TWI678275B - 用於立體列印之黏結材料及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種用於立體列印之黏結材料的製造方法，包含一加熱步驟、一混合步驟，及一震盪步驟。首先執行該加熱步驟，將一環氧樹脂加熱成液態。接著執行該混合步驟，將一第一石材粉末及該環氧樹脂混合在一起。最後執行該震盪步驟，將混合該第一石材粉末之環氧樹脂施加一震盪力量，以使該第一石材粉末緻密地混入該環氧樹脂中，並取得一黏結材料。

Description

用於立體列印之黏結材料及其製造方法

本發明是有關於一種黏結材料，尤其是一種用於立體列印之黏結材料及其製造方法。

3D列印(3D printing)是一種以層疊方式堆積的建築技術，可以製作出三維立體物品。有別於早期以雕刻或模具等技術所製作之三維立體物品，3D列印所形成之三維立體物品，可具有早期技術無法形成的結構。

目前所使用3D列印之塑料為不同種類之環氧樹脂，依據材料之特性具有固定的熔點，加熱後呈現熔融態樣，適合以層疊堆積之方式來製作三維立體物品，並形成文創結構或裝置藝術。

但是環氧樹脂之材質特性較軟，其所製作之三維立體物品不具備支撐的能力，無法承受重力，因此目前3D列印之技術只能做出小體積的三維立體物品。

因此，如何以現有之3D列印技術，層疊出具有支撐強度之建築物品或文創結構，是相關技術人員亟需努力的目標。

有鑑於此，本發明之一目的是在提供一種用 於立體列印之黏結材料的製造方法，並包含一加熱步驟、一混合步驟，及一震盪步驟。

首先執行該加熱步驟，將一環氧樹脂加熱成液態。

接著執行該混合步驟，將一第一石材粉末及該環氧樹脂混合在一起。

最後執行該震盪步驟，將混合該第一石材粉末之環氧樹脂施加一震盪力量，以使該第一石材粉末緻密地混入該環氧樹脂中，以得到一黏結材料。

本發明的又一技術手段，是在於上述之用於立體列印之黏結材料的製造方法，於該震盪步驟後更包含一填充步驟、一塑形步驟、一重複步驟，及一去除步驟。

首先執行該填充步驟，將一第二石材粉末以一預定厚度填充於一容器中。

接著執行該塑形步驟，將該黏結材料選擇性地注入該第二石材粉末中，以將該第二石材粉末局部黏結在一起。

然後執行該重複步驟，重複上述之填充步驟與塑形步驟，以逐層堆疊該第二石材粉末。

最後執行該去除步驟，將該容器中未黏結在一起的第二石材粉末去除，以得到一石材塑形物。

本發明的另一技術手段，是在於上述之第二石材粉末之粒徑大於該第一石材粉末。

本發明的再一技術手段，是在於上述之震盪步驟後更包含一加壓擠出步驟，將該黏結材料加壓擠出成一線狀，以作為用於立體列印的黏結材料。

本發明的又一技術手段，是在於上述之該加壓擠出步驟中，是將黏結材料以擠出、冷卻、風乾、拉條、捲繞的製程，形成硬質塑料。

本發明之另一目的是在提供一種用於立體列印之黏結材料，是依據上述一種用於立體列印之黏結材料的製造方法所製成，其包括一骨材單元，及一黏結單元。

該骨材單元包括一第一石材粉末。

該黏結單元包括一環氧樹脂。

當該第一石材粉末混入該環氧樹脂時，施加一震盪力量，以使該第一石材粉末緻密地混入該環氧樹脂中，以形成一黏結材料。

本發明的又一技術手段，是在於上述之第一石材粉末是選自於大理石粉、花崗石粉、石英粉、玻璃粉，其中之一或其組合。

本發明的另一技術手段，是在於上述之第一石材粉末之肖氏硬度介於65~120之間。

本發明的再一技術手段，是在於上述之第一石材粉末之粒徑介於0.15mm~0.3mm。

本發明的又一技術手段，是在於上述之用於立體列印之黏結材料，其中，以該黏結材料的重量百分比100wt%為限，該第一石材粉末之重量百分比介於75wt%~95wt%之間，該環氧樹脂之重量百分比介於5wt%~25wt% 之間。

本發明之有益功效在於，該震盪力量對該環氧樹脂中之第一石材粉末震盪，讓該第一石材粉末之複數顆粒彼此調整相對位置，可讓該第一石材粉末緻密地分佈於該環氧樹脂中，令該黏結材料凝固後具有較強的支撐力，進一步使用3D列印之技術製作成大型之石材塑形物。

