TW202031465A - 快速三維列印強化方法 - Google Patents
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Abstract
本發明為提供一種快速三維列印強化方法，主要是藉由將經過三維列印得到的三維列印初成型品進行熱處理，以提升三維列印初成型品的機械強度，而可在增加列印速度的前提下，同時維持該三維列印成型品的強度。
Description
本發明是有關於一種三維列印方法，特別是指一種可提升列印速度及列印成型品的強度的三維列印方法。
三維列印是一種利用電腦控制，將列印材料以積層方式層疊而列印出任何三維結構物品的一種列印方法，且隨著列印技術的進步，三維列印也廣泛的應用到各種不同領域。而隨著不同的應用及需求，使用者對三維列印成型品的精緻度及強度的要求也越來越提升。
一般為了提升三維列印成型品的精緻度，大多是利用降低列印層厚，及減小單位列印面積，增加列印解析度，以達成提升三維列印成型品的精緻度(品質)及強度的目的。然而，隨著三維列印物品的複雜度及體積大小的不同，若以此方式列印，其耗費的時間甚至會需要幾個小時至數天。因此，如何提供一種可提升列印速度並兼顧列印強度的三維列印方法，一直是相關技術領域者所積極發展的方向之一。
因此，本發明之目的，即在提供一種快速三維列印強化方法。
於是，本發明該快速三維列印強化方法包含以下步驟。
將利用熱塑性高分子經由三維列印得到的三維列印初成型品，在低於該熱塑性高分子的熔點的溫度條件下進行熱處理，得到一三維列印成型品。
本發明之功效在於，藉由將經過三維列印得到的三維列印初成型品進行熱處理，可有效提升三維列印初成型品的強度，而可在增加列印速度的前提下，同時維持該三維列印成型品的強度。
參閱圖1，本發明快速三維列印強化方法的一實施例，包含一準備步驟21、一列印步驟22，及一熱處理步驟23。
首先，進行該準備步驟21，將一熱塑性高分子置入一三維列印機台。
該三維列印機台具有一承載平台、一可相對該承載平台前後移動的承載架、一列印單元、一冷卻單元，及一控制單元。該列印單元設置於該承載架而位於該承載平台上方，可沿垂直該承載平台的方向移動，且可被調整成與該承載平台具有不同角度，並可沿垂直該承載平台的移動方向移動。該控制單元可用以控制該承載架及該列印單元，具有一電腦系統，及一自動控制系統，該自動控制系統可接收該電腦系統的指令，並據以控制該承載架與該列印單元之間的相互位置及該列印單元與該承載座之間的空間、角度，而將用於進行三維列印材料於該承載平台上進行列印，以得到所需的三維列印成型品。該冷卻單元可用於冷卻列印至該承載平台的三維列印材料，以令該材料固化成型。此外，該自動控制系統還可控制該列印單元單次列印的層厚以調整列印的速度。由於該三維列印機台的細部結構及結構間的作動關係為本技術領域所周知，且非為本發明之重點，於此不再多加說明。
該準備步驟21是將作為三維列印材料的熱塑性高分子置於該列印單元，且該熱塑性高分子可被該列印單元加熱熔融。
該熱塑性高分子可選自但不限於聚乳酸(PLA)、聚酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、尼龍(Nylon)、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
於一些實施例中，該熱塑性高分子選自結晶性高分子，且較佳地，該熱塑性高分子的結晶度不小於10%。
接著，進行該列印步驟22，利用該熱塑性高分子進行三維列印，得到三維列印初成型品。
詳細的說，該列印步驟22是經由該控制單元控制該列印單元、該承載架與該列印單元之間的相互位置及該列印單元與該承載座之間的空間位置，及角度關係，而將熔融的熱塑性高分子經由該列印單元的列印頭輸出並於該承載平台上進行列印，以得到三維列印初成型品。
最後，進行該熱處理步驟23，將該三維列印初成型品，在低於該熱塑性高分子的熔點的溫度條件下進行熱處理，得到三維列印成型品。
詳細的說，該熱處理步驟23是將該三維列印初成型品置於一可控溫的烘箱，並在溫度低於該熱塑性高分子的熔點的溫度條件下對該三維列印初成型品進行熱處理一預定時間，即可得到該三維列印成型品。
本發明利用熱處理過程讓該三維列印初成型品的熱塑性高分子可再重新排列，而得以進一步強化最終製得的該三維列印成型品的強度。因此，初步推測，是因成型品在經過熱處理後結晶程度提升而使耐衝擊強度及楊氏模數提升。
於一些實施例中，該熱塑性高分子的玻璃轉換溫度為Tg
、熔融溫度為Tm
，該熱處理溫度是在低於熔點，且介於Tg
~Tm
的條件下進行。
於一些實施例中，該熱處理溫度是介於Tg
~(Tm
-10℃)，的條件下進行。
於一些實施例中，該熱處理溫度是介於(Tg
+10℃)~(Tm
-10℃)的條件下進行。
於一些實施例中，該熱處理的時間介於10~180分鐘。較佳地，該熱處理的時間介於20~120分鐘。
茲利用以下具體例說明本發明該實施例的具體實施結果。
參閱表1，表1是以聚乳酸(熔點(Tm
)：176℃、玻璃轉換溫度(Tg
)：67℃)為材料，利用不同列印層厚進行不同試片形狀(分別以具體例1~3表示)列印的而得之三維列印成型品的列印時間。由表1可知，當列印層厚越厚，可有效縮短成型品的列印時間。
表1
| 具體例1 | 具體例2 | 具體例3 | |
| 方柱試片 (1x1x6.4cm) | 長型試片 (15x10x0.5cm) | 腕護具 (10x10x28cm) | |
| 列印層厚(mm) | 列印時間 | ||
| 0.15 | 40分鐘 | 80分鐘 | 60小時 |
| 0.3 | 25分鐘 | 45分鐘 | 30小時 |
接著，利用前述該實施例的製作方法，利用不同列印層厚及列印角度(0°、45°、90°)，分別列印符合耐衝擊強度試驗之Izod試片(ISO180)與拉伸試驗之啞鈴狀試片(ASTM D638)，並將列印後得到的三維列印初成型品試片，以及將三維列印初成型品試片經過熱處理後得到的三維列印成型品試片分別進行耐衝擊強度及拉伸試驗。茲將製得的三維列印初成型品試片及經過熱處理後得到的三維列印成型品試片的熱處理條件及測試得到的相關數據整理如表2所示。表2中“-“代表未測試。
