TWI632050B - 被動式降低拉拔力的三維列印裝置 - Google Patents
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Abstract
一種被動式降低拉拔力的三維列印裝置，適用於以液態的光固化性液態原料進行三維列印，並包含一工作台、一頂蓋、一緩衝層、一光固化能量源，及一驅動機構。該工作台浸泡於該光固化性液態原料中。該頂蓋為可透光之剛性材質且具有一底面，位於該工作台上方。該緩衝層為可透光之彈性材質，貼覆於該頂蓋之底面，與該工作台間存在一間隙而供光固化性液態原料填充其間。該光固化能量源位於該頂蓋上方，朝該間隙內的光固化性液態原料照射光線而使其固化形成一固化層。該驅動機構連接該工作台，於照射完成後，帶動該工作台下移而使該緩衝層與該固化層間存在另一間隙而供光固化性液態原料填充其間。
Description
本發明是有關於一種三維列印裝置，特別是指一種被動式降低拉拔力的三維列印裝置。
參閱圖1與圖2，立體印刷法(Stereolithography,SLA)是一種3D列印技術，以液態光敏樹脂為原料11，使用光固化能量源12根據立體模型的各層截面逐層照射樹脂，使樹脂產生光聚合反應後固化，當完成一層樹脂之固化後，將工作台13上移(如圖1)或下移(如圖2)，在已固化之樹脂層表面再形成新的液態樹脂層，並繼續進行新的一層樹脂之固化，直至完成所有截面。
在圖1所示的光固化能量源12由下方照射、工作台13上移的成型方式中(簡稱「下照式三維列印」)，成型物14尺寸會受到限制，因為成型物14是固著在工作台13下方，重量過重易使成型失敗，故成型物14尺寸大小連帶受限。此外，該方式有一缺點在於，每一層樹脂在固化後會與樹脂槽底部15相黏，工作台13上移時必須要利用
工作台13與成型物14間的固著力對抗成型物14與樹脂槽底部15間的拉拔力，同時還需確保成型物14不能在拉拔過程中被破壞。其中，前述固著力及拉拔力的成因，除了樹脂固化後產生的黏著力，還包括因密合地相黏而在拆分時產生的負壓。換言之，在分離成型物14與樹脂槽底部15時必須要「破真空」，對抗周圍的大氣壓力及液壓，相黏的面積越大，拉拔力就越大，因此必須限制成型物14的尺寸。
而圖2所示的光固化能量源12由上方照射、在工作台13下移的成型方式中(簡稱「上照式三維列印」)，因為成型物14是固著在工作台13上方，可承受之重量大大增加。此外，由於每一層樹脂在完成固化當時是位於成型物14頂端，未與其他物體相黏，因此可解決前述拉拔力的問題。然而，在每一層樹脂被紫外線照射而固化時，由於越接近上表面之樹脂所受的紫外線強度越高而先行固化、收縮體積，又，完成固化之樹脂並未附著於任何固體上，導致樹脂層固化區域周緣會往上翹曲，不能像下照式一般的平整。換言之，上照式雖然免除了下照式的拉拔力問題，但卻產生了上照式所不會有的翹曲問題。
因此，本發明之目的，即在提供一種能同時免除拉拔力問題及翹曲問題的被動式降低拉拔力的三維列印裝置。
於是，本發明被動式降低拉拔力的三維列印裝
置，適用於以液態的光固化性液態原料進行三維列印，包含一頂蓋、一工作台、一緩衝層、一光固化能量源，及一驅動機構。
一頂蓋，包括一可透光且為剛性材質之基壁。
該工作台，浸泡於該光固化性液態原料中，並位於該基壁下方。
該緩衝層，為可透光且具彈性並為柔軟可變形，覆蓋於該頂蓋之基壁下側，而位於該基壁與該工作台間，該緩衝層並與該工作台間存在一間隙而供光固化性液態原料填充其間。
