TWI604944B - 立體列印方法及立體列印設備 - Google Patents

Description

立體列印方法及立體列印設備

本發明有關於一種立體列印方法及設備，尤其有關於一種將一待列印層分次列印的立體列印方法及使用此立體列印方法的立體列印設備。

習知的一種立體列印設備包括容置器、升降平台及光源裝置。升降平台可於容置器中移動。於立體列印時，將液態光敏感材料容置於容置器中，並利用光源裝置從下向上照射至容置器之透明底板。曝露於光源的部分液態光敏感材料被照射而固化，形成列印層於透明底板上並附著於位於其上的升降平台。接著，升降平台向上移動少許距離，且承載於升降平台之列印層跟著向上移動少許距離。之後，列印層之下表面可作為承載面，供另一列印層形成於下。

由下方曝光而固化的列印層被升降平台向上帶動，並分離液態光敏感材料與容置器底面(透明底板)的界面，使另一列印層可形成於其下。然而，由下方曝光而固化的列印層完成後，當升降平台要帶動列印層向上移動時，列印層因與透明底板之間過於緊密結合，可能有難以脫離透明底板的問題。

本發明提出一種立體列印方法，以使列印層形成 後更容易脫離容置器底面。

本發明另提出一種立體列印設備，以使列印層形成後更容易脫離容置器底面。

本發明一實施例所提供的立體列印方法包括以下步驟：將待列印層分成多個區塊，其中至少部分區塊包含待列印層之外框的部分；以及分次列印這些區塊。

在本發明一實施例中，上述這些區塊包括多個第一區塊與多個第二區塊，而分次列印這些區塊的方法包括先列印第一區塊，接著列印第二區塊。

在本發明一實施例中，上述之第一區塊與第二區塊沿預定方向交替設置。

在本發明一實施例中，上述這些區塊呈陣列排列，且第一區塊與第二區塊交替設置。

在本發明一實施例中，上述之分次列印這些區塊的方法包括：將承載面浸入液態光敏感材料中，並與液態光敏感材料的底面維持第一距離；固化部分液態光敏感材料於承載面，以於承載面形成第一區塊；使承載面上升第二距離；使承載面下降第二距離，以與液態光敏感材料的底面維持第一距離；以及固化部分液態光敏感材料於承載面，以於承載面形成第二區塊。

在本發明一實施例中，上述之分次列印這些區塊的方法包括將這些區塊分成2、3、4或5次列印。

本發明一實施例所提供的立體列印設備包括容置器、升降平台、光源裝置以及控制模組。容置器用以容置液態光敏感材料，且容置器具有透光底部。升降平台適於在容置器中與上方移動，並具有列印區。光源裝置適於提供光線穿過透光底部而照射容置器中的液態光敏感材料。控制模組控制升降平台與光源裝置實施上述列印方法。具體而言， 控制模組適於將待列印層分成多個區塊，其中至少部分區塊包含待列印層之外框的部分，並且，控制模組也適於控制升降平台與光源裝置作動，以分次列印區塊於列印區上。

在本發明一實施例中，上述之透光底部為離型膜。此外，上述之立體列印設備可更包括透光支撐板，配置於容置器下方。

在本發明一實施例中，上述之透光底部包括透光支撐板以及離型層，離型層配置於透光支撐板之上表面。

在本發明一實施例中，上述之離型層的材料包括軟性材料或表面能小於100牛頓/公尺(N/m)的材料。

本發明的立體列印方法及立體列印設備因採用分次列印同一列印層的手段，故每次必須初次分離容置器底面的固化後的光敏感材料的面積較小，可使列印層更容易分離容置器底面，避免分離時造成列印層的瑕疵或容置器的損害。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

