TWI815249B - 三維列印系統及三維列印方法 - Google Patents
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Abstract
一種三維列印系統，包含一輸送裝置、至少一供粉機、一供樹脂機、一打印基座以及一照光機，其中，三維列印方法包含：輸送裝置輸送一膠帶，供粉機投放至少一種粉末原料於膠帶之黏膠層黏附；而供樹脂機提供一可光固化之樹脂原料，與被黏膠層黏附的粉末原料形成一混合原料；藉由打印基座之打印頭與混合原料接觸，藉由與照光機的光源對混合原料照光使其固化形成具有預定形狀的一固化層。藉此，有效節省原料之用量。
Description
本發明係與三維列印有關；特別是指一種可節省原料的三維列印系統及三維列印方法。
三維列印(3D printing)又稱為積層製造是一種快速成型製造之技術，以數位的三維圖檔為基礎，將材料層層堆疊方式列印出所需的三維物件，相較傳統過程則不需要額外開模製造，時間更快速且對於少量產的人而言更具有成本效益。以及三維列印的技術具有客製化，提升成品精密細節之優點，並隨相關材料之發展，亦可用以製成高分子及各式金屬之成品，並廣泛被應用於民生產品、工業模具及精細的小零件。
已知三維列印係以各式的機型及搭配多種不同的成型原料使用。其中，光固化成型之三維列印技術是以光固化的樹脂原料為基礎與功能粉末混合成列印漿料，再利用光源的照射使列印漿料中的樹脂發生光聚合作用，固化形成至少一固化層，亦可重複在上次固化層上繼續新的固化層，直到堆疊形成三維立體圖形。
習用的列印漿料是預先混而成，於調合的過程中容易超估漿料之使用量，未用完的列印漿料將導致過多原料的浪費，致使列印成本較高的問題。
有鑑於此，本發明之目的在於提供一種三維列印系統及三維列印方法，可減少原料的浪費。
緣以達成上述目的，本發明提供的一種三維列印系統，包含一輸送裝置，具有一輸送區，該輸送裝置用以輸送一膠帶於該輸送區沿一方向移動，該膠帶具有朝上的一黏膠層；至少一供粉機，用以提供至少一種粉末原料，而該至少一供粉機位於該輸送區上方，並且將該至少一種粉末原料投放於該黏膠層，而藉由該黏膠層黏附所投放的該至少一種粉末原料；一供樹脂機，用以提供一可光固化之樹脂原料，而該供樹脂機位於該輸送區上方，並且將該可光固化之樹脂原料投放於被該黏膠層黏附的該至少一粉末原料上，而形成一混合原料；一打印基座，具有一打印頭，設置於該輸送區上方，該打印頭可相對於該輸送區靠近或遠離，以接觸該混合原料；一照光機，具有一光源，該光源位於該打印頭與該膠帶的下方，該光源產生具有一預定形狀的一照光範圍，使該打印頭下方的混合原料固化形成具有該預定形狀的一固化層。
此外，本發明更提供一種三維列印方法，包含下列步驟：A.提供一膠帶，該膠帶具有朝上的一黏膠層；B.將一第一粉末原料投放於該黏膠層，藉由該黏膠層黏附所投放的該第一粉末原料；C.將一可光固化之樹脂原料投放於被該黏膠層黏附的該第一粉末原料上而形成一第一混合原料；D.提供一打印頭，將該打印頭接觸該第一混合原料；E.在該打印頭與該膠帶的下方提供一光源，該光源產生具有一預定形狀的一照光範圍，使該打印頭下方的第一混合原料固化形成具有該預定形狀的一第一固化層。
本發明之效果在於，藉由膠帶的黏膠層黏附粉末原料，再與可光固化之樹脂原料混合後再進行固化層的成形，有效減少未使用的粉末原料及可光固化之樹脂原料的浪費。藉此，能改善習用預先將原料混合調成漿料，於過程中容易超估漿料之使用量，進而導致過多原料的浪費及高成本的問題。
〔本發明〕
1:三維列印系統
10:輸送裝置
12:輸送區
14:基座
16:滾動件
20:翻轉裝置
22:翻轉馬達
24:翻轉軸
30:供粉機
40:壓平機
42:壓頭
50:供樹脂機
60:打印基座
62:打印頭
70:照光機
72:光源
74:驅動單元
742:第一軌道
744:第二軌道
76:遮罩板
762:透光區
80:回收容槽
100:膠帶
100a:黏膠層
200:粉末原料
202:可光固化之樹脂原料
204:混合原料
206:固化層
300:照光範圍
X:第一軸向
Y:第二軸向
圖1為本發明一第一較佳實施例之三維列印系統的示意圖。
圖2為本發明第一較佳實施例之翻轉動作的示意圖。
圖3為本發明第一較佳實施例之照光範圍的示意圖。