該光固化能量源，位於該基壁上方，由該基壁之上方朝該間隙內的光固化性液態原料照射光線，光線通過該基壁及該緩衝層後使該間隙內的光固化性液態原料被照射之部分被固化而形成一固化層。
該驅動機構，連接該工作台，於該光固化能量源完成照射後，帶動該工作台下移而使該緩衝層與該固化層間存在另一間隙而供光固化性液態原料填充其間。
較佳地，該緩衝層包括一具彈性的離形膜及一介於該離形膜與該頂蓋的基壁間的液態層，該離形膜區隔該液態層及該光固化性液態原料
較佳地，還包含一用以容裝該液態的光固化性液態原料的原料槽。
較佳地，該緩衝層的材質為透明的彈性薄膜。
於是，本發明被動式降低拉拔力的三維列印裝
置，適用於以液態的光固化性液態原料進行三維列印，包含一基壁、一工作台、一緩衝層、一光固化能量源及一驅動機構。
該基壁為可透光之剛性材質。
該工作台浸泡於該光固化性液態原料中，並具有一與該基壁平行且相間隔的工作面。
該緩衝層為可透光且具彈性並為柔軟可變形，覆蓋於該基壁相同於該工作台之一側，而位於該基壁與該工作台間，該緩衝層並與該工作面間存在一間隙而供光固化性液態原料填充其間，其中，該緩衝層包括一具彈性的離形膜及一介於該離形膜與該基壁間的液態層，該離形膜區隔該液態層及該光固化性液態原料。
該光固化能量源位於該基壁相反於該工作台之一側，朝該間隙內的光固化性液態原料照射光線，光線通過該基壁及該緩衝層後使該間隙內的光固化性液態原料被照射之部分被固化而形成一固化層。
該驅動機構連接該工作台，於該光固化能量源完成照射後，帶動該工作台位移而使該緩衝層與該固化層間存在另一間隙而供光固化性液態原料填充其間。
較佳地，該裝置還包含一頂蓋及一用以容裝該液態的光固化性液態原料的原料槽，該頂蓋包括該可透光且為剛性材質之基壁，該工作台位於該基壁下方而位於該原料槽內，該緩衝層覆蓋於該基壁下側，該光固化能量源位於該基壁上方，該驅動機構是帶動該工作台下移而使該
緩衝層與該固化層間存在另一間隙而供光固化性液態原料填充其間。
較佳地，該裝置還包含一用以容裝該液態的光固化性液態原料的原料槽，其中，該基壁為該原料槽之其中一槽壁，該工作台位於該原料槽內，該光固化能量源位於該原料槽外。
較佳地，該基壁為該原料槽底部之槽壁，該工作台位於該基壁上方而位於該原料槽內，該工作面位於該工作面下側而面向該基壁，該緩衝層覆蓋於該基壁上側，該光固化能量源位於該基壁下方而位於該原料槽外，該驅動機構是帶動該工作台上移而使該緩衝層與該固化層間存在另一間隙而供光固化性液態原料填充其間。
本發明之功效在於：透過該緩衝層的設置，使得「破真空」變得容易，從而使得分離成型物與緩衝層所需之拉拔力大幅降低，並且由於是將該緩衝層覆蓋於具剛性的基壁，再配合液壓的支撐，使得在間隙間的液態光固化性液態原料被光固化能量源照射光線而固化時，亦會在被緩衝層限位的狀態下維持在平整的形狀，解決了翹曲的問題。
11‧‧‧原料
12‧‧‧光固化能量源
13‧‧‧工作台
14‧‧‧成型物
15‧‧‧樹脂槽底部
2‧‧‧三維列印裝置
21‧‧‧原料槽
22‧‧‧工作台
23‧‧‧頂蓋
24‧‧‧緩衝層
25‧‧‧光固化能量源
3‧‧‧光固化性液態原料
4‧‧‧成型物
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施例詳細說明中清楚地呈現，其中：圖1是一流程示意圖，說明先前技術中的下照式三維列印；
