TW202413060A - 3d列印成型品的製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種3D列印成型品的製造方法，其係包含：3D列印步驟，使用可發泡樹脂組成物，進行3D列印成型，形成素模；光固化步驟，針對前述素模施加UV光源進行固化，形成固化物；加熱發泡步驟，以高於前述可發泡樹脂組成物的最低發泡溫度之溫度，針對前述固化物進行局部加熱或全部加熱，以形成3D列印成型品；其中，前述可發泡樹脂組成物係包括：(甲基)丙烯酸酯寡聚物，其占前述可發泡樹脂組成物的10~40重量%；(甲基)丙烯酸酯單體，其占前述可發泡樹脂組成物的35~80重量%；光固化引發劑，其占前述可發泡樹脂組成物的1~5重量%；發泡劑，其占前述可發泡樹脂組成物的3~20重量%。藉由前述3D列印成型品的製造方法，此發泡成型物可以藉由加熱發泡膨脹達到變形捲曲及變色之效果，能夠製作訴求仿真的人造花藝等裝飾品，且形成的3D列印成型品柔軟有彈性，並具有栩栩如生的特色。
Description
本發明係關於一種3D列印成型品的製造方法，特別是裝飾品的製造方法。
按，3D列印(3D printing)係指任何可列印三維物體的過程。3D列印主要是一個不斷添加的過程，在電腦控制下層疊原始材料。3D列印的列印內容可以來自三維模型或其他電子資料，其列印出的三維物體可以擁有任意形狀和幾何特徵。
近年來，有人在3D列印技術中使用光固化樹脂作為原始材料，並引入了光固化技術，進而陸續衍伸了雷射光束(SLA)、投影光照(DLP)、光照面板(LCD)等3D列印設備，並藉由上述3D列印設備廣泛地製造3D列印成型品。
然而，利用習知的3D列印技術來製作訴求仿真的人造花藝等裝飾品時，該等裝飾品的3D列印成型品會顯得呆板不自然，此係使得3D列印的應用受到限制，有進一步改善的空間。
本發明人們發現，藉由本發明的3D列印成型品的製造方法，使用可發泡樹脂來取代習知的光固化樹脂，並藉由加熱元件針對3D列印及二次光固化後的可發泡樹脂加熱進行發泡脹大，能夠使3D列印成型品如同自然界中的花瓣、葉片一樣自然地扭曲。
另外，本發明人們還發現，3D列印及二次光固化後的可發泡樹脂所形成之3D列印成型品在發泡脹大後，其顏色會因脹大而明顯變淺。此時，藉由局部加熱或全部加熱，能夠創造出顏色分布或立體感，並輕鬆地製作出葉脈、花瓣等紋理，非常適合製作訴求仿真的人造花藝等裝飾品，且形成的3D列印成型品柔軟有彈性，並具有栩栩如生的特色。
為了解決上述問題，本發明一態樣的3D列印成型品的製造方法，其係包含：3D列印步驟，使用可發泡樹脂組成物，進行3D列印成型，形成素模；光固化步驟，針對前述素模施加UV光源進行固化，形成固化物；加熱發泡步驟，以高於前述可發泡樹脂組成物的最低發泡溫度之溫度，針對前述固化物進行局部加熱或全部加熱，以形成3D列印成型品；其中，前述可發泡樹脂組成物係包括：(甲基)丙烯酸酯寡聚物，其占前述可發泡樹脂組成物的10~40重量%；(甲基)丙烯酸酯單體，其占前述可發泡樹脂組成物的35~80重量%；光固化引發劑，其占前述可發泡樹脂組成物的1~5重量%；發泡劑，其占前述可發泡樹脂組成物的3~20重量%。
在一實施例中，前述可發泡樹脂組成物還包含0.1~0.3重量%的色漿。
在一實施例中，前述光固化步驟係使用波長為395~405nm的UV光源曝光10~15分鐘。
在一實施例中，3D列印成型品的製造方法還包含：清洗步驟，其係在前述3D列印步驟後且前述光固化步驟前，使用酒精清洗前述素模。
在一實施例中，3D列印成型品的製造方法還包含：靜置步驟，其係在前述光固化步驟後且前述加熱發泡步驟前，在室溫下將前述固化物靜置20~30小時。
在一實施例中，在前述加熱發泡步驟中，使用熱風槍針對前述固化物進行局部加熱或全部加熱。
在一實施例中，在前述3D列印步驟中，單層列印厚度為50~100μm。
在一實施例中，前述3D列印成型品的厚度為1.0~3.0mm。
本發明一態樣是鑒於上述習知的問題點所完成者，其目的是，提供一種3D列印成型品的製造方法。又，藉由前述3D列印成型品的製造方法，此發泡成型物可以藉由加熱發泡膨脹達到變形捲曲及變色之效果，能夠製作訴求仿真的人造花藝等裝飾品，且形成的3D列印成型品柔軟有彈性，並具有栩栩如生的特色。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容瞭解本發明之其他優點與功效。本發明也可藉由其他不同的具體實施例加以實施或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
