TWI813639B - ３ｄ列印機可拋棄式匣 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於插入用於生產以疊加層之方式構造的物體(33)之曝光裝置的3D列印機可拋棄式匣(11)，該匣(11)包含至少一聚合液體，或者，聚合液體可注入該匣(11)。該匣(11)包括：第一下殼體部(13)、可自該第一下殼體部(13)拆除的第二上殼體部(15)、形成該第二上殼體部(15)之底側的載體平台(31)，其中在構造該物體(33)期間，在該載體平台(31)的外側上可佈置有以疊加層之方式所製造的該物體(33)，以及構造元件(35)，其相當於該第一下殼體部(13)的底部，其中在該構造元件(35)的內側上，該物體(33)之層為聚合性並且該構造元件(35)的內側為非黏性塗佈。

Description

3D列印機可拋棄式匣
本發明係關於一種根據請求項1之前言所述的用於插入用於生產以疊加層之方式構造的物體之曝光裝置的3D列印機可拋棄式匣、一種由3D列印機可拋棄式匣及曝光裝置所構成的系統以及一種根據請求項16之前言的製造由疊加層構成之物體的方法。
愈來愈多的行業採用疊加式製造裝置(3D列印機)。其原因在於，複雜的產品造型與其他製造工藝相比有所簡化或者唯有如此方能實現。
醫學領域亦採用疊加式製造裝置，以便製造具有複雜形狀的物體。此等物體例如包括牙冠、植入體等。
由於在開放容器中進行製造，若藉由疊加式製造裝置而製造的物體需要滿足較高的衛生要求，則會產生若干問題。自儲存容器取出製造所需的聚合液體。在使用多個液體時，開放地混合此等液體。因此在疊加製造期間，難以遵守或者根本無法遵守無菌條件。每次使用後需要嚴格地對疊加式製造裝置進行清潔，以便滿足衛生要求。
此等物體由聚合液體製成。未耗盡的聚合液體經常被丟棄或再次使用。但自節約及衛生角度視之，此處理方式較為不利。
鑒於所述先前技術之缺點，本發明之主要目的在於，如此地改良疊加製造，使得該等物體可在有所改善之衛生及節約條件下製造出來。另一目的在於，能夠在用於製造以層的方式構造之物體的較短加工時間內對多組分列印材料進行加工。
在一種用於插入用於生產以疊加層之方式構造的物體之曝光裝置的3D列印機可拋棄式匣方面，本發明用以達成上述目的之解決方案在於，該匣包括：- 第一下殼體部，- 第二上殼體部，其可自該第一下殼體部拆除，- 載體平台，其形成該第二上殼體部之底側，其中在構造該物體期間，在該載體平台的外側上可佈置有該以疊加層之方式製造的物體，以及- 構造元件，其相當於該第一下殼體部的底部，其中在該構造元件的內側上，該物體之層為聚合性並且該構造元件的內側為非黏性塗佈。
該匣可滿足對以疊加層之方式製造的物體所提出之所有常見的衛生要求。此點特別是對於醫學產品而言具有重要意義。該等醫學產品包括需要達到無塵室等級的植入體、牙修復體或晶片工業產品。可符合植入體相關的所有醫學規定。該匣包含製造以疊加層之方式構造的物體或立體物體所需之所有基本元件。該匣中所包含的所有元件潔淨地封閉在該匣內，唯有在製造該物體時方能接近。唯有透過將第二上殼體部與第一下殼體部分離方可打開該匣。
透過在第一下殼體部內設置構造元件，該物體能夠受到良好保護地在該匣內構造。該構造元件可由就3D列印機而言常用的材料製成。該構造元件較佳包括由抗黏材料構成的分離膜，固化之聚合的物體層能夠簡單地與該抗黏材料分離。該分離膜較佳由全氟乙丙稀(FEP)構成，因為此種材料在採用大量聚合樹脂的情況下抗黏地起作用。該等樹脂較佳可透過藉由光源，特別 是藉由UV光源之照射而固化。
