TWI611908B - 使用高熔點印刷原料的三維列印裝置及方法 - Google Patents

Abstract

一種使用高熔點印刷原料的三維列印方法，由一三維列印裝置執行，該裝置包含一供料機構、一工作台，及一光源，該方法包含以下步驟：(A)該供料機構將被加熱而呈液態的該印刷原料舖設於該工作台上。(B)該光源對該工作台上的該印刷原料照射，使該印刷原料被照射之部分被固化形成一固化層。(C)在該印刷原料降溫而轉變為固態後，該供料機構將被加熱而呈液態的該印刷原料舖設於固態之該印刷原料上，回到步驟(B)。透過使用高熔點印刷原料，將被加熱而呈液態之印刷原料舖設於回復常溫而呈固態之印刷原料上，可不需另外成型額外的支架。

Description

使用高熔點印刷原料的三維列印裝置及方法

本發明是有關於一種裝置，特別是指一種使用高熔點印刷原料的三維列印裝置及方法。

現有的使用樹脂類素材進行三維列印的方法，普遍是以逐層堆疊的方式列印，在處理懸空的部位時，必須另外增加支架支撐該部位，才得以進行列印。在列印完成後，必須靠後續加工去除支架，才能完成成品。而使用粉末類素材進行三維列印的方法，雖然因為列印之物件整體位於粉末中，使得物件的懸空部分實際上是被粉末圍繞，在成形之初即不會掉落，而沒有前述問題，但以粉末類素材所做的三維列印的解析度受限於粉末的顆粒大小而較差。因此，如何在避免外加支架且使得列印成品的解析度高，就成為一值得研究的主題。

因此，本發明之目的，即在提供一種使用高熔點印刷原料的三維列印裝置及方法。

於是，本發明使用高熔點印刷原料的三維列印裝置，該印刷原料在常溫下處於固態，該三維列印裝置包含一成型槽、一供料機構，及一光源。

該成型槽包括一工作台、一圍繞該工作台的槽壁及一連接該工作台的驅動機構，該工作台的頂面略低於該槽壁的上緣而與該槽壁共同界定出一凹陷空間。

該供料機構將被加熱而呈液態的該印刷原料舖設於該凹陷空間，該印刷原料於該凹陷空間回復常溫而形成一固態層。

該光源位於該成型槽上方，朝該凹陷空間內的印刷原料照射光線，使該凹陷空間內的印刷原料被照射之部分被固化。

該成型槽的驅動機構於該光源完成照射後，帶動該工作台下移而使該固態層的頂面略低於該槽壁的上緣而與該槽壁共同界定出另一凹陷空間，而供該供料機構將該印刷原料舖設其間。

較佳地，該三維列印裝置還包含一供料糟及一位於該供料槽上方的加熱源，該供料糟包括一工作台、一圍繞該工作台的槽壁及一連接該工作台的驅動機構，該工作台與該槽壁共同界定出一容裝空間而供容裝固態之該印刷原料，該驅動機構帶動該工作台上移而使固態之該印刷原料的頂面略高於該槽壁的上緣，該加熱源加熱固態之該印刷原料而使其頂面部分轉變為液態；該供料機構為一刮刀，將被加熱而呈液態的該印刷原料由該供料槽刮移至該 成型槽而舖設於該成型槽中的該凹陷空間。

較佳地，該三維列印裝置還包含一回收槽，接收在該供料機構將液態的該印刷原料舖設於該成型槽中的該凹陷空間後多餘的該印刷原料。

於是，本發明使用高熔點印刷原料的三維列印方法，由一三維列印裝置執行，該裝置包含一供料機構、一工作台，及一光源，該方法包含以下步驟：

(A)該供料機構將被加熱而呈液態的該印刷原料舖設於該工作台上。

(B)該光源對該工作台上的該印刷原料照射，使該印刷原料被照射之部分被固化形成一固化層。

(C)在該印刷原料降溫而轉變為固態後，該供料機構將被加熱而呈液態的該印刷原料舖設於固態之該印刷原料上，回到步驟(B)。

較佳地，該三維列印裝置還包含一成型槽，該成型槽包括該工作台、一圍繞該工作台的槽壁及一連接該工作台的驅動機構，該工作台的頂面略低於該槽壁的上緣而與該槽壁共同界定出一凹陷空間，其中，步驟(A)是將該印刷原料舖設於該凹陷空間中。

