TW202126472A - 三維列印裝置及其製作方法 - Google Patents

Abstract

一種三維列印裝置，包括一承載板、一透光板、一彈性膜以及一凸塊。透光板配置於承載板上。彈性膜配置於透光板上。凸塊配置於彈性膜與承載板之間。透光板與彈性膜之間的介面經由每一凸塊與彈性膜之間的一流體通道與一外部空間相連通。凸塊於透光板上的正投影面積不超過透光板的表面積的1/4。

Description

三維列印裝置及其製作方法

本發明是有關於一種三維列印裝置及其製作方法，且特別是有關於一種具有破真空或低壓結構的三維列印裝置及其製作方法。

習知的光硬化型三維列印裝置中，用於容置硬化膠的容置槽底部具有離型膜以及支撐離型膜的玻璃板。在工件列印的過程中，硬化膠受到投影光源照射後會硬化在列印平台上，進而形成工件中的其中一層。為了接續下一層工件的列印，列印平台會往上抬升，並藉由可變形的離型膜的回復力對離型膜和工件的接觸處施加一個斜向力，使膜體更容易自工件脫離。然而，離型膜與玻璃板之間為真空或低壓空間，因此離型膜不易自玻璃板脫離。

本發明提供一種三維列印裝置，其可破除離型膜與玻璃板之間的真空或低壓狀態。

本發明提供一種三維列印裝置的製作方法，用以製作上述的三維列印裝置。

本發明的一實施例的一種三維列印裝置，其包括一承載板、一透光板、一彈性膜以及一凸塊。透光板配置於承載板上。彈性膜配置於透光板上。凸塊配置於彈性膜與承載板之間。透光板與彈性膜之間的介面經由凸塊與彈性膜之間的一流體通道與一外部空間相連通。凸塊於透光板上的正投影面積不超過透光板的一表面積的1/4。

本發明的另一實施例的一種三維列印裝置，其包括一承載板、一玻璃板、一離型膜、一間隙物以及一投影組件。玻璃板配置於承載板上。離型膜配置於玻璃板上。間隙物配置於離型膜與承載板之間，以頂開離型膜，使玻璃板與離型膜之間具有一空隙。一流體經由空隙進入離型膜與玻璃板之間。投影組件配置於玻璃板的光路上游，且適於向玻璃板提供一光束，其中間隙物位於光束的投影範圍外。

本發明的一實施例的一種三維列印裝置的製作方法，其包括以下步驟。提供一承載板。組裝一透光板和一凸塊於承載板上。組裝一彈性膜於透光板和凸塊上，其中透光板與彈性膜之間的介面經由凸塊與彈性膜之間的一流體通道與一外部空間相連通。凸塊於透光板上的正投影面積不超過透光板的表面積的1/4。

基於上述，在本發明實施例的三維列印裝置的設計中，透光板與彈性膜之間的介面可經由凸塊與彈性膜之間的流體通道與外部空間相連通。也就是說，本發明實施例的三維列印裝置透過設置凸塊，即可讓外部流體進入彈性膜與透光板之間，以破除彈性膜與透光板之間的真空或低壓狀態，而達成彈性膜可容易地自透光板上脫離。

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1A是依照本發明的一實施例的一種三維列印裝置的示意圖。圖1B是將圖1A的容置槽中的工件從離型膜分離的示意圖。圖1C繪示為玻璃板與離型膜之間的空隙與凸塊的示意圖。為了方便說明起見，圖1C僅示意地繪示出凸塊與空隙之間的位置關係。請同時參考圖1A、圖1B與圖1C，在本實施例中，三維列印裝置100a包括一承載板150a、一透光板、一彈性膜以及一凸塊130。

詳細來說，透光板配置於承載板150a上，其中透光板為一允許特定光線通過具有足夠結構強度的板材。於本實施例中，透光板由一高紫外光穿透率的玻璃材料製成，亦即，透光板於本實施例中為一玻璃板120a，惟透光板的材料不以玻璃為限，其亦可利用例如是透光性高分子材料，如樹脂或是塑膠來製成。此處，玻璃板120a具體化是配置於承載板150a的一承載表面152a上，且玻璃板120a具有多個通孔122a。承載板150a與玻璃板120a的每一通孔122a之間具有一空氣間隙A。