除非文中另有說明，否則說明書及所附申請專利範圍中所使用之術語「或」包括「及/或」之含義。
除非文中另有說明，否則說明書及所附申請專利範圍中所使用之術語「A~B」係包括「A以上且B以下」之含義。例如，術語「10~40重量%」係包括「10重量%以上且40重量%以下」之含義。
首先，如圖1~圖2所示，本發明的3D列印成型品的製造方法係包含：3D列印步驟S1、光固化步驟S2和加熱發泡步驟S3，且因應必要，還可包含清洗步驟S4和靜置步驟S5。以下分別針對各步驟進行說明。
＜3D列印步驟＞
3D列印步驟係使用後述之可發泡樹脂組成物，進行3D列印成型，形成素模(Green Printed)。又，本步驟所使用的3D列印設備可舉出LCD、DLP等3D列印機，例如Phrozen、Anycubic、Nova3D、Elegoo、Formlabs、Creality、Zortrax等廠商所製造的3D列印機，並未特別限制。此步驟可使用波長為395~405nm的光源。
本發明一實施例的3D列印步驟的列印參數可如下述表1所示。其中，為了適當地形成3D列印成型品，能夠根據需求將單層列印厚度設定為50~100μm。
[表1]
| 設備 | Phrozen Mini 4K | Phrozen Mighty 4K |
| 單層列印厚度 | 50~100µm | 50~100µm |
| 一般層時間 | 3~8秒 | 3~8秒 |
| 底層時間 | 5~10秒 | 5~10秒 |
| 滅燈延時 | 10~13秒 | 靜止時間模式4~6秒 |
＜光固化步驟＞
光固化步驟係針對經過3D列印步驟的素模施加UV光源進行固化，形成固化物。又，因為在前述3D列印步驟中已經針對後述之可發泡樹脂組成物進行第一次光固化，故本步驟係進行第二次的光固化。藉由第二次的光固化，能夠讓未固化完全的可發泡樹脂組成物進行充分的交鏈反應，以均勻地形成固化物。在光固化步驟中，較佳係使用波長395~405nm的UV光源曝光10~15分鐘。又，就光固化步驟所使用的設備而言，並未特別限制，可使用Anycubic公司製的Wash&Cure二次固化機。
＜加熱發泡步驟＞
加熱發泡步驟係以高於後述可發泡樹脂組成物的最低發泡溫度之溫度，針對經過前述光固化步驟後的固化物進行局部加熱或全部加熱，以形成3D列印成型品。又，如前所述，本發明人們發現藉由加熱元件針對3D列印及二次光固化後的可發泡樹脂加熱進行發泡脹大，能夠使其所形成之3D列印成型品自然扭曲，並能夠藉由局部加熱或全部加熱，創造出顏色分布或立體感，並輕鬆地製作出葉脈、花瓣等紋理。因此，考慮到有利於進行局部加熱，加熱發泡步驟較佳係使用熱風槍作為加熱元件。此係因為，熱風槍具有熱源集中性，可使人造花藝上所需局部紋理細節或位置產生局部彎曲都能夠精準呈現，如果使用吹風機或是烤箱，則不利於進行局部發泡。
又，就熱風槍而言，可使用BOSCH公司製的熱風槍，一般選用加熱溫度上限為200℃的規格即可，只要能夠以高於前述可發泡樹脂組成物的最低發泡溫度(通常為100~200℃)之溫度下針對固化物進行局部加熱或全部加熱即可，並未特別限制。
＜清洗步驟＞
如圖2所示，在另一實施例中，可在3D列印步驟S1後且光固化步驟S2前進行清洗步驟S4。清洗步驟S4係使用酒精清洗經過3D列印步驟S1後的素模，以去除素模中多餘殘留之液體樹脂，更有利於進行光固化步驟S2。清洗時間約10~15分鐘，並未特別限制。
＜靜置步驟＞
如圖2所示，在另一實施例中，可在光固化步驟S2後且加熱發泡步驟S3前進行靜置步驟S5。靜置步驟S5係在室溫下將經過光固化步驟S2後的固化物靜置20~30小時使其熟成，以利於進行加熱發泡步驟S3。靜置時間較佳為24小時。
＜可發泡樹脂組成物＞
本發明的可發泡樹脂組成物係包含：(甲基)丙烯酸酯寡聚物、(甲基)丙烯酸酯單體、光固化引發劑和發泡劑，且因應必要，還可包含色漿或其他成分。又，前述可發泡樹脂組成物在光固化後，經過120℃加熱發泡膨脹15~20分鐘後的比重為0.10~1.05 g/cm
3。本發明的可發泡樹脂組成物經過加熱發泡膨脹而成為低比重(0.10~1.05 g/cm
