TWI659822B - 用於光固化三維列印的設備及結合模造與光固化三維列印技術形成物件的製造方法 - Google Patents

Abstract

一種用於光固化三維列印的設備，包含一用以容置光固化液體的容置槽，一設於容置槽上方的光源，及一固持單元。固持單元用以將一預形體固持在容置槽內，以在預形體表面形成由光固化液體固化疊積而成的一外觀結構。固持單元包括一固持臂、一連接固持臂的抽吸裝置，及一設於固持臂內的驅動裝置。固持臂具有一伸入容置槽內的臂體，及一連接於臂體的末端並用以真空吸附固持預形體的吸頭。驅動裝置具有一位於吸頭內的滾動件及一用以帶動滾動件繞自軸轉動的馬達。滾動件可受控地接觸預形體並帶動預形體轉動，以變換預形體面向光源的表面。

Description

用於光固化三維列印的設備及結合模造與光固化三維列印技術形成物件的製造方法

本發明是有關於一種三維列印的設備，特別是指一種用於光固化三維列印的設備及結合模造與光固化三維列印技術形成物件的製造方法。

三維列印又稱為積層製造(Additive Manufacturing)，可以利用例如熔融沉積快速成型（Fused Deposition Modeling，FDM）、光固化成型（Stereolithigraphy Apparatus，SLA）、三維粉末粘接（Three Dimensional Printing and Gluing，3DP）、選擇性雷射燒結（Selecting Laser Sintering,SLS）等方式，將材料層層疊積以形成立體物件。

由於積層製造需要疊積多層材料才能將物件成形，若為大型物件時需要花費相當長的時間製作。雖然台灣專利公開案第201600318號揭露一種以FDM技術，在可被軸桿帶動而繞一軸線旋轉的基材表面層層疊積熱塑性材料，以固化形成立體物件，亦即使基材與形成於基材表面積層體共同構成立體物件。基材可以用例如射出成型或其他可大量且快速製造的方式預先成型，如此可以節省在積層製造時用於形成基材部分的時間。

然而，前述公開案的基材有一部分需要連接在軸桿上，且僅能繞軸線旋轉，因此該基材在軸線兩端的表面區域即不能被覆積層體，整體外觀形狀會受限制。再者，FDM技術形成的表層，因受限於FDM技術本身的表面精度較差。所以如何使立體物件的表面形狀精度較佳，且表面成型的區域不受基材旋轉區域的限制，仍有改善的空間。

因此，本發明之其中一目的，即在提供一種可以固持並不限位置轉動一預形體，以在該預形體表面成形外觀結構的用於光固化三維列印的設備。

因此，本發明之其中另一目的，即在提供一種結合模造與光固化三維列印技術形成物件的製造方法。

本發明之其中又一目的，提供一種以光固化三維列印技術形成物件的製造方法。

於是，本發明用於光固化三維列印的設備在一些實施態樣中，是包含一用以容置光固化液體的容置槽，一可移動地設於該容置槽上方的光源，及一固持單元。該固持單元用以將一預形體固持在該容置槽內，以在該預形體表面形成由該光固化液體固化疊積而成的一外觀結構。該固持單元包括一固持臂、一連接該固持臂的抽吸裝置，及一設於該固持臂內的驅動裝置。該固持臂具有一伸入該容置槽內的臂體，及一連接於該臂體的末端並用以真空吸附固持該預形體的吸頭。該驅動裝置具有一位於該吸頭內的滾動件及一用以帶動該滾動件繞自軸轉動的馬達。該滾動件可受控地接觸該預形體並帶動該預形體轉動，以變換該預形體面向該光源的表面。

在一些實施態樣中，該驅動裝置還具有一連接該滾動件的支撐模組，且該支撐模組包括一萬向關節，用以調整該滾動件的位置。

在一些實施態樣中，該容置槽具有一底壁及一連接該底壁的圍繞壁，該固持臂可升降地穿設於該底壁。

在一些實施態樣中，該抽吸裝置包括一儲液槽、一抽氣幫浦、一送液幫浦、一閥門、一連接該固持臂與該儲液槽的第一連接管路、一連接該儲液槽與該抽氣幫浦的第二連接管路，及一連接該儲液槽、該閥門、該送液幫浦與該容置槽的第三連接管路，該閥門位於該儲液槽與該送液幫浦之間。