圖4為本發明另一較佳實施例之照光範圍的示意圖。
圖5為本發明第一較佳實施例之三維列印方法之流程圖。
圖6為本發明第一較佳實施例之三維列印方法之流程圖。
為能更清楚地說明本發明，茲舉較佳實施例並配合圖式詳細說明如後。請參圖1與圖2所示，為本發明一較佳實施例之三維列印系統1，包含一輸送裝置10、至少一供粉機30、一供樹脂機50、一打印基座60以及一照光機70。
該輸送裝置10具有一輸送區12，輸送裝置10用以輸送一膠帶100於該輸送區12移動，其中該膠帶100具有朝上的一黏膠層100a，該黏膠層100a用以供粉末原料200緊密黏附。本實施例中，該輸送裝置10包括一基座14，基座14中設置有一馬達(圖未示)與複數滾動件16，
馬達驅動滾動件16滾動，膠帶100繞於滾動件16上，進而受滾動件16帶動而沿一方向在該輸送區12移動。
至少一供粉機30位於該輸送區12上方。本實施例中，至少一供粉機30的數量以複數個為例且依序沿膠帶100的移動方向配置，該些供粉機30內部已預分別備置好不同的功能性之粉末原料200，例如陶瓷粉末、金屬粉末等，各該供粉機30用以投放粉末原料200至其下方的膠帶100上，使粉末原料200黏附於膠帶100的黏膠層100a。可依需求控制特定的供粉機30投放粉末原料200，例如欲提升固化硬度可以選擇陶瓷粉末，若欲提升強度或導電程度可以選擇金屬粉末等。
本實施例的三維列印系統1更包含一翻轉裝置20，連接於該輸送裝置10，翻轉裝置20用以帶動該輸送裝置10翻轉。該翻轉裝置20包括一翻轉馬達22與一翻轉軸24，該翻轉馬達22驅動該翻轉軸24轉動，該翻轉軸24連接該輸送裝置10的基座14的相對兩側，且該翻轉軸24的軸向與該膠帶100移動的該方向平行，使該翻轉軸24帶動該輸送裝置10連同膠帶100一同翻轉(圖2參照)，將未被該黏膠層100a黏附之粉末原料200落下並離開該膠帶100。翻轉後，翻轉馬達22再次反轉，使得輸送裝置10連同膠帶100翻轉回原位。
本實施例的三維列印系統1更包括與一壓平機40，位於供粉機30的下游且位於該輸送區12上方，壓平機40具有一壓頭42，該壓頭42可相對於該輸送區12靠近或遠離。在供粉機30完成粉末原料200投放之後，可選擇地對移至壓頭42下方的黏膠層100a之粉末原料200壓平，此時粉末原料200可以相較於尚未壓平前，更穩固地黏附於黏膠層100a。
本實施例中於該輸送裝置10的基座14下方更設置有至少一回收容槽80，本實施例中，回收容槽80的數量為對應供粉機30的數量。
在粉末原料200被壓平後，可將被壓平的粉末原料200移至回收容槽80上方，再操控翻轉裝置20帶動該輸送裝置10翻轉，使得未被黏膠層100a黏附的粉末原料200落入對應的回收容槽80中，讓回收容槽80承接多餘的粉末原料200，再被放回對應的供粉機30中重複利用。
該供樹脂機50用以提供一可光固化之樹脂原料202，且該供樹脂機50位於該輸送區12上方，並且可將該可光固化之樹脂原料202投放於被該黏膠層100a黏附的粉末原料200上形成一混合原料204。可光固化之樹脂原料202可例如受紫外線照射後固化之樹脂原料。如此一來，該混合原料204因含有可光固化之樹脂原料202而具有可光固化之特性。
該打印基座60位於該供樹脂機50的下游且位於該輸送區12上方，該打印基座60具有一打印頭62，該打印頭62可相對於該輸送區12靠近或遠離，在混合原料204移動到打印頭62下方時，打印頭62向下移動，以接觸該混合原料204，使該混和原料204附著於該打印頭62上。
該照光機70具有一光源72，該光源72位於該打印頭62與該膠帶100的下方，該光源72用以產生具有一預定形狀的一照光範圍300，光源72所發出的光線可例如是紫外線。於該混和原料204附著於該打印頭62時，藉由光源72所發出的光線使該混合原料204固化，讓打印頭62上的混合原料204形成具有一預定厚度及一預定形狀的一固化層206。
參照圖3所示，本實施例中，該照光機70包括一驅動單元74，該驅動單元74具有二第一軌道742與一第二軌道744，該二第一軌道742平行設置且沿一第一軸向X延伸，該第二軌道744沿一第二軸向Y延伸且可沿第一軸向X移動地設置於該二第一軌道742上，該光源72設置