3)的材料，進而能夠擴展其在3D列印中的應用，並製造訴求為低比重的裝飾品。
此外，前述可發泡樹脂組成物經過120℃加熱發泡膨脹後的單維尺寸膨脹比例較佳為5~50%，此係有利於本發明的可發泡樹脂組成物的加熱發泡膨脹，進而能夠使3D列印成型品自然扭曲。以下，針對本發明的可發泡樹脂組成物所包含的各成分進行說明。
＜＜(甲基)丙烯酸酯寡聚物＞＞
在本發明中，(甲基)丙烯酸酯寡聚物係占可發泡樹脂組成物的10~40重量%，且較佳係20~30重量%。又，(甲基)丙烯酸酯寡聚物係可為聚氨酯(甲基)丙烯酸酯、聚氨酯二丙烯酸酯或全丙烯酸酯寡聚物(Full Acrylate Oligomer)；其中，聚氨酯(甲基)丙烯酸酯係可包含脂肪族聚氨酯(甲基)丙烯酸酯或芳香族聚氨酯(甲基)丙烯酸酯。
＜＜(甲基)丙烯酸酯單體＞＞
在本發明中，(甲基)丙烯酸酯單體係占可發泡樹脂組成物的35~80重量%，且較佳係60~70重量%。又，(甲基)丙烯酸酯單體係可包含單官能基單體及二官能基單體。此處，單官能基單體占(甲基)丙烯酸酯單體的20~80重量%，且較佳係占30~80重量%。又，二官能基單體占(甲基)丙烯酸酯單體的0~30重量%，且較佳係占0~20重量%。
在一實施例中，前述單官能基單體係選自由以下所組成的群組中至少任一者：丙烯酸異冰片酯(IBOA, Isobornyl acrylate)、甲基丙烯酸異冰片酯(IBOMA, Isobornyl methacrylate)、丙烯酸-2-苯氧基乙酯(2-phenoxy ethyl acrylate)、單官能聚氨酯丙烯酸酯(例如Rahn的產品，Genomer 1122)、鄰苯基苯酚聚氧乙烯醚丙烯酸酯(OPPEA, o-phenylphenol EO acrylate)、環三羥甲基丙烷甲縮醛丙烯酸酯(CTFA, Cyclic trimethylolpropane formal acrylate)、丙烯酸四氫糠基酯(THFA, TetrahydrofurfurylAcrylate)、丙烯酸月桂酯(Lauryl Acrylate)、4-丙烯醯嗎啉(ACMO, Acryloylmorpholine)、N-乙烯基吡咯烷酮(2-NVP, N-VinyPyrrolidone)及乙氧基乙氧基乙氧丙烯酸酯(EOEOEA, Ethoxyethoxyethyl Acrylate)。
又，在一實施例中，前述二官能基單體係選自由以下所組成的群組中至少任一者：聚乙二醇400二丙烯酸酯(PEG400DA, Polyethylene glycol 400 Diacrylate)、聚乙二醇600二丙烯酸酯(PEG600DA, Polyethylene glycol 600 Diacrylate)、聚乙二醇1000二丙烯酸酯(PEG1000DA, Polyethylene glycol 1000 Diacrylate)、(2)丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯(NPG(2PO)DA, Neopentyl glycol 2PO Diacrylate)、(2)乙氧化雙酚A二丙烯酸酯(BPA(2EO)DA, Bisphenol A 2EO Diacrylate)、(4)乙氧化雙酚A二丙烯酸酯(BPA(4EO)DA, Bisphenol A 4EO Diacrylate)、(10)乙氧化雙酚A二丙烯酸酯(BPA(10EO)DA, Bisphenol A 10EO Diacrylate)、(30)乙氧化雙酚A二丙烯酸酯(BPA(30EO)DA, Bisphenol A 30EO Diacrylate)。
＜＜光固化引發劑(亦簡稱為光引發劑)＞＞
在本發明中，光固化引發劑係占可發泡樹脂組成物的1~5重量%，且較佳係2~3重量%。又，前述光固化引發劑係可選自二苯基-(2,4,6-三甲基苯甲醯)氧磷(diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide))(亦可簡稱為TPO)或雙(2,4,6-三甲基苯甲醯基)-苯基氧化膦(Bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phenylphosphineoxide)。