在本發明之一較佳實施方式中，該第一下殼體部為上部開放的容器，該容器中容置有該第二上殼體部。因此，在存放該匣且該匣被封閉時，該第二上殼體部的所有元件皆被該第一下殼體部良好保護。即使在打開該匣後以及在製造物體期間，第一下殼體部包圍第二上殼體部並且在製造期間保護該物體免受雜質及機械因素的影響。
在本發明之一較佳實施方式中，在該第二上殼體部上構建有被至少一聚合液體填滿的液筒。該匣被所需之量及類型的該至少一聚合液體灌滿，該至少一液體可長時間地保持且受到良好保護地存放在該匣中。如此便能僅活化構造物體所需之量的液體混合物。從而透過限制液體量來避免多次不衛生地使用匣。
在本發明之另一實施方式中，在該第二上殼體部上設有插入空間，液筒可插入該插入空間。可將外部液筒插入該插入空間。該外部液筒例如可為泡罩袋，其在使用前被刺破。透過設置插入空間，該匣適用於不同液體且在應用方面特別靈活。
有利地，該液筒具有至少一第一及一第二容置空間，第一及第二聚合液體灌入該容置空間，其中該等容置空間的下端與混合室連通，該載體平台被至少一與該混合室流體連接的進給通道中斷，該進給通道與該第一下殼體部連通，使得該液體混合物可轉入該下殼體部。該液筒之元件使得該等液體能夠在其加工不久之前方被混合並且能夠完成混合地被壓入該下殼體部。在該下殼體部中，用該液體混合物完全覆蓋構造元件。可設有多個進給通道。如此便能視具體應用實例將該等聚合液體未混合地或者部分混合地轉入該載體平台與該構造元件間之下殼體部。
有利地，該匣以一體成型的方式構建並且在自該第一下殼體部 至該第二上殼體部之過渡區上具有標定斷裂點。該匣透過擊開該標定斷裂點便能在不進行進一步準備的情況下立即使用，並且該二殼體部能夠插入曝光裝置。
該匣亦可以兩分式的方式構建並且該第一及該第二上殼體部可解除地彼此連接在一起。該連接儘管可解除，但其密封程度足以在存放期間對該匣之元件進行良好保護。
在本發明之一較佳實施方式中，該第一及該第二上殼體部與位於自該第一下殼體部至該第二上殼體部之過渡區域中的可拉伸之連接元件連接在一起。在此情況下，在打開該匣並且在內腔中製造(壓印)物體時，該第一與第二上殼體部間之內腔亦透過該連接元件保持被環境密封。即使在該二殼體部在壓印期間被拉開的情況下，該可拉伸的連接元件亦將該二殼體部連接在一起。該可拉伸的連接元件較佳指波紋管，其固定在該二殼體部之相向的邊緣上。在相對第一下殼體部向上移動第二上殼體部期間，能夠根據長度拉開該波紋管。
在本發明之另一較佳實施方式中，該第一下殼體部之底部的外側被第一可剝離的防護罩覆蓋。因此，該構造元件受到良好保護，並且唯有在需要時方可被光源照射
在該第二上殼體部的頂側被第二可剝離的防護罩覆蓋時，係較為有利。如此便能在未插入該匣時，亦保護液筒，特別是其插塞或該插入空間免受雜質及損傷的影響。
有利地，該液筒具有至少一插塞，其能夠擠出該液體並且封閉該液筒的加注口。該插塞使得該液體腔自上被封閉並且該液體可自該液體室完全被移除。
本發明之特徵較佳亦在於，該第一下殼體部具有用於將該第一 下殼體部保持在該曝光裝置上的第一保持元件，該第一保持元件使得該構造元件可在該曝光裝置上被張緊。該第一下殼體部較佳與該第一保持元件形狀配合地連接在一起。該第一保持元件例如為突出部，其可被推入該曝光裝置之槽部。透過構造元件之預緊相對該載體平台對準或調整該構造元件。此外，透過該構造元件之預緊產生平面按壓面，物體之固化層能夠更簡單地與該構造元件分離。在該匣使用完畢後，能夠透過形狀配合方便地再次自該曝光裝置移除該匣。
在該第二上殼體部具有用於將該第二上殼體部保持在該曝光裝置上的第二保持元件時，係較為有利。藉由該第二保持元件將該第二上殼體部固定在提昇裝置上。在物體之疊加層構造期間，該提昇裝置相對該第一下殼體部提昇該第二上殼體部。與該第一下殼體部一樣，該第二上殼體部較佳形狀配合地保持在該提昇元件上。如此便能將該第二上殼體部迅速固定在該提昇裝置上並且能夠同樣迅速地再次與該提昇裝置分離。
