TW201742742A - 三維選擇性燒結修補系統、設備及其應用方法 - Google Patents

Abstract

本發明是一種三維選擇性燒結修補系統、設備及其應用方法，本發明利用一位移掃瞄裝置針對一待修補區域進行掃瞄而獲得一修補數據。再運用一模型比對裝置連接位移掃瞄裝置且取得修補數據運算後產生一修補參數。再以一位移噴出裝置配合一介質讓帶電粉體靜電磁附定位於待修補區域表面，形成對應位置及厚度的帶電粉體層。最後依據修補參數進行位移能量燒結裝置的位移及燒結，將帶電粉體層固化一體於待修補區域。藉此，本發明可提供精準且能在曲面上進行的選擇性燒結修補工作。

Description

三維選擇性燒結修補系統、設備及其應 用方法

本發明是有關於一種三維燒結的機具及其應用方法，且特別是有關於一種應用在三維修補作業時進行局部修補維修與精準曲面修補的三維選擇性燒結修補系統、設備及其應用方法。

傳統鑄造等製造方法僅能製造出固定形狀的物件，若要針對不同需求加強物件強度或硬度等材料特性，如，現今作法是利用積層製造(additive manufacture)的方法針對不同需求精密外形及金屬材料進行加工。

現有的積層製造技術中採用粉床固化之積層製造技術已是主流之一。粉床固化之積層製造技術係如選擇性雷射燒結(Selective Laser Sintering，SLS)、選擇性雷射熔融(Selective Laser Melting，SLM)、電子束熔融(Electron Beam melting，EBM)。所謂SLS技術是採用雷射燒結的原理，依據三維模型將成品構造切層為二維幾何 形狀，透過供料單元將粉體施以適當厚度之鋪層，再以雷射光束針對所需之二維形狀於粉體鋪層區域進行選擇性加熱，而使粉材逐層燒結後反覆堆疊固化成三維成品。所謂SLM技術係運用雷射熔融的原理，同樣依據三維模型，透過供料單元將粉體施以適當厚度之鋪層，再以雷射光束針對所需之二維形狀於粉體鋪層區域進行選擇性加熱及反覆堆疊固化成三維成品。至於EBM技術係運用電子束熔融的原理，同樣依據三維模型，將成品構造切層為二維幾何形狀，透過供料單元將粉體施以適當厚度之鋪層，再以電子束束針對粉體鋪層區域進行選擇性加熱，而使粉材熔融後反覆堆疊固化成三維成品。

上述之習知積層製造過程，於材料冷卻固化的過程中，材料固液變化與結晶的機制最為關鍵，以往受到粉體不易定位在施工位置等問題影響，現有的積層製造技術大多用來生成單一成品。但若想要進行破損部份之修補，則沒有平整表面供粉體定位就無法適用積層製造成型，且難以達到較佳的精準品質，故現有的積層製造的係侷限於一特定的範圍，而三維修補上的利用亦受到技術限制且無法任意調控。

因此，近年來積層製造方法大多用於原型模具打造、航太、醫療等產業，較少用於修補之用途。對此，市面上已有開發出類似採用SLE的積層修補技術。雖然現今SLE已出現如美國專利第US 20140163717 A1號案用於修補的技術，但其運作原理需先使用一與欲修補處外型吻合的 模套至工件之上，接著將金屬粉體倒於模套內，最終使用雷射將修補處金屬粉體燒結成型，又或是將已經成形的金屬部件配合焊接材料燒結在預設位置，此現有技術對於三維曲面的修補根本無法應用；而習知前案對於複雜三維燒結路徑加工時，更存在無法製作複雜模具及難以進行有效積層燒結固定之困境。

然而，由於積層製造方法的精密產品包含難以取得更換零件的航空、太空科技產業：由於維修航空或太空科技裝備時常因損耗而需要更換零件，但前述零件價格高昂且快速補充獲得不易，因此對於使用者而言仍有大量的修補需求。另對於需使用模具大量生產的製造商而言，高精密模具在使用時，於脫模階段會與物件經常產生摩擦等接觸，故會造成模具的磨耗，所以每組模具都有其使用年限。故急需積層製造(三維燒結)修補技術能將欲淘汰的模具修補回最初始狀況，使之能繼續使用。此外，對於長年於海上之工業產品及國防相關工業而言，金屬用品於海上容易遭受到腐蝕，此積層製造(三維燒結)修補技術能修復被腐蝕之關鍵零組件使之繼續運作。

依據上述內容，如何能將積層製造(三維燒結)修補技術發展成無需模具、精密度高及可以在三維曲面上修補之功能，係為現今積層製造技術開發者及工具機廠商皆十分期待解決的一項重要課題。