本發明的可發泡樹脂組成物係可藉由光照來進行固化，且較佳係適用於使用波長為395~405nm的光之3D成型設備。因此，較佳係在光波長為395~405nm的光固化條件下使用BASF公司的Darocur TPO作為光固化引發劑。又，亦可在395~405nm的光固化條件下使用Irgacure 819、Irgacure 379或Irgacure 784(以上皆為巴斯夫BASF公司的產品)作為光固化引發劑。
＜＜發泡劑＞＞
在本發明中，發泡劑係占可發泡樹脂組成物的3~20重量%，且較佳係3~15重量%。又，考慮到3D列印成型無法配合模具使用物理發泡劑，故前述發泡劑可選自由以下所組成的群組中至少任一者的化學發泡劑：偶氮二甲醯胺(ADC)、碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸氫鈉、氧代雙苯磺醯肼(OBSH, 4,4'-oxydibenzenesulfonyl hydrazide)及發泡微球(例如Nouryon公司的產品，發泡微球Expancel551DU40)。
＜＜色漿＞＞
在本發明中，還能夠在可發泡樹脂組成物中添加色漿，以利3D列印成型品呈現色彩變化。就色漿而言，可使用東洋油墨製的FD LED UV offset ink等，並未特別限制。此外，在不影響本發明可發泡樹脂組成物所能達成之功效的情況下，色漿的添加量能夠為可發泡樹脂組成物的0.1~0.3重量%。
＜＜其他成分＞＞
就其他成分而言，能夠因應需求，在不影響本發明可發泡樹脂組成物所能達成之功效的情況下，能夠添加習知的消泡劑、流平助劑、無機填充材料、顏料和UV光吸收劑等其他成分。此外，其他成分的添加量可為可發泡樹脂組成物的0~2重量%。
[實施例]
以下，雖然藉由各實施例和比較例來具體的說明本發明，但本發明並不限於此等實施例和比較例。
[可發泡樹脂組成物的製作]
＜製備例1＞
參照下述表2的組成，將20重量份(20g)的聚氨酯丙烯酸酯(Sartomer公司製，CN973J75)、20重量份的丙烯酸異冰片酯(Sartomer公司製，SR506)、28.95重量份的乙氧基乙氧基乙氧丙烯酸酯(Sartomer公司製，SR256)和20重量份的(10)乙氧化雙酚A二丙烯酸酯(Sartomer公司製，SR602)依序加入容器中，並以攪拌機攪拌30分鐘，至完全溶解均勻，再加入0.05重量份之作為螢光增白劑OB的2.5-雙-(5-叔丁基-2-苯並惡唑基)噻吩、3.00重量份之作為光引發劑的二苯基-(2,4,6-三甲基苯甲醯)氧磷(Darocur TPO，BASF公司製)及8重量份的偶氮二甲醯胺(Goyenchem公司的ADC-110)。接著，攪拌15分鐘，並過濾除去雜質，靜置至完全消泡，以獲得製備例1的可發泡樹脂組成物1。
接著，將可發泡樹脂組成物1加入至光固化的3D列印設備中進行列印。此處使用之光固化的3D列印設備分別為普羅森科技公司的Phrozen Sonic Mighty 4K 9.3和Phrozen Sonic Mini 8K，其列印曝光參數顯示於以下表3。
接著，針對3D列印後之可發泡樹脂組成物1進行光固化和加熱發泡。首先，針對3D列印後之可發泡樹脂組成物1，使用酒精經過充分之清洗，清除多餘殘留之液體樹脂。接著，將經清洗的可發泡樹脂組成物1，以UV燈(光波長為405nm)固化30分鐘後，使固化成型的可發泡樹脂組成物1的每一個表面都能充分的接受光固化而達到足夠之轉化率。然後，將經過光固化的可發泡樹脂組成物1在室溫下靜置24小時，使其內部應力能均勻釋放，形成尺寸為50x50mm的樣品。最後，針對經過靜置的可發泡樹脂組成物1樣品，使用熱風循環烘箱以120℃加熱且發泡膨脹15~20分鐘的條件下進行加熱發泡。又，以ASTM D792測量方法測得加熱發泡後的比重(g/cm
3)和藉由比較發泡前後的尺寸來算出單維尺寸膨脹比例%。
＜製備例2＞