1、1a‧‧‧容置器

11、11a‧‧‧透光底部

111‧‧‧透光支撐板

112‧‧‧離型層

2‧‧‧升降平台

21‧‧‧列印區

3‧‧‧光源裝置

4‧‧‧液態光敏感材料

41‧‧‧底面

5、5b‧‧‧待列印層

5a‧‧‧列印層

50、50b‧‧‧外框

51、5b‧‧‧第一區塊

51a‧‧‧第一圖案

52、5b‧‧‧第二區塊

52a‧‧‧第二圖案

6‧‧‧控制模組

7‧‧‧透光支撐板

100、100a‧‧‧立體列印設備

B‧‧‧預定方向

D1‧‧‧第一距離

D2‧‧‧第二距離

L1、L2‧‧‧光線

S110、S120‧‧‧步驟

圖1是本發明一實施例之立體列印設備的示意圖；圖2是本發明一實施例之立體列印方法的流程圖；圖3是本發明一實施例中將待列印層分成多個區塊的示意圖；圖4A至圖4E是本發明一實施例之分次列印第一區塊與第二區塊的示意圖； 圖5是本發明另一實施例中將待列印層分成多個區塊的示意圖；以及圖6是本發明另一實施例之立體列印設備的示意圖。

圖1是本發明一實施例之立體列印設備的示意圖。請參照圖1，本實施例之立體列印設備100包括容置器1、升降平台2、光源裝置3以及控制模組6。容置器1具有透光底部11，且用以容置液態光敏感材料4。透光底部11例如為離型模，使固化於其上的列印層易於分離。離型模的材質可為矽膠或聚四氟乙烯，但不以此為限。此外，為了避免離型膜無法支撐液態光敏材料4，可於容置器1的下方另外設置透光支撐板7，以支撐容置器1的透光底部11。此支撐板7可與透光底部11之間有些微間距或是抵接於透光底部11。

升降平台2具有列印區21，且適於在容置器1中移動。於圖1，列印區21被浸入液態光敏感材料4中。

光源裝置3適於提供光線穿過透光底部11而照射容置器1中的液態光敏感材料4，以固化液態光敏感材料4。光源裝置3可以為數位光源處理(digital light processing,DLP)投影裝置、矽基液晶(liquid crystal on silicon,LCoS)投影裝置、液晶投影裝置等，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。此外，發光元件所提供的光線的波長範圍需與液態光敏感材料4互相配合，舉例來說，若液態光敏感材料4為紫外光固化材料，則發光元件需選用紫外光發光元件。

控制模組6可用有線或無線的方式傳遞控制訊號 至升降平台2與光源裝置3，以控制升降平台2與光源裝置3作動。具體而言，控制模組6可用以接收待列印物的資料，以根據待列物的資料操控升降平台2與光源裝置3作動，進而將待列印物列印出。以下將搭配此立體列印設備100來詳細說明本發明一實施例之立體列印方法。

圖2是本發明一實施例之立體列印方法的流程圖，圖3是本發明一實施例中將待列印層分成多個區塊的示意圖。請參照圖2與圖3，本實施例之立體列印方法包括下列步驟：首先，如步驟S110所示，將待列印層5分成多個區塊51、52。至少有部分區塊51、52包含待列印層5之外框50的部分，而本實施例是以所有區塊51、52皆包含待列印層5之外框50的部分為例。這些區塊51、52例如呈陣列排列，且包括多個第一區塊51及多個第二區塊52，其中第一區塊51及第二區塊52交替設置成陣列。在本實施例中，可藉由圖1的控制模組6根據所接收到的待列印物的資料將待列印物分成至少一層待列印層，且又將每一層待列印層5分成多個區塊(如第一區塊51與第二區塊52)。需說明的是，待列印層5的外框50是指待列印層5的外圍邊界，其形狀可能為圖3所示的矩形或其他任意形狀，如多邊形、圓形或不規則形狀。此外，各區塊51/52的形狀可視需求而定，其可能為規則形或不規則形，並不限於圖3所示的矩形。