本發明係提供作業精準、能在曲面上進行且節省材料的選擇性燒結修補工作效果的三維選擇性燒結修補系統、設備及其應用方法。透過帶電粉體靜電磁附定位於待修補區域表面再加以燒結的獨特方式，令本發明三維選擇性燒結修補系統及設備皆可以適應各種三維破損面的操作，且本發明方法不再須要於修補處製作模套，只需於欲修補處噴灑或披覆介質，就可以利用靜電吸附使帶電粉體吸附於需修補處，再以可控制定位的位移能量燒結裝置進行修補處的精密燒結作業。

為達上述目的，本發明提供一種三維選擇性燒結修補系統用以針對一待修補單元之一待修補區域進行選擇性燒結修補，此三維選擇性燒結修補系統包含一位移掃瞄裝置、一模型比對裝置、一介質、一位移噴出裝置及一位移能量燒結裝置。其中，位移掃瞄裝置是針對待修補區域進行掃瞄而獲得一修補數據。模型比對裝置則連接位移掃瞄裝置且取得修補數據，而模型比對裝置運算後產生一修補參數。前述介質被覆蓋在待修補區域表面。而位移噴出裝置受模型比對裝置的修補參數控制，並且位移噴出裝置具有一靜電生成模組，位移噴出裝置經由靜電生成模組向介質噴出多數帶電粉體，而於介質表面形成一帶電粉體層，前述帶電粉體配合介質靜電磁附於待修補區域表面。位移能量燒結裝置受模型比對裝置的修補參數控制，且位移能量燒結裝置提供一能量束以選擇性加熱帶電粉體層，而使帶電粉體層呈熔融狀或燒結狀而固化一體於待修補區域。

藉此，本發明可以利用位移掃瞄裝置及模型比對裝置控制作業精準位置及厚度，更重要的是，利用位移噴出裝置經由靜電生成模組向介質噴出多數帶電粉體，而使介質表面形成一帶電粉體層，前述帶電粉體配合介質靜電磁附於待修補區域表面的技術能在曲面上進行且節省材料。

此實施方式的三維選擇性燒結修補系統之其他可行實施例如後。前述位移噴出裝置與位移能量燒結裝置皆可位於待修補區域外側，且多數帶電粉體與能量束之供給方向可以平行併列或對應同心而呈一夾角。此外，位移噴出裝置與位移能量燒結裝置皆可具有相對待修補單元三維移動之一移動機構；且移動機構之路徑係依據修補參數控制及位移。前述位移能量燒結裝置可以是採用選擇性雷射燒結(Selective Laser Sintering，SLS)、選擇性雷射熔融(Selective Laser Melting，SLM)或電子束熔融(Electron Beam Melting，EBM)。而前述能量束可為電弧、電子束或雷射。

此外，前述帶電粉體可以為金屬材料、合金材料、金屬基複合物材料、高分子材料、磁性陶瓷材料、非鐵磁性材料或由上述材料之至少任二者所組成。

前述介質可以為一塑膠膜或一阻隔油層。且介質可以是以一噴覆方式或一鋪設方式覆蓋在待修補區域表面。

前述靜電生成模組可以是一高壓靜電發生器，待修補單元則預先帶正極，高壓靜電發生器使四周空氣電離產生負極靜電磁場，從而使帶電粉體間隔介質吸附在待修補 單元上，運用介質隔阻帶正極待修補單元與具負極靜電的帶電粉體，穩定讓帶電粉體吸附在精準抵制噴出的位置。

依據本發明另提供一種三維選擇性燒結修補設備，本發明的三維選擇性燒結修補設備用以針對帶正極一待修補單元之一待修補區域進行選擇性燒結修補，且前述待修補區域上覆蓋不導電之一介質。三維選擇性燒結修補設備包含一機體、一位移噴出裝置及一位移能量燒結裝置。位移噴出裝置安裝在機體而被連動，且位移噴出裝置具有一靜電生成模組，位移噴出裝置經由靜電生成模組向介質噴出帶負極靜電的多數帶電粉體，而於介質表面形成一帶電粉體層，各帶電粉體配合介質靜電磁附於待修補區域表面。位移能量燒結裝置安裝在機體而被連動，且位移能量燒結裝置受控制提供一能量束以選擇性加熱帶電粉體層，而使帶電粉體層呈熔融狀或燒結狀而固化一體於待修補區域。藉此能簡易地完成修補工件。

此實施方式的三維選擇性燒結修補設備之其他可行實施例如後。位移噴出裝置與位移能量燒結裝置皆可以位於待修補區域外側，且前述帶電粉體與能量束之供給方向平行，且多數帶電粉體環繞能量束噴出。藉此可以精簡整體佔用之體積空間。此外，位移能量燒結裝置可採用選擇性雷射燒結(Selective Laser Sintering，SLS)、選擇性雷射熔融(Selective Laser Melting，SLM)或電子束熔融(Electron Beam Melting，EBM)。而前述能量束可以為電弧、電子束或雷射。前述帶電粉體可以為金屬材料、合金 材料、金屬基複合物材料、高分子材料、磁性陶瓷材料、非鐵磁性材料或由上述材料之至少任二者所組成。