圖2是一流程示意圖，說明先前技術中的上照式三維列印；圖3是一流程示意圖，說明本發明被動式降低拉拔力的三維列印裝置的第一實施例；圖4是一示意圖，說明該實施例降拉拔力的原理；圖5是一示意圖，說明發明被動式降低拉拔力的三維列印裝置的第二實施例；及圖6是一示意圖，說明發明被動式降低拉拔力的三維列印裝置的第三實施例。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖3，本發明被動式降低拉拔力的三維列印裝置2之第一實施例，適用於以液態的光固化性液態原料3進行三維列印，而成型一成型物4。該三維列印裝置2包含一原料槽21、一工作台22、一頂蓋23、一緩衝層24、一光固化能量源25，及一驅動機構26。
該原料槽21用以容裝該液態的光固化性液態原料3，而該工作台22浸泡於該光固化性液態原料3中，用以固著及承載該成型物4。
該頂蓋23包括一可透光且為剛性材質如玻璃之基壁20。該工作台22位於該基壁20下方，而該緩衝層24在本實施例中為可透光之彈性材質，例如是果凍狀之透明彈性薄膜，例如為矽膠薄膜，覆蓋於該頂蓋23之基壁20
下側，而位於該基壁20與該工作台22間，該緩衝層24並與該工作台22間存在一間隙而供光固化性液態原料3填充其間。
該光固化能量源25例如是一紫外線雷射，位於該頂蓋23之基壁20的上方(簡稱上照式三維列印)，由該基壁20之上方朝該間隙內的光固化性液態原料3照射光線，光線通過該基壁20及該緩衝層24後使該間隙內的光固化性液態原料3被照射之部分被固化而形成一固化層。
該驅動機構26連接該工作台22，於該光固化能量源25完成照射後，帶動該工作台22下移而使該緩衝層24與該固化層間存在另一間隙而供光固化性液態原料3填充其間。接著進行下一次的照射與下移，如此隨著固化層一層一層的形成，成型物4會不斷增長、疊加，直至完成該成型物4全部的結構為止。
參閱圖4，由於該緩衝層24十分柔軟、具有彈性，因此當該工作台22下移時，該緩衝層24首先會被動地被帶動而變形，在與該成型物4相黏的部分會先跟著該成型物4下移，然後變形導致「破真空」變得容易，接下來液態的光固化性液態原料3就會進入該成型物4與該緩衝層24間，而該緩衝層24靠著自身的彈性，逐漸與該成型物4分離並回復原狀。如此便能使得分離成型物4與緩衝層24所需之拉拔力大幅降低。
另一方面，雖然緩衝層24十分柔軟，卻是貼覆在具剛性的頂蓋23之下，再加上液壓的支撐，緩衝層24
會處在一個十分平整的狀態，因此在間隙間的液態光固化性液態原料3被光固化能量源25照射光線而固化時，亦會在被緩衝層24限位的狀態下維持在平整的形狀，從而解決了先前技術中翹曲的問題。
補充說明的是，當該工作台22下移使該成型物4完全與該緩衝層24分離後，該緩衝層24會回復原始的平整狀態，該成型物4與該緩衝層24的距離大於所需之該另一間隙之高度，因此該工作台22會再上移直到該成型物4最上層之該固化層與該緩衝層24間的距離為該另一間隙的高度，再繼續進行下一層之固化。
參閱圖5，本發明被動式降低拉拔力的三維列印裝置2之第二實施例，與第一實施例大致相同，其差異在於，該緩衝層24包括一具彈性的離形膜241及一介於該離形膜241與該頂蓋23的基壁20間的液態層242，該離形膜241區隔該液態層242及該光固化性液態原料3，使得該液態層242中的液體僅在該離形膜241、該基壁20及該頂蓋23的側壁間流動。該離形膜241在本實施例中為透明彈性薄膜，例如為矽膠薄膜，但不以此為限。當固化層形成後該工作台22下移時，與該固化層黏著之部分離形膜241首先會變形而隨該工作台22下移，該液態層242中的液體會流動而補足下移部分多出的空間，而在週邊部分之離形膜241則會因液體流動而凹陷上移。
