TWI552858B - 應用於積層製造之製品的表面處理方法及具光滑表面之積層製造製品 - Google Patents

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李太和
陳政宏
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Description

應用於積層製造之製品的表面處理方法及具光滑表面之積 層製造製品
本發明係為一種應用於積層製造之製品的表面處理方法，尤指對積層製造而成的製品進行表面處理，以及一種具光滑表面之積層製造製品。
隨著科技的演變，目前市面上大多的產品製造不再只是傳統的減材工藝(包含切削或鑽孔)，而是演變至使用增材製造(Additive Manufacturing，AM)，屬於快速成形技術的一種，它是一種數位模型檔案為基礎直接製造幾乎任意形狀三維實體的技術，一般會稱之為3D列印或者積層製造。3D列印運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，透過逐層堆疊累積的方式來構造物體。
目前大多的積層製造必須先透過電腦輔助設計(CAD)或電腦動畫建模軟體來進行模型的建立，緊接著將所建成的三維模型「分割」成逐層的截面，從而指導印表機逐層列印。
請參閱第五圖所示，目前大部分積層製造所產出的製品(A)大多表面較為粗糙(解析度不佳)，尤其是彎曲的表面，就向影像上的鋸齒一般，雖然對於大多數的應用已經足夠。但若是具有高藝術價值的製品往往不能有如此粗糙的表面，依照前面的作法，會在表面進行打磨處理，但相對所耗費的時間以及金錢成本都會提高，也不見得能獲得適當光滑度的表面。
為了解決上述積層製造所產出的製品大多表面較為粗糙之缺失，本發明人致力於研究一種應用於積層製造之製品的表面處理方法，包含以下之步驟：被覆步驟：將一混合溶液被覆在積層製造而成的一製品之表面，該混合溶液包含體積百分比1至60之一樹脂以及體積百分比40至99之一第一有機溶劑。均勻處理：將經過被覆步驟後的該製品放置在由該第一有機溶劑汽化後的蒸氣環境中，藉以催化該製品表面形成光滑。乾燥處理：將經過均勻處理步驟後的該製品施以乾燥處理。
其中，在均勻處理中該製品放置在由該第一有機溶劑汽化後的蒸氣環境中一時間，該時間係與該蒸氣之濃度成反比。
其中該樹脂較佳之體積百分比為12至18，而該第一有機溶劑較佳之體積百分比為82至88。
又或者，該第一有機溶劑係包含下列任一者：丙酮、丁酮、甲異丁酮、乙酸乙酯、乙酸戊酯、甲苯、二甲苯、四氫呋喃、二氯乙烷、氯仿、二氯甲烷或三氯乙烷。
進一步，更包含有一凝膠步驟在該被覆步驟之前，先將積層製造而成的製品與一第二有機溶劑作用產生一凝膠反應。其中該第二有機溶劑係包含下列任一種：熱苯、四氫呋喃、二氯甲烷或二噁烷。
而較特別的是，該第二有機溶劑係以下列任一者與積層製造之製品的表面產生該凝膠反應：塗抹、噴塗、浸入、蒸氣或沉積。
以及，所述混合溶液係以下列任一者方式被覆在積層製造之製品的表面：塗抹、噴塗、浸入、蒸氣或沉積。
本發明也是一種具光滑表面之積層製造製品，該積層製造製品係透過上述表面處理方法所製造而成。
本發明之應用於積層製造之製品的表面處理方法及具光滑表面之積層製造製品均具有以下之功效：
1、一般以積層製造而成的製品表面較為粗糙，通常會先以機械研磨方式進行初步的表面處理，但製品的表面仍可透過肉眼看到製造紋路，透過上述表面處理方法所製造而成的製品表面不僅光滑，且製成簡單不須經過繁雜步驟則可處理完成。
2、進一步的可以透過在混合溶液中調入不同顏色的色料，藉此讓該製品的外觀有不同的顏色變化。
(S11)‧‧‧第一實施例之被覆步驟
(S21)‧‧‧第一實施例之均勻處理
(S31)‧‧‧第一實施例之乾燥處理
(S12)‧‧‧第二實施例之凝膠步驟
(S22)‧‧‧第二實施例之被覆步驟
(S32)‧‧‧第二實施例之均勻處理
(S42)‧‧‧第二實施例之乾燥處理
(A)‧‧‧先前技術之積層製造的製品
[第一圖]本發明之應用於積層製造之製品的表面處理方法的第一實施例之步驟流程圖。
[第二圖]本發明之應用於積層製造之製品的表面處理方法的第一實施例之流程架構圖。
[第三圖]本發明之應用於積層製造之製品的表面處理方法的第二實施例之步驟流程圖。
[第四圖]本發明之應用於積層製造之製品的表面處理方法的第二實施例之流程架構圖。
[第五圖]先前技術之積層製造的製品。
綜合上述技術特徵，本發明之應用於積層製造之製品的表面處理方法及具光滑表面之積層製造製品的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。
首先，先說明本發明其一目的之應用於積層製造之製品的表面處理方法的第一實施例請先參閱第一圖所示，圖中係表示該方法的步驟流程圖，並同時搭配第二圖之流程架構圖說明，以下詳述之： 在第一實施例中透過積層製造係以熔絲製造(Fused Filament Fabrication，FFF)方式進行，而所製造而成的製品以最常見的聚乳酸(PLA)作為材料說明。
被覆步驟(S11)：先取得經過積層製造而成的一製品，如同前一段說明，該製品係為一聚乳酸(PLA)，再以一混合溶液被覆在該製品欲光滑處理的表面，其中該混合溶液包含體積百分比1至60之一樹脂以及體積百分比40至99之一第一有機溶劑。該混合根據該製品的面積調配不同的總體積量。進一步，該樹脂較佳之體積百分比為12至18，而該第一有機溶劑較佳之體積百分比為82至88。然而該樹脂與該第一有機溶劑最佳的體積百分比係為：體積百分比85之該樹脂與體積百分比15之第一有機溶劑。需特別說明的是，該第一有機溶劑係包含下列任一者：丙酮、丁酮、甲異丁酮、乙酸乙酯、乙酸戊酯、甲苯、二甲苯、四氫呋喃、二氯乙烷、氯仿、二氯甲烷或三氯乙烷任一者。在第一實施例中係以丙酮作為該第一有機溶劑之說明，但不能做為任何限制條件。
以及所述混合溶液係透過以下列任一方式被覆在積層製造之製品的表面：塗抹、噴塗、浸入、蒸氣或沉積。由於塗抹、噴塗、浸入、蒸氣或沉積均屬該領域通常知識，故不再贅述其內容。
藉由上述的被覆步驟(S11)能使該聚乳酸表面受到該有機溶劑的影響而使凹凸不平的表面微溶解狀態，使其與該樹脂相結合，藉此提高表面的光滑度。
均勻處理(S21)：緊接著再將經過被覆步驟(S11)後之該聚乳酸放置在相同於前述第一有機溶劑所揮發之蒸氣中一特定時間。如同前述的說明係將該聚乳酸放置在一丙酮蒸氣中，並根據該丙酮蒸氣之濃度來決定該特定時間的長短，即是該特定時間與該蒸氣之濃度成反比。
藉由上述的均勻處理(S21)能使該聚乳酸之表面所附著的樹脂更緊密的結合，避免輕易的被剝落。
乾燥處理(S31)：將經過均勻處理(S21)的該聚乳酸自然乾燥。
藉由上述的表面處理方法能解決一般以積層製造而成的製品表面較為粗糙之缺失，透過上述表面處理方法所製造而成的製品表面不僅光滑，且製成簡單不須經過繁雜步驟則可處理完成，相當便捷。
請再參閱第三圖及第四圖所示，第三圖係表示本發明之應用於積層製造之製品的表面處理方法的第二實施例，特別是指第二實施例的步驟流程圖，並搭配第四圖之流程架構圖說明，第二實施例與第一實施例差異在於在該被覆步驟(S22)之前更包含有一凝膠步驟(S12)，以下簡略說明：凝膠步驟(S12)：先將積層製造而成的之該聚乳酸與一第二有機溶劑作用產生一凝膠反應，其中該第二有機溶劑係包含下列任醫者：熱苯、四氫呋喃、二氯甲烷或二噁烷。需特別說明該第二有機溶劑係透過以下列任一方式與積層製造之製品的表面產生該凝膠反應：塗抹、噴塗、浸入、蒸氣或沉積。
藉由上述的凝膠步驟(S12)能先在該聚乳酸的表面先形成較薄的外殼，讓原先較為凹凸不平的表面先進行第一的光滑處理，藉此提供後續的被覆步驟(S22)更為光滑的該聚乳酸的表面。再以該均勻處理(S32)以及該乾燥步驟(S42)完成具光滑表面的該聚乳酸。
而本發明也是一種具光滑表面之積層製造製品，該具光滑表面之積層製造製品係透過上述表面處理方法所製造而成。然而製造過程與成品均相同於前述之說明，故不再贅述。
惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。
(S11)‧‧‧第一實施例之被覆步驟
(S21)‧‧‧第一實施例之均勻處理
(S31)‧‧‧第一實施例之乾燥處理

