些實施例中，高分子材料4係為線性材料，即其可為一細微之線狀體，例如：細微之塑膠線，但不以此為限，且該細微之線狀體之直徑係介於0.01 mm至2.0 mm，較佳值則介於0.1 mm至1.0 mm。

於另一些實施例中，高分子材料4係可為但不限為塑膠材料及支撐材料，舉例來說，高分子材料4為一聚氯乙烯、一聚乙烯、一聚苯乙烯、一聚氨基甲酸酯、一聚醯胺 、一聚甲醛、一纖維素塑料、一聚四氟乙烯、一聚醯亞胺、一聚苯硫醚、一聚碳酸脂、一酚醛塑料、一氨基塑料、一環氧樹脂、一有機硅樹脂之至少其中之一或其混合物，以作為塑膠材料，但不以此為限；又或者是，高分子材料4為一聚乳酸（PLA）、一丙烯腈－丁二烯－苯乙烯（ABS）、一丁二烯－苯乙烯（BS）、一丙烯腈－苯乙烯（AS）、一聚乙醯胺（PA）、一尼龍6、一尼龍66、一聚酸甲酯（PMMA）、一氯化聚乙烯（CPE）、一丙烯酸酯類（ACR）、一硝酸纖維素、一乙基纖維素、一醋酸纖維素、一聚對苯二甲酸乙二酯（PETE或PET）、一高密度聚乙烯（HDPE）、一低密度聚乙烯（LDPE）、一聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、一高抗沖聚苯乙烯（HIPS）之至少其中之一或其混合物，以作為支撐材料，但不以此為限。

請續參閱第3圖，如圖所示，三維立體成型機構2之列印模組22之全彩噴印頭222係架構於成型驅動平台220上，且如前所述，本案雖採以兩全彩噴印頭222為例，但其數量及設置位置係可依據實際施作情形而任施變化，並不以此為限。於本實施例中，每一全彩噴印頭222均包含噴印頭222a及第二容置槽222b，其中第二容置槽222b用以容置顏色染料5，且不同之全彩噴印頭222內係可供不同的顏色染料5容設於其中，並可透過其相對應之噴印頭222a以噴印出不同的顏色染料。舉例來說，列印模組2亦可具備4個全彩噴印頭222，則其第二容置槽222b係可分別對應容設4種不同色彩之顏色染料，並可由其所對應的4個噴印頭222a噴印出該4種不同色彩之顏色染料，且該等顏色染料可為黄色（Yellow）染料、青色（Cyan）染料、洋红色（Magenta）染料或黑色（Black）染料等，但不以此為限。當然，全彩噴印頭222之數量亦可為6個，藉以容設6種不同色彩之顏色染料。換言之，全彩噴印頭222之數量、設置方式及其內所容設之顏色染料的選擇等係可依照實際情形而任施變化，並不以此為限。

請同時參閱第1~3圖，再次詳述本實施例以三維立體成型機構製造立體拖鞋物件之詳細流程，首先，如步驟S110所示，先提供資料系統1及三維立體成型機構2，且資料系統1係與三維立體成型機構2電性連接，其中資料系統1具有資料傳輸平台12，以及三維立體成型機構2具有介面系統21及列印模組22，於一些實施例中，列印模組22係由全彩噴印頭222、成型頭221及成型驅動平台220所共同構成，全彩噴印頭222用以噴出顏色染料5，且成型擠出頭221及全彩噴印頭222係共同架構於成型驅動平台220上，以同步進行位移；接著，再如步驟S120所述，將欲成型之立體拖鞋物件(即人字型夾腳拖)之外觀型態及色彩資訊輸入至資料系統1中，並透過資料傳輸平台11中的第一處理器(未圖示)對所輸入之立體拖鞋物件之外觀型態及色彩資訊進行切層運算，以產生一疊加資料，於一些實施例中，該疊加資料係可為但不限為立體拖鞋物件之二維外觀及色彩之輪廓切層，再透過第一處理器以將該疊加資料轉換成二維切層疊加格式影像資料；並如步驟S130所述，將轉換好的二維切層疊加格式影像資料由資料系統1之資料傳輸平台11透過其第一傳輸模組(未圖示)，以傳送至三維立體成型機構2之介面系統21；接著，再如步驟S140所述，由介面系統21的第二傳輸模組(未圖示)接收資料系統1傳送而來的二維切層疊加格式影像資料，並由其第二處理器(未圖示)對其進行解譯以及編排資料格式；最後，再如步驟S150所示，驅動該三維立體成型機構2之成型驅動平台220位移至列印位置，使架構於成型驅動平台220之成型頭221及全彩噴印頭222均隨之同步位移至該列印位置，並由成型頭221先利用一熱能將高分子材料4製成欲成型之立體拖鞋物件(即人字型夾腳拖鞋)之外觀型態，同時，架構於成型驅動平台220之全彩噴印頭222之噴印頭222a亦隨之噴出其內所容置的顏色染料5於該立體拖鞋物件3之外觀型態上，以構成二維之立體拖鞋物件3之單層輪廓，再透過層層堆疊的反覆作業，俾成型出立體拖鞋物件3。