本發明之另一態樣係有關於一種由前述3D列印機可拋棄式匣及曝光裝置構成的系統，該第一及該第二上殼體部可插入該曝光裝置，其中該以疊加層之方式構造的物體可在該第一與該第二上殼體部之間在該載體平台上製造。因此，用於製造物體之基本部件皆包含在該匣內。由曝光裝置提供固化該物體之層所需的光源。該曝光裝置亦包括提昇裝置，用於相對該下殼體部提昇該上殼體部。該曝光裝置亦包括至少一挺柱，用於將該液體自該液筒擠入該下殼體部。該系統能夠衛生地製造以疊加層之方式構造的物體，而不會污染該曝光裝置。
本發明之另一態樣係有關於一種用於插入具有構造元件的用於生產以疊加層之方式構造的物體之曝光裝置的3D列印機可拋棄式匣，其中，在該匣上構建有被至少一聚合液體填滿的液筒或者在該匣上設有插入空間，液筒 可插入該插入空間，以及，就該匣而言，構建有載體平台，其形成該匣之底側，其中在該載體平台的外側上可佈置有該以疊加層之方式構造的物體。在該實施方式中，該匣僅由該第二上殼體部構成。該第一下殼體部之元件，特別是該開放的容器及形成該容器之底部的構造元件未該曝光裝置之部件。該實施方案使得未耗盡的液體混合物能夠用於構造另一具有較低衛生要求的物體。就3D列印機而言，該實施方式能夠透過在第二上殼體部中混合聚合液體提供均質的壓印材料。
本發明之另一態樣係有關於一種製造由疊加層構成之物體的方法，其具有以下方法步驟：- 打開根據上述說明之3D列印機可拋棄式匣，具體方式在於將該第一下殼體部與該第二上殼體部分離，- 將該第一及第二上殼體部固定在該曝光裝置中，- 藉由至少一設在該曝光裝置上的挺柱將該至少一聚合液體自該第二上殼體部擠入該第一下殼體部，以及- 分級地構造該物體之疊加層，具體方式在於，在一層因曝光而固化後，分級地增大該第一與該第二上殼體部間之距離。
該方法能夠在該二殼體部內受保護地製造該以疊加層之方式構造的物體。所需之在光照射下固化的液體已灌注在該上殼體部中，這樣就可靠地避免因加注液體或其他向環境開放的方法步驟而污染物體。該匣設計為僅一次使用，以便製造物體。在使用完畢後便可將該匣清理掉。這樣就防止了該匣之同樣造成物體污染的循環使用。
在本發明之一較佳實施方式中，完全在構造該物體前或者同時且與構造該物體之層同步地擠出該至少一聚合液體。在大多情況下，首先將該至少一聚合液體擠入該用作容器之下殼體部。該液體之量較佳剛好足以構造該 物體。而在混合液體具有較短加工時間並且可在進入該下殼體部後緊接著被加工時，該液體有利地“及時”被轉入該下殼體部。亦即，聚合液體之部分輸送與該上殼體部相對該下殼體部之分級提昇相關聯。
11:3D列印機可拋棄式匣
13:第一下殼體部
15:第二上殼體部
17:標定斷裂點
19a、19b:液筒
21a、21b、21c:聚合液體
23:容置空間
25:插塞
27:混合室
29:進給通道
31:載體平台
33:以疊加層之方式構造的物體
35:構造元件
37:混合液體
39:第一保持元件
41:第二保持元件
43:光源
45:第一防護罩
47:第二防護罩
49:插入空間
更多優點及特徵參閱下文結合示意圖對本發明之兩個實施例的描述。以非按比例的圖式示出：圖1為本發明之3D列印機可拋棄式匣的第一實施方式之縱向剖面圖；圖2為本發明之3D列印機可拋棄式匣的第二實施方式之縱向剖面圖；圖3為以疊加層之方式構造的物體製造完畢後，圖1所示匣之縱向剖面圖。
圖1及3示出整體上用符號11標示之3D列印機可拋棄式匣的第一實施方式。
匣11包括第一下殼體部13及第二上殼體部15。在將匣11插入曝光裝置(未在圖中示出)前，該二殼體部13及15可被彼此分離。匣11直至在該曝光裝置中使用前係氣密密封，因此，該匣特別是適於在無菌條件下使用。