值得一提的是，靜電生成模組是一高壓靜電發生器，高壓靜電發生器使四周空氣電離產生負極靜電磁場，從而使帶電粉體帶有負極靜電。配合介質可以讓帶電粉體吸附於帶正極的待修補單元上。

另前述機體可以具有供手持使用的一手持握把。而在手持握把上可以具有一扳機部，以扳機部控制帶電粉體噴出或能量束供給。也可以利用扳機部同時控制帶電粉體噴出及能量束供給。藉由前述的機體手持設計，本發明的三維選擇性燒結修補設備可以便利地手持操作，有利於大型船艦或飛機的機體缺陷修補。另需說明的是，此機體雖然以手持操作為其基本態樣，但前述機體同樣可以配置在機器人手臂或三維移動裝置之上，同樣可以發揮更精準控制之效果。

依據本發明再提供一種三維選擇性燒結修補系統的應用方法，前述方法可以應用於前述三維選擇性燒結修補系統之實施方式，三維選擇性燒結修補系統的應用方法包含一掃瞄步驟、一比對步驟、一燒結粉體定位步驟、一燒結修補定位步驟及一燒結步驟。前述掃瞄步驟是以位移掃瞄裝置針對待修補區域進行掃瞄而獲得一修補數據；比對步驟則運用模型比對裝置連接位移掃瞄裝置且取得修補數據，而模型比對裝置比對運算後產生一修補參數；燒結粉體定位步驟先讓位移噴出裝置依據修補參數位移，並且利用掃瞄步驟及比對步驟確認修補的位置及厚度，再以位移噴出裝置配合介 質讓帶電粉體靜電磁附定位於待修補區域表面，並且形成對應位置及厚度的帶電粉體層；燒結修補定位步驟依據修補參數進行位移能量燒結裝置的相對位移；最後，燒結步驟以位移能量燒結裝置依據修補參數將帶電粉體層固化一體於待修補區域。

前述三維選擇性燒結修補系統的應用方法的步驟中，待修補區域及帶電粉體層皆為曲面。且應用方法可以另包含一介質覆蓋步驟，在燒結粉體定位步驟前進行一介質覆蓋步驟，將介質以一噴覆方式、一塗佈方式或一鋪設方式覆蓋在待修補區域表面。

依據本發明又提供一種三維選擇性燒結修補設備的應用方法，其應用於前述之三維選擇性燒結修補設備，本應用方法包含一介質覆蓋步驟、一燒結粉體定位步驟及一燒結修補定位步驟。其中，介質覆蓋步驟將介質以一噴覆方式或一鋪設方式覆蓋在待修補區域表面；燒結粉體定位步驟以位移噴出裝置配合介質讓帶電粉體靜電磁附定位於待修補區域表面，並且形成對應位置及厚度的帶電粉體層；燒結修補定位步驟則運用機體相對位移位移能量燒結裝置；最後，以燒結步驟讓位移能量燒結裝置將帶電粉體層固化一體於待修補區域。

於本發明後述內容中，將水平面之方向設為X軸方向，將水平面內與X軸方向正交之方向設為Y軸方向，將與X軸方向及Y軸方向之各者正交之方向(即鉛垂方向)設為Z軸方向。所謂〝三維〞一詞係指系統或設備相對待修補區域間可以進行X軸方向、Y軸方向及Z軸方向的其中至少 二方向位移。本發明名稱雖定名為〝三維〞，但在範圍上並不限定其可相對位移之其他軸向。

值得一提的是，本發明前述裝置及方法雖以選擇性燒結修補為實施例，但使用者仍然可以直接利用本發明前述裝置及方法進行非修補的積層製造，因此，非使用於修補之用途仍然應受到本發明應用方法之保護。

在此要進一步說明的是，前述介質是以噴覆或鋪設方式覆蓋在待修補區域表面作為靜電阻隔，但由於介質同時可以具備黏著性，在本發明之中，具有黏著性的介質可以產生定位於待修補區域表面及黏附大量帶電粉體的功能。