藉由離形膜241與液態層242的配合，該緩衝層24下移的位移量並非是彈性薄膜材質拉伸的變形量，而
主要是液態層242中的液體之流動而補位所造成，而離形膜241僅有彎曲而僅是總長度稍微增加，其阻抗力小於直接拉伸彈性薄膜產生的阻抗力，且週邊離形膜241之凹陷更有助於加大離形膜241與固化層之夾角，使「破真空」更為容易。因此，此一方式不限於用在工作台22下移的上照式三維列印中。
參閱圖6，本發明被動式降低拉拔力的三維列印裝置2之第三實施例，是將第二實施例中之包括該離形膜241與液態層242之該緩衝層24用於其他成型方式中。該三維列印裝置2同樣包含該基壁20，然而該基壁20為該原料槽21之其中一槽壁。在本實施例中，該基壁20為該原料槽21底部之槽壁，但不以此為限，只要能夠合理進行固化作業即可，舉例而言，可以是該原料槽21側面之直立槽壁，或是傾斜之槽壁(未圖示)，只要例如該組緩衝層24中液態層242之液體密度大致相同於容裝於原料槽21之液態的光固化性液態原料3的密度即可。
詳細而言，該三維列印裝置2包含基壁20、容裝液態的光固化性液態原料3的原料槽21、工作台22、緩衝層24、光固化能量源25及驅動機構26。值得注意的是，該三維列印裝置2未包含第二實施例中所述之頂蓋23(參閱圖3)，該基壁20為該原料槽21之其中一槽壁，在本實施例中，該基壁20為該原料槽21底部之槽壁。
該工作台22浸泡於該光固化性液態原料3中，並具有一與該基壁20平行且相間隔的工作面221。在本實
施例中，該工作台22位於該基壁20上方而位於該原料槽21內，該工作面221位於該工作台22下側而面向該基壁20。
該緩衝層24為可透光且具彈性，包括具彈性的離形膜241及介於該離形膜241與該基壁20間的液態層242，該離形膜241區隔該液態層242及該光固化性液態原料3，使得該液態層242中的液體僅在該離形膜241、該基壁20及該原料槽21側面之直立槽壁間流動。該緩衝層24覆蓋於該基壁20相同於該工作台22之一側，而位於該基壁20與該工作台22間，在本實施例中，該緩衝層24覆蓋於該基壁20上側。
該光固化能量源25位於該基壁20相反於該工作台22之一側，在本實施例中，該光固化能量源25位於該基壁20下方(簡稱下照式三維列印)而位於該原料槽21外。
該驅動機構26連接該工作台22，帶動該工作台22位移，在本實施例中是帶動該工作台22上移，而使該緩衝層24與該工作面221或已形成之固化層間存在間隙而供光固化性液態原料3填充其間。
因此，類似於第二實施例所述，藉由離形膜241與液態層242的配合，利用該緩衝層24之液態層242中的液體流動補位，離形膜241僅有彎曲而僅是總長度稍微增加，其阻抗力小於直接拉伸彈性薄膜產生的阻抗力，且週邊離形膜241之凹陷更有助於加大離形膜241與固化層之
夾角，使「破真空」更為容易。
綜上所述，透過該緩衝層24的設置，使得「破真空」變得容易，從而使得分離成型物4與緩衝層24所需之拉拔力大幅降低，並且由於是將該緩衝層24覆蓋於具剛性的基壁20，再配合液壓的支撐，使得在間隙間的液態光固化性液態原料3被光固化能量源25照射光線而固化時，亦會在被緩衝層24限位的狀態下維持在平整的形狀，解決了翹曲的問題，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，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。
