TWI569940B - 漸層漿料的製作方法及三維實體的成型方法 - Google Patents

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Description

漸層漿料的製作方法及三維實體的成型方法
本發明是有關於一種陶瓷漿料製作方法及三維實體的成型方法，且特別是有關於一種具有漸層色階的陶瓷漿料的製作方法及使用上述陶瓷漿料的三維實體的成型方法。
隨著科技的日新月異，生活品質的提升以及高齡化社會的來臨，一般人對於口腔保健愈加重視，因此人工牙的需求也隨之愈漸增加。以現有的人工牙的製作為例，其製作流程通常是將造粒後之陶瓷粉末經過乾壓成型、等靜壓(isostatic pressing)及預燒結等步驟以製得數種特定規格之陶瓷塊材，前述陶瓷塊材的緻密度與結構強度較低，有利於後續CNC加工的進行。接著，依據病患咬模或三維掃描所得的齒形並選擇適當規格的陶瓷塊材來進行CNC加工。之後，將CNC加工後的陶瓷塊材進行強化處理以提高其結構強度，而後再經由上釉及表面處理等細部工序，即可獲致可供病患使用之人工牙成品。然而，前述製作流程繁複，且CNC加工屬減法製造，其加工過程中移除的材料比例高且無法回收再 利用，不僅造成材料的浪費也同時提高了生產成本。因此，如何整合三維列印技術於人工牙的製作或其他陶瓷件的製作，使其簡化製作流程及避免材料的浪費，並同時可得到具有較佳之精度與表面粗糙度的成品，便成為當前相當重要的課題。
此外，目前一般的人工牙皆是在陶瓷塊材處理完成後，再於表面進行上釉，以形成類似人體真牙的漸層顏色。然而，當人工牙裝置於口腔後，在使用過程中，由於牙體表面的磨損，而造成牙體表面釉色的改變。因此，當使用時間一久，往往會造成牙體表面釉色脫落，而僅剩下牙體內層的材料顏色，從而使得人工牙與週遭的原生真牙在顏色上明顯不均。
本發明提供一種漸層漿料的製作方法，其適用於製作具有漸層色階的三維實體。
本發明提供一種三維實體的成型方法，其成型後的三維實體整體具有漸層色階並且適於用來製作像是人工牙的陶瓷件。
本發明的漸層漿料的製作方法包括提供多個染色材料，其中所提供的染色材料分別具有不同的色階。接著，提供一複合材料，染色材料與複合材料相互混合並染色。將經染色的複合材料分別配製成具有所述色階的多個水溶性漿料。此外，將水溶性漿料分別依色階的深淺充填至容器中。然後，對容器加熱，並於加熱後包持容器的溫度，以使水溶性漿料產生擴散反應而形成漸 層漿料。
在本發明的一實施例中，上述的染色材料的主要成分包括摻雜氧化釔的二氧化鋯(ZrO2)、氟磷灰石(Ca5(PO4)3F)、氧化鈉(Na2O)、氧化鉀(K2O)、氧化鋅(ZnO)或上述的組合。
在本發明的一實施例中，上述的染色材料於水溶性漿料中的重量百分比是介於10%至30%之間。
在本發明的一實施例中，上述的複合材料的包括陶瓷材料，陶瓷材料包括二氧化鋯、氧化鋁(Al2O3)、二氧化矽(SiO2)或上述的組合。
在本發明的一實施例中，上述的複合材料包括陶瓷樹酯複合材料，陶瓷樹酯複合材料包括二氧化鋯、氧化鋁、二氧化矽或上述的組合以及紫外光(UV)固化樹酯。
在本發明的一實施例中，上述的紫外光固化樹酯於水溶性漿料中的重量百分比是介於10%至30%之間。
在本發明的一實施例中，上述的二氧化鋯、氧化鋁、二氧化矽或上述的組合於水溶性漿料中的重量百分比是介於30%至60%之間。
在本發明的一實施例中，上述的水溶性漿料包括黏結劑，黏結劑於水溶性漿料中的重量百分比是介於10%至30%之間。
在本發明的一實施例中，上述的容器的加熱溫度是介於攝氏60度至攝氏80度之間，且持續時間介於12小時至24小時之間。
在本發明的一實施例中，上述的漸層漿料的製作方法更包括將漸層漿料的溫度冷卻至室溫。
本發明的三維實體的成型方法包括提供三維列印單元，並且經由三維列印單元分別列印出公模與母模。提供所述漸層漿料，並且在合模公模與母模之後，將漸層漿料注入公模與母模所形成的一模穴中。乾燥處理模穴中的漸層漿料，以使漸層漿料於模穴中成型為三維實體。對公模與母模進行脫模以取出三維實體。
在本發明的一實施例中，上述的三維實體的成型方法更包括對脫模後的三維實體進行燒結。
在本發明的一實施例中，上述的三維實體的成型方法更包括對脫模後的三維實體進行紫外光固化。
