TWI607860B - 降低下照式三維列印裝置成型過程之拉拔力的方法 - Google Patents

Description

降低下照式三維列印裝置成型過程之拉拔力的 方法

本發明是有關於一種方法，特別是指一種降低下照式三維列印裝置成型過程之拉拔力的方法及運用此方法的三維列印裝置。

快速原型之技術，是先利用數位3D模型，切層後輸入至快速原型設備，用液體狀、粉狀或熔融狀的材料將多個截面逐層地堆積並將各層截面黏合，從而製造出一實體。

詳細來說，快速原型技術之操作，首先透過電腦輔助設計(CAD)軟體建模，再將建成的3D模型「切層」為數層的截面，接著控制3D列印機逐層列印。現有列印技術可依採用的原料區分為：利用熔化或軟化可塑性材料作為列印原料之技術，例如選擇性雷射燒結(selective laser sintering，SLS)和混合沉積建模(fused deposition modeling ，FDM)；以及利用液體材料作為列印原料之技術，例如立體平板印刷(stereolithography，SLA)和分層實體製造(laminated object manufacturing，LOM)。

舉例來說，參閱圖1至圖4，現有的SLA之3D列印機包含一樹酯槽91、一投射光源92、及一成型機構93。該樹酯槽91用於盛裝光固化樹酯94並具有一透光離型膜95，該投射光源92位置低於該樹酯槽91，並用以發射一光束96至該透光離型膜95，且將該光束96投射至該樹酯槽91之透光離型膜95並照射於該光固化樹酯94，藉由該光固化樹酯94接收相應的光波長而達固化成型。該成型機構93包括一成型板97，該成型板97可下降至該樹酯槽91內，並可相對於該透光離型膜95上下移動，藉以建構出光固化樹酯94固化後的製品98。

不過上述的成型方式是逐層逐層建構，也就是說，如圖5與圖6所示，將整層光固化樹酯94以投射光源92照射後該層即一次成型，如此在光固化樹酯94固化區域過大時易導致整層固化後的製品98因為拉拔力過大而斷裂或變形，甚至在拉拔過程中容易造成損壞。因此，如何開發出能降低成型時之拉拔力的製作方式，及能運用此方式的快速原型設備是目前值得研究的課題。

因此，本發明之目的，即在提供一種降低下照式三維列印裝置成型過程之拉拔力的方法及運用此方法的三維列印裝置。

於是，本發明降低下照式三維列印裝置成型過程之拉拔力的方法，由一三維列印裝置執行，該三維列印裝置包含一用於盛裝光固化性液態原料並具有一底板的樹酯槽、一成型機構、一用於發射一光束的動態光罩產生器，及一分別連接於該成型機構與該動態光罩產生器的控制器，該方法包含以下步驟：

(A)該控制器接收一有關一預定製品之m個分層及n個分區的設定資訊，m及n為正整數。

(B)該控制器驅動該成型機構下降至該樹酯槽內，且下降至第i個分層位於該底板上方一層厚的位置，i=1~m。

(C)該控制器控制該動態光罩產生器，使該光束照射位於該第i個分層的第j個分區的該光固化性液態原料，繼而使位於該第i個分層、第j個分區的該光固化性液態原料固化成型，j=1~n。

(D)該控制器接著驅動該成型機構上升以完成光固化之該第i個分層、第j個分區部分製品。

(E)使j=j+1，該控制器驅動該成型機構下降，並遞迴執行步驟(C)及(D)，直到j=n+1則進入步驟(F)。

(F)使i=i+1，遞迴執行上述步驟(B)至步驟(E)，直到i=m+1則停止，該光固化性液態原料固化成型為一完整製品。

於是，本發明三維列印裝置，包含一樹酯槽、一成型機構、一動態光罩產生器，及一控制器。該樹酯槽 用於盛裝光固化性液態原料，並包括一具透光性的底板，及一由該底板周緣延伸的槽壁。該成型機構可下降至該樹酯槽之內而相對於該底板上下移動，藉以逐層建構該光固化性液態原料固化後的一製品。該動態光罩產生器用於發射一光束，該光束投射至該底板。該控制器連接該成型機構及該動態光罩產生器，並接收一有關一預定製品之m個分層及n個分區的設定資訊，m及n為正整數。