100‧‧‧三維選擇性燒結修補系統

101‧‧‧基台部

102‧‧‧移動機構

200‧‧‧位移掃瞄裝置

210‧‧‧攝影鏡頭

300‧‧‧模型比對裝置

400‧‧‧介質噴出裝置

500‧‧‧位移噴出裝置

501‧‧‧噴出口

510‧‧‧靜電生成模組

600‧‧‧位移能量燒結裝置

701‧‧‧掃瞄步驟

702‧‧‧比對步驟

703‧‧‧燒結粉體定位步驟

704‧‧‧燒結修補定位步驟

705‧‧‧燒結步驟

706‧‧‧介質覆蓋步驟

A‧‧‧待修補單元

B‧‧‧待修補區域

E‧‧‧介質

H‧‧‧帶電粉體

F‧‧‧帶電粉體層

S‧‧‧修補數據

T‧‧‧修補參數

G‧‧‧能量束

100A‧‧‧三維選擇性燒結修補設備

110A‧‧‧機體

111A‧‧‧手持握把

112A‧‧‧扳機部

120A‧‧‧位移噴出裝置

130A‧‧‧位移能量燒結裝置

140A‧‧‧靜電生成模組

706A‧‧‧介質覆蓋步驟

703A‧‧‧燒結粉體定位步驟

704A‧‧‧燒結修補定位步驟

705A‧‧‧燒結步驟

X、Y、Z‧‧‧軸

第1圖繪示依照本發明三維選擇性燒結修補系統之一實施例的示意圖；第2A圖繪示依照本發明依照第1圖實施例的噴灑介質動作系統示意圖；第2B圖繪示依照本發明依照第2圖實施例的噴灑介質動作修補狀態圖；第3A圖繪示依照本發明依照第1圖實施例的噴灑帶電粉體動作系統示意圖；第3B圖繪示依照本發明依照第2圖實施例的噴灑帶電粉體動作修補狀態圖；第4A圖繪示依照本發明依照第1圖實施例的燒結修補動作系統示意圖； 第4B圖繪示依照本發明依照第2圖實施例的燒結修補動作狀態圖；第5圖繪示依照本發明中一種三維選擇性燒結修補系統的應用方法之步驟流程圖；第6圖繪示依照本發明第5圖應用方法之另一實施例的步驟流程圖；第7圖繪示本發明中一種三維選擇性燒結修補設備實施例的外觀立體示意圖；第8圖繪示本發明第7圖中三維選擇性燒結修補設備的局部放大圖；第9圖繪示本發明第7圖中三維選擇性燒結修補設備之操作狀態示意；以及第10圖繪示三維選擇性燒結修補設備之應用方法的步驟流程圖。

以下將參照圖式說明本發明之複數個實施例。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施例中，這些實務上的細節是非必要詳細描述的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與常用元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示表現。

首先請一併參閱第1圖至第4B圖。第1圖繪示依 照本發明三維選擇性燒結修補系統100之一實施例的示意圖。第2A圖及第2B圖繪示依照第1圖實施例的噴灑介質E動作系統示意圖及噴灑介質E動作修補狀態圖。第3A圖及第3B圖繪示噴灑帶電粉體H動作系統示意圖及噴灑帶電粉體H動作修補狀態圖。第4A圖及第4B圖繪示燒結修補動作系統示意圖及燒結修補動作狀態圖。透過前述視圖可以充份清楚揭露說明本發明第一實施例的各項結構細節。

本發明第一實施例是一種三維選擇性燒結修補系統100，實施例之三維選擇性燒結修補系統100用以針對具有一待修補區域B的一待修補單元A進行選擇性燒結修補工作。此三維選擇性燒結修補系統100包含一基台部101、一位移掃瞄裝置200、一模型比對裝置300、一介質噴出裝置400、一位移噴出裝置500及一位移能量燒結裝置600。前述的介質噴出裝置400用以在待修補區域B噴灑且覆蓋一介質E，但此介質E並非限定必須自動式噴出，也可以採裝置自動披覆、手動披覆或手動塗佈於待修補區域B，此實施例以噴灑方式係採不導電之阻隔油作為介質E。

前述基台部101用以置放定位一個立體且為金屬材質的待修補單元A，且基台部101傳導正電極給待修補單元A。基台部101可以成為三維選擇性燒結修補系統100一部份或獨立構件，基台部101具有三維移動及旋轉功能，且依控制搬送待修補單元A至特定位置。

位移掃瞄裝置200配合一移動機構102位於基台部101上方，且位移掃瞄裝置200具有三維移動能力，此位移掃瞄裝置200內具針對待修補區域B進行掃瞄的一個攝 影鏡頭210，且利用攝影鏡頭210獲得三維數據影像，而由三維數據影像獲得一修補數據。位移掃瞄裝置200可使用其他3D掃描器或計測相對距離之裝置。位移掃瞄裝置200也可以使用雷射表面掃描(scanning)計測表面形狀，同樣可以獲得一修補數據。

模型比對裝置300則訊號連接位移掃瞄裝置200且取得待修補區域B的修補數據，而模型比對裝置300經在軟體上建立修補模型及相關位移、厚度等等數據後，再經程式運算後產生一修補參數。