前述之實施例中，三維立體成型機構2主要採以熔融沉積成型機構為例進行說明，然而，於另一些實施例中，三維立體成型機構2亦可為紫外光固化液態樹脂成型（MJM）機構，且當其採用紫外光固化液態樹脂成型（MJM）機構以製造立體拖鞋物件時，其中成型頭所採用之熱能係為一紫外光熱源，且其所採用之高分子材料係為液態之高分子材料或光敏液態樹脂，其中成型頭製成立體拖鞋物件之外觀型態之方式主要為利用紫外光熱源使該光敏液態樹脂固化，以成型該立體拖鞋物件之單層外觀型態，再透過全彩噴印頭對之噴印顏色染料，並以逐層堆疊之方式，藉此以堆疊成型出立體拖鞋物件。

又於另一些實施例中，三維立體成型機構2亦可為雷射燒結固態粉末成型（SLS）機構，當其採用雷射燒結固態樹脂成型（SLA）機構以製造立體拖鞋物件時，其中成型頭所採用之熱能係為一雷射光熱源，且其所採用之高分子材料係為液態之高分子材料或是光敏液態樹脂，其中成型頭製成立體拖鞋物件之外觀型態之方式主要為透過雷射光熱源沿著立體拖鞋物件之輪廓對液態之高分子材料或光敏液態樹脂進行逐層掃描，使高分子材料或光敏液態樹脂產生聚合反應而固化，以成型該立體拖鞋物件之單層外觀型態，再透過全彩噴印頭對之噴印顏色染料，並以逐層堆疊之方式，藉此以堆疊成型出立體拖鞋物件。

甚至於，於另一些實施例中，三維立體成型機構2更可為雷射燒結液態樹脂成型（SLA）機構，當其採用雷射燒結液態樹脂成型（SLA）機構以製造立體拖鞋物件時，其中成型頭所採用之熱能係為一雷射光熱源，且其所採用之高分子材料係為固態粉末狀之高分子材料，其中成型頭製成立體拖鞋物件之外觀型態之方式主要為透過雷射光熱源沿著立體拖鞋物件之輪廓對固態粉末狀之高分子材料進行逐層掃描，使固態粉末狀高分子材料表面成熔融狀態，透過膠合力使其結合在一起，以成型該立體拖鞋物件之單層外觀型態，再透過全彩噴印頭對之噴印顏色染料，並以逐層堆疊之方式，藉此以堆疊成型出立體拖鞋物件。由此可見，三維立體成型機構2所採用之快速成型技術、對應使用之高分子材料、熱能及其相關的成型方式等均可依照實際情形而任施變化，並不以此為限。

綜上所述，本案提供一種以三維立體成型機構製造立體拖鞋物件之方法，採以快速成型技術製造人字型夾腳拖，不但解決習知傳統之人字型夾腳拖製造方法中，餘料過剩導致成本增加的問題；且製成之人字型夾腳拖鞋係為一體成型之結構，相較於傳統之人字型夾腳拖鞋更不易損壞；再者，以三維立體成型型技術製造人字型夾腳拖不但效率高、速度快、品質均一，更減少人力資源消耗；此外，其更有效地解決了傳統的人字型夾腳拖製造方法中，外型、圖案均受限於製作模板之問題，更實現以較低成本製造少量且具個人特色之客製化人字型夾腳拖。

本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

S110~S160‧‧‧以三維立體成型機構製造立體拖鞋物件之步驟
1‧‧‧資料系統
11‧‧‧資料傳輸平台
2‧‧‧三維立體成型機構
21‧‧‧介面系統
22‧‧‧列印模組
220‧‧‧成型驅動平台
221‧‧‧成型頭
221a‧‧‧噴頭
221b‧‧‧第一容置槽
222‧‧‧全彩噴印頭
222a‧‧‧噴印頭
222b‧‧‧第二容置槽
3‧‧‧立體拖鞋物件
4‧‧‧高分子材料
4’‧‧‧熔融之高分子材料
5‧‧‧顏色染料

