TW201718237A - 三維列印方法 - Google Patents

Abstract

一種用以形成三維物體的三維列印方法，其包括形成具有成型空間的透光模具；填充光固化混合物於成型空間，光固化混合物包括光固化樹脂以及混合於光固化樹脂的成型粉體；以固化光束照射透光模具以及光固化混合物，進而在成型空間形成光固化物體；自透明模具取出光固化物體以及加熱光固化物體，進而形成三維物體。

Description

三維列印方法

本發明是有關於一種成型方法，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。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，其中光固化成型（Stereolithography, SLA）和數位化光處理（Digital Light Processing, DLP）因為是應用光束來定義三維實體的外型，因此可以藉由例如是光固化樹脂來形成具有高精度及較佳的表面品質，都常被廣泛應用在上述各種領域中。

然而，為了符合不同的需求，應用於上述三維列印技術的三維列印材料例如會在光固化樹脂中加入所需的成型材料來成型。當成型材料在三維列印材料中所佔的比例增加時，三維列印材料的流動性也隨之降低，進而無法順利的藉由上述的三維列印技術來形成三維物體。

本發明提供一種三維列印方法，其可以以光固化的方式形成具有不同材質的三維物體。

本發明的實施例的三維列印方法用以形成一三維物體。上述的三維列印方法包括形成一透光模具，透光模具具有一成型空間；以一光固化混合物填充成型空間，光固化混合物包括光固化樹脂以及混合於光固化樹脂的成型粉體；以一固化光束照射透光模具以及光固化混合物，進而固化成型空間中的光固化混合物並形成一光固化物體；自透明模具取出光固化物體；以及加熱光固化物體，進而形成三維物體。

在本發明的一實施例中，上述自透光模具取出光固化物體的步驟包括：利用一脫模劑移除光固化物體四周的透光模具。

在本發明的一實施例中，上述自透光模具取出光固化物體的步驟包括：熔化透光模具。

在本發明的一實施例中，上述的成型粉體是由陶瓷材料或金屬材料形成。

在本發明的一實施例中，上述加熱光固化物體的步驟包括：加熱光固化物體，進而使陶瓷材料或金屬材料燒結。

在本發明的一實施例中，上述的透光模具的材質包括聚乳酸（Polylactic acid, PLA）或蠟材。

在本發明的一實施例中，上述的透明模具的熔點小於等於攝氏200度。

在本發明的一實施例中，上述的光固化樹脂在光固化混合物中的重量百分比不超過百分之30。

在本發明的一實施例中，上述的光固化樹脂的材料在固化後的熔點大於200度。

在本發明的一實施例中，上述的透光模具更具有一包覆成型空間的殼體，殼體的厚度不超過3公分。

基於上述，由於本發明的實施例的三維列印方法利用透光模具來形成光固化物體，進而再形成三維物體，因此可以輕易地加工成所需的外型。

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。

圖1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。請參照圖1，本發明的第一實施例的用以形成三維物體的三維列印先形成一透光模具（步驟S11）。請一併參照圖2A，圖2A是依照本發明的第一實施例的透光模具的剖面示意圖，透光模具100具有成型空間110，其適於容納一流體。因此，當流體填滿成型空間110時，透光模具100可以決定此時流體的外型，且成型空間110的輪廓與本實施例的三維列印方法所欲形成的三維物體的輪廓類似。

本實施例的透光模具100適於讓來自外界的光束通過，進而讓成型空間110中的流體可以被穿透透光模具的光束照射。具體來說，透光模具100例如可以是透光三維列印材料藉由三維列印而成，且形成透光模具100的透光三維列印材料可以包括例如是透光的聚乳酸（Polylactic acid, PLA）、蠟材或聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethyl methacrylate, PMMA），上述的透光三維列印材料藉由例如是熔融沈積成型（Fused Deposition Modeling, FDM）、光固化成型（Stereolithography, SLA）、數位化光處理（Digital Light Processing, DLP）的三維列印技術，進而形成具有成型空間110的透光模具100，但本發明並不限於上述形成透光模具100的方法。本實施例的三維列印方法藉由三維列印來形成透光模具100，且透光模具100的成型空間110的外型與所欲形成的三維物體的外型互相對應。