該二殼體部13及15在標定斷裂點17上彼此連接在一起並且能夠在該標定斷裂點上分離，以便使得匣11即可使用。標定斷裂點17能夠透過以下方式設定：匣11以一體成型的方式製造。較佳以射出成型的方式製造匣11。若第一及第二上殼體部13及15以獨立的方式製造，則可解除地將該二殼體部彼此連接在一起，使得匣內容物被密封。如圖1及2所示，下殼體部13為上部開放的容器，該容器中容置有上殼體部15。
根據該匣之第一實施方式(圖1及3)，在第二上殼體部15上構 建有液筒19a。該等圖式示出液筒19a之一實施方式，其中，三個不同之在曝光下聚合的液體21a、21b、21c灌入液筒19a的容置空間23。
透過插塞25能夠將液體21a、21b、21c壓入混合室27，在該混合室中，該等液體可透過混合而活化。在混合室27中可設有靜態的混合器，其均勻地混合液體21。液體21a、21b、21c可透過進給通道29進入下殼體部13。因此，下殼體部13可用作用於活化的液體混合物之盆。
上殼體部15的底側由載體平台31構成。在載體平台31之朝向下殼體部13的外側上構造待製造的物體33之層。
下殼體部13的底部實施為構造元件35，物體33之層可在該構造元件上聚合。構造元件35或至少該構造元件之朝向第二上殼體部15的內側為非黏性塗佈。如此便能在各層固化時，將透過曝光而聚合之層與構造元件35分離。
就匣11而言，尤為有利地，該匣不僅包括載體平台31，而且包括構造元件35。在載體平台31與構造元件之間以層地方式構造物體33。因此，在匣11內部，在下殼體部13與上殼體部15之間根據所謂之自下而上法製造該物體。亦即，並非在液體表面(樹脂表面)上，而是在下殼體部13的底部上構造該等待構造之物體層。透過自下殼體部13的底部向上移走上殼體部15之方式構造該物體，因此，在下殼體部13中存在較少量的混合液體(樹脂)37時，便已足夠。該底部或構造元件35需要被樹脂覆蓋，使得該樹脂可隨時在底部與物體33之間繼續流動，以便構造層。光源佈置在該底部下方，因此，該底部或構造元件35必須可透光。光源43較佳指UV光源。
為能在製造物體33期間自下殼體部13移走上殼體部15，該二殼體部13、15能夠固定在該曝光裝置中。為此，第一保持元件39構建在第一下殼體部13上，第二保持元件41構建在第二上殼體部41上。
下殼體部13能夠透過第一保持元件39以某種方式保持在該曝光裝置中，從而自光源43向上擠壓構造元件35並將該構造元件預緊。透過預緊構造元件35而相對載體平台31對準或調整構造元件35。構造元件35之精確對準使得物體33可以極小的尺寸公差而製造。該預緊亦簡化各固化層在光照射後與構造元件35之分離。
構造元件35較佳包括分離膜。該分離膜由抗黏材料構成，固化之聚合的物體層簡單地與該抗黏材料分離。該分離膜較佳由全氟乙丙稀(FEP)構成，原因在於，在採用大量可光固化的樹脂時，該材料抗黏地起作用。
上殼體部15能夠透過第二保持元件41固定在該曝光裝置上。該曝光裝置包括提昇裝置，用於相對第一下殼體部較佳無級地，提昇第二上殼體部15並亦再次將該第二上殼體部下降。每次在光源上的物體33之層透過照射被固化時，在將物體33與構造元件35分離後，將上殼體部15提昇一層之厚度。
該曝光裝置亦包括至少一挺柱，用於向下擠壓插塞25，以便能將液體21a、21b、21c自容置空間23擠入下殼體部13。
該物體能夠在特別衛生的條件下製造，具體方式在於，在製造物體33時方打開匣11，該匣已摻入所需之量的液體21a、21b、21c並且在匣11內製造該物體。匣11設為可拋棄式匣。在製造物體33並自匣11取出該物體後，將匣11清理掉。