其中，列印角度0°，是指列印得到的該成型試片是以長x寬平面與該承載平台接觸。
列印角度90°，是指列印得到的該成型試片是以寬x高平面與該承載台接觸。
列印角度45°，是指列印得到的該成型試片是以長x寬平面與該程載台成45°斜角站立於該承載台。
表2
| 耐衝擊強度(J/m2 )/楊氏模數(MPa) | ||||||
| 三維列印初成型品 | 三維列印成型品 | |||||
| 熱處理條件 | ||||||
| 層厚 (mm) | 列印角度 | 90℃ | 100℃ | |||
| 20分鐘 | 120分鐘 | 20分鐘 | 120分鐘 | |||
| 0.15 | 0° | 1147/991 | 1624/976 | 1838/1021 | 1676/1021 | 1977/- |
| 45° | 1005/- | 1598/- | 1770/- | 1586/- | 1747/- | |
| 90° | 928/- | 1144/- | 1311/- | 1090/- | 1256/- | |
| 0.3 | 0° | 1399/935 | 2504/973 | 2726/977 | 2589/948 | 2878/1017 |
| 45° | 1186/703 | 1584/723 | 1805/662 | 1601/731 | 1652/719 | |
| 90° | 911/530 | 987/507 | 997/584 | 962/590 | 962/601 |
由上述表2可知，不論列印層厚為何，經過熱處理後，該三維列印成型品的耐衝擊強度及楊氏模數均會優於未經過處理的三維列印初成型品。然而，較慢的列印速度(即列印層厚較小)則有助於三維列印成型品的表面光滑與外觀細緻度的提升。此外，由於90°列印的試片其層堆疊與耐衝擊試驗擺槌撞擊的方向平行，因此，試片受到擺槌撞擊會直接沿著層向斷裂，所以耐衝擊強度表現最低；而0°列印的試片，由於其層堆疊與擺槌撞擊方向成垂直，所以有最高耐衝擊強度。
此外，再由表2結果可明顯得知，列印層厚為0.15mm、列印角度為0°列印而得的三維列印初成型品，於90℃的溫度下熱處理20分鐘時，其耐衝擊強度於即可提升到原來的1.3倍，而列印層厚為0.3 mm、列印角度為0°的三維列印初成型品於相同的熱處理條件下，其耐衝擊強度甚至可提升到原強度的1.7倍以上。顯示利用本案熱處理方式確實可達到提升耐衝擊強度的目的，且在較快的列印速度時，其對強度的提升越明顯。此外，當熱處理溫度提升或是將熱處理時間增長時，由表2可知，雖可再進一步提升試片的耐衝擊強度，但是增加的幅度即漸趨平緩。
綜上所述，本發明利用將經過三維列印得到的三維列印初成型品進行熱處理，藉以提升三維列印初成型品的強度，而可在增加列印速度的前提下，同時維持該三維列印成型品的精緻度及強度，而可更有效率的應用三維列印技術，確實可達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
21:準備步驟
22:列印步驟
23:熱處理步驟
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：
圖1是一文字流程圖，說明本發明快速三維列印強化方法的實施例。
21:準備步驟
22:列印步驟
23:熱處理步驟
Claims (6)
- 一種快速三維列印強化方法，包含： 將利用熱塑性高分子經由三維列印得到的三維列印初成型品，在低於該熱塑性高分子的熔點的溫度條件下進行熱處理，得到一三維列印成型品。
- 如請求項第1項所述的快速三維列印強化方法，其中，該熱塑性高分子的玻璃轉換溫度為Tg ，該熱處理溫度是介於該玻璃轉換溫度與熔點間的溫度條件下進行。
- 如請求項第1項所述的快速三維列印強化方法，其中，該熱處理的時間介於10~180分鐘。
- 如請求項第1項所述的快速三維列印強化方法，其中，該熱塑性高分子為結晶性高分子。
- 如請求項第4項所述的快速三維列印強化方法，其中，該熱塑性高分子的結晶度不小於10%。
- 如請求項第1項所述的快速三維列印強化方法，其中，該熱塑性高分子選自聚乳酸、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龍、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，或聚甲基丙烯酸甲酯。 。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW108105461A TW202031465A (zh) | 2019-02-19 | 2019-02-19 | 快速三維列印強化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| TW108105461A TW202031465A (zh) | 2019-02-19 | 2019-02-19 | 快速三維列印強化方法 |
Publications (1)
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| TW202031465A true TW202031465A (zh) | 2020-09-01 |
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ID=73643564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW108105461A TW202031465A (zh) | 2019-02-19 | 2019-02-19 | 快速三維列印強化方法 |
Country Status (1)
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|---|---|
| TW (1) | TW202031465A (zh) |
-
2019
- 2019-02-19 TW TW108105461A patent/TW202031465A/zh unknown
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