較佳地，還包括於步驟(B)與(C)間執行的步驟(D)：該驅動機構帶動該工作台下移而使該固化層的頂面略低於該槽壁的上緣而與該槽壁共同界定出另一凹陷空間；步驟(C)是將該印刷原料舖設於該另一凹陷空間中。

本發明之功效在於：透過使用高熔點印刷原料 ，將被加熱而呈液態之印刷原料舖設於回復常溫而呈固態之印刷原料上，可不需另外成型額外的支架。

1‧‧‧三維列印裝置

11‧‧‧供料槽

12‧‧‧成型槽

13‧‧‧回收槽

14‧‧‧光源

15‧‧‧供料機構

16‧‧‧加熱源

101‧‧‧工作台

102‧‧‧槽壁

103‧‧‧驅動機構

104‧‧‧凹陷空間

105‧‧‧另一凹陷空間

2‧‧‧印刷原料

3‧‧‧成型物

S1~S6‧‧‧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是一示意圖，說明本發明使用高熔點印刷原料的三維列印裝置的一較佳實施例；圖2是一示意圖，說明一加熱源加熱一供料槽中呈固態的印刷原料；圖3是一示意圖，說明一供料機構舖設被加熱而呈液態的印刷原料；圖4是一示意圖，說明一光源將印刷原料固化；圖5是一示意圖，說明將再次舖設之液態的印刷原料可被已呈固態的印刷原料支撐；圖6是一示意圖，說明成型具懸空部位的成型物；圖7是一示意圖，說明成型連接該懸空部位與其他部位的部分而形成完整的成型物；及圖8是一流程圖，說明該較佳實施例。

參閱圖1，本發明使用高熔點印刷原料的三維列印裝置1之較佳實施例，適用於使用在常溫下處於固態、適當加熱後處於液態之高熔點印刷原料2，例如高熔點光敏樹脂，來進行三維列印，而成型一成型物3。該三維列印裝 置1包含依序相鄰排列的一供料槽11、一成型槽12、一回收槽13，一位於該成型槽12上方的光源14如紫外線雷射、一供料機構15如刮刀，及二分別位於該供料槽11及該回收槽13上方的加熱源16如紅外線加熱器，但不以此為限，也可以只在該供料槽11上方設置該加熱源16。

該成型槽12包括一用以固著及承載該成型物3的工作台101、一圍繞該工作台101的槽壁102及一連接該工作台101的驅動機構103，在預備狀態時，該工作台101的頂面略低於該槽壁102的上緣而與該槽壁102共同界定出一凹陷空間104。

在本實施例中，該供料槽11及該回收槽13均與該成型槽12的結構相類似，均亦分別包括一工作台101、一圍繞該工作台101的槽壁102及一連接該工作台101的驅動機構103，但不以此為限，該回收槽13也可以是單純的容器，該供料槽11的變化容後說明。該供料槽11的該工作台101承載固態之該印刷原料2，固態之該印刷原料2的頂面等高於該槽壁102的上緣。

參閱圖2，該供料槽11的該驅動機構103帶動該工作台101上移而使固態之該印刷原料2的頂面略高於該槽壁102的上緣，該供料槽11上方的該加熱源16加熱固態之該印刷原料2而使其頂面部分轉變為液態。