基於上述，本發明的漿料製作方式可製作出具有漸層色階的漸層漿料。此外，將前述的漸層漿體應用在三維實體的製作上，可製作出由內層至表面皆具有漸層色階的三維實體。特別是，前述的三維實體的製作方法適於用來製作人工牙，以使人工牙的表面與內部皆具有漸層色階，以避免人工牙體的表面因為磨損，而造成牙體表面顏色不均的問題。此外，由於本發明是直接將漸層漿料注入模體的模穴內而形成三維實體，因此，三維實體經脫模後無須另外經由其他例如是CNC的加工步驟來進一步雕琢三維實體的外型，從而節省三維實體的製作人力與成本。
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。
50‧‧‧漸層漿料
80‧‧‧三維模具
81‧‧‧模穴
82‧‧‧公模
86‧‧‧母模
110‧‧‧容器
112‧‧‧推桿
113‧‧‧出口處
140‧‧‧三維實體
150‧‧‧三維列印單元
151‧‧‧固定支架
152‧‧‧噴印頭
153‧‧‧連桿
155‧‧‧載台
S201~S206、S301~S305‧‧‧步驟
圖1是本發明的一實施例的漸層漿料的製作方法流程圖。
圖2是本發明的一實施例的三維實體的成型方法的示意圖。
圖3A與圖3B是圖2的三維模具的製作方法的示意圖。
圖4是本發明的一實施例的三維實體成型方法的流程圖。
圖5是以圖4的成型方法形成的三維實體的脫模過程的示意圖。
圖1是本發明的一實施例的漸層漿料的製作方法的流程圖。在本實施例中，漸層漿料的製造方法的步驟包括提供例如3至4個色階的染色材料(步驟S201)。接著，提供例如是由陶瓷材料本身或是陶瓷與樹酯所組成的複合材料，並且將前述的複合材料與染色材料經由混拌機(未示出)以200(轉/分鐘，RPM)至3000RPM的攪拌轉速混合，以將複合材料染色，而形成具有3至4個不同的色階的複合材料(步驟S202)。再來，將具有不同色階的複合材料分別配製成水溶性漿料(步驟S203)。然後，經由射出設備(未示出)將前述配製完成的水溶性漿料依色階深淺依序充填入容器中(步驟S204)，其中射出設備射出水溶性漿料的溫度是介於攝氏20度至攝氏50度之間。此外，將容器置放入低溫烘箱中進行加熱(步驟S205)，此時容器為密閉狀態，以防止容器內的水分 蒸發。容器的加熱溫度例如是介於攝氏60度至攝氏80度之間，並且持續時間介於12小時至24小時之間，以使容器中的水溶性漿體產生擴散反應而形成漸層漿料。最後，進一步將漸層漿料冷卻降至室溫以供後續成型製程使用(步驟S206)。
在本實施例中，染料材料為具有生物相容性的無機染料。此外，染料材料成分包括摻雜氧化釔的二氧化鋯(摻雜重量百分比為3%)，氟磷灰石、氧化鈉、氧化鉀、氧化鋅或上述的組合，其中摻雜氧化釔的二氧化鋯為淡黃色的粉體，並且其純度是介於99.2%至99.9%之間，而氟磷灰石的粒度則是小於1微米。此外，在上述的製作方法中，染色材料於水溶性漿料中的重量百分比是介於10%至30%之間。
再者，在本發明的一實施例中，上述的複合材料可以陶瓷材料組成，陶瓷材料的成分包括二氧化鋯、氧化鋁、二氧化矽或前述材料的組合。因此，在上述的製作方法中，以此陶瓷材料形成的水溶性漿料除包括上述染色材料的組成成分之外，還包括上述陶瓷材料的組成成分以及例如是矽膠的黏結劑。此外，二氧化鋯、氧化鋁、二氧化矽或前述材料的組合於水溶性漿料中的重量百分比是介於30%至60%之間。再者，前述的黏結劑於水溶性漿料中的重量百分比是介於10%至30%之間。
除此之外，在本發明的另一實施例中，上述的複合材料可以陶瓷樹酯複合材料組成，其中陶瓷樹酯複合材料包括二氧化鋯、氧化鋁、二氧化矽或前述材料的組合以及紫外光固化樹酯。 因此，在上述的製作方法中，以此陶瓷樹酯複合材料形成的水溶性漿料的成分除包括上述染色材料的組成成分之外，還包括上述陶瓷樹酯複合材料的組成成分以及例如是矽膠的黏結劑。此外，二氧化鋯、氧化鋁、二氧化矽或前述材料的組合於本實施例的水溶性漿料中的重量百分比是介於30%至60%之間。紫外光固化樹酯於水溶性漿料中的重量百分比是介於10%至30%之間。在此需說明的是，由於本實施例的陶瓷樹酯複合材料所包括的紫外光固化樹酯本身即已具有相同或相似於上述黏結劑的成分。因此，在本實施例中，水溶性漿料中所需另外添加的黏結劑成分的多寡可依紫外光固化樹酯的組成比例而決定。也因此，在本實例中，上述另外添加的黏結劑於水溶性漿料中的重量百分比可介於0%至30%之間。也就是說，當紫外光固化樹酯中已具有足夠的相同或相似於黏結劑的成分時，本實施例的水溶性漿料中可無需再另外添加黏結劑。