前述介質噴出裝置400配合移動機構102位於基台部101上方，且介質噴出裝置400具有三維移動能力，介質噴出裝置400依據模型比對裝置300的修補參數控制位移，並以介質噴出裝置400針對待修補區域B噴灑介質E，此例中使用的介質E為不導電油料，且使介質E覆蓋在待修補區域B表面。

而位移噴出裝置500配合移動機構102位於基台部101上方，且位移噴出裝置500同樣具有三維移動能力，位移噴出裝置500受模型比對裝置300的修補參數控制位移，且位移噴出裝置500在噴出口501旁裝設有一靜電生成模組510，而位移噴出裝置500經由靜電生成模組510讓多數帶電粉體H皆帶有負極電。前述位移噴出裝置500內儲置有金屬製成的多數帶電粉體H備用，再向介質E表面噴出多數帶電粉體H，而於介質E表面形成一帶電粉體層F，前述帶有負極的帶電粉體H受到介質E的阻隔而靜電磁附於帶有正電極的待修補區域B表面。藉由前述方式讓本發明的帶電粉 體H可以穩定附著在指定的待修補區域B表面，而此時本發明的帶電粉體H未被燒結或熔融。

位移能量燒結裝置600配合移動機構102位於基台部101上方，且位移能量燒結裝置600同樣具有三維移動能力，本發明位移能量燒結裝置600受模型比對裝置300以修補參數控制，且位移能量燒結裝置600提供一能量束G，此能量束G隨位移操作可選擇性加熱帶電粉體層F，而使帶電粉體層F呈熔融狀或燒結狀而固化一體於待修補區域B。依此方式逐層噴上介質E、附著帶電粉體層F及能量束G燒結固化，即可精準完成待修補區域B的填補固化，且無論是特殊曲面或彎曲裂紋皆可修補。前述位移能量燒結裝置600可以是採用選擇性雷射燒結(Selective Laser Sintering，SLS)、選擇性雷射熔融(Selective Laser Melting，SLM)或電子束熔融(Electron Beam Melting，EBM)。令前述能量束G可選擇為電弧、電子束或雷射。

藉此，本發明可以利用位移掃瞄裝置200及模型比對裝置300控制帶電粉體層F燒結固化作業精準位置及厚度，更重要的是，利用位移噴出裝置500經由靜電生成模組510向介質E表面噴出的多數帶電粉體H皆帶有負極電，可以使介質E表面穩定靜電磁附帶電粉體層F，前述帶電粉體H配合介質E靜電磁附於待修補區域B表面的技術能有效保持曲面或特殊表面上的定位效果，且靜電磁附有效吸附多數帶電粉體H，不會浪費材料而達成節省材料之目的。此實施方式的三維選擇性燒結修補系統100之帶電粉體H與能量束G的供給方向可為平行併列或對應同心而呈一夾角。此 外，位移噴出裝置500與位移能量燒結裝置600皆具有相對待修補單元A三維移動之移動機構102；且移動機構102之路徑係依據修補參數控制及位移。

此外，前述帶電粉體H可以為金屬材料、合金材料、金屬基複合物材料、高分子材料、磁性陶瓷材料、非鐵磁性材料或由上述材料之至少任二者所組成。而待修補單元A則是可預先帶正極電的物品。更進一步說明，待修補單元A可以是航空設備、航海設備、精密模具、醫療器具、牙齒或人體體內植入件。

請參閱第5圖，第5圖繪示本發明之一種三維選擇性燒結修補系統的應用方法，可供循環應用於前述實施例中的三維選擇性燒結修補系統100，此應用方法步驟說明如後。本發明所揭露應用方法步驟依序包含一掃瞄步驟701、一比對步驟702、一燒結粉體定位步驟703、一燒結修補定位步驟704及一燒結步驟705。

掃瞄步驟701應用於前述實施例中的位移掃瞄裝置200，以其中的攝影鏡頭210針對曲面上的待修補區域B進行掃瞄而獲得一修補數據S。

比對步驟702則運用前述實施例中的模型比對裝置300連接位移掃瞄裝置200，且比對步驟702可取得修補數據S，而模型比對裝置300經在軟體上建立修補模型及相關位移、厚度等等數據後，再經程式運算後產生一修補參數T。

燒結粉體定位步驟703運用前述實施例中的位 移噴出裝置400依據修補參數T位移，再以位移噴出裝置400配合介質E讓多數帶電粉體H靜電磁附定位於待修補區域B表面，並且形成對應依據修補參數T指定位置及厚度的非平面帶電粉體層F。

