TWI548540B - 立體列印方法 - Google Patents

Description

立體列印方法

本發明是有關於一種列印方法，且特別是有關於一種立體列印方法。

隨著電腦輔助製造(Computer-Aided Manufacturing,CAM)的進步，製造業發展了立體列印技術，能很迅速的將設計原始構想製造出來。立體列印技術實際上是一系列快速原型成型(Rapid Prototyping,RP)技術的統稱，其基本原理都是疊層製造，由快速原型機在X-Y平面內通過掃描形式形成工件的截面形狀，而在Z座標間斷地作層面厚度的位移，最終形成立體物體。立體列印技術能無限制幾何形狀，而且越複雜的零件越顯示RP技術的卓越性，更可大大地節省人力與加工時間，在時間最短的要求下，將3D電腦輔助設計(Computer-Aided Design,CAD)軟體所設計的數位立體模型資訊真實地呈現出來，不但摸得到，亦可真實地感受得到它的幾何曲線，更可以試驗零件的裝配性、甚至進行可能的功能試驗。

目前已發展出許多可以形成多個薄橫截面層的方式。舉 例來說，列印頭通常可依據3-D模型的設計資料建構的X-Y-Z座標在平台上方沿著X-Y座標移動，從而將建構材料噴塗出正確的橫截面層形狀。所沉積的材料可隨後自然硬化或透過例如強光源而被固化，從而形成所要的橫截面層，並在逐層固化的狀態下進而形成立體物件。

惟，當欲產生彩色的立體物件時，依據現有製作工藝，不是待立體物件完成後方進行著色工作，便是成型材自身即需具有所需的顏色。前者明顯地增加了立體物件的製作工序與時間，而後者受限於現有成型材的材質特性，其並非能容易地使成型材均具有所需的顏色，因而提高了取材的困難度與製作門檻。據此，如何針對前述情形並加以改善，便成為相關技術人員所需思考的議題。

本發明提供一種立體列印方法，其逐層形成物件單元與其外輪廓的色層，並藉由包覆層加以保護，因而提高彩色立體物件的製作效率與降低工藝困難度與成本。

本發明的立體列印方法，用以成型立體物件。立體物件是由多層物件單元所堆疊而成。立體列印方法包括，形成並固化素體層；在素體層的外輪廓形成色層，且使素體層與色層形成一層物件單元；以及形成包覆層於該層物件單元的外輪廓，以使色層位於素體層與包覆層之間。

本發明的立體列印方法，用以成型立體物件。立體物件是由多層物件單元所堆疊而成。立體列印方法包括，形成並固化素體層；在素體層的外輪廓配置未固化的色層與未固化的包覆層；以及固化色層與包覆層，其中色層固化後附著於素體層而形成該層物件單元。

在本發明的一實施例中，上述素體層的材質與色層的材質之間存在吸引性，且包覆層的材質與色層的材質之間存在排斥性。

在本發明的一實施例中，上述立體列印方法還包括，依序形成上述素體層、色層與包覆層並逐層疊置。

在本發明的一實施例中，上述素體層的材質包括樹脂。

在本發明的一實施例中，上述包覆層的材質包括蠟。

在本發明的一實施例中，上述立體列印方法還包括，同時在上述素體層的外輪廓配置呈液態的色層與呈液態的包覆層，以及同時固化色層與包覆層。

在本發明的一實施例中，上述素體層的材質與色層的材質之間存在吸引性，且未固化之包覆層的材質與未固化之色層的材質之間存在排斥性。

基於上述，在上述實施例中，立體列印方法在以逐層疊置多個薄橫截面層的前提下，分別在素體層外輪廓配置對應的色層與包覆層，以使色層被配置在素體層與包覆層之間，並因而逐層疊置下，在進行後續配置色層的工藝中，所配置的色層不會因 此污染至前一層的素體層與色層。據此，立體物件便能在其成型過程中便完成相關著色動作，亦即以相同的列印模式即能完成立體物件並為其上色的目的，故能有效地提高其製程效率，且色層僅需配置在素體層的外輪廓，故而跳脫成型材需具備所需顏色的材料限制，並因而提高立體列印方法的適用性。