藉由該控制器驅動該成型機構下降至第i個分層位於該光固化性液態原料之液面下並接近該底板的位置，i=1~m，且該控制器控制該動態光罩產生器，使該光束照射位於該第i個分層的第j個分區的該光固化性液態原料，繼而使位於該第i個分層、第j個分區的該光固化性液態原料固化成型，j=1~n，接著該控制器驅動該成型機構上升以完成光固化之該第i個分層、第j個分區部分製品，重複上述步驟，進而使該光固化性液態原料固化成型為一完整製品。

本發明三維列印裝置，其中，該成型機構包括一成型臂，及一連接於該成型臂底端的成型板，該成型臂能帶動該成型板上下移動，而該成型板可容置於該樹酯槽並能平貼於該底板，用於供該光固化性液態原料固化成型。

本發明之功效在於：透過「同一層分次做」的原理，將預定製品切為多個分層及多個分區，並藉由控制器來操控成型機構及動態光罩產生器，以分次執行光照及 成型板之作動，減少底板與光固化之製品間的沾黏程度，使製品能降低在拉伸過程中所遭受到的拉拔力，以利於將製品拉伸固化成型。

1‧‧‧樹酯槽

11‧‧‧底板

12‧‧‧槽壁

2‧‧‧成型機構

21‧‧‧成型臂

22‧‧‧成型板

3‧‧‧動態光罩產生器

4‧‧‧光束

5‧‧‧控制器

6‧‧‧光固化性液態原料

7‧‧‧製品

71‧‧‧層

711‧‧‧區

S11~S16‧‧‧步驟

S151、S161‧‧‧步驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的較佳實施例詳細說明中清楚地呈現，其中：圖1是一平面示意圖，說明習知的一SLA之3D列印機；圖2至圖4分別是一平面示意圖，說明習知的該3D列印機之製作過程；圖5是一平面示意圖，說明習知的該3D列印機製作該固化後的製品因為拉拔力過大而斷裂；圖6是一平面示意圖，說明習知的該3D列印機製作該固化後的製品因為拉拔力過大而變形；圖7至圖12分別是一平面示意圖，說明本發明三維列印裝置降低成型過程之拉拔力的步驟；圖13是圖12之一製品的立體圖，說明第i個分層及第j個分區；圖14是一方塊圖，說明該實施例的一控制器分別連接一成型機構及一動態光罩產生器；及圖15是一流程圖，說明本發明降低下照式三維列印裝置成型過程之拉拔力的方法之步驟。

下列較佳實施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本發明可用以實施之特定實施例。本發明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而非用來限制本發明。

參閱圖7至圖12，本發明降低下照式三維列印裝置成型過程之拉拔力的方法之一實施例，由一三維列印裝置執行。該三維列印裝置包含一樹酯槽1、一成型機構2、一動態光罩產生器3，及一控制器5。

該樹酯槽1包括一具透光性的底板11，及一由該底板11周緣延伸的槽壁12，該樹酯槽1用於盛裝光固化性液態原料6，在本實施例中，該底板11為一種透光離型膜。

該成型機構2可下降至該樹酯槽1之內而相對於該底板11上下移動，藉以拉伸該光固化性液態原料6固化後的一製品7。詳細地，該成型機構2包括一成型臂21，及一連接於該成型臂21底端的成型板22。該成型臂21能帶動該成型板22上下移動，而該成型板22可容置於該樹酯槽1並能平貼於該底板11，用於供該光固化性液態原料6固化成型。