參照下述表2的組成，將20重量份的聚氨酯二丙烯酸酯(百德高分子有限公司製，5101-14)、20重量份的鄰苯基苯酚聚氧乙烯醚丙烯酸酯(Miwon公司製，Miramer M1142)、20重量份的4-丙烯醯嗎啉(KJ chemicals公司製)、22.95重量份的乙氧基乙氧基乙氧丙烯酸酯(Sartomer公司製，SR256)和20重量份的(30)乙氧化雙酚A二丙烯酸酯(Sartomer公司製，SR9038)依序加入容器中，並以攪拌機攪拌30分鐘，至完全溶解均勻，再加入0.05重量份之作為螢光增白劑OB的2.5-雙-(5-叔丁基-2-苯並惡唑基)噻吩、2.00重量份之作為光引發劑的二苯基-(2,4,6-三甲基苯甲醯)氧磷(Darocur TPO，BASF公司製)及10重量份的發泡微球(Nouryon公司製Expancel551 DU40)。接著，攪拌15分鐘，並過濾除去雜質，靜置至完全消泡，以獲得製備例2的可發泡樹脂組成物2。又，與製備例1同樣地，測定可發泡樹脂組成物2的發泡後的比重(g/cm
3)和單維尺寸膨脹比例%，並將結果整理於表2。
＜製備例3＞
除了將製備例1中的聚氨酯丙烯酸酯(Sartomer公司製，CN973J75)變更為聚氨酯丙烯酸酯(Sartomer公司製，CN966J75)以外，與製備例1相同地，獲得製備例3的可發泡樹脂組成物3。與製備例1同樣地，測定可發泡樹脂組成物3的發泡後的比重(g/cm
3)和單維尺寸膨脹比例%，並將結果整理於表2。
＜製備例4＞
除了將製備例3中的(10)乙氧化雙酚A二丙烯酸酯(Sartomer公司製，SR602)變更為(30)乙氧化雙酚A二丙烯酸酯(Sartomer公司製，SR9038)以外，與製備例3相同地，獲得製備例4的可發泡樹脂組成物4。與製備例1同樣地，測定可發泡樹脂組成物4的發泡後的比重(g/cm
3)和單維尺寸膨脹比例%，並將結果整理於表2。
＜製備例5＞
除了將製備例4中的(30)乙氧化雙酚A二丙烯酸酯(Sartomer公司製，SR9038)的添加量變更為5重量份，且將乙氧基乙氧基乙氧丙烯酸酯(Sartomer公司製，SR256)的添加量變更為43.95重量份以外，與製備例4相同地，獲得製備例5的可發泡樹脂組成物5。與製備例1同樣地，測定可發泡樹脂組成物5的發泡後的比重(g/cm
3)和單維尺寸膨脹比例%，並將結果整理於表2。
＜製備例6＞
除了將製備例5中的乙氧基乙氧基乙氧丙烯酸酯(Sartomer公司製，SR256)的添加量變更為41.95重量份，並使用10重量份的發泡微球(Nouryon公司製Expancel551DU40)來代替偶氮二甲醯胺以外，與製備例5相同地，獲得製備例6的可發泡樹脂組成物6。與製備例1同樣地，測定可發泡樹脂組成物6的發泡後的比重(g/cm
3)和單維尺寸膨脹比例%，並將結果整理於表2。
＜製備例7＞
除了將製備例6中的聚氨酯丙烯酸酯(Sartomer公司製，CN966J75)變更為聚氨酯丙烯酸酯(Sartomer公司製，CN8887NS)以外，與製備例6相同地，獲得製備例7的可發泡樹脂組成物7。與製備例1同樣地，測定可發泡樹脂組成物7的發泡後的比重(g/cm
3)和單維尺寸膨脹比例%，並將結果整理於表2。
[表2]
| 組成 | 產品代號 | 製備例1 | 製備例2 | 製備例3 | 製備例4 | 製備例5 | 製備例6 | 製備例7 |
| 聚氨酯丙烯酸酯 | CN973J75 | 20.00 | - | - | - | - | - | - |
| CN966J75 | - | - | 20.00 | 20.00 | 20.00 | 20.00 | - | |
| CN8887 NS | - | - | - | - | - | - | 20.00 | |
| 聚氨酯二丙烯酸酯 | 5101-14 | - | 20.00 | - | - | - | - | - |
| 鄰苯基苯酚聚氧乙烯醚丙烯酸酯 | Miramer M1142 | - | 20.00 | - | - | - | - | - |
| 4-丙烯醯嗎啉 | KJ chemicals ACMO | - | 20.00 | - | - | - | - | - |
| 丙烯酸異冰片酯 | SR506 | 20.00 | - | 20.00 | 20.00 | 20.00 | 20.00 | 20.00 |
| 乙氧基乙氧基乙氧丙烯酸酯 | SR256 | 28.95 | 22.95 | 28.95 | 28.95 | 43.95 | 41.95 | 41.95 |
| (10)乙氧化雙酚A二丙烯酸酯 | SR602 | 20.00 | - | 20.00 | - | - | - | - |