彈性膜配置於玻璃板120a上，其中彈性膜為軟性材質製成的可撓性膜，其具有透光性並可允許可見光或是不可見光通過。此處，彈性膜例如為一離型膜110。於一實施例中，離型膜110例如還具備低表面沾黏的特性。舉例來說，離型膜110的材質可以為矽膠或聚四氟乙烯，但不以此為限。於另一實施例中，離型膜110亦可為鐵氟龍膜，此仍屬於本發明所欲保護的範圍。

凸塊包括彼此分離的多個凸塊，其中凸塊例如是間隙物130，配置於離型膜110與玻璃板120a之間。此處，間隙物130設置於玻璃板120a上且位於玻璃板120a與離型膜110之間。間隙物130於玻璃板120a上的正投影面積不超過玻璃板120a的表面積的1/4。於一實施例中，間隙物130可採用彈性材料所製成，如聚乙烯對苯二甲酸酯（polyethylene terephthalate, PET）或優力膠等。於另一實施例中，間隙物130亦可採用非彈性材料所製成，其例如是鋁板材或鋼板材，但不以此為限。

特別是，本實施例的玻璃板120a與離型膜110之間的介面經由每一間隙物130與離型膜110之間的一流體通道與一外部空間相連通。此處，間隙物130的設置可以頂開離型膜110，使玻璃板120a與離型膜110之間具有一空隙G，而此空隙G則為流體通道。一流體F可經由空隙G及空氣間隙A進入離型膜110與玻璃板120a之間，藉此消除離型膜110與玻璃板120a之間的真空或低壓現象，進而平衡離型膜110兩側的壓力。

再者，本實施例的三維列印裝置100a還包括一容置槽140，設於玻璃板120a上，且離型膜110隔離玻璃板120a及容置槽140。此處，容置槽140用以容納光固化材料10，其中光固化材料10的型態可以是液態、膠態、流體或粉體等型態，本發明不以此為限制。因材料特性的關係，光固化材料10於照光固化後可形成工件20。

此外，本實施例的三維列印裝置100a還更包括一投影組件160，配置於玻璃板120a的光路上游，且適於向玻璃板120a提供一光束L，其中間隙物130位於光束L的投影範圍外。此處，投影組件160例如是數位光源處理（digital light processing, DLP）投影元件、矽基液晶(liquid crystal on silicon, LCOS)投影元件、液晶投影元件或掃描式雷射投影元件等，而其所採用的發光元件可為發光二極體(light emitting diode,LED)、雷射(laser)或其他適用的發光元件。值得一提的是，發光元件所提供的光線的波長範圍需與液態光敏感材料互相配合。

另外，本實施例的三維列印裝置100a還更包括一列印平台170，朝遠離或接近離型膜110的一垂直方向D移動。此處，列印平台170與玻璃板120a配置於離型膜110的相對兩側，而光固化材料10於照光固化後形成工件20，且工件20可逐層形成於於列印平台170上。

在應用上，請在同時參考圖1A與圖1B，投影組件160所提供的光束L穿過玻璃板120a及離型膜110而照射至光固化材料10之後，光固化材料10固化後形成工件20，且此工件20附著於列印平台170上。接著，列印平台170會向上提升工件20，以使外部空間中的流體F經由空隙G及空氣間隙A進入離型膜110與玻璃板120a之間，藉此消除離型膜110與玻璃板120a之間的真空或低壓現象，進而平衡離型膜110兩側的壓力。上提工件20所需的拉力僅須克服工件20與離型膜110之間的黏著力，即可將工件20從離型膜110分離，使光固化材料10填充在工件20與離型膜110之間，進行下一層列印程序。