Claims (8)

  1. 一種應用於積層製造之製品的表面處理方法，包含以下之步驟：凝膠步驟：先將積層製造而成的該製品與一第二有機溶劑作用產生一凝膠反應；被覆步驟：將一混合溶液被覆在積層製造而成的一製品之表面，該混合溶液包含體積百分比1至60之一樹脂以及體積百分比40至99之一第一有機溶劑，並且在混合溶液中調入不同顏色的色料；均勻處理：將經過被覆步驟後的該製品放置在由該第一有機溶劑汽化後的蒸氣環境中，藉以催化該製品表面形成光滑；乾燥處理：將經過均勻處理步驟後的該製品施以乾燥處理。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之應用於積層製造之製品的表面處理方法，在均勻處理中該製品放置在由該第一有機溶劑汽化後的蒸氣環境中一時間，該時間係與該蒸氣之濃度成反比。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之應用於積層製造之製品的表面處理方法，其中該樹脂較佳之體積百分比為12至18，而該第一有機溶劑較佳之體積百分比為82至88。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之應用於積層製造之製品的表面處理方法，其中該第一有機溶劑係包含下列任一種：丙酮、丁酮、甲異丁酮、乙酸乙酯、乙酸戊酯、甲苯、二甲苯、四氫呋喃、二氯乙烷、氯仿、二氯甲烷或三氯乙烷。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之應用於積層製造之製品的表面處理方法，其中該第二有機溶劑係包含下列任一種：熱苯、四氫呋喃、二氯甲烷或二噁烷。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之應用於積層製造之製品的表面處理方法，其中該第二有機溶劑係以下列任一方式與積層製造之製品的表面產生該凝膠反應：塗抹、噴塗、浸入、蒸氣或沉積。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之應用於積層製造之製品的表面處理方法，其中該混合溶液係以下列任一方式被覆在積層製造之製品的表面：塗抹、噴塗、浸入、蒸氣或沉積。
  8. 一種具光滑表面之積層製造製品，該積層製造製品係透過如申請專利範圍第1項至第7項任一項所述之應用於積層製造之製品的表面處理方法所製造而成。
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US6120847A (en) * 1999-01-08 2000-09-19 Scimed Life Systems, Inc. Surface treatment method for stent coating
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