燒結修補定位步驟704依據修補參數T進行前述實施例中位移能量燒結裝置600的相對位移。

燒結步驟705以位移能量燒結裝置600依據修補參數T將該帶電粉體層F依序逐層固化，最終能穩定一體結合修補前述待修補區域B。其中待修補區域B、介質E及帶電粉體層F皆為非為平面，可以進行各種曲面上的尖銳凹陷或裂縫等缺陷的修補；前述步驟可依待修補區域B範圍重覆循環進行修補作業。

再請參閱第6圖，前述的三維選擇性燒結修補系統的應用方法，其中可以另包含一介質覆蓋步驟706，在燒結粉體定位步驟703前，另將介質E以一噴覆方式或一鋪設方式覆蓋在待修補區域B表面。且若以自動控制精密噴灑方式進行時，介質覆蓋步驟706同樣可以依據修補參數T精密地噴灑介質E在待修補區域B表面；前述步驟可依待修補區域B範圍重覆循環進行修補作業。

再請參閱第7圖至第9圖。第7圖繪示三維選擇性燒結修補設備100A實施例的外觀立體示意圖；第8圖繪示第7圖中三維選擇性燒結修補設備100A的局部放大圖；第9圖則繪示第7圖中三維選擇性燒結修補設備100A之操作狀態示意。本發明另提供一種三維選擇性燒結修補設備 100A，本發明的三維選擇性燒結修補設備100A同樣用以針對帶正極一待修補單元之一待修補區域進行選擇性燒結修補，且前述待修補區域上以手動覆蓋不導電之一介質。但前述待修補單元及介質覆蓋方式類似前舉各實施例，在此不多作贅述及編號說明。

此三維選擇性燒結修補設備100A包含一機體110A、一位移噴出裝置120A、一位移能量燒結裝置130A及一靜電生成模組140A。且位移能量燒結裝置130A被環形位移噴出裝置120A圍繞在內。前述機體110A具有供手持使用的一手持握把111A，藉以供使用者手持輕易位移整個機體110A到對準待修補單元A的待修補區域(未繪示)外側。而在手持握把111A上具有一扳機部112A，以扳機部112A同時控制帶電粉體H噴出及能量束G供給。而靜電生成模組140A是一高壓靜電發生器，高壓靜電發生器使四周空氣電離產生負極靜電磁場，從而讓位移噴出裝置120A噴出帶負極電的多數帶電粉體H，而各帶電粉體H配合介質(未繪示)靜電磁附於待修補單元A的待修補區域表面。藉由前述的機體110A手持設計，本發明的三維選擇性燒結修補設備100A可以便利地手持操作，使用者只要預先讓待修補單元A連接正電極(接正電極為習知手段，不多作贅述)，再覆蓋不導電之介質薄膜後，就可以按壓扳機部112A控制帶電粉體H噴出供給，且同時由中央噴出能量束G進行快速燒結熔融後固定。此三維選擇性燒結修補設備100A有利於大型船艦或飛機的機體快速即時缺陷修補，又具有金屬積層修補的材料 與強度優勢。

在此進一步說明的是，本發明三維選擇性燒結修補設備100A不但可配置在機器人手臂或三維移動裝置之上發揮更精準控制之效果；且當進行由下方向上方噴出多數帶電粉體的作業狀態時，由於帶電粉體靜電磁附力與帶電粉體重力彼此的交叉作用，故本發明進行由下向上作業時的帶電粉體厚度會對應靜電磁附力，藉此能運用重力自動保持一致的帶電粉體厚度，多餘的帶電粉體會隨重力自行掉落。因此，本發明進行由下向上作業時會有厚度一致性更高的效果。

此實施方式的三維選擇性燒結修補設備100A之帶電粉體H與能量束G之供給方向平行，且多數帶電粉體H環繞能量束G噴出。藉此可以精簡整體佔用之體積空間。此外，位移能量燒結裝置130A可採用選擇性雷射燒結(Selective Laser Sintering，SLS)、選擇性雷射熔融(Selective Laser Melting，SLM)或電子束熔融(Electron Beam Melting，EBM)。而前述帶電粉體H可以為金屬材料、合金材料、金屬基複合物材料、高分子材料、磁性陶瓷材料、非鐵磁性材料或由上述材料之至少任二者所組成。

另再請同時參閱第10圖，本發明提供另一種三維選擇性燒結修補設備，其循環應用於前述三維選擇性燒結修補設備100A，此應用方法包含一介質覆蓋步驟706A、一燒結粉體定位步驟703A、一燒結修補定位步驟704A及燒結步驟705A。前述介質覆蓋步驟706A是使用者將介質以一噴覆方式或一鋪設方式覆蓋在待修補區域表面。燒結粉體定位 步驟703A是以位移噴出裝置配合介質讓帶電粉體靜電磁附定位於待修補區域表面，並且形成對應位置及厚度的帶電粉體層。燒結修補定位步驟704A運用機體相對位移位移能量燒結裝置後，再運用燒結步驟705A以位移能量燒結裝置將帶電粉體層固化一體於待修補區域。前述步驟可依修補區域B範圍重覆循環進行修補作業。