於是，本發明結合模造與光固化三維列印技術形成物件的製造方法在一些實施態樣中，是包含步驟：以模造方式形成一預形體；將該預形體置入如前所述的設備的容置槽，並以該固持單元將該預形體固持；於該容置槽注入一光固化液體，以使該預形體浸於該光固化液體中；及在該預形體表面層層疊積由該光源照射後固化的多層樹脂層，以在該預形體表面形成一外觀結構；其中在疊積該等樹脂層的過程中，藉由該固持單元調整該預形體的位置，使該預形體要覆蓋樹脂層的表面移動至可受該光源照射的位置。

本發明以光固化三維列印技術形成物件的製造方法在一些實施態樣中，包含步驟：將一預形體置入一容置槽；將該容置槽注入一光固化液體，以使該預形體浸於該光固化液體中；提供一可使該光固化液體固化的光源，以照射該預形體；及轉動該預形體，使該預形體改變朝向該光源的表面。

本發明以光固化三維列印技術形成物件的製造方法在一些實施態樣中，包含步驟：將一預形體置入一容置槽；將該容置槽注入一光固化液體，以使該預形體浸於該光固化液體中；提供一可使該光固化液體固化的光源，以照射該預形體；及真空吸附該預形體並同時轉動該預形體，使該預形體改變朝向該光源的表面。

本發明以光固化三維列印技術形成物件的製造方法在一些實施態樣中，包含步驟：以模造方式形成一預形體；將該預形體置入一容置槽；將該容置槽注入一光固化液體，以使該預形體浸於該光固化液體中；及提供一可使該光固化液體固化的光源，並照射該預形體的不同表面。

本發明以光固化三維列印技術形成物件的製造方法在一些實施態樣中，包含步驟：提供一容置槽、一位於該容置槽內的光固化液體，及一浸於該光固化液體中的預形體；提供一可使該光固化液體固化的光源，以照射該預形體；提供一第一機構使該預形體得以繞一第一方向轉動；及提供一第二機構使該預形體得以繞不同於該第一方向的一第二方向轉動。

本發明以光固化三維列印技術形成物件的製造方法在一些實施態樣中，包含步驟：提供一容置槽、一位於該容置槽內的光固化液體，及一浸於該光固化液體中的預形體；提供一可使該光固化液體固化的光源，以照射該預形體；及轉動該預形體，使該預形體表面的每一區域都能選擇性被該光源所照射。

本發明至少具有以下功效：藉由固持單元以真空吸附的方式固持預形體，且能將預形體轉動，而使預形體表面可覆蓋光固化的樹脂層的區域不會受到限制，可增加待成形物件外觀設計的自由度。且由SLA製程可使成形物件的外觀結構具有較高的精密度。

參閱圖1與圖2，本發明用於光固化三維列印的設備之一實施例，包含一容置槽1、一光源2及一固持單元3。

容置槽1具有一底壁11及一連接該底壁11的圍繞壁12，用以容置光固化液體L。光源2可移動地設於容置槽1上方，用以照射光固化液體L以使光固化液體L固化，亦即本實施例可用於光固化成型（Stereolithigraphy Apparatus，SLA）的積層製造。

固持單元3用以將一預形體P固持在容置槽1內，以在預形體P表面形成由光固化液體L固化疊積而成的一外觀結構S。固持單元3包括一固持臂31、一連接固持臂31的抽吸裝置32，及一設於固持臂31內的驅動裝置33。固持臂31具有一伸入容置槽1內的臂體311，及一連接於臂體311的末端並用以真空吸附固持預形體P的吸頭312。在本實施例中，固持臂31可升降地穿設於容置槽1的底壁11，以調整預形體P相對於光源2的距離。驅動裝置33具有一位於吸頭312內的滾動件331及一用以帶動滾動件331繞自軸轉動的馬達332，滾動件331可受控地接觸預形體P並帶動預形體P轉動，以變換預形體P面向光源2的表面。驅動裝置33還具有一連接滾動件331的支撐模組333，且支撐模組333包括一萬向關節334，用以調整滾動件331的位置。