於第二軌道744上且可沿第二軸向Y移動。可透過馬達(圖未示)驅動第二軌道744及光72源移動，帶動該光源72在第一軸向X與該第二軸向Y構成之平面上移動，形成具有預定形狀的照光範圍300。調整光源72移動的路徑即可產生不同之預定形狀。
在另一實施例中，參照圖4所示，該照光範圍300也可以透過至少一遮罩板76形成，遮罩板76具有一透光區762，由該透光區762形成符合該預定形狀之形狀，該光源72的光線透過該透光區762，而形成該預定形狀的照光範圍。若欲產生不同的預定形狀之照光範圍，則可提供多個具有不同形狀之透光區762的遮罩板76。
藉由上述之架構即可進行圖5所示之三維列印方法，包含下列步驟：
提供膠帶100。將膠帶100設置於該輸送裝置10的輸送區12。
粉末原料200(即本發明定義的第一粉末原料)投放於該黏膠層100a。視所要投放的粉末原料200操控對應的供粉機30在黏膠層100a上投放粉末原料200，再由輸送裝置10帶動膠帶100沿該方向移動。
續由輸送裝置10繼續帶動膠帶100，讓黏膠層100a上之粉末原料200移至壓頭42下方，操控壓頭42下移，以壓頭42將粉末原料200壓平。在一實施例中，壓平粉末之步驟亦可省略。
翻轉該膠帶100，使得未被黏膠層100a黏附之粉末原料200落下並離開膠帶100。本實施例中，係由輸送裝置10繼續帶動膠帶100，讓被壓平的粉末原料200移至對應的回收容槽80上方，再係控制翻轉裝置20帶動輸送裝置10連同膠帶100翻轉，使多餘的粉末原料200落入回收容槽80中。在一實施例中，翻轉該膠帶100之步驟亦可省略。
較佳者，於投放粉末、壓平粉末和翻轉膠帶之步驟時，膠帶處於靜止不動的狀態。之後，再由輸送裝置10繼續帶動膠帶100沿該方向移動。
在膠帶100上的粉末原料200移動至供樹脂機50下方時，將可光固化之樹脂原料202投放於被黏膠層100a黏附的粉末原料200上，形成混合原料204(即本發明定義的第一混合原料)。較佳者，於投放可光固化之樹脂原料202時，膠帶100處於靜止不動的狀態。之後，再由輸送裝置10繼續帶動膠帶100沿該方向移動。
在膠帶100上的混合原料204移動至打印頭62下方時，將打印頭62接觸混合原料204。本實施例中，係操控打印頭62下移，以接觸混合原料204。
在該打印頭62與該膠帶100的下方提供光源72，讓光源72產生具有預定形狀的照光範圍300。打印頭62下方的混合原料204受光源72的光線照射後，形成位在黏膠層100a上的固化層206，且固化層206的頂部連接於打印頭62的底部。而後，便可操控打印頭62上移，讓打印頭62連同固化層206離開黏膠層100a。即何得到三維的具有預定厚度及預定形狀的固化層206(即本發明定義的第一固化)。
使用者可選擇將固化層206自打印頭62上取下，或繼續進行下一層的固化層206之三維列印。若欲進行下一層的固化層206之三維列印，則續行圖6所示之下列步驟：
將粉末原料200投放於該黏膠層100a，藉由該黏膠層100a黏附所投放的粉末原料200(即本發明定義的第二粉末原料)。於本步驟所投放的粉末原料200可為同前次的粉末原料200或另一種不同的粉末原料200，視所要投放的粉末原料200操控對應的供粉機30在黏膠層
100a上投放粉末原料200。舉例來說，第一次投放的粉末原料200可為陶瓷粉末，而第二次投放的粉末原料200則為金屬粉末。如此一來，便可利用不同的材質特性層疊達到使列印成品具有多種材料的特性效果。
之後，同樣可以進行翻轉膠帶100之步驟以及粉末壓平之步驟，再由輸送裝置10繼續帶動膠帶100沿該方向移動。
在膠帶100上的粉末原料200移動至供樹脂機50下方時，將可光固化之樹脂原料202投放於被黏膠層100a黏附的粉末原料200上，形成混合原料204(即本發明定義的第二混合原料)。
在膠帶100上的混合原料204移動至打印頭62下方時，將打印頭62上的固化層206接觸該混合原料204。本實施例中，係操控打印頭62下移，以使其上的固化層206接觸混合原料204。此外，若此次印製過程中所投放之粉末原料200與前一次印製過程中所投放之粉末原料200為不同材質時(如本次為金屬粉末，前次為陶瓷粉末)，為避免前次照光固化步驟中沾黏於打印頭62上的殘餘未固化的混合原料204影響此次的混合原料204特性，於打印頭62接觸此次混合原料204前，更可包含一清洗打印頭62之步驟，藉以將前次沾黏於打印頭62上的殘餘未固化的混合原料204去除，例如以溶劑及/或清水沖洗打印頭62。當然，若是此次印製過程中所投放之粉末原料200與前一次印製過程中所投放之粉末原料200為相同材質時，前述之清洗打印頭62之步驟亦可省略。