2‧‧‧捲繞基座

3‧‧‧黏結材料

31‧‧‧骨材單元

311‧‧‧第一石材粉末

32‧‧‧黏結單元

321‧‧‧環氧樹脂

4‧‧‧第二石材粉末

5‧‧‧石材塑形物

6‧‧‧立體列印裝置

61‧‧‧基座構件

62‧‧‧擋板構件

63‧‧‧整平構件

64‧‧‧擠出構件

801~804‧‧‧步驟

901~907‧‧‧步驟

圖1是一流程圖，說明本發明用於立體列印之黏結材料之一第一較佳實施例的製造方法；圖2是一材料示意圖，說明該第一較佳實施例之一黏結材料；及圖3是一材料示意圖，說明該第一較佳實施例之黏結材料的卷收態樣；圖4是一流程圖，說明本發明用於立體列印之黏結材料之一第二較佳實施例的製造方法；圖5是一裝置示意圖，說明該第二較佳實施例之一立體列印裝置，將一第二石材粉末填充整平之態樣；圖6是一裝置示意圖，說明該第二較佳實施例之立體列印裝置，將該黏結材料選擇性地注入該第二石材粉末之態樣；圖7是一裝置示意圖，說明該第二較佳實施例之立體列印裝置，將未黏結在一起的第二石材粉末去除之態樣；及 圖8是一示意圖，說明該第二較佳實施例之一石材塑形物之微觀態樣。

有關本發明之相關申請專利特色與技術內容，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚地呈現。在進行詳細說明前應注意的是，類似的元件是以相同的編號來做表示。

參閱圖1、2、3，為本發明一種用於立體列印之黏結材料之一第一較佳實施例，及其製造方法。其中，該第一較佳實施例之製造方法包括一加熱步驟801、一混合步驟802、一震盪步驟803，及一加壓擠出步驟804。

首先執行該加熱步驟801，將一環氧樹脂321加熱成液態。其中，該環氧樹脂321為具有加熱後呈現液體態樣或熔融態樣之高分子塑膠材料，而在常溫中呈現固體態樣。其中，使用於一般3D列印機時，使用加熱後呈熔融態樣之高分子塑膠材料。由於塑膠材料種類眾多技術也成熟，在此不再詳加贅述。

接著執行該混合步驟802，將一第一石材粉末311及該環氧樹脂321混合在一起。

然後執行該震盪步驟803，將混合該第一石材粉末311之環氧樹脂321施加一震盪力量，以使該第一石材粉末311緻密地混入該環氧樹脂321中，以得到一黏結材料3。

其中，該震盪力量可以使用超音波震盪裝 置，當震盪力量施於液態之環氧樹脂321中時，該震盪力量將震盪環氧樹脂321中之第一石材粉末311，讓該第一石材粉末311之複數顆粒彼此調整相對位置，並取得最佳的契合角度，以使該第一石材粉末311緻密地混入該環氧樹脂321中。

最後執行該加壓擠出步驟804，將該黏結材料3加壓擠出成一線狀，以作為用於立體列印的黏結材料3，是將黏結材料3以擠出、冷卻、風乾、拉條、捲繞的製程，形成硬質塑料。

由於本發明之黏結材料3中含有具彈性特性的環氧樹脂321，在含有大量石材粉末的情況下，仍然可以製作成稍微彎曲的條狀態樣，並纏繞於大型的捲繞基座2上，以卡車運送至建築場地，再利用大型的立體列印設備進行建築或製造大型的文創結構。由於3D立體列印之技術手段，已為業界所知悉，並廣泛運用於市售產品中，在此不再詳加贅述。

由上述製造方法所取得之用於立體列印之黏結材料3包含一骨材單元31，及一黏結單元32。該骨材單元31包括該第一石材粉末311。該黏結單元32包括該環氧樹脂321。

該第一石材粉末311是選自於大理石粉、花崗石粉、石英粉、玻璃粉，其中之一或其組合。該第一石材粉末311之硬度可以選擇較硬之材質，所製作之立體物則具有較佳的支撐力。

經發明人實驗，取得該第一石材粉末311之肖氏硬度介於65~120之間，且該第一石材粉末311之粒徑介於0.15mm~0.3mm之間，可以製作出支撐重物的建築結構，可用於建造房屋之用途，不僅可以支撐房屋本身的重量，更可以承受家具及人員的重量，更可以製造大型的文創結構。實際實施時，可以選擇其他堅硬的粉末材質，並以實際狀況決定粉末之粒徑，不應以此為限。