接著，如步驟S120所示，分次列印這些區塊51、52。圖4A至圖4E是本發明一實施例之分次列印第一區塊51與第二區塊52的示意圖。請先參照圖4A，分次列印第一區塊51與第二區塊52的步驟例如是先將用以承載列印層的承載面浸入液態光敏感材料4中，並與液態光敏感材料4的底面41維持第一距離D1。在本實施例中，承載面例如為升降平台2的列印區21，用以承載後續形成的列印層於其下。此 外，可藉由控制模組6驅使升降平台2移動，以將列印區21浸入液態光敏感材料4中，進而使列印區21與液態光敏感材料4的底面41維持第一距離D1。此第一距離D1大致等於後續形成的列印層的厚度。

然後，如圖4B所示，固化部分液態光敏感材料4於承載面(列印區21)，以於承載面(列印區21)形成對應第一區塊51的第一圖案51a。具體而言，控制模組6控制光源裝置3發出對應待列印層5之第一區塊51的圖案的光線L1。光線L1穿過透光底部11照射部分液態光敏感材料4，以使曝光的部分液態光敏感材料4固化，進而於承載面(列印區21)形成第一圖案51a。這些第一圖案51a的厚度大致等於上述之第一距離D1。

然後，如圖4C所示，使承載面(列印區21)上升第二距離D2。具體而言，在第一圖案51a形成後，藉由控制模組6停止光源裝置3發光，並驅使升降平台2上升第二距離D2，使第一圖案51a與透光底部11分離。

然後，如圖4D所示，使升降平台2下降第二距離D2，以使承載面(列印區21)與液態光敏感材料4的底面41維持第一距離D1。本實施例例如是藉由控制模組6驅使升降平台2下降第二距離D2，以使升降平台2的列印區21與液態光敏感材料4的底面41維持第一距離D1。

之後，如圖4E所示，固化部分液態光敏感材料4於承載面(列印區21)，以於承載面(列印區21)形成對應第二區塊52的第二圖案52a。具體而言，控制模組6控制光源裝置3發出對應待列印層5之第二區塊52的圖案的光線L2。光線L2穿過透光底部11，照射部分液態光敏感材料4，以使曝光的部分液態光敏感材料4固化，進而於承載面(列印區21)形成第二圖案52a。與第一圖案51a的厚度相同， 這些第二圖案52a的厚度大致等於上述之第一距離D1。第一圖案51a與第二圖案52a共同構成一個完整且厚度等於第一距離D1的列印層5a。

在本實施例中，由於這些第一圖案51a的總面積小於列印層5a的面積，故這些第一圖案51a較容易與透光底部11分離。同理，由於第二圖案52a的總面積小於列印層的面積，且第一圖案51a因先前分離過程而不再緊密結合於透光底部11，故形成第二圖案52a後，由第一圖案51a與第二圖案52a構成的列印層5a較容易與透光底部11分離。

需說明的是，立體列印通常會將立體的待列印物分成多層列印。若於以上完成的列印層5a之下欲形成另一列印層，以上完成的列印層5a之下表面可作為新的承載面，用以承載一列印層於其下。接著，重複上述步驟，於新的承載面分次形成多個第一圖案和多個第二圖案。後續每一層列印步驟與第一層列印步驟相同，在此不再重述。

此外，本發明並不限定待列印層之分割方式。在圖5所示的另一實施例中，第一區塊51b及第二區塊52b可沿預定方向B交替設置。每一區塊51b/52b包含待列印層5b之一外框50b的一部分。本實施例之預定方向B例如是呈矩形的待列印層5b的對角線方向，但本發明並不以此為限。另外，雖然上述實施例是將每一待列印層分成兩組區塊(即多個第一區塊與多個第二區塊)，但本發明並不限定區塊的組數。在其他實施例中，每一待列印層亦可分成三組以上的區塊，如三組區塊、四組區塊、五組區塊或更多區塊。也就是說，每一列印層可分三次、四次、五次列印或更多次列印。

另外，本發明並不限定每一區塊都包含待列印層之外框的一部分。也就是說，在將待列印層分割成多個區塊時，有些區塊可以包括待列印層之外框的部分，有些區塊可 以不包括待列印層之外框的部分。而且，每一組區塊中，可以有部分區塊不包括待列印層之外框的部分。