簡言之，本實施例的三維列印裝置100a透過設置間隙物130及玻璃板120a具有通孔122a的設計，可讓外部流體F進入離型膜110與玻璃板120a之間，以破除離型膜110與玻璃板120a之間的真空或低壓狀態，而達成離型膜110可容易地自玻璃板120a上脫離。

在三維列印裝置100a的製作上，可先提供承載板150a。接著，組裝透光板（如玻璃板120a）和凸塊（如間隙物130）於承載板150a上。之後，組裝彈性膜（如離型膜110）於透光板和凸塊上，其中透光板與彈性膜之間的介面經由凸塊與彈性膜之間的流體通道（如空隙G）與外部空間相連通，且凸塊於透光板上的正投影面積不超過透光板的表面積的1/4。至此，可完成三維列印裝置100a的製作。

在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參照前述實施例，下述實施例不再重複贅述。

圖2是依照本發明的一實施例的一種三維列印裝置的容置槽中的工件從離型膜分離的示意圖。請同時參考圖1B與圖2，本實施例的三維列印裝置100b與圖1B的三維列印裝置100a相似，兩者的差異在於：本實施例的玻璃板120b為無通孔的玻璃板。詳細來說，本實施例的玻璃板120b位於承載板150b的一凹槽154b內。間隙物130設置於承載板150b的一承載表面152b上且位於離型膜110與承載板150b之間。承載板150b與玻璃板120b之間具有一空氣間隙A’，而流體F由空隙G以及空氣間隙A’進入離型膜110與玻璃板120b之間，以破除離型膜110與玻璃板120b之間的真空或低壓狀態，而達成離型膜110可容易地自玻璃板120b上脫離。

圖3是依照本發明的另一實施例的一種三維列印裝置的容置槽中的工件從離型膜分離的示意圖。請同時參考圖1B與圖3，本實施例的三維列印裝置100c與圖1B的三維列印裝置100a相似，兩者的差異在於：本實施例的玻璃板120c為無通孔的玻璃板。詳細來說，本實施例的玻璃板120c配置於承載板150a的一承載表面152a上，間隙物130設置於玻璃板120c上且位於玻璃板120c與離型膜110之間。列印平台170向上提升工件20，以使外部空間中的流體F經由空隙G進入離型膜110與玻璃板120c之間，藉此可消除離型膜110與玻璃板120c之間的真空或低壓現象，進而平衡離型膜110兩側的壓力。

簡言之，本實施例的三維列印裝置100c透過設置間隙物130，即可讓外部流體F進入離型膜110與玻璃板120c之間，以破除離型膜110與玻璃板120c之間的真空或低壓狀態，而達成離型膜110可容易地自玻璃板120c上脫離。

圖4是依照本發明的另一實施例的一種三維列印裝置的容置槽中的工件從離型膜分離的示意圖。請同時參考圖1B與圖4，本實施例的三維列印裝置100d與圖1B的三維列印裝置100a相似，兩者的差異在於：本實施例的三維列印裝置100d還包括一驅動組件180以及一樞軸182。驅動組件180設置於承載板150a的一側，樞軸182設置於承載板150a的另一側。當驅動組件180拉動承載板150a而使玻璃板120a帶動容置槽140產生傾斜時，玻璃板120a可沿著樞軸182帶動容置槽140進行轉動。於另一實施例中，承載板150a與容置槽140可透過例如是鎖固、卡扣或黏合等手段而固定在一起，因此當驅動組件180拉動承載板150a時可連動容置槽140產生傾斜，此能屬於本發明所欲保護的範圍。此時，玻璃板120a的至少一部份逐漸與離型膜110分離而與工件20之間產生空隙。流體F經由空隙G及空氣間隙A進入離型膜110與玻璃板120a之間，藉此消除離型膜110與玻璃板120a之間的真空或低壓現象，進而平衡離型膜110兩側的壓力。

由於本實施例的三維列印裝置100d是同時透過間隙物130與驅動組件180來達成工件20從離型膜110分離，因此除了可大幅地減少將工件20從離型膜110分離所需要的拉力，以避免工件20受損及離型膜110變形之外，亦可在上提工件20時，能夠以更快的速度將工件20從離型膜110分離，有效減少形成工件20的時間，且對於大面積工件成形的良率也將大幅提升。簡言之，本實施例的三維列印裝置100d除了可提高離型效率，縮短列印時間外，亦可降低工件20受到正向拉扯，減少工件20被扯壞的風險，可增加產品的成品率。