該環氧樹脂321加熱成液態後，將該第一石材粉末311均勻地設置於該環氧樹脂321中，當該環氧樹脂321冷卻凝固後將包覆該第一石材粉末311，且由該第一石材粉末311提供支撐力，以使製作出來的立體物具有一定的抗壓性，及支撐力。

其中，可以依據使用目的適當地於該環氧樹脂321中添加硬化劑，用以控制該環氧樹脂321硬化的速度，並防止溫度提升造成變形。

當該第一石材粉末311混入該環氧樹脂321時，施加由超音波所形成之震盪力量，以使該第一石材粉末311緻密地混入該環氧樹脂321中，進一步形成一黏結材料3。以該黏結材料3的重量百分比100wt%為限，該第一石材粉末311之重量百分比介於75wt%~95wt%之間，該環氧樹脂321之重量百分比介於5wt%~25wt%之間。

發明人要強調的是，該第一石材粉末311為硬質材料，無法被壓縮，當沒有施加該震盪力量時，該第一石材粉末311不會緻密地分佈於該環氧樹脂321中，因 此該第一石材粉末311之成分比例並無法提高，造成支撐力不夠而無法製作大型立體物品。

當於該液態之環氧樹脂321中施加該震盪力量，可以使該第一石材粉末311緻密地混入該環氧樹脂321中，可以提高該第一石材粉末311於該環氧樹脂321的數量比例。當該黏結材料3之第一石材粉末311含量越高，其製造出之立體物的支撐力越高，適合製造大型立體物，也適合運用於建築材料中。

參閱圖4，為本發明一種用於立體列印之黏結材料之一第二較佳實施例之製造方法，其製造方法包含一加熱步驟901、一混合步驟902、一震盪步驟903、一填充步驟904、一塑型步驟905、一重複步驟906，及一去除步驟907。

其中，該加熱步驟901、該混合步驟902，與該震盪步驟903與該第一較佳實施例相同之加熱步驟801、該混合步驟802，及該震盪步驟803，在此不再敘述。

當該震盪步驟903完成後執行該填充步驟904，將一第二石材粉末4以一預定厚度填充於一容器中，該第一石材粉末311之粒徑小於該第二石材粉末4，且該第二石材粉末4之顆粒之間的縫隙，可以容置該第一石材粉末311。

於該第二較佳實施例，該環氧樹脂321是使用加熱後呈液體態樣之高分子塑膠材料。

配合參閱圖5、6、7，較佳地，該容器為一種 立體列印裝置6，包括一可上下移動之基座構件61、一圍繞於該基座構件61之擋板構件62、一用以整平該擋板構件62中之粉末的整平構件63，及一可水平移動用以擠出該黏結材料3之擠出構件64。

該基座構件61與該擋板構件62相配合，以形成該容器，用以盛放該第二石材粉末4。較佳地，該基座構件61調整至適合的高度，將該第二石材粉末4添入該立體列印裝置6後，利用該整平構件63對該第二石材粉末4進行整平，以使該第二石材粉末4形成薄薄的一層。

該第二較佳實施例之整平製程是使用滾輪構件，較佳地，在整平製程中也利用該滾輪構件進行粉末壓實，以使該第二石材粉末4之粉末彼此緊密。

接著執行該塑形步驟905，將該黏結材料3選擇性地注入該第二石材粉末4中，以將該第二石材粉末4局部黏結在一起。

該擠出構件64於需要固定的區域，將液態之黏結材料3注入於該第二石材粉末4之上方，該黏結材料3將滲透於該第二石材粉末4之中，由於該第一石材粉末311之粒徑小於該第二石材粉末4，該具有該第一石材粉末311之黏結材料3將滲透於該第二石材粉末4之顆粒之間的縫隙中。

較佳地，該擠出構件64之內部可使用螺桿擠出之技術，來控制該黏結材料3的出料速度，以使立體列印之工程師可以計算該擠出構件64的移動速度，控制該 黏結材料3的出料速度。由於以螺桿擠出之立體列印技術，已於業界所知悉，並廣泛運用於市售產品中，在此不再詳加贅述。實際實施時，可以使用其他射出技術，不應以此為限。