| (30)乙氧化雙酚A二丙烯酸酯A | SR9038 | - | 5.00 | - | 20.00 | 5.00 | 5.00 | 5.00 |
| 二苯基-(2,4,6-三甲基苯甲醯)氧磷 | Darocur TPO | 3.00 | 2.00 | 3.00 | 3.00 | 3.00 | 3.00 | 3.00 |
| UV吸收劑 | 螢光增白劑OB | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 |
| 偶氮二甲醯胺 | Goyenchem-ADC-110 | 8.00 | - | 8.00 | 8.00 | 8.00 | - | - |
| 發泡微球 | Expancel 551DU40 | - | 10.00 | - | - | - | 10.00 | 10.00 |
| 組成含量總計% | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | |
| 單維尺寸膨脹比例% | 6 | 20 | 12 | 16 | 22 | 22 | 36 | |
| 發泡後比重 g/cm 3 | 0.96 | 0.66 | 0.81 | 0.73 | 0.63 | 0.63 | 0.45 | |
| 最低發泡溫度℃ | 200 | 100 | 200 | 200 | 200 | 100 | 100 |
[表3]
| 設備 | Phrozen Sonic Mighty | Phrozen Sonic Mini 8K |
| 單層列 印厚度 | 50~100µm | 50~100µm |
| 底層 | 1至2層，5~10秒 | 1至2層，5~8秒 |
| 一般層 | 10~15秒 | 5~8秒 |
| 滅燈延時 | 靜止時間模式4~6秒 | 靜止時間模式4~6秒 |
針對製備例1的結果：
製備例1所使用的CN973J75產品係屬於芳香族的聚氨酯丙烯酸酯，其伸長率為144%，玻璃轉移溫度(Tg)為-31℃。又，如表2所示，製備例1的可發泡樹脂組成物1的最低發泡溫度為200℃，單維尺寸膨脹比例為6%(即發泡後尺寸為53x53mm)，發泡後比重為0.96g/cm
3。由此可知，製備例1的可發泡樹脂組成物1係能夠作為3D列印的原始材料。然而，因為製備例1的可發泡樹脂組成物1的最低發泡溫度為200℃，此溫度會造成製造3D列印成型品時需要較高的加熱溫度(大於200℃)，且可能會造成聚氨酯丙烯酸酯的黃化，尚有進一步改良的空間。
針對製備例2的結果：
製備例2所使用的5101-14產品係為聚氨酯二丙烯酸酯，其伸長率為210%。又，如表2所示，藉由將偶氮二甲醯胺替換成發泡微球，製備例2的可發泡樹脂組成物2的最低發泡溫度為100℃，單維尺寸膨脹比例為20%(即發泡後尺寸為60x60mm)，發泡後比重為0.66g/cm
3。由此可知，藉由製備例2的組成，相較於製備例1能夠進一步降低最低發泡溫度和發泡後比重。
針對製備例3的結果：
就製備例3而言，其與製備例1的差異在於將芳香族的聚氨酯丙烯酸酯(CN973J75產品)替換成脂肪族的聚氨酯丙烯酸酯(CN966J75產品)。又，製備例3所使用之脂肪族聚氨酯丙烯酸酯的伸長率為238%，玻璃轉移溫度(Tg)為-33℃。接著，如表2所示，以CN966J75取代CN973J75之後，因其伸長率為238%，較CN973J75的144%還大，所以製備例3的可發泡樹脂組成物3之單維尺寸膨脹比例為12%(即發泡後尺寸為56x56mm)，明顯高於製備例1的膨脹比例6%；且可發泡樹脂組成物3之發泡後比重為0.81g/cm
3，亦明顯低於製備例1的0.96g/cm
3。此外，製備例3的可發泡樹脂組成物3的最低發泡溫度與製備例1相同。
針對製備例4的結果：
就製備例4而言，其與製備例3的差異在於將(10)乙氧化雙酚A二丙烯酸酯A(SR602產品)替換成(30)乙氧化雙酚A二丙烯酸酯A(SR9038產品)。又，如表2所示，因為(30)乙氧化雙酚A二丙烯酸酯A的分子量(Mw：1656)明顯大於(10)乙氧化雙酚A二丙烯酸酯A的分子量(Mw：776)，而且Tg較低(SR602產品為-7℃，SR9038產品為-57℃)，所以能夠進一步提高製備例4的可發泡樹脂組成物4之單維尺寸膨脹比例為16%(即發泡後尺寸為58x58mm)。另外，如表2所示，可發泡樹脂組成物4之發泡後比重為0.73g/cm