請參照圖1，在本實施例的三維列印方法在提供完透光模具100後，將光固化混合物200填充於透光模具100的成型空間110中（步驟S12）。請參照圖2B，圖2B是依照本發明的一實施例的透光模具與光固化混合物的示意圖，光固化混合物200例如是由成型粉體與光固化樹脂形成，且成型粉體混合於光固化樹脂中。具體來說，本實施例的光固化樹脂在光固化混合物200中的重量百分比不超過30%，因此成型粉體可以決定光固化混合物200的材料特性。

另一方面，本實施例的光固化混合物200中的光固化樹脂的材料例如包括PMMA，而透光模具100的材質例如是PLA或蠟材或PMMA，因此透光模具100可以良好地承載光固化混合物200。詳細來說，由於透光模具100的材質不會與光固化混合物200中的光固化樹脂產生反應，因此透光模具100的成型空間110可以良好地容納光固化混合物200。

圖2C是依照本發明的第一實施例的固化光束照射透光模具以及光固化混合物的示意圖。請一併參照圖1及圖2C，在光固化混合物200填充透光模具100的成型空間110後，本實施例的三維列印方法以固化光束L照射透光模具100以及光固化混合物200，進而形成光固化物體210（步驟S13）。本實施例的固化光束L適於固化光固化混合物200中的光固化高分子，進而使光固化混合物200形成光固化物體210，且光固化物體210維持了光固化混合物200在成型空間110中的外型。

本實施例的固化光束L例如是波段落在紫外光波段的光束，或是波段落在可見光波段的光束，端視光固化高分子的材料特性而定，本發明不限於此。另一方面，本實施例的透光模具100適於讓固化光束L穿透，且透光模具100中的成型空間110的最大寬度d不超過3公分（centimeter, cm），因此透光模具100可以讓固化光束L充分的照射成型空間110中的光固化混合物200，而形成的光固化物體210也可以具有適當的固化程度。

具體來說，本實施例的透光模具100例如是由適於讓固化光束L穿透的材料形成，因此當透光模具100填充有光固化混合物200時，暴露於固化光束L下的透光模具100可以讓光固化混合物200接受到固化光束L，進而形成光固化物體210。詳細來說，透光模具100的內表面112用以形成上述的成型空間110，固化光束L可以充分固化鄰近內表面112的光固化混合物200，進而讓形成的光固化物體210可以維持其外型。

在光固化物體210形成後，本實施例的三維列印方法將光固化物體210自透光模具100中取出（步驟S14）。由於光固化物體210中至少部份光固化樹脂已經固化，因此當光固化物體210自該透光模具100取出後仍可以維持其外型。

請參照圖1，本實施例的三維列印方法在光固化物體210自該透光模具100取出後，接著對光固化物體210加熱來形成三維物體（步驟S15）。詳細來說，由於光固化物體210中還有成型粉體，因此藉由加熱光固化物體210可以讓成型粉體熔化或燒結，進而冷卻而成三維物體。

由於本實施例的三維列印方法先藉由三維列印來形成透光模具100，因此透光模具100的成型空間110的輪廓可以對應本實施例的三維列印方法所欲形成的三維物體的輪廓。由於透光模具100可以讓固化光束L穿透，當含有光固化樹脂以及成型粉體的光固化混合物200注入成型空間110後即可藉由固化光束L的照射來讓光固化混合物200形成光固化物體210，進而再藉由加熱光固化物體210來形成三維物體。由於光固化物體210在加熱時可以藉由固化後的光固化樹脂維持外型，因此上述所形成的三維物體也可以具有與成型空間110的輪廓對應的外型，進而得到良好的三維物體。簡單來說，本實施例的三維列印方法不會被光固化混合物的流動性影響，進而可以以更多種材料形成三維物體。

具體來說，本實施例的光固化樹脂在光固化混合物200的重量百分比不超過百分之30，因此本實施例的三維列印方法所形成的三維物體的材質特性可以接近成型粉體的材質特性，進而得到良好的三維物體。

詳細來說，在本實施例的三維列印方法中所用的光固化混合物200的成型粉體是由陶瓷材料形成，因此當光固化物體210被加熱時，光固化物體210中的陶瓷材料被加熱進而燒結，進而冷卻成三維物體，但本發明不限於此。在其他實施例中，光固化混合物中的成型粉體更可以是由金屬材料形成，因此當光固化物體被加熱時，光固化物體中的金屬材料被加熱進而融化，進而冷卻成三維物體。簡單來說，本發明的實施例的三維列印方法在加熱光固化物體時會加熱至成型粉體的熔結溫度或燒結溫度。