該動態光罩產生器3用於發射一光束4，並將該光束4照射至該底板11。在本實施例中，該動態光罩產生器3也可為投影機或雷射器等產生光源的設備，並不以本實施例揭露為限。

配合參閱圖14，該控制器5分別連接並能控制該成型機構2及該動態光罩產生器3，使該成型板22能上下移動，亦使該光束4照射至該光固化性液態原料6之預定位置。

配合參閱圖13與圖15，本實施例之該方法包含以下步驟：

步驟S11-該控制器5接收一有關一預定製品7之m個分層71及n個分區711的設定資訊，m及n為正整數。在本實施例中，m=3，n=3，當然也可以為其他數字之組合，並不以本實施例揭露為限。此外，須說明的是，圖7至圖13僅示意繪出該製品7之部分分層71的該等分區711。

設定i=1~m，j=1~n，一開始i=1，j=1。

步驟S12-該控制器5驅動該成型機構2下降至該樹酯槽1之內，且下降至第i個分層71位於該光固化性液態原料6之液面下且接近該樹酯槽1之底板11的位置。

步驟S13-該控制器5控制該動態光罩產生器3，使該光束4照射位於該第i個分層71的第j個分區711的該光固化性液態原料6，使位於該第i個分層71、第j個分區711的該光固化性液態原料6固化成型。

步驟S14-該控制器5接著驅動該成型機構2上升以拉伸完成光固化之該第i個分層71、第j個分區711的部分製品7。

步驟S15-使j=j+1，該控制器5驅動該成型機 構2下降，且本步驟包括下述步驟S151。

步驟S151-該控制器5判斷j是否等於n+1，若否，重複執行步驟步驟S13及步驟S14；若是，則進入步驟S16。

步驟S16-使i=i+1及j=1，且本步驟包括下述步驟S161。

步驟S161-該控制器5判斷i是否等於m+1，若否，重複執行上述步驟S12至步驟S15；若是，則停止運作，而此時該光固化性液態原料6固化成型為一完整製品7。

綜上所述，透過「同一層71分次做」的原理，將預定製品7切為多個分層71及多個分區711，並藉由控制器5來操控成型機構2及光束4，使製品7能降低在拉伸過程中所遭受到的拉拔力，以利於該三維列印裝置將製品7拉伸固化成型，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧樹酯槽

11‧‧‧底板

2‧‧‧成型機構

22‧‧‧成型板

3‧‧‧動態光罩產生器

4‧‧‧光束

6‧‧‧光固化性液態原料

7‧‧‧製品

71‧‧‧層

711‧‧‧區

Claims (1)

1. 一種降低下照式三維列印裝置成型過程之拉拔力的方法，由一三維列印裝置執行，該三維列印裝置包含一用於盛裝光固化性液態原料的樹酯槽、一成型機構、一用於發射一光束的動態光罩產生器，及一分別連接於該成型機構與該動態光罩產生器的控制器，該方法包含以下步驟：(A)該控制器接收一有關一預定製品之m個分層及n個分區的設定資訊，m及n為正整數；(B)該控制器驅動該成型機構下降至該樹酯槽之內，且下降至第i個分層位於該光固化性液態原料之液面下並接近該樹酯槽之底部的位置，i=1~m；(C)該控制器控制該動態光罩產生器，使該光束照射位於該第i個分層的第j個分區的該光固化性液態原料，繼而使位於該第i個分層、第j個分區的該光固化性液態原料固化成型，j=1~n；(D)該控制器接著驅動該成型機構上升以完成光固化之該第i個分層、第j個分區部分製品；(E)使j=j+1，該控制器驅動該成型機構下降，並遞迴執行步驟(C)及(D)，直到j=n+1則進入步驟(F)；及(F)使i=i+1，遞迴執行上述步驟(B)至步驟(E)，直到i=m+1則停止，該光固化性液態原料固化成型為一完整製品。