圖2是本發明的一實施例的三維實體的成型方法的示意圖。請參考圖2，上述的水溶性漿料可充填於例如是針筒狀的容器110中，由於充填入容器110中的水溶性漿料具有不同的色階，因此當容器110經過加熱之後，不同色階的水溶性漿料會因加熱後的高溫而產生擴散效應，進而形成具有漸層色階的漸層漿料50。此外，漸層漿料50冷卻至室溫後，可藉由容器110的推桿112的推擠將漸層漿料朝容器110的出口處113的方向(如圖2箭頭方向所示)下推，而使漸層漿料50充填進入三維模具80的模穴81中。
圖3A與圖3B是圖2的三維模具的製作方法示意圖。請參考圖2與圖3A、3B，在本實施例中，三維模具80可以三維列印的方式形成。如圖3A與圖3B所示，三維列印單元150可用來製作三維模具80的公模82與母模86。三維列印單元150包括固定支架151、噴印頭152、連桿153以及放置公模82與母模86的載台155，其中固定支架151與連桿153可構成三維移動機構，其可帶動噴印頭152相對於載台155沿空間中的X軸、Y軸以及Z軸移動。此外，在本實施例中，製作完成的公模82具有注料通道82a，以將漸層漿料50經由注料通道82a注入合模公模82與母模86所形成的模穴81中。
圖4是本發明的一實施例的三維實體的成型方法的流程圖。圖5是圖4的成型方法所形成的三維實體的脫模過程的示意圖。請參考圖2至圖5。在本實施例中，上述的漸層漿料50可用來製作例如是人工牙的三維實體140。三維實體140的製作步驟包括提供如圖3A與3B所示的三維列印單元150，並且藉由三維列印單元150列印出公模82與母模86(步驟S301)。接著，將容器110中的漸層漿料50注入合模後的公模82與母模86所形成的模穴81中(步驟S302)。再來，將模穴81中的漸層漿料50進行乾燥處理，以使漸層漿料50乾燥後成型為三維實體140(步驟S303)。最後，如圖5所示，將模穴81中的三維實體140經脫模後取出(步驟S304)。
此外，脫模後的三維實體140可經由燒結或是紫外光固化等製程加強三維實體140本身結構的機械強度與瓷體表面的緻密化性質(步驟S305)。詳細而言，由於製作三維實體140的漸層漿 料50可以陶瓷材料或是陶瓷與樹酯的複合材料等不同的材料形成。因此，以不同材料所形成的三維實體140其後續的結構固化方式也有所差異。舉例來說，以陶瓷材料形成的漸層漿料50來製作三維實體140時，當三維實體140完成脫模後，三維實體140可進一步經由燒結來提升瓷體表面的緻密化性質，其中燒結溫度例如是攝氏1400度。
另一方面，當三維實體140的漸層漿料50以陶瓷樹酯複合材料製成時，陶瓷樹酯複合材料所包括的樹酯材料為紫外光固化樹酯。因此，當三維實體140完成脫模後，可以紫外光對三維實體140進行紫外光固化，以提升三維實體140的的機械硬度。
再者，由於漸層漿料50具有漸層色階，因此，以漸層漿料50形成的三維實體140其由內層至表面均具有漸層色階。也因此，本發明的三維實體140的製作方法適合使用在人工牙的製作上。值得一提的是，以上述三維實體140的成型方法製程完成的人工牙，其牙體從內層至表面均可具有漸層色階。因此，製作完成的人工牙可避免因牙體表面磨損，失去齒體表面的漸層色階，而顯露出內層的陶瓷或樹酯材料的原色，而使得人工牙與週遭的原生真牙產生較大的外觀與色階上的落差。
此外，本實施例的三維實體140的成型方式是將漸層漿體50直接注入合模後的公模82及母模86的模穴81中。如圖5所示，三維實體140在脫模即可具有人工牙的外觀型態。因此，三維實體140無須透過例如是CNC等繁雜的減法製作方式進一步雕塑成人 工牙的外型。再者，如同上述，由於經由本實施例的成型方法製作完成的三維實體140的表面在外觀上即具有漸層色階，因此，三維實體140的表面無須另外以例如是上釉的方式製作具有漸層色階的塗層。也因此，將本實施例的三維實體140的成型方式應用在人工牙的製作上，可大幅節省製程時間與人力成本。