Claims (7)
- 一種被動式降低拉拔力的三維列印裝置，適用於以液態的光固化性液態原料進行三維列印，包含：一頂蓋，包括一可透光且為剛性材質之基壁；一工作台，浸泡於該光固化性液態原料中，並位於該基壁下方；一緩衝層，為可透光且具彈性並為柔軟可變形，覆蓋於該頂蓋之基壁下側，而位於該基壁與該工作台間，該緩衝層並與該工作台間存在一間隙而供光固化性液態原料填充其間，該緩衝層包括一具彈性的離形膜及一介於該離形膜與該頂蓋的基壁間的液態層，該離形膜區隔該液態層及該光固化性液態原料；一光固化能量源，位於該基壁上方，由該基壁之上方朝該間隙內的光固化性液態原料照射光線，光線通過該基壁及該緩衝層後使該間隙內的光固化性液態原料被照射之部分被固化而形成一固化層；及一驅動機構，連接該工作台，於該光固化能量源完成照射後，帶動該工作台下移而使該緩衝層與該固化層間存在另一間隙而供光固化性液態原料填充其間。
- 如請求項1所述被動式降低拉拔力的三維列印裝置，還包含一用以容裝該液態的光固化性液態原料的原料槽。
- 如請求項1所述被動式降低拉拔力的三維列印裝置，其中，該緩衝層的材質為透明的彈性薄膜。
- 一種被動式降低拉拔力的三維列印裝置，適用於以液態 的光固化性液態原料進行三維列印，包含：一基壁，為可透光之剛性材質；一工作台，浸泡於該光固化性液態原料中，並具有一與該基壁平行且相間隔的工作面；一緩衝層，為可透光且具彈性並為柔軟可變形，覆蓋於該基壁相同於該工作台之一側，而位於該基壁與該工作台間，該緩衝層並與該工作面間存在一間隙而供光固化性液態原料填充其間，其中，該緩衝層包括一具彈性的離形膜及一介於該離形膜與該基壁間的液態層，該離形膜區隔該液態層及該光固化性液態原料；一光固化能量源，位於該基壁相反於該工作台之一側，朝該間隙內的光固化性液態原料照射光線，光線通過該基壁及該緩衝層後使該間隙內的光固化性液態原料被照射之部分被固化而形成一固化層；及一驅動機構，連接該工作台，於該光固化能量源完成照射後，帶動該工作台位移而使該緩衝層與該固化層間存在另一間隙而供光固化性液態原料填充其間。
- 如請求項4所述被動式降低拉拔力的三維列印裝置，還包含一頂蓋及一用以容裝該液態的光固化性液態原料的原料槽，該頂蓋包括該可透光且為剛性材質之基壁，該工作台位於該基壁下方而位於該原料槽內，該緩衝層覆蓋於該基壁下側，該光固化能量源位於該基壁上方，該驅動機構是帶動該工作台下移而使該緩衝層與該固化層間存在另一間隙而供光固化性液態原料填充其間。
- 如請求項4所述被動式降低拉拔力的三維列印裝置，還包含一用以容裝該液態的光固化性液態原料的原料槽，其中，該基壁為該原料槽之其中一槽壁，該工作台位於該原料槽內，該光固化能量源位於該原料槽外。
- 如請求項6所述被動式降低拉拔力的三維列印裝置，其中，該基壁為該原料槽底部之槽壁，該工作台位於該基壁上方而位於該原料槽內，該工作面位於該工作台下側而面向該基壁，該緩衝層覆蓋於該基壁上側，該光固化能量源位於該基壁下方而位於該原料槽外，該驅動機構是帶動該工作台上移而使該緩衝層與該固化層間存在另一間隙而供光固化性液態原料填充其間。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| TW201700260A (zh) | 2017-01-01 |
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