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。

30‧‧‧立體物件

100‧‧‧列印頭

110‧‧‧噴嘴

200‧‧‧平台

310‧‧‧物件單元

L1‧‧‧素體層

L2‧‧‧色層

L3‧‧‧包覆層

S110~S150、S210~S250‧‧‧步驟

圖1是依據一實施例的立體列印方法的流程圖。

圖2是依據一實施例的立體列印示意圖。

圖3至圖5用以繪示立體物件的成型過程。

圖6是立體物件的局部示意圖。

圖7是本揭露另一實施例的立體列印方法的流程圖。

圖1是依據一實施例的立體列印方法的流程圖。圖2是依據一實施例的立體列印示意圖。圖3至圖5用以繪示立體物件的成型過程，以對應圖1所述的主要步驟。請同時參考圖1至圖3，在本實施例中，如前述將成型材噴塗出橫截面積層狀的成型技術，立體物件30是由多層物件單元310所堆疊而成。據此，在步 驟S110中，先以列印頭100在平台200形成並固化一層素體層L1。進一步地說，列印頭100依據3-D模型的設計資料建構的X-Y-Z座標在平台200上方沿著X-Y座標移動，從而將呈液態或漿料狀態的成型材在平台200上噴塗出正確的橫截面層形狀，而後加以固化成前述素體層L1。在此。所沉積的成型材可為液態或漿料狀態的光敏性樹脂，以利於隨後自然硬化或透過特定光源而被固化，從而形成所要的橫截面層。

接著，在步驟S120中，再次以列印頭100於素體層L1的外輪廓形成色層L2，以將前述該層素體層L1的外表面賦予所需的色彩。如圖3與圖4所繪示者，由於立體物件30是由多層極薄的橫截面層所組成，因而此時在進行配置色層L2的工藝仍是如同形成前述素體層L1一般，列印頭100是以2維空間進行噴塗工藝，亦即在本實施例的列印方式中，是以列印模式而在平台200上形成素體層L1與色層L2(即列印頭100同樣沿X-Y座標移動並噴塗，即能形成所需的素體層L1與色層L2)。據此，設計者僅需將所需的成型材及顏料連接並匯集於列印頭100，藉由列印頭100上呈陣列的噴嘴110設計，便能在完成一層素體層L1的噴塗工藝之後立即接著進行素體層L1外輪廓的著色工藝，並進而使該層素體層L1與色層L2形成一層物件單元310。

接著，在步驟S130中，待色層L2定型之後，進一步地以列印頭100在該層物件單元310的外輪廓形成包覆層L3，其中包覆層L3的材質例如是蠟，並使色層L2位在素體層L1與包覆層 L3之間，亦即在此步驟中是以包覆層L3在平台200所處的2維平面上完全包覆前述素體層L1與色層L2。同樣地，包覆層L3亦可視為與素體層L1及色層L2在二維平面上完成，因此相對於列印頭而言，其仍是以相同列印模式進行包覆層L3的列印動作。

另外，在本實施例中，素體層L1的材質與色層L2的材質之間存在吸引性，而包覆層L3的材質與色層L2的材質之間存在排斥性。換句話說，色層L2能因其與素體層L1的吸引性而順利地結合，相對地，包覆層L3雖然直接接觸於色層L2的外輪廓，但其材質卻與色層L2的材質相斥而使得色層L2仍能與包覆層L3保持分離的狀態。據此，本揭露並未限定素體層L1、色層L2與包覆層L3的材料種類，設計者可依據需求及前述材質之吸引性與排斥性而選擇適當的材料。舉例來說，設計者能藉由物質組成中相關化學鍵的親、疏性質而搭配出適合作為所述素體L1、色層L2與包覆層L3的材質。

接著，在步驟S140中，當依序完成前述素體層L1、色層L2與包覆層L3的製作之後，亦即相當於完成一層物件單元310並在其外輪廓配置包覆層L3的製作工序後，即能繼續進行第二層的物件單元310與包覆層L3的製作工序。換句話說，此步驟即在於驅動平台200沿Z軸方向移動，或驅動列印頭100沿Z軸方向移動，即可逐層疊置每一層的物件單元310與包覆層L3，以進一步地形成在外表面存在包覆層L3的立體物件30。圖6是立體物件的局部示意圖，其中為能清楚辨識每一層的特徵，因此將其沿Z 軸的厚度予以差異化，且僅繪示前一層的包覆層而省略後一層的包覆層。在此值得注意的是，如圖6所示，當進行後一層的噴塗工序時，同樣如前述步驟S110至S120形成素體層L1、色層L2，但在進行色層L2的形成工藝時，由於前一層的素體層L1與色層L2(如圖6中以虛線繪示者)均已被包覆層L3所包覆，因而後一層色層L2的顏料僅會影響到其下方的包覆層L3，亦即此舉讓包覆層L3能對其內的素體層L1與色層L2提供保護作用，避免受到後續噴塗色層L2的干擾。因此，本實施例藉由包覆層L3的存在，而避免不同層的色層L2之間產生混色或染色的情形。