在該打印頭62與該膠帶100的下方提供光源72，讓光源72產生具有預定形狀的照光範圍300，本步驟的預定形狀可同前次的預定形狀或不同於前次的預定形狀。打印頭62下方的混合原料204受光源72的光線照射後，形成固化層204(即本發明定義的第二固化層)，且本次所形成的固化層204與前次的固化層204結合。而後，便可操控打印頭
62，讓打印頭62連同固化層204離開黏膠層100a。使用者可選擇將固化層204自打印頭62上取下，或繼續進行下一層的固化層204之三維列印。
據上所述，本發明之三維列印系統及三維列印方法，藉由膠帶100的黏膠層100a黏附粉末原料200，再與可光固化之樹脂原料202混合後再進行固化層206的成形，有效減少未使用的粉末原料200及可光固化之樹脂原料202的浪費。
以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本發明之專利範圍內。
1:三維列印系統
10:輸送裝置
12:輸送區
14:基座
16:滾動件
24:翻轉軸
30:供粉機
40:壓平機
42:壓頭
50:供樹脂機
60:打印基座
62:打印頭
70:照光機
72:光源
80:回收容槽
100:膠帶
100a:黏膠層
200:粉末原料
202:可光固化之樹脂原料
204:混合原料
206:固化層
Claims (9)
- 一種三維列印系統，包含：一輸送裝置，具有一輸送區，該輸送裝置用以輸送一膠帶於該輸送區沿一方向移動，該膠帶具有朝上的一黏膠層；至少一供粉機，用以提供至少一種粉末原料，而該至少一供粉機位於該輸送區上方，並且將該至少一種粉末原料投放於該黏膠層，而藉由該黏膠層黏附所投放的該至少一種粉末原料；一供樹脂機，用以提供一可光固化之樹脂原料，而該供樹脂機位於該輸送區上方，並且將該可光固化之樹脂原料投放於被該黏膠層黏附的該至少一粉末原料上，而形成一混合原料；一打印基座，具有一打印頭，設置於該輸送區上方，該打印頭可相對於該輸送區靠近或遠離，以接觸該混合原料；一照光機，具有一光源，該光源位於該打印頭與該膠帶的下方，該光源產生具有一預定形狀的一照光範圍，且於該打印頭下移接觸混合原料時，該打印頭下方的混合原料受該光源的光線照射而固化形成具有該預定形狀且位在該黏膠層上的一固化層，且該固化層連接於該打印頭的底部，而後，該打印頭上移時，該打印頭連同該固化層離開該黏膠層；一翻轉裝置，連接該輸送裝置，該翻轉裝置帶動該輸送裝置翻轉，使得未被該黏膠層黏附之該至少一種粉末原料落下並離開該膠帶。
- 如請求項1所述之三維列印系統，包括有一壓平機，位於該輸送區上方且位於該至少一供粉機與該供樹脂機之間；該壓平機具有一壓頭，該壓頭可相對於該輸送區靠近或遠離，以將該黏膠層上的該至少一粉末原料壓平。
- 如請求項1所述之三維列印系統，包括至少一回收容槽，該至少一回收容槽位於該輸送裝置下方，用以承接落下並離開該膠帶的該至少一種粉末原料。
- 如請求項1所述之三維列印系統，其中該照光機包括一驅動單元，且該光源設置於該驅動單元上，該驅動單元帶動該光源移動，以形成該預定形狀的照光範圍。
- 如請求項1所述之三維列印系統，其中該照光機包括至少一遮罩板，該遮罩板具有一透光區，該透光區的形狀符合該預定形狀；該光源的光線透過該透光區形成該預定形狀的照光範圍。
- 一種三維列印方法，包含下列步驟：A.提供一膠帶，該膠帶具有朝上的一黏膠層；B.將一第一粉末原料投放於該黏膠層，藉由該黏膠層黏附所投放的該第一粉末原料；C.將一可光固化之樹脂原料投放於被該黏膠層黏附的該第一粉末原料上而形成一第一混合原料；D.提供一打印頭，將該打印頭接觸該第一混合原料；E.在該打印頭與該膠帶的下方提供一光源，該光源產生具有一預定形狀的一照光範圍，操控該打印頭下移接觸混合原料，且該打印頭下方的第一混合原料受該光源的光線照射而固化形成具有該預定形狀且位在該黏膠層上的一第一固化層，且該固化層連接於該打印頭的底部，而後，操控該打印頭時上移，該打印頭連同該第一固化層離開該黏膠層；其中，步驟B與步驟C之間包含：翻轉該膠帶，使得未被該黏膠層黏附之該第一粉末原料落下並離開該膠帶。