圖6是本發明另一實施例之立體列印設備的示意圖。請參照圖6，本實施例之立體列印設備100a與圖1之立體列印設備100相似，差別處在於本實施例中，容置器1a的透光底部11a包括透光支撐板111以及配置於透光支撐板111之上表面113的離型層112。離型層112例如是以塗佈或其他方式形成於透光支撐板111之上表面113，且為具有離形效果的材料所形成，如軟性材料或低表面能材料。軟性材料可以是矽膠，但不以此為限。一般而言，表面能小於100N/m的材料都算是低表面能材料，且具有不沾黏的效果。表面能大致為20N/m的聚四氟乙烯及表面能大致為25N/m的一些抗污塗料均為可應用於本實施例之離型層112的低表面能材料，但不以此為限。

綜上所述，本發明藉由將一待列印層分成多個面積較小的區塊，並且分次固化及分離這些面積較小的區塊的手段，使列印後的列印層較容易脫離容置器底部。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

S110、S120‧‧‧步驟

Claims (8)

1. 一種立體列印方法，包括：將一待列印層分成多個區塊，每一區塊包含該待列印層之一外框的部分；以及分次列印該些區塊，其中每一次列印包括了將一液態光敏感材料的局部固化，以形成對應部分該些區塊的圖案，接著將形成後的圖案與該液態光敏材料的一底面分離，該些區塊包括多個第一區塊與多個第二區塊，而分次列印該些區塊的方法包括：將一承載面浸入該液態光敏感材料中，並與該液態光敏感材料的該底面維持一第一距離；固化部分該液態光敏感材料於該承載面，以於該承載面形成對應該些第一區塊的多個第一圖案；使該承載面上升一第二距離；使該承載面下降該第二距離，以與該液態光敏感材料的該底面維持該第一距離；以及固化部分該液態光敏感材料於該承載面，以於該承載面形成對應該些第二區塊的多個第二圖案。
2. 如申請專利範圍第1項所述之立體列印方法，其中該些第一區塊與該些第二區塊沿一預定方向交替設置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之立體列印方法，其中該些區塊呈陣列排列，且該些第一區塊與該些第二區塊交替設置。
4. 一種立體列印設備，包括：一容置器，用以容置一液態光敏感材料，該容置器具有一透光底部；一升降平台，適於在該容置器中與上方移動，並具有一列印區；一光源裝置，適於提供光線穿過該透光底部而照射該容置器中的該液態光敏感材料；以及一控制模組，適於將一待列印層分割成多個區塊，每一區塊包含該待列印層之一外框的部分，並且控制該升降平台與該光源裝置作動，以分次列印該些區塊於該列印區上，其中每一次列印包括了將一液態光敏感材料的局部固化，以形成對應部分該些區塊的圖案，接著將形成後的圖案與該液態光敏材料的一底面分離，該些區塊包括多個第一區塊與多個第二區塊，而分次列印該些區塊的方法包括：將該列印區浸入該液態光敏感材料中，並與該液態光敏感材料的該底面維持一第一距離；固化部分該液態光敏感材料於該列印區，以於該列印區形成對應該些第一區塊的多個第一圖案；使該列印區上升一第二距離；使該列印區下降該第二距離，以與該液態光敏感材料的該底面維持該第一距離；以及固化部分該液態光敏感材料於該列印區，以於該列印區形成對應該些第二區塊的多個第二圖案。
5. 如申請專利範圍第4項所述之立體列印設備，其中該透光底部包括一離型膜。
6. 如申請專利範圍第5項所述之立體列印設備，更包括一透光支撐板，配置於該容置器下方。
7. 如申請專利範圍第4項至第5項任一項所述之立體列印設備，其中該透光底部包括一透光支撐板以及一離型層，該離型層配置於該透光支撐板之一上表面。
8. 如申請專利範圍第7項所述之立體列印設備，其中該離型層的材料包括軟性材料或表面能小於100N/m的材料。