本發明提供的三維選擇性燒結修補系統、設備及其應用方法可以獲得以下效果。

其一，利用位移噴出裝置經由靜電生成模組向介質表面噴出的多數帶電粉體皆帶有負極電，可以使介質表面穩定靜電磁附帶電粉體層，故帶電粉體配合介質靜電磁附於帶正極電的待修補區域表面是一種穩定定位方式，而此技術能有效保持曲面或特殊表面上的粉體定位效果。

其二，靜電磁附能有效吸附多數帶電粉體，不會浪費材料而達成節省材料之目的。

其三，三維選擇性燒結修補系統針對待修補單元可以精密修補作。利用基台部、位移掃瞄裝置及模型比對裝置，以精密影像數據隨時控制介質噴出裝置、位移噴出裝置及位移能量燒結裝置，達成本發明精密修補的效果。

其四，三維選擇性燒結修補設備的機體具有供手持使用的手持握把，藉以供使用者手持位移整個機體到對準待修補區域的外側，此三維選擇性燒結修補設備使用者可以任意手持操作進行快速有效的燒結修補。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精 神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此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。

701‧‧‧掃瞄步驟

702‧‧‧比對步驟

703‧‧‧燒結粉體定位步驟

704‧‧‧燒結修補定位步驟

705‧‧‧燒結步驟

S‧‧‧修補數據

T‧‧‧修補參數

Claims (25)