第1圖為本案較佳實施例之三維立體成型機構製造立體拖鞋物件之流程示意圖。 第2圖為本案較佳實施例之三維立體成型機構與資料系統之架構示意圖。 第3圖為本案較佳實施例之三維立體成型機構採用熔融沉積成型機構之列印模組之結構示意圖。

S110~S150‧‧‧以三維立體成型機構製造立體拖鞋物件之步驟

Claims (9)

1. 一種以三維立體成型機構製造立體拖鞋物件之方法，其至少包含下列步驟：    （a）提供一三維立體成型機構及一資料系統，其中該三維立體成型成型機構具有一全彩噴印頭、一成型頭、一成型驅動平台及一介面系統，該全彩噴印頭用以噴出一顏色染料，該全彩噴印頭及該成型頭共同架構於該成型驅動平台上，且該資料系統具有一資料傳輸平台；    （b）將欲成型之一立體拖鞋物件之一外觀型態及一色彩資訊輸入該資料系統，使該資料傳輸平台進行一切層運算，以產生一疊加資料，並將該疊加資料轉換成一二維切層疊加格式影像資料；    （c）將該二維切層疊加格式影像資料由該資料系統傳送至該三維立體成型機構之該介面系統；    （d）該介面系統對該二維切層疊加格式影像資料進行解譯以及編排資料格式；以及    （e）驅動該三維立體成型機構之該成型驅動平台位移至一列印位置，使該成型頭利用一熱能將一高分子材料製成該立體拖鞋物件之外觀型態，同時該全彩噴印頭噴出該顏色染料於該立體拖鞋物件之外觀型態上，俾成型出該立體拖鞋物件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之以三維立體成型機構製造立體拖鞋物件之方法，其中該高分子材料係為一熱塑性高分子材料、一光敏液態樹脂之至少其中之一。
3. 如申請專利範圍第2項所述之以三維立體成型機構製造立體拖鞋物件之方法，其中該熱塑性高分子材料係為一聚氯乙烯、一聚乙烯、一聚苯乙烯、一聚氨基甲酸酯、一聚醯胺 、一聚甲醛、一纖維素塑料、一聚四氟乙烯、一聚醯亞胺、一聚苯硫醚、一聚碳酸脂之至少其中之一或其混合物。
4. 如申請專利範圍第2項所述之以三維立體成型機構製造立體拖鞋物件之方法，其中該熱塑性高分子材料係為一聚乳酸（PLA）、一丙烯腈－丁二烯－苯乙烯（ABS）、一丁二烯－苯乙烯（BS）、一丙烯腈－苯乙烯（AS）、一聚乙醯胺（PA）、一尼龍6、一尼龍66、一聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、一氯化聚乙烯（CPE）、一醋酸纖維素、一聚對苯二甲酸乙二酯（PETE或PET）、一聚氯乙烯（PVC）、一聚丙烯（PP）、一聚對苯二甲酸二丁酯（PBT）、一改質聚氯化二甲基苯（m-PPE）之至少其中之一或其混合物。
5. 如申請專利範圍第1項所述之以三維立體成型機構製造立體拖鞋物件之方法，其中該熱能係為電阻熱、紫外光熱源、雷射光熱源之至少其中之一。
6. 如申請專利範圍第1項所述之以三維立體成型機構製造立體拖鞋物件之方法，其中該三維立體成型機構係為一熔融沉積成型(FDM)機，且該熔融沉積成型(FDM)機之該成型頭具有一加熱器，且該加熱器係利用該電阻熱以構成該熱能，俾熔融該高分子材料。
7. 如申請專利範圍第1項所述之以三維立體成型機構製造立體拖鞋物件之方法，其中該三維立體成型機構係為一紫外光固化液態樹脂成型（MJM）機，且該紫外光固化液態樹脂成型（MJM）機之該成型頭具有一加熱器，且該加熱器係利用該紫外光熱源以構成該熱能，俾加速固化該高分子材料。
8. 如申請專利範圍第1項所述之以三維立體成型機構製造立體拖鞋物件之方法，其中該三維立體成型機構係為一雷射燒結液態樹脂成型（SLA）機，且該雷射燒結液態樹脂成型（SLA）機之該成型頭具有一加熱器，且該加熱器係利用該雷射光熱源以構成該熱能，俾燒結固化該高分子材料。
9. 如申請專利範圍第1項所述之以三維立體成型機構製造立體拖鞋物件之方法，其中該三維立體成型機構係為一雷射燒結固態粉末成型（SLS）機，且該雷射燒結固態粉末成型（SLS）機之該成型頭具有一加熱器，且該加熱器係利用該雷射光熱源以構成該熱能，俾燒結固化該高分子材料。