綜上所述，本發明的漿料製作方式可製作出具有漸層色階的漸層漿體。此外，將前述的漸層漿體應用在三維實體的製作上，可製作出內層至表面皆具有漸層色階的三維實體。特別是，本發明的三維實體的製作方法可用來製作人工牙，以使人工牙的表面與內層皆具有漸層色階，而避免人工牙體的表面因為磨損，而造成牙體表面顏色不均的問題。此外，由於本發明是直接將漸層漿料灌注入模體的模穴內以形成三維實體，因此，三維實體經脫模後無須另外經由其他的加工步驟來雕琢三維實體的外型，從而節省三維實體的製作人力與成本。
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。
S201~S206‧‧‧步驟

Claims (13)

  1. 一種漸層漿料的製作方法，包括：提供多個染色材料，其中該些染色材料具有多個色階；提供一複合材料，並且該些染色材料分別與該複合材料相互混合並染色；將經染色的該複合材料配製成分別具有該些色階的多個水溶性漿料；將該些水溶性漿料分別依該些色階的深淺依序充填至一容器中；以及對該容器進行加熱，並於加熱後保持該容器的溫度，以使該些水溶性漿料產生擴散反應而形成該漸層漿料。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的漸層漿料的製作方法，其中該染色材料包括摻雜氧化釔的二氧化鋯、氟磷灰石、氧化鈉、氧化鉀、氧化鋅或上述的組合。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的漸層漿料的製作方法，其中該染色材料於該些水溶性漿料中的重量百分比是介於10%至30%之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的漸層漿料的製作方法，其中該複合材料包括陶瓷材料，該陶瓷材料包括二氧化鋯、氧化鋁、二氧化矽或上述的組合。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的漸層漿料的製作方法，其中該複合材料包括陶瓷樹酯複合材料，該陶瓷樹酯複合材料包括二氧化鋯、氧化鋁、二氧化矽或上述的組合以及紫外光固化樹酯。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的漸層漿料的製作方法，其中紫外光固化樹酯於該水溶性漿料中的重量百分比是介於10%至30%之間。
  7. 如申請專利範圍第4與5項中任一項所述的漸層漿料的製作方法，其中二氧化鋯、氧化鋁、二氧化矽或上述的組合於該些水溶性漿料中的重量百分比是介於30%至60%之間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的漸層漿料的製作方法，其中該些水溶性漿料包括一黏結劑，該黏結劑於該水溶性漿料中的重量百分比是介於10%至30%之間。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的漸層漿料的製作方法，其中該容器的加熱溫度是介於攝氏60度至攝氏80度之間，且持續時間介於12小時至24小時之間。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的漸層漿料的製作方法，更包括將該漸層漿料的溫度冷卻至室溫。
  11. 一種三維實體的成型方法，包括：提供一三維列印單元，並且經由該三維列印單元分別列印出一母模與一公模； 提供如申請專利範圍第1項所述的漸層漿料，並且在合模該公模與該母模之後，將該漸層漿料注入合模後該公模與該母模所形成的一模穴中；乾燥處理該模穴中的該漸層漿料，以使該漸層漿料於該模穴中形成一三維實體；以及對該公模與該母模進行脫模，以取出該三維實體。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的三維實體的成型方法，更包括對脫模後的該三維實體進行燒結。
  13. 如申請專利範圍第10項所述的三維實體的成型方法，更包括對脫模後的該三維實體進行紫外光固化。
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