該二殼體部13、15在其開放側上分別配設有第一或第二可剝離防護罩45、47。藉此，匣11直至使用前氣密密封。在使用前，第一及第二防護罩45、47可被移除。第一防護罩45保護構造元件35，第二防護罩47保護液筒19a或插塞25，以便不會非希望地在使用前移動或污染該構造元件及該液筒或該插塞。
圖2示出匣11之第二實施方式，其中，液筒19b並非第二上殼體部15之部件，而是用於插入設在第二上殼體部15上的插入空間49之獨立部件。如此便能根據該第二實施方式藉由液筒利用匣11，該等液筒單獨有售。
藉由匣11透過以下方法步驟製造物體33：首先打開匣11，具體方式在於，透過相對下殼體部13旋轉上殼體部15擊開標定斷裂點17。藉此將該二先前氣密密封連接的殼體部13、15彼此分離。自殼體部13、15移除第一及第二防護罩45、47，使得匣11即可使用。
此外，在將匣11插入曝光裝置時，上殼體部15仍容置在下殼體部13中且僅略被提昇。因此，在插入匣11期間，載體平台31及構造元件35亦仍受保護。透過提昇能夠將上殼體部15與提昇裝置連接在一起，具體方式在於將第二保持元件與該提昇裝置連接在一起。透過第一保持元件39將下殼體部13與該曝光裝置連接在一起。在此情況下，光源43對準構造元件35。
藉由挺柱將液筒19a或19b中的液體21a、21b、21c(可光固化的樹脂)擠入下殼體部13。該等挺柱設在曝光裝置上並且能夠與容置空間23之數目及插塞25之所需移動距離相匹配。
在混合液體37覆蓋構造元件35時，開始物體33之層的疊加構造。在一層透過藉由光源43之照射而固化後，藉由提昇裝置將上殼體部15自下殼體部13提昇一層厚。因此，在構造該物體期間，該二殼體部13、15間的距離有所增大。
亦可與層構造同步地且並非在該層構造之前，清空液筒19a或19b。在此情況下，在應僅在即將加工前混合該等液體的情況下，此點可係有意義的。
3D列印機可拋棄式匣11具有較高衛生標準，原因在於，僅在製造物體33不久之前方打開該3D列印機可拋棄式匣並且該3D列印機可拋棄式匣 先前氣密密封。此外，該3D列印機可拋棄式匣僅包含製造物體33所需之量的可固化液體21a、21b、21c。在製造物體33後將匣11清理掉，從而毋需其他清潔。因此，總是使用新的衛生上無可挑剔的匣11來製造物體33。
11:3D列印機可拋棄式匣
13:第一下殼體部
15:第二上殼體部
23:容置空間
25:插塞
27:混合室
29:進給通道
31:載體平台
33:以疊加層之方式構造的物體
35:構造元件
37:混合液體
39:第一保持元件
41:第二保持元件
43:光源

Claims (16)

  1. 一種用於插入用於生產以疊加層之方式構造的物體(33)之曝光裝置的3D列印機可拋棄式匣(11)，該匣(11)包含至少一聚合液體(21a，21b，21c)，或者，至少一聚合液體(21a，21b，21c)可注入該匣(11)，其特徵在於，該匣(11)包括：第一下殼體部(13)，第二上殼體部(15)，其可自該第一下殼體部(13)拆除，載體平台(31)，其形成該第二上殼體部(15)之底側，其中在構造該物體(33)期間，在該載體平台(31)的外側上可佈置有以疊加層之方式製造的該物體(33)，以及構造元件(35)，其相當於該第一下殼體部(13)的底部，其中在該構造元件(35)的內側上，該物體(33)之層為聚合性並且該構造元件(35)的內側為非黏性塗佈；其中該第一下殼體部與該第二上殼體部連接以使得該匣直至在該曝光裝置中使用前係氣密密封。
  2. 如請求項1所述之匣，其特徵在於，該第一下殼體部(13)為上部開放的容器，該容器中容置有該第二上殼體部(15)。