3，亦明顯低於製備例3的0.81g/cm
3。
針對製備例5的結果：
就製備例5而言，其與製備例4的差異在於將(30)乙氧化雙酚A二丙烯酸酯A的一部分替換成乙氧基乙氧基乙氧丙烯酸酯。又，如表2所示，藉由提高單官能基單體(丙烯酸異冰片酯和乙氧基乙氧基乙氧丙烯酸酯)的比例並降低二官能基單體((30)乙氧化雙酚A二丙烯酸酯A)的比例，即讓(甲基)丙烯酸酯單體的交聯度下降，能夠進一步提高製備例5的可發泡樹脂組成物5之單維尺寸膨脹比例為22%(即發泡後尺寸為61x61mm)。另外，如表1所示，可發泡樹脂組成物5之發泡後比重為0.63g/cm
3，亦低於製備例4的0.73g/cm
3。
針對製備例6的結果：
就製備例6而言，其與製備例5的差異在於將偶氮二甲醯胺替換成發泡微球，並對應地調降乙氧基乙氧基乙氧丙烯酸酯的比例。又，如表2所示，藉由使用發泡微球，能夠進一步讓最低發泡溫度降低到100℃。至於製備例6的可發泡樹脂組成物6之單維尺寸膨脹比例和比重，則皆與製備例5相同。由此可知，製備例6的可發泡樹脂組成物6係能夠在相當低的溫度(100℃)開始發泡。
針對製備例7的結果：
就製備例7而言，其與製備例6的差異在於將聚氨酯丙烯酸酯(Sartomer公司製，CN966J75)變更為聚氨酯丙烯酸酯(Sartomer公司製，CN8887NS)。又，製備例6所使用之聚氨酯丙烯酸酯的伸長率為238%；而製備例7所使用之聚氨酯丙烯酸酯的伸長率為822%。接著，如表2所示，製備例7的可發泡樹脂組成物7之單維尺寸膨脹比例為36%(即發泡後尺寸為68x68mm)，明顯高於製備例6的膨脹比例22%；且可發泡樹脂組成物7之發泡後比重為0.45g/cm
3，亦明顯低於製備例6的0.63 g/cm
3。又，製備例7的可發泡樹脂組成物7的單維尺寸膨脹比例為36%，皆大於其他製備例。
[實施例1]
首先，按照圖2的步驟，並使用製備例2的可發泡樹脂組成物2來製造3D列印成型品(人造楓葉)。具體而言，3D列印步驟S1係包含：(a)圖檔建立，選擇一楓葉STL圖檔，進行CHITUBOX切片編輯，匯出圖檔；(b)使用製備例2的可發泡樹脂組成物2，將其置入3D列印設備，並根據上述表1所載的3D列印設備及參數進行3D列印步驟，以形成素模。
接著，針對前述素模進行清洗步驟S4。具體來說，使用酒精並清洗前述素模10分鐘。再來，針對經清洗後前述素模進行光固化步驟S2。具體來說，將前述素模置入二次固化機(Anycubic Wash&Cure)，施加波長為405nm的UV光源，針對在前述3D列印步驟S1中未充分曝光的區域曝光10分鐘進行固化，形成固化物。
然後，進行靜置步驟S4，在室溫下將前述固化物靜置24小時。最後，進行加熱發泡步驟S5，使用習知熱風槍，以高於前述可發泡樹脂組成物的最低發泡溫度(本實施例為100℃)之溫度，針對前述固化物中所欲產生彎曲及紋理的部分(葉脈部分)，在100~140℃下進行局部加熱，以製作3D列印成型品(人造楓葉)。又，在實施例1中，為了充分呈現人造楓葉的外觀，將3D列印成型品的厚度設定為1.0~3.0mm。此外，將實施例1的3D列印成型品(人造楓葉)顯示於圖3的右側。
[比較例1]
除了不進行加熱發泡步驟S5以外，與實施例1相同地，製作3D列印成型品(人造楓葉)。又，將比較例1的3D列印成型品(人造楓葉)顯示於圖3的左側。
[實施例2]
按照圖2的步驟，並使用製備例2的可發泡樹脂組成物2來製造3D列印成型品(人造蝴蝶)。此處，於可發泡樹脂組成物2額外加入0.1重量份的紫色色漿(東洋油墨製的FD LED UV offset ink)。接著，除了在3D列印步驟中選擇蝴蝶的STL圖檔和在加熱發泡步驟中進行全部加熱以外，與實施例1相同地製作實施例2的3D列印成型品(紫色的人造蝴蝶)。此外，將實施例2的3D列印成型品(紫色的人造蝴蝶)顯示於圖4。
[實施例3]
除了圖檔選擇含苞待放的花朵之STL圖檔和在加熱發泡步驟中進行全部加熱以外，與實施例1相同地製作實施例3的3D列印成型品(人造花朵)。此外，將實施例3的3D列印成型品(人造花朵)顯示於圖5的右側。
[比較例2]
除了不進行加熱發泡步驟S5以外，與實施例3相同地，製作3D列印成型品(人造花朵)。又，將比較例2的3D列印成型品(人造花朵)顯示於圖5的左側。