在本實施例中，吸頭312由彈性材料製成而能彈性變形，固持臂31連接抽吸裝置32而可藉由抽吸裝置32抽真空，使吸頭312將預形體P吸附固持。預形體P被吸頭312吸附時，還可由滾動件331帶動旋轉，其原理如同一真空吸盤吸附在一平滑表面時，真空吸盤仍可受力而相對於平滑表面滑移，因此預形體P可受滾動件331施力而相對吸頭312滑移，但是沒有脫離吸頭312而仍被吸頭312吸附固持。而且藉由萬向關節334可以調整滾動件331的位置，例如，定義滾動件331自身的轉軸為第一軸線，參閱圖3，藉由萬向關節334使滾動件331繞一垂直第一軸線的第二軸線旋轉，如此即可多向度的轉動預形體P，而使預形體P的表面各區域都能被轉動至面向光源2的位置以被覆光固化的樹脂層。換言之，藉由滾動件331與吸頭312相配合來固持並轉動預形體P，以變換預形體P面向光源2的表面，即可使預形體P的表面各區域都能被轉動至面向光源2的位置以被覆光固化的樹脂層，藉此預形體P的表面不會有無法被覆光固化的樹脂層的區域。

舉例而言，固持臂31與內部的驅動裝置33的配合亦可為例如機械手臂的機構模組，且固持臂31與內部的驅動裝置33配合軟體的控制，可驅動滾動件331與支撐模組333的萬向關節334適時運作，使得當吸頭312吸住預形體P時，滾動件331與支撐模組333的萬向關節334能視預形體P實際要進行的固化流程作動，當然，萬向關節334的傾斜角度，也可以是在進行固化作業前預先調整至定位。

再參閱圖1，在本實施例中，抽吸裝置32包括一儲液槽321、一抽氣幫浦322、一送液幫浦323、一閥門324、一連接固持臂31與儲液槽321的第一連接管路325、一連接儲液槽321與抽氣幫浦322的第二連接管路326，及一連接儲液槽321、閥門324、送液幫浦323與容置槽1的第三連接管路327，閥門324位於儲液槽321與送液幫浦323之間。由於預形體P是藉由抽氣幫浦322抽氣而為吸頭312所吸附，當抽氣幫浦322在抽氣過程中，致使光固化液體L也被同時抽入吸頭312時，藉由將被抽出的光固化液體L導引進入儲液槽321，再透過送液幫浦323的運作，即可將儲液槽321中的光固化液體L再回送至容置槽1，使光固化液體L可再使用。

另配合參閱圖4，說明以本實施例的設備形成一物件的製造方法，包含以下步驟：

步驟S1，以模造方式形成一預形體P；

步驟S2，將預形體P置入容置槽1，並以固持單元3將預形體P固持；

步驟S3，於容置槽1注入光固化液體L，以使預形體P浸於光固化液體L中；當然，光固化液體L亦可於預形體P置入容置槽1之前即預先注入容置槽1內，而非限定本實施例所述順序；

步驟S4，在預形體P表面層層疊積由光源2照射後固化的多層樹脂層，以在預形體P表面形成一外觀結構S，其中在疊積該等樹脂層的過程中，藉由固持單元3調整預形體P的位置，使預形體P要覆蓋樹脂層的表面移動至可受光源2照射的位置。

預形體P可由生產速度較快且製作成本較低的模造方式，例如射出成型方式，預先製成，以作為待成形物件的核心部分，如此可以大幅節省若以SLA製程形成預形體P之體積所需的時間及成本。再藉由SLA製程形成外觀結構S，因為SLA製程的精密度較高，可以用於製造需要較高精密度的外觀結構S。而且因為預形體P不需要與固持單元3固定連接，而使其表面可覆蓋光固化的樹脂層的區域不會受到限制，可增加待成形物件外觀設計的自由度。

綜上所述，藉由固持單元3以真空吸附的方式固持預形體P，且能將預形體P轉動，而使預形體P表面可覆蓋光固化的樹脂層的區域不會受到限制，可增加待成形物件外觀設計的自由度。且由SLA製程可使成形物件的外觀結構S具有較高的精密度。

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，凡是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‧‧‧容置槽

11‧‧‧底壁

12‧‧‧圍繞壁

2‧‧‧光源

3‧‧‧固持單元

31‧‧‧固持臂

311‧‧‧臂體

312‧‧‧吸頭

32‧‧‧抽吸裝置

321‧‧‧儲液槽

322‧‧‧抽氣幫浦

323‧‧‧送液幫浦

324‧‧‧閥門

325‧‧‧第一連接管路

326‧‧‧第二連接管路

327‧‧‧第三連接管路

33‧‧‧驅動裝置

331‧‧‧滾動件

332‧‧‧馬達

333‧‧‧支撐模組

334‧‧‧萬向關節

L‧‧‧光固化液體

P‧‧‧預形體

S‧‧‧外觀結構

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是本發明用於光固化三維列印的設備的一實施例的一示意圖； 圖2是該實施例的一不完整的局部示意圖； 圖3是該實施例之一不完整的局部示意圖；及 圖4是本發明結合模造與光固化三維列印技術形成物件的製造方法之一實施例的步驟流程方塊圖。