最後，當完成疊置所有的物件單元310與包覆層L3後，便形成外表面存有包覆層L3的立體物件30。因此在步驟S150中，移除外部的包覆層L3之後，便能得到所欲已具備色彩的立體物件30。在此並未限定移除包覆層L3的方式，設計者可依據前述素體層L1、色層L2與包覆層L3之間的材質吸引或排斥的特性，而選用適當的移除劑，以移除包覆層L3而不影響包覆其內的立體物件30及其表面色層L2。

如前所述素體層1、色層2與包覆層3的材料之間所存在的吸引或排斥性質，圖7是本揭露另一實施例的立體列印方法的流程圖。請參考圖7，在本實施例中，上述步驟S120與S130能被合併實施，亦即在本實施例的色層L2是選用有色樹脂。在步驟S210中，與上述步驟S110同樣先形成並固化出素體層L1；接著，在步驟S220中，在素體層L1的外輪廓配置未固化(呈液態或漿 料狀態)的色層L2與未固化的包覆層L3，其中色層L2位於素體層L1與包覆層L3之間，且如同前述材質吸引性而得以附著於素體層L1上，而未固化的色層L2與未固化的包覆層L3仍因其材質排斥性維持其分離狀態，而後再於步驟S240固化色層L2與包覆層L3，以讓固化後的色層L2能附著於素體層L1並與素體層L1形成一層物件單元310，而達到與前述實施例相同的效果。接著，同於前述步驟S140、S150，在本實施例的步驟S240與步驟S250中，逐層疊置物件單元310與包覆層L3，以形成立體物件30與存於立體物件30外表面的包覆層L3，最終移除包覆層L3而得到立體物件30，以達到與前述實施例相同的效果。

綜上所述，在上述實施例中，所述立體列印方法將物件單元及其上的色層以相同的二維空間噴塗方式一同形成，亦即完成一層素體層之後即在其外輪廓再形成一層色層，並同時以包覆層包覆在色層之外，以在後續堆疊素體層與色層時藉由包覆層而避免前後層的色層相互干擾。如此，立體列印裝置以相同的列印模式即能完成所需的立體物件並達到為其上色的效果，因而能有效縮短立體物件的製作時程，同時降低成型材受限於其顏色的困擾與製作成本，而擴大立體列印方法的適用性。

再者，藉由素體層、色層與包覆層材料之間的吸引性與排斥性，而讓色層能有效地附著在素體層上，同時使包覆層僅與色層接觸但避免殘留在色層上的困擾，因而使以所述方式形成的立體物件能順利地移除包覆在外的包覆層，以進一步地提高立體 物件製作效率及品質。

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。

S110~S150‧‧‧步驟

Claims (11)

1. 一種立體列印方法，用以成型一立體物件，該立體物件是由多層物件單元所堆疊而成，該立體列印方法包括：形成並固化一素體層；在已固化的該素體層的外輪廓形成一色層，以使該素體層與該色層形成一層物件單元；以及形成一包覆層於該層物件單元的外輪廓，以使該色層位於該素體層與該包覆層之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印方法，其中該素體層的材質與該色層的材質之間存在吸引性，且該包覆層的材質與該色層的材質之間存在排斥性。
3. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印方法，還包括：依序形成該素體層、該色層與該包覆層並逐層疊置。
4. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印方法，還包括：形成疊置的多層物件單元與多個包覆層之後，移除該些包覆層而形成該立體物件。
5. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印方法，其中該素體層的材質包括樹脂。
6. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印方法，其中該包覆層的材質包括蠟。
7. 一種立體列印方法，用以成型一立體物件，該立體物件是由多層物件單元所堆疊而成，該立體列印方法包括： 形成並固化一素體層；在已固化的該素體層的外輪廓配置未固化的一色層與未固化的一包覆層；以及固化該色層與該包覆層，其中該色層固化後係附著於該素體層而形成該層物件單元。
8. 如申請專利範圍第7項所述的立體列印方法，其中該素體層的材質與該色層的材質之間存在吸引性，且未固化之該包覆層的材質與未固化之該色層的材質之間存在排斥性。
9. 如申請專利範圍第7項所述的立體列印方法，還包括：形成疊置的多層物件單元與多個包覆層之後，移除該些包覆層而形成該立體物件。
10. 如申請專利範圍第7項所述的立體列印方法，其中該素體層的材質包括樹脂。
11. 如申請專利範圍第7項所述的立體列印方法，其中該包覆層的材質包括蠟。