當該黏結材料3凝固後，將會包覆該第二石材粉末4，讓具有該黏結材料3之第二石材粉末4固體化。

然後執行該重複步驟906，重複上述之填充步驟904與塑形步驟905，以逐層堆疊該第二石材粉末4。

該基座構件61向下移動一層的距離，再添加該第二石材粉末4，並再次執行該填充步驟904與塑形步驟905，以使固化之第二石材粉末4具有一薄薄的一層高度。

最後執行該去除步驟907，將該容器中未黏結在一起的第二石材粉末4去除，以得到一石材塑形物5。

由於本發明以層疊之方式逐層堆疊所製作之石材塑形物5會具有粗糙的表面，可以利用砂紙將該石材塑形物5之表面磨平，最終可以取得具有平滑表面之石材塑形物5。

配合參閱圖8，為該石材塑形物5之微觀態樣，該黏結材料3包覆該第二石材粉末4，且該第一石材粉末311緻密地充滿於該第二石材粉末4之顆粒縫隙中，可以提供較強的支撐力量，並黏結該第二石材粉末4，可以使該石材塑形物5形成大型立體物。

由上述說明可知，本發明用於立體列印之黏結材料及其製造方法確實具有下列功效：

一、骨材密度較高：該第一石材粉末311為硬質材料，無法被壓縮，當施予該震盪力量時，讓該第一石材粉末311之複數顆粒彼此調整相對位置，並取得最佳的契合角度，以使該第一石材粉末311緻密地混入該環氧樹脂321中，令該黏結單元32的骨材密度較高。

二、具有較高的支撐力：當使用骨材密度較高之黏結單原來製作石材塑形物5時，可提升結構強度，提高支撐的重量，可進一步製造大型作石材塑形物5。

三、做為黏結材料：當使用較大粒徑之第二石材粉末4時，該黏結材料3將滲透於該第二石材粉末4之顆粒之間的縫隙中，當該黏結材料3凝固後，將會包覆該第二石材粉末4，讓具有該黏結材料3之第二石材粉末4固體化，以提供較強的支撐力量。

綜上所述，本發明利用細緻之第一石材粉末311作為骨材之材料，添加於環氧樹脂321中，可提升該黏結材料3固化後的結構強度，以加強所製成之石材塑形物5的結構強度，進一步提升該石材塑形物5的體積，故確實可以達成本發明之目的。

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 申請專利範圍及發明說明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 (8)

1. 一種用於立體列印之黏結材料的製造方法，包含下列步驟：一加熱步驟，將一環氧樹脂加熱成液態；一混合步驟，將一第一石材粉末及該環氧樹脂混合在一起；一震盪步驟，將混合該第一石材粉末之環氧樹脂施加一震盪力量，以使該第一石材粉末緻密地混入該環氧樹脂中，並取得一黏結材料；一填充步驟，將一第二石材粉末以一預定厚度填充於一容器中，該第二石材粉末之粒徑大於該第一石材粉末；一塑形步驟，將該黏結材料選擇性地注入該第二石材粉末中，以將該第二石材粉末局部黏結在一起；一重複步驟，重複上述之填充步驟與塑形步驟，以逐層堆疊該第二石材粉末；及一去除步驟，將該容器中未黏結在一起的第二石材粉末去除，以得到一石材塑形物。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之用於立體列印之黏結材料的製造方法，其中，於該震盪步驟後更包含一加壓擠出步驟，將該黏結材料加壓擠出成一線狀，以作為用於立體列印的黏結材料。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之用於立體列印之黏結材料的製造方法，其中，於該加壓擠出步驟中，是將黏結材料以擠出、冷卻、風乾、拉條、捲繞的製程，形成硬質塑料。
4. 一種用於立體列印之黏結材料，是依據申請專利範圍第1項一種用於立體列印之黏結材料的製造方法所製成，其包括：一骨材單元，包括一第一石材粉末；及一黏結單元，包括一環氧樹脂；當該第一石材粉末混入該環氧樹脂時，施加一震盪力量，以使該第一石材粉末緻密地混入該環氧樹脂中，以形成一黏結材料。
5. 依據申請專利範圍第4項所述之用於立體列印之黏結材料，其中，該第一石材粉末是選自於大理石粉、花崗石粉、石英粉、玻璃粉，其中之一或其組合。
6. 依據申請專利範圍第4項所述之用於立體列印之黏結材料，其中，該第一石材粉末之肖氏硬度介於65~120之間。
7. 依據申請專利範圍第4項所述之用於立體列印之黏結材料，其中，該第一石材粉末之粒徑介於0.15mm~0.3mm。
8. 依據申請專利範圍第4項所述之用於立體列印之黏結材料，其中，以該黏結材料的重量百分比100wt%為限，該第一石材粉末之重量百分比介於75wt%~95wt%之間，該環氧樹脂之重量百分比介於5wt%~25wt%之間。