首先，從圖3能夠看出，雖然比較例1的人造楓葉(左側)和實施例1的人造楓葉(右側)形狀基本上相同，但比較例1的人造楓葉因為沒有進行加熱發泡步驟，仍然略顯呆板不自然。相對於此，實施例1的人造楓葉經過熱風槍局部加熱，就可以發生自然地型變、色變，形成高度仿真且柔韌有彈性不易破裂的3D列印成型品。
接著，從圖4能夠看出，添加適當的紫色色漿(東洋油墨製的FD LED UV offset ink)之後能夠使人造蝴蝶產生顏色變化，增添了創造者的藝術美感，並能夠輔助從事人造裝飾品者迅速地完成高仿真作品。再來，從圖5能夠看出，雖然比較例2的人造花朵(左側)和實施例3的人造花朵(右側)係使用相同的花朵圖檔(含苞待放的花朵)，但比較例2的人造花朵因為沒有進行加熱發泡步驟，即僅能形成與圖檔相同之含苞待放的花朵。相對於此，實施例3的人造花朵經過熱風槍全部加熱，就可以產生自然地型變、色變，使一朵含苞待放的花朵瞬間變成了更具立體感之一朵盛開的花朵，能夠使3D列印成型品具有外觀變化的彈性，增添製作3D列印成型品的趣味。
綜上，藉由本發明的3D列印成型品的製造方法，能夠製作訴求仿真的人造花藝等裝飾品，且形成的3D列印成型品柔軟有彈性，並具有栩栩如生的特色。
本發明並不限定於上述各實施形態，可在請求項所示之範圍內做各種的變更，且將不同的實施形態中所揭示之技術手段適宜地組合而得之實施形態亦包含在本發明的技術範圍內。
S1~S5:步驟
圖1係本發明一實施例的3D列印成型品的製造方法之流程圖。
圖2係本發明另一實施例的3D列印成型品的製造方法之流程圖。
圖3係本發明實施例1和比較例1的3D列印成型品(人造楓葉)照片。
圖4係本發明實施例2的3D列印成型品(紫色的人造蝴蝶)照片。
圖5係本發明實施例3和比較例2的3D列印成型品(人造花朵)照片。
S1~S3:步驟
Claims (8)
- 一種3D列印成型品的製造方法，其係包含： 3D列印步驟，使用可發泡樹脂組成物，進行3D列印成型，形成素模； 光固化步驟，針對前述素模施加UV光源進行固化，形成固化物； 加熱發泡步驟，以高於前述可發泡樹脂組成物的最低發泡溫度之溫度，針對前述固化物進行局部加熱或全部加熱，以形成3D列印成型品；其中， 前述可發泡樹脂組成物係包括： (甲基)丙烯酸酯寡聚物，其占前述可發泡樹脂組成物的10~40重量%； (甲基)丙烯酸酯單體，其占前述可發泡樹脂組成物的35~80重量%； 光固化引發劑，其占前述可發泡樹脂組成物的1~5重量%； 發泡劑，其占前述可發泡樹脂組成物的3~20重量%。
- 如請求項1所述之3D列印成型品的製造方法，其中，前述可發泡樹脂組成物還包含0.1~0.3重量%的色漿。
- 如請求項1所述之3D列印成型品的製造方法，其中，前述光固化步驟係使用波長為395~405nm的UV光源曝光10~15分鐘。
- 如請求項1所述之3D列印成型品的製造方法，其中，還包含：清洗步驟，其係在前述3D列印步驟後且前述光固化步驟前，使用酒精清洗前述素模。
- 如請求項1所述之3D列印成型品的製造方法，其中，還包含：靜置步驟，其係在前述光固化步驟後且前述加熱發泡步驟前，在室溫下將前述固化物靜置20~30小時。
- 如請求項1所述之3D列印成型品的製造方法，其中，在前述加熱發泡步驟中，使用熱風槍針對前述固化物進行局部加熱或全部加熱。
- 如請求項1所述之3D列印成型品的製造方法，其中，在前述3D列印步驟中，單層列印厚度為50~100μm。
- 如請求項1所述之3D列印成型品的製造方法，其中，前述3D列印成型品的厚度為1.0~3.0mm。
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| TW111135316A TWI829344B (zh) | 2022-09-19 | 2022-09-19 | 3d列印成型品的製造方法 |
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| TW111135316A TWI829344B (zh) | 2022-09-19 | 2022-09-19 | 3d列印成型品的製造方法 |
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-
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