Claims (10)

1. 一種用於光固化三維列印的設備，包含： 一容置槽，用以容置光固化液體； 一光源，設於該容置槽上方；及 一固持單元，用以將一預形體固持在該容置槽內，以在該預形體表面形成由該光固化液體固化疊積而成的一外觀結構，該固持單元包括一固持臂、一連接該固持臂的抽吸裝置，及一設於該固持臂內的驅動裝置，該固持臂具有一伸入該容置槽內的臂體，及一連接於該臂體的末端並用以真空吸附固持該預形體的吸頭，該驅動裝置具有一位於該吸頭內的滾動件及一用以帶動該滾動件繞自軸轉動的馬達，該滾動件可受控地接觸該預形體並帶動該預形體轉動，以變換該預形體面向該光源的表面。
2. 如請求項1所述用於光固化三維列印的設備，該驅動裝置還具有一連接該滾動件的支撐模組，且該支撐模組包括一萬向關節，用以調整該滾動件的位置。
3. 如請求項1所述用於光固化三維列印的設備，其中，該容置槽具有一底壁及一連接該底壁的圍繞壁，該固持臂可升降地穿設於該底壁。
4. 如請求項1所述用於光固化三維列印的設備，其中，該抽吸裝置包括一儲液槽、一抽氣幫浦、一送液幫浦、一閥門、一連接該固持臂與該儲液槽的第一連接管路、一連接該儲液槽與該抽氣幫浦的第二連接管路，及一連接該儲液槽、該閥門、該送液幫浦與該容置槽的第三連接管路，該閥門位於該儲液槽與該送液幫浦之間。
5. 一種結合模造與光固化三維列印技術形成物件的製造方法，包含步驟： 以模造方式形成一預形體； 將該預形體置入如請求項1至4中任一項所述的設備的容置槽，並以該固持單元將該預形體固持； 於該容置槽注入一光固化液體，以使該預形體浸於該光固化液體中；及 在該預形體表面層層疊積由該光源照射後固化的多層樹脂層，以在該預形體表面形成一外觀結構； 其中在疊積該等樹脂層的過程中，藉由該固持單元調整該預形體的位置，使該預形體要覆蓋樹脂層的表面移動至可受該光源照射的位置。
6. 一種以光固化三維列印技術形成物件的製造方法，包含步驟： 將一預形體置入一容置槽； 將該容置槽注入一光固化液體，以使該預形體浸於該光固化液體中； 提供一可使該光固化液體固化的光源，以照射該預形體；及 轉動該預形體，使該預形體改變朝向該光源的表面。
7. 一種以光固化三維列印技術形成物件的製造方法，包含步驟： 將一預形體置入一容置槽； 將該容置槽注入一光固化液體，以使該預形體浸於該光固化液體中； 提供一可使該光固化液體固化的光源，以照射該預形體；及 真空吸附該預形體並同時轉動該預形體，使該預形體改變朝向該光源的表面。
8. 一種以光固化三維列印技術形成物件的製造方法，包含步驟： 以模造方式形成一預形體； 將該預形體置入一容置槽； 將該容置槽注入一光固化液體，以使該預形體浸於該光固化液體中；及 提供一可使該光固化液體固化的光源，並照射該預形體的不同表面。
9. 一種以光固化三維列印技術形成物件的製造方法，包含步驟： 提供一容置槽、一位於該容置槽內的光固化液體，及一浸於該光固化液體中的預形體； 提供一可使該光固化液體固化的光源，以照射該預形體； 提供一第一機構使該預形體得以繞一第一方向轉動；及 提供一第二機構使該預形體得以繞不同於該第一方向的一第二方向轉動。
10. 一種以光固化三維列印技術形成物件的製造方法，包含步驟： 提供一容置槽、一位於該容置槽內的光固化液體，及一浸於該光固化液體中的預形體； 提供一可使該光固化液體固化的光源，以照射該預形體；及 轉動該預形體，使該預形體表面的每一區域都能選擇性被該光源所照射。