參閱圖3，該供料機構15如前所述例如為一刮刀，將被加熱而呈液態的該印刷原料2由該供料槽11刮移至該成型槽12而舖設於該成型槽12中的該凹陷空間104 (見圖2)。在舖設完畢後多餘的該印刷原料2則由該回收槽13接收。

需說明的是，該供料槽11、該加熱源16及該供料機構15不以上述為限，該供料機構15也可以例如噴嘴或其他可將被加熱而呈液態的該印刷原料2舖設、塗布於該成型槽12中的機構，而該供料槽11及該加熱源16則是配合該供料機構15供料的對應機構。

另外要說明的是，在該回收槽13接收足夠之多餘的該印刷原料2後，亦可反之作為供料之用，與其上的加熱源16及該供料機構15配合進行，但不以此為限。

參閱圖4，該光源14由該成型槽12上方朝該凹陷空間104(見圖2)內的印刷原料2照射光線，使其中的印刷原料2被照射之部分被固化形成一固化層。在此期間，該印刷原料2於該凹陷空間104中回復常溫而轉變為固態。

需說明的是，前述該印刷原料2於回復常溫而轉變為固態，是屬於物理變化，而被該光源14照射後固化的成型物3，則是經歷化學變化，因此當該印刷原料2再次升溫而再次轉變為液態時，已被固化的成型物3仍會保持在固體的狀態。

參閱圖5，該成型槽12的驅動機構103於該光源14完成照射後，帶動該工作台101下移而使該固化層的頂面略低於該槽壁102的上緣而與該槽壁102共同界定出另一凹陷空間105，而供該供料機構15將該印刷原料2舖 設其中。

補充說明的是，只要在該印刷原料2於該凹陷空間104轉變為固態的時間點後，控制下一次該供料機構15舖設該印刷原料2即可，如此舖設其上之液態的印刷原料2便可被其下方的固態的印刷原料2支撐。

參閱圖6，由於每一次舖設均是將呈液態之印刷原料2舖設於已轉變為固態之印刷原料2，因此可不需另外成型額外的支架而能直接成型具懸空部位的成型物3；而後，參閱圖7，再成型連接該懸空部位與其他部位的部分而形成完整的成型物3。最後，將內含有該成型物3的固態之印刷原料2整體進行加熱，待未被固化之印刷原料2轉變為液態後，即可取出已被固化的該成型物3。值得一提的是，由於是使用樹脂類等細緻度高的印刷原料2，因此成型物3的精細程度(解析度)會比使用粉末來得高。

參閱圖8，綜合來說，本發明使用高熔點印刷原料的三維列印裝置1執行使用高熔點印刷原料的三維列印方法，包含以下步驟：

步驟S1-該加熱源16加熱供料槽11中固態之該印刷原料2而使其至少部分轉變為液態。

步驟S2-該供料機構15將被加熱而呈液態的該印刷原料2舖設於該成型槽12中該工作台101上的該凹陷空間104中，該凹陷空間104是由頂面略低於該槽壁102的上緣的該工作台101與該槽壁102共同界定。

步驟S3-該光源14由該成型槽12上方朝該凹 陷空間104內的印刷原料2照射光線，使其中的印刷原料2被照射之部分被固化而形成一固化層。在步驟S2~S3之期間，該印刷原料2於該凹陷空間104中回復常溫而轉變為固態。

步驟S4-該成型槽12的驅動機構103帶動該工作台101下移而使該固態層的頂面略低於該槽壁102的上緣而與該槽壁102共同界定出另一凹陷空間105。

步驟S5-該加熱源16加熱固態之該印刷原料2而使其至少部分轉變為液態。

步驟S6-該供料機構15將被加熱而呈液態的該印刷原料2舖設於步驟S4中所述之另一凹陷空間105。

反覆進行步驟S3~S6，簡言之，舖設加熱後的印刷原料2、照光固化、冷卻、工作台101下移、再次舖設加熱後的印刷原料2、再次照光固化……，直至成型物3全部完成。

綜上所述，透過使用高熔點印刷原料2，將被加熱而呈液態之印刷原料2舖設於回復常溫而呈固態之印刷原料2上，可不需另外成型額外的支架而能直接成型具懸空部位的成型物3，並且由於是使用樹脂類等細緻度高的印刷原料2，因此成型物3的精細程度會比使用粉末來得高，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‧‧‧三維列印裝置