  3. 如請求項1所述之匣，其特徵在於，在該第二上殼體部(15)上構建有被該至少一聚合液體(21a，21b，21c)填滿的液筒(19a)。
  4. 如請求項1所述之匣，其特徵在於，在該第二上殼體部(15)上設有插入空間(49)，液筒(19b)可插入該插入空間(49)。
  5. 如請求項3所述之匣，其特徵在於，該液筒(19a)具有至少 一第一及一第二容置空間(23)，第一及第二聚合液體(21a，21b)灌入該等容置空間，其中該等容置空間的下端與混合室(27)連通，該載體平台(31)被與該混合室(27)流體連接的至少一進給通道(29)所中斷，該進給通道(29)與該第一下殼體部(13)連通，使得該液體混合物(37)可轉入該下殼體部(15)。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之匣，其特徵在於，該匣(11)以一體成型的方式構建並且在自該第一下殼體部(13)至該第二上殼體部(15)之過渡區上具有標定斷裂點(17)。
  7. 如請求項1至5中任一項所述之匣，其特徵在於，該匣(11)以兩分式的方式構建並且該第一下殼體部(13)及該第二上殼體部(15)係可解除地彼此連接在一起。
  8. 如請求項1至5中任一項所述之匣，其特徵在於，該第一下殼體部(13)及該第二上殼體部(15)與位於自該第一下殼體部(13)至該第二上殼體部(15)之過渡區域中的可拉伸之連接元件連接在一起。
  9. 如請求項1至5中任一項所述之匣，其特徵在於，該第一下殼體部(13)之底部的外側被第一可剝離的防護罩(45)覆蓋。
  10. 如請求項1至5中任一項所述之匣，其特徵在於，該第二上殼體部(15)的頂側被第二可剝離的防護罩(47)覆蓋。
  11. 如請求項3至5中任一項所述之匣，其特徵在於，該液筒(19a，19b)具有至少一插塞(25)，其能夠擠出該液體(21a，21b，21c)並且封閉該液筒(19a，19b)的加注口。
  12. 如請求項1至5中任一項所述之匣，其特徵在於，該第一下殼體部(13)具有用於將該第一下殼體部(13)保持在該曝光裝置上的第一保持元件(39)，該第一保持元件(39)使得該構造元件(35)可在該曝光裝置上 被張緊。
  13. 如請求項1至5中任一項所述之匣，其特徵在於，該第二上殼體部(15)具有用於將該第二上殼體部保持在該曝光裝置上的第二保持元件(41)。
  14. 一種由如請求項1至13中任一項所述之3D列印機可拋棄式匣(11)及曝光裝置所構成的系統，該第一下殼體部(13)及該第二上殼體部(15)可插入該曝光裝置，其中以疊加層之方式構造的該物體(33)可在該第一下殼體部(13)與該第二上殼體部(15)之間在該載體平台(31)上製造。
  15. 一種製造由疊加層構成之物體(33)的方法，該方法具有以下方法步驟：打開如請求項1至12中任一項所述之3D列印機可拋棄式匣(11)，具體方式在於將該第一下殼體部(13)與該第二上殼體部(15)分離；將該第一下殼體部(13)及第二上殼體部(15)固定在該曝光裝置中；藉由至少一設在該曝光裝置上的挺柱將該至少一聚合液體(21a，21b，21c)自該第二上殼體部(15)擠入該第一下殼體部(13)；以及分級地構造該物體(33)之疊加層，具體方式在於，在一層因曝光而固化後，分級地增大該第一下殼體部(13)與該第二上殼體部(15)間之距離。
  16. 如請求項15所述之方法，其特徵在於，完全在構造該物體(33)前或者在構造該物體(33)之層期間同步地擠出該至少一聚合液體(21a，21b，21c)。
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