圖3是依照本發明的第二實施例的三維列印方法的流程示意圖。請參照圖3，本發明的第二實施例的三維列印方法類似於上述第一實施例的三維列印方法，惟其不同之處在於：本發明的第二實施例在形成透光模具（步驟S21）後，接著在透光模具的內表面塗抹脫模劑（步驟S22）。上述透光模具的內表面位於成型空間的周圍，亦即上述的內表面形成上述的成型空間。

因此，當本實施例的光固化混合物填充成型空間後（步驟S23），光固化混合物和透光模具之間還有一層脫模劑。上述的脫模劑在透光模具和光固化混和物暴露於固化光束（步驟S24）後，成型空間中所形成的光固化物體和透光模具之間也會有上述的一層脫模劑，因此光固化物體可以輕易的自透光模具移除，同時讓光固化物體的表面不會因透光模具的黏著而損傷。

另一方面，本發明的第二實施例在形成光固化物體後，更包括熔化透光模具的步驟（步驟S25）。詳細來說，本實施例形成透光模具的材質的熔點較固化後的光固化樹脂的熔點低，因此透光模具可以藉由加熱融化來輕易得取出光固化物體，進而讓光固化物體可以藉由加熱來形成三維物體（步驟S26）。詳細來說，本實施例的透光模具的材質的熔點小於等於攝氏200度，而光固化樹脂在固化後的熔點大於200度，但本發明不限於此。

綜上所述，由於本發明的實施例的三維列印方法中所使用的光固化混合物包括光固化樹脂以及成型粉體，因此當光固化混和物填充於透光模具的成型空間時，成型空間的光固化混合物可以藉由固化光束的照射來初步形成光固化物體，進而再將光固化物體加熱並形成三維物體。本發明的實施例的三維列印方法藉由初步在透光模具中形成光固化物體，因此可以更廣泛利用具有不同比例的光固化樹脂的光固化混合物來形成三維物體，進而使形成的三維物體可以具有更多不同的材料特性。

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。

d‧‧‧寬度
L‧‧‧固化光束
S11～S15、S21～S26‧‧‧步驟
100‧‧‧透光模具
110‧‧‧成型空間
112‧‧‧內表面
200‧‧‧光固化混合物
210‧‧‧光固化物體

圖1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2A是依照本發明的第一實施例的透光模具的剖面示意圖。 圖2B是依照本發明的第一實施例的透光模具與光固化混合物的剖面示意圖。 圖2C是依照本發明的第一實施例的固化光束照射透光模具以及光固化混合物的剖面示意圖。 圖3是依照本發明的第二實施例的三維列印方法的流程示意圖。

S11~S15‧‧‧步驟

Claims (10)

1. 一種三維列印方法，用以形成一三維物體，包括： 形成一透光模具，該透光模具具有一成型空間； 以一光固化混合物填充該成型空間，該光固化混合物包括光固化樹脂以及混合於該光固化樹脂的成型粉體； 以一固化光束照射該透光模具以及該光固化混合物，進而固化該成型空間中的該光固化混合物並形成一光固化物體； 自該透明模具取出該光固化物體；以及 加熱該光固化物體，進而形成該三維物體。
2. 如申請專利範圍第1項所述的三維列印方法，其中在該透光模具形成之後，更包括： 將一脫模劑塗抹於該透光模具的內表面，該內表面位於該成型空間周圍。
3. 如申請專利範圍第1項所述的三維列印方法，其中自該透光模具取出該光固化物體的步驟包括： 熔化該透光模具。
4. 如申請專利範圍第1項所述的三維列印方法，其中該成型粉體是由陶瓷材料或金屬材料形成。
5. 如申請專利範圍第4項所述的三維列印方法，其中加熱該光固化物體的步驟包括： 加熱該光固化物體，進而使該陶瓷材料或金屬材料燒結或熔結。
6. 如申請專利範圍第1項所述的三維列印方法，其中該透光模具是由透光三維列印材料經三維列印而成。
7. 如申請專利範圍第6項所述的三維列印方法，其中該透光三維列印材料包括聚乳酸、蠟材或聚甲基丙烯酸甲脂。
8. 如申請專利範圍第1項所述的三維列印方法，其中該透明模具的材質的熔點小於該光固化樹脂的材料在固化後的熔點。
9. 如申請專利範圍第1項所述的三維列印方法，其中該光固化樹脂在該光固化混合物中的重量百分比不超過百分之30。
10. 如申請專利範圍第1項所述的三維列印方法，其中該成型空間的最大寬度不超過3公分。