11‧‧‧供料槽

12‧‧‧成型槽

13‧‧‧回收槽

14‧‧‧光源

15‧‧‧供料機構

16‧‧‧加熱源

101‧‧‧工作台

102‧‧‧槽壁

103‧‧‧驅動機構

104‧‧‧凹陷空間

2‧‧‧印刷原料

Claims (7)

1. 一種使用高熔點印刷原料的三維列印裝置，該印刷原料在常溫下處於固態，該三維列印裝置包含：一成型槽，包括一工作台、一圍繞該工作台的槽壁及一連接該工作台的驅動機構，該工作台的頂面略低於該槽壁的上緣而與該槽壁共同界定出一凹陷空間；一供料機構，將被加熱而呈液態的該印刷原料舖設於該凹陷空間，該印刷原料於該凹陷空間回復常溫而形成一固態層；及一光源，位於該成型槽上方，朝該凹陷空間內的印刷原料照射光線，使該凹陷空間內的印刷原料被照射之部分被固化；該成型槽的驅動機構於該光源完成照射後，帶動該工作台下移而使該固態層的頂面略低於該槽壁的上緣而與該槽壁共同界定出另一凹陷空間，而供該供料機構將該印刷原料舖設其間。
2. 如請求項1所述使用高熔點印刷原料的三維列印裝置，還包含一供料糟及一位於該供料槽上方的加熱源，該供料糟包括一工作台、一圍繞該工作台的槽壁及一連接該工作台的驅動機構，該工作台承載固態之該印刷原料，該驅動機構帶動該工作台上移而使固態之該印刷原料的頂面略高於該槽壁的上緣，該加熱源加熱固態之該印刷原料而使其頂面部分轉變為液態；該供料機構為一刮刀，將被加熱而呈液態的該印刷原料由該供料槽刮移至該 成型槽而舖設於該成型槽中的該凹陷空間。
3. 如請求項1所述使用高熔點印刷原料的三維列印裝置，還包含一回收槽，接收在該供料機構將液態的該印刷原料舖設於該成型槽中的該凹陷空間後多餘的該印刷原料。
4. 如請求項1所述使用高熔點印刷原料的三維列印裝置，其中，該印刷原料是高融點的光敏樹脂。
5. 一種使用高熔點印刷原料的三維列印方法，由一三維列印裝置執行，該裝置包含一供料機構、一工作台，及一光源，該方法包含以下步驟：(A)該供料機構將被加熱而呈液態的該印刷原料舖設於該工作台上；(B)該光源對該工作台上的該印刷原料照射，使該印刷原料被照射之部分被固化形成一固化層；及(C)在該印刷原料降溫而轉變為固態後，該供料機構將被加熱而呈液態的該印刷原料舖設於固態之該印刷原料上，回到步驟(B)。
6. 如請求項5所述使用高熔點印刷原料的三維列印方法，該三維列印裝置還包含一成型槽，該成型槽包括該工作台、一圍繞該工作台的槽壁及一連接該工作台的驅動機構，該工作台的頂面略低於該槽壁的上緣而與該槽壁共同界定出一凹陷空間，其中，步驟(A)是將該印刷原料舖設於該凹陷空間中。
7. 如請求項6所述方法，還包括於步驟(B)與(C)間執行的 步驟(D)：該驅動機構帶動該工作台下移而使該固化層的頂面略低於該槽壁的上緣而與該槽壁共同界定出另一凹陷空間；步驟(C)是將該印刷原料舖設於該另一凹陷空間中。