1. 一種三維選擇性燒結修補系統，用以針對一待修補單元之一待修補區域進行選擇性燒結修補，且一介質覆蓋在該待修補區域表面；該三維選擇性燒結修補系統包含有：一位移掃瞄裝置，其針對該待修補區域進行掃瞄而獲得一修補數據；一模型比對裝置，其連接該位移掃瞄裝置且取得該修補數據，而該模型比對裝置運算後產生一修補參數；一位移噴出裝置，其受該模型比對裝置的該修補參數控制，並且該位移噴出裝置具有一靜電生成模組，該位移噴出裝置經由該靜電生成模組向該介質噴出多數帶電粉體，而於該介質表面形成一帶電粉體層，該些帶電粉體配合該介質靜電磁附於該待修補區域表面；以及一位移能量燒結裝置，其受該模型比對裝置的該修補參數控制，且該位移能量燒結裝置提供一能量束以選擇性加熱該帶電粉體層，而使該帶電粉體層呈熔融狀或燒結狀而固化一體於該待修補區域。
2. 如申請專利範圍第1項所述的三維選擇性燒結修補系統，其中：該位移噴出裝置與該位移能量燒結裝置皆位於該待修補區域外側，且該些帶電粉體與該能量束之供給方向平行併列或對應同心而呈一夾角。
3. 如申請專利範圍第1項所述的三維選擇性燒結修補系統，其中該位移噴出裝置與該位移能量燒結裝置皆具有相對該待修補單元三維移動之一移動機構；且該移動機構之路徑係依據該修補參數。
4. 如申請專利範圍第1項所述的三維選擇性燒結修補系統，其中該位移能量燒結裝置採用選擇性雷射燒結(Selective Laser Sintering，SLS)、選擇性雷射熔融(Selective Laser Melting，SLM)或電子束熔融(Electron Beam Melting，EBM)。
5. 如申請專利範圍第1項所述的三維選擇性燒結修補系統，其中該能量束為電弧、電子束或雷射。
6. 如申請專利範圍第1項所述的三維選擇性燒結修補系統，其中該帶電粉體為金屬材料、合金材料、金屬基複合物材料、高分子材料、磁性陶瓷材料、非鐵磁性材料或由上述材料之至少任二者所組成。
7. 如申請專利範圍第1項所述的三維選擇性燒結修補系統，其中該介質為一塑膠膜或一阻隔油層。
8. 如申請專利範圍第7項所述的三維選擇性燒結修補系統，其中該介質是以一噴覆方式或一鋪設方式 覆蓋在該待修補區域表面。
9. 如申請專利範圍第5項所述的三維選擇性燒結修補系統，其中該靜電生成模組是一高壓靜電發生器，該待修補單元則帶正極，該高壓靜電發生器使四周空氣電離產生負極靜電磁場，從而使該些帶電粉體間隔該介質吸附在該待修補單元上。
10. 一種三維選擇性燒結修補系統的應用方法，其應用於請求項1至9中任一項所述之三維選擇性燒結修補系統，該應用方法包含以下步驟：一掃瞄步驟，以該位移掃瞄裝置針對該待修補區域進行掃瞄而獲得一修補數據；一比對步驟，運用該模型比對裝置連接該位移掃瞄裝置且取得該修補數據，而該模型比對裝置比對運算後產生一修補參數；一燒結粉體定位步驟，該位移噴出裝置依據該修補參數位移，再以該位移噴出裝置配合該介質讓該些帶電粉體靜電磁附定位於該待修補區域表面，並且形成對應位置及厚度的該帶電粉體層；一燒結修補定位步驟，依據該修補參數進行該位移能量燒結裝置的相對位移；以及一燒結步驟，以該位移能量燒結裝置依據該修補參數將該帶電粉體層固化一體於該待修補區域。
11. 如申請專利範圍第10項所述的三維選擇性燒結修補系統的應用方法，其中該待修補區域、該介質及該帶電粉體層皆為曲面。
12. 如申請專利範圍第10項所述的三維選擇性燒結修補系統的應用方法，其中另包含：一介質覆蓋步驟，在該燒結粉體定位步驟前將該介質以一噴覆方式或一鋪設方式覆蓋在該待修補區域表面。
13. 一種三維選擇性燒結修補設備，其用以針對帶正極一待修補單元之一待修補區域進行選擇性燒結修補，且該待修補區域上覆蓋不導電之一介質，該三維選擇性燒結修補設備包含：一機體；一位移噴出裝置，其安裝在該機體而被連動，且該位移噴出裝置具有一靜電生成模組，該位移噴出裝置經由該靜電生成模組向該介質噴出帶負極靜電的多數帶電粉體，而於該介質表面形成一帶電粉體層，該些帶電粉體配合該介質靜電磁附於該待修補區域表面；以及一位移能量燒結裝置，其安裝在該機體而被連動，且該位移能量燒結裝置受控制提供一能量束以選擇性加熱該帶電粉體層，而使該帶電粉體層呈熔融狀或燒結狀而固化一體於該待修補區域。
14. 如申請專利範圍第13項所述的三維選擇 性燒結修補設備，其中：該位移噴出裝置與該位移能量燒結裝置皆位於該待修補區域外側，且該些帶電粉體與該能量束之供給方向平行併列。
15. 如申請專利範圍第13項所述的三維選擇性燒結修補設備，其中：該位移噴出裝置與該位移能量燒結裝置皆位於該待修補區域外側，且該些帶電粉體與該能量束之供給方向平行，且該些帶電粉體環繞該能量束噴出。
16. 如申請專利範圍第13項所述的三維選擇性燒結修補設備，其中該位移能量燒結裝置採用選擇性雷射燒結(Selective Laser Sintering，SLS)、選擇性雷射熔融(Selective Laser Melting，SLM)或電子束熔融(Electron Beam Melting，EBM)。
17. 如申請專利範圍第13項所述的三維選擇性燒結修補設備，其中該能量束為電弧、電子束或雷射。
18. 如申請專利範圍第13項所述的三維選擇性燒結修補設備，其中該帶電粉體為金屬材料、合金材料、金屬基複合物材料、高分子材料、磁性陶瓷材料、非鐵磁性材料或由上述材料之至少任二者所組成。
19. 如申請專利範圍第13項所述的三維選擇性燒結修補設備，其中該靜電生成模組是一高壓靜電發生器，該高壓靜電發生器使四周空氣電離產生負極靜電磁場，從而使該些帶電粉體帶有負極靜電。
20. 如申請專利範圍第13項所述的三維選擇性燒結修補設備，其中該機體具有供手持使用的一手持握把。
21. 如申請專利範圍第20項所述的三維選擇性燒結修補設備，其中該手持握把上具有一扳機部，該扳機部用以控制該帶電粉體噴出或該能量束供給。
22. 如申請專利範圍第20項所述的三維選擇性燒結修補設備，其中該手持握把上具有一扳機部，該扳機部用以同時控制該帶電粉體噴出及該能量束供給。
23. 如申請專利範圍第13項所述的三維選擇性燒結修補設備，其中該機體配置在一機器人手臂或一三維移動裝置之上。
24. 一種三維選擇性燒結修補設備的應用方法，其應用於請求項13至23中任一項所述之三維選擇性燒結修補設備，該應用方法包含以下步驟：一介質覆蓋步驟，將該介質以一噴覆方式或一鋪設方 式覆蓋在該待修補區域表面；一燒結粉體定位步驟，該位移噴出裝置配合該介質讓該些帶電粉體靜電磁附定位於該待修補區域表面，並且形成對應位置及厚度的該帶電粉體層；一燒結修補定位步驟，運用該機體相對位移該位移能量燒結裝置；以及一燒結步驟，以該位移能量燒結裝置將該帶電粉體層固化一體於該待修補區域。
25. 如申請專利範圍第24項所述的三維選擇性燒結修補設備的應用方法，其中該待修補區域、該介質及該帶電粉體層皆為曲面。