圖5是依照本發明的另一實施例的一種三維列印裝置的容置槽中的工件從離型膜分離的示意圖。請同時參考圖2與圖5，本實施例的三維列印裝置100e與圖2的三維列印裝置100b相似，兩者的差異在於：本實施例的三維列印裝置100e還包括一驅動組件180以及一樞軸182。驅動組件180設置於承載板150b的一側，樞軸182設置於承載板150b的另一側。當驅動組件180拉動承載板150b而使玻璃板120b帶動容置槽140產生傾斜時，玻璃板120b可沿著樞軸182帶動容置槽140進行轉動。於另一實施例中，承載板150b與容置槽140可透過例如是鎖固、卡扣或黏合等手段而固定在一起，因此當驅動組件180拉動承載板150b時可連動容置槽140產生傾斜，此能屬於本發明所欲保護的範圍。此時，玻璃板120b的至少一部份逐漸與離型膜110分離而與工件20之間產生空隙。流體F經由空隙G及空氣間隙A’進入離型膜110與玻璃板120b之間，藉此消除離型膜110與玻璃板120b之間的真空或低壓現象，進而平衡離型膜110兩側的壓力。

圖6是依照本發明的另一實施例的一種三維列印裝置的容置槽中的工件從離型膜分離的示意圖。請同時參考圖3與圖6，本實施例的三維列印裝置100f與圖3的三維列印裝置100c相似，兩者的差異在於：本實施例的三維列印裝置100f還包括一驅動組件180以及一樞軸182。驅動組件180設置於承載板150a的一側，樞軸182設置於承載板150a的另一側。當驅動組件180拉動承載板150a而使玻璃板120c帶動容置槽140產生傾斜時，玻璃板120c可沿著樞軸182帶動容置槽140進行轉動。於另一實施例中，承載板150a與容置槽140可透過例如是鎖固、卡扣或黏合等手段而固定在一起，因此當驅動組件180拉動承載板150a時可連動容置槽140產生傾斜，此能屬於本發明所欲保護的範圍。此時，玻璃板120c的至少一部份逐漸與離型膜110分離而與工件20之間產生空隙。流體F經由空隙G進入離型膜110與玻璃板120c之間，藉此消除離型膜110與玻璃板120c之間的真空或低壓現象，進而平衡離型膜110兩側的壓力。

值得一提的是，上述的驅動組件180例如是步進馬達、音圈馬達或彈簧或是壓電材料來實現與馬達相同的功效，但本發明不以此為限。此外，上述的流體F可以為氣體，如空氣、氮氣或其他常見使用於製程技術中的各式氣體。當然，流體F也可視需求而替換為液體，如水，上述皆屬於本發明所欲保護的範圍。

綜上所述，在本發明實施例的三維列印裝置的設計中，透光板與彈性膜之間的介面可經由凸塊與彈性膜之間的流體通道與外部空間相連通。也就是說，本發明實施例的三維列印裝置透過設置凸塊，即可讓外部流體進入彈性膜與透光板之間，以破除彈性膜與透光板之間的真空或低壓狀態，而達成彈性膜可容易地自透光板上脫離。

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。

10:光固化材料 20:工件 100a、100b、100c、100d、100e、100f:三維列印裝置 110:離型膜 120a、120b、120c:玻璃板 122a:通孔 130:間隙物 140:容置槽 150a、150b:承載板 152a、152b:承載表面 154b:凹槽 160:投影組件 170:列印平台 180:驅動組件 182:樞軸 A、A’:空氣間隙 D:垂直方向 F:流體 G:空隙 L:光束