- 如請求項6所述之三維列印方法，其中步驟E之後包含： F.將一第二粉末原料投放於該黏膠層，藉由該黏膠層黏附所投放的該第二粉末原料；G.將該可光固化之樹脂原料投放於被該黏膠層黏附的該第二粉末原料上而形成該第二混合原料；H.將該打印頭移至該第二混合原料上，使該打印頭上的第一固化層接觸該第二混合原料；I.在該打印頭與該膠帶的下方提供該光源，該光源產生具有另一預定形狀的一照光範圍，使該打印頭下方的第二混合原料固化形成具有該另一預定形狀的一第二固化層。
- 如請求項6所述之三維列印方法，其中步驟B與步驟C之間包含：提供一壓頭，以該壓頭將該黏膠層上的該第一粉末原料壓平。
- 如請求項7所述之三維列印方法，其中步驟H之前包含：清洗該打印頭，以去除沾黏於該打印頭上的該第一混合原料。
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ID=88147854
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|---|---|---|---|
| TW110147580A TWI815249B (zh) | 2021-12-17 | 2021-12-17 | 三維列印系統及三維列印方法 |
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| TW (1) | TWI815249B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200513330A (en) * | 2003-10-14 | 2005-04-16 | Hewlett Packard Development Co | System and method for fabricating a three-dimensional metal object using solid free-form fabrication |
| US20170182708A1 (en) * | 2015-12-09 | 2017-06-29 | Autodesk, Inc. | Multi-material stereolithographic three dimensional printing |
| CN109605737A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-04-12 | 源秩科技（上海）有限公司 | 一种光固化3d打印系统和打印方法 |
| CN113474170A (zh) * | 2019-03-08 | 2021-10-01 | 株式会社理光 | 构造为对三维被建模对象进行建模的设备、构造为使粒子飞行的设备以及对三维被建模对象进行建模的方法 |
-
2021
- 2021-12-17 TW TW110147580A patent/TWI815249B/zh active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200513330A (en) * | 2003-10-14 | 2005-04-16 | Hewlett Packard Development Co | System and method for fabricating a three-dimensional metal object using solid free-form fabrication |
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| CN113474170A (zh) * | 2019-03-08 | 2021-10-01 | 株式会社理光 | 构造为对三维被建模对象进行建模的设备、构造为使粒子飞行的设备以及对三维被建模对象进行建模的方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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