圖1A是依照本發明的一實施例的一種三維列印裝置的示意圖。 圖1B是將圖1A的容置槽中的工件從離型膜分離的示意圖。 圖1C繪示為玻璃板與離型膜之間的空隙與凸塊的示意圖。 圖2是依照本發明的一實施例的一種三維列印裝置的容置槽中的工件從離型膜分離的示意圖。 圖3是依照本發明的另一實施例的一種三維列印裝置的容置槽中的工件從離型膜分離的示意圖。 圖4是依照本發明的另一實施例的一種三維列印裝置的容置槽中的工件從離型膜分離的示意圖。 圖5是依照本發明的另一實施例的一種三維列印裝置的容置槽中的工件從離型膜分離的示意圖。 圖6是依照本發明的另一實施例的一種三維列印裝置的容置槽中的工件從離型膜分離的示意圖。

10:光固化材料

20:工件

100a:三維列印裝置

110:離型膜

120a:玻璃板

122a:通孔

130:間隙物

140:容置槽

150a:承載板

170:列印平台

A:空氣間隙

D:垂直方向

F:流體

G:空隙

Claims (10)

1. 一種三維列印裝置，包括： 一承載板； 一透光板，配置於該承載板上； 一彈性膜，配置於該透光板上；以及 一凸塊，配置於該彈性膜與該承載板之間，其中該透光板與該彈性膜之間的介面經由該凸塊與該彈性膜之間的一流體通道與一外部空間相連通，且該凸塊於該透光板上的正投影面積不超過該透光板的表面積的1/4。
2. 如申請專利範圍第1項所述的三維列印裝置，其中該透光板為一玻璃板，而該彈性膜為一離型膜，該凸塊為一間隙物，且該流體通道為該玻璃板與該離型膜之間的一空隙。
3. 如申請專利範圍第1項所述的三維列印裝置，其中該凸塊包括彼此分離的多個凸塊。
4. 一種三維列印裝置，包括： 一承載板； 一玻璃板，配置於該承載板上； 一離型膜，配置於該玻璃板上； 一間隙物，配置於該離型膜與該承載板之間，以頂開該離型膜，使該玻璃板與該離型膜之間具有一空隙，而一流體經由該空隙進入該離型膜與該玻璃板之間；以及 一投影組件，配置於該玻璃板的光路上游，且適於向該玻璃板提供一光束，其中該間隙物位於該光束的投影範圍外。
5. 如申請專利範圍第2項或第4項所述的三維列印裝置，其中該玻璃板配置於該承載板的一承載表面上，該間隙物設置於該玻璃板上且位於該玻璃板與該離型膜之間。
6. 如申請專利範圍第5項所述的三維列印裝置，其中該玻璃板具有多個通孔，該承載板與該玻璃板的各該通孔之間具有一空氣間隙，而該流體由該空隙以及該空氣間隙進入該離型膜與該玻璃板之間。
7. 如申請專利範圍第2項或第4項所述的三維列印裝置，其中該玻璃板位於該承載板的一凹槽內，該間隙物設置於該承載板的一承載表面上且位於該離型膜與該承載板之間，該承載板與該玻璃板之間具有一空氣間隙，而該流體由該空隙以及該空氣間隙進入該離型膜與該玻璃板之間。
8. 如申請專利範圍第2項或第4項所述的三維列印裝置，更包括： 一容置槽，設於該玻璃板上，且該離型膜隔離該玻璃板及該容置槽。
9. 如申請專利範圍第8項所述的三維列印裝置，更包括： 一驅動組件，設置於該承載板的一側；以及 一樞軸，設置於該承載板的另一側，其中當該驅動組件拉動該承載板而使該玻璃板帶動該容置槽產生傾斜時，該玻璃板沿著該樞軸帶動該容置槽進行轉動。
10. 一種三維列印裝置的製造方法，包括： 提供一承載板； 組裝一透光板和一凸塊於該承載板上；以及 組裝一彈性膜於該透光板和該凸塊上，其中該透光板與該彈性膜之間的介面經由該凸塊與該彈性膜之間的一流體通道與一外部空間相連通，且該凸塊於該透光板上的正投影面積不超過該透光板的表面積的1/4。

Images