TWM501933U - 光固化成型之三維列印裝置 - Google Patents

Description

光固化成型之三維列印裝置

本新型創作是有關於一種列印裝置，且特別是有關於一種光固化成型之三維列印裝置。

隨著科技發展，三維列印(3D printing)技術及增材製造(Additive Manufacturing，AM)技術已經成為最主要發展的技術之一。上述這些技術屬於快速成型技術的一種，它可以直接藉由使用者設計好的數位模型檔案來直接製造出所需的成品，且成品幾乎是任意形狀的三維實體。現有的三維列印根據各式的機型及材料有多種不同的成型機制，舉凡是液態樹脂、漿料、金屬(例如金屬粉體)或非金屬(例如陶瓷粉體)等材料，皆可透過逐層堆疊累積的方式來構造出所需形狀的三維實體。在過去的模具製造、工業設計等領域，三維列印技術常常被用於製造模型，現在則逐漸被應用於珠寶、鞋類、工業設計、建築、工程、汽車、航空、牙科和醫療產業、教育、土木工程以及其他領域中。

現有將上述粉末狀的金屬粉體或非金屬粉體堆疊累積成 三維實體的其中兩種方法包括選擇性雷射燒結(Selective Laser Sintering,SLS)及選擇性雷射熔融(Selective Laser Melting,SLM)，上述兩者都是將粉體加熱至其燒結溫度或熔點以使粉體燒結或熔融成為一層具有特定厚度的薄膜，經過多次的燒結或熔融後可製造出多層堆疊的薄膜，進而構成三維實體。

另一種方法是透過光固化技術(Stereolithography，SLA)，將升降機台的載板浸入光固化液態材料中，利用UV雷射光照射在光固化液態材料上，使光固化液態材料固化在載板上，完成一平面之後，再移動升降機台的高度，未被照射的光固化液態材料將會維持液態，依照這樣的模式不斷製作多層，堆疊出三維物件，將此三維物件置於UV光下照射進行最後加強固化。然而，此類光固化材料所製作之三維物件其結構強度及硬度較低，因此要如何提昇所製作出的三維物件的結構強度及支撐性，亦為目前需研究的課題。

本新型創作提供一種光固化成型之三維列印裝置，其可製作出具有較佳結構強度與支撐性的三維物件。

本新型創作的一種光固化成型之三維列印裝置，包括一槽體、一升降機台、一多孔性載板及一光源。槽體用以盛裝一光固化液態材料。升降機台配置於槽體的上方。多孔性載板設置於升降機台，其中升降機台驅動多孔性載板從光固化液態材料中移 動至光固化液態材料上方，且多孔性載板的孔隙率約在40%至80%之間。光源配置於槽體的下方，光源照射光固化液態材料，以使光固化液態材料固化於多孔性載板上以形成一三維物件。

在本新型創作的一實施例中，上述的多孔性載板的材質包括氧化鋯、氧化鋁、石膏或是矽酸鈣。

在本新型創作的一實施例中，上述的多孔性載板的密度介於0.2(公克/立方公分)至2.4(公克/立方公分)之間。

在本新型創作的一實施例中，上述的多孔性載板可拆卸地固定於升降機台上。

在本新型創作的一實施例中，上述的多孔性載板以真空吸引或抽取的方式固定於升降機台上。

在本新型創作的一實施例中，上述的光固化液態材料包括一光固化樹脂溶液以及摻雜於光固化樹脂溶液內的一陶瓷粉體或一金屬粉體。

在本新型創作的一實施例中，上述的陶瓷粉體或是金屬粉體在該光固化樹脂溶液中的填充率的體積百分比約在20%至80%之間。

在本新型創作的一實施例中，上述的陶瓷粉體或是金屬粉體的粒徑介於20奈米至20微米之間。

在本新型創作的一實施例中，上述的金屬粉體的材質包括鐵、鈷、鎳、鐵氧體或金屬陶瓷。

在本新型創作的一實施例中，上述的陶瓷粉體之材質包 括氧化鋯、三氧化二鋁、二氧化矽、二氧化鈦、氮化矽、碳化矽或其組合。

在本新型創作的一實施例中，上述的光源包括一雷射光源或一數位光源投影系統(DLP System)。

基於上述，本新型創作的光固化成型之三維列印裝置透過在升降機台上設置孔隙率約在40%至80%之間的多孔性載板，當多孔性載板浸入光固化液態材料中時，摻雜於光固化樹脂溶液內的陶瓷粉體或金屬粉體會受到多孔性載板的孔隙所產生的虹吸作用而更緊密地吸附至多孔性載板，使得堆積於多孔性載板上的粉體密度增加。換句話說，本新型創作的光固化成型之三維列印裝置透過多孔性載板的配置，使得形成於多孔性載板上的三維物件的密度可被提高，進而增加三維物件的結構強度，而製作出具有較佳支撐性的三維物件。此外，本新型創作的光固化成型之三維列印裝置的多孔性載板可透過例如是真空吸引或抽取的方式可拆卸地固定於升降機台上，在列印完成之後可直接將多孔性載板與三維物件拆離於升降機台，待將多孔性載板與三維物件分開後，多孔性載板經由清洗、乾燥而被重複利用，以降低生產成本。

為讓本新型創作的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

10‧‧‧光固化液態材料

12‧‧‧光固化樹脂溶液

14‧‧‧金屬粉體

20‧‧‧三維物件

100‧‧‧光固化成型之三維列印裝置

110‧‧‧槽體

120‧‧‧升降機台

122‧‧‧平台區

130‧‧‧多孔性載板

140‧‧‧光源

圖1是依照本新型創作的一實施例的一種光固化成型之三維列印裝置的示意圖。

圖2至圖3是圖1的光固化成型之三維列印裝置的多孔性載板浸入光固化液態材料之後金屬粉體被吸附於多孔性載板的局部放大示意圖。

本發明的光固化成型之三維列印裝置可依據例如透過電腦輔助設計(CAD)或動畫建模軟體等建構而成的立體模型的多層橫截面逐步製造出三維物件。下面將對光固化成型之三維列印裝置進行詳細地介紹。圖1是依照本新型創作的一實施例的一種光固化成型之三維列印裝置的示意圖。請參閱圖1，本實施例的光固化成型之三維列印裝置100包括一槽體110、一升降機台120、一多孔性載板130及一光源140。

槽體110用以盛裝一光固化液態材料10。在本實施例中，光固化液態材料10包括一光固化樹脂溶液12以及摻雜於光固化樹脂溶液12內的一金屬粉體14。金屬粉體14的材質包括鐵、鈷、鎳、鐵氧體或金屬陶瓷，但金屬粉體14的種類不以此為限制。金屬粉體14在光固化樹脂溶液中的填充率的體積百分比約在20%至80%之間，且金屬粉體14的粒徑介於20奈米至20微米之間。在其他實施例中，光固化液態材料10也可以是陶瓷粉體摻雜於光固化樹脂溶液12內，陶瓷粉體的材質包括氧化鋯、三氧化二鋁、二 氧化矽、二氧化鈦、氮化矽、碳化矽或其組合，陶瓷粉體在光固化樹脂溶液中的填充率的體積百分比約在20%至80%之間，且陶瓷粉體的粒徑介於20奈米至20微米之間。此外，光固化樹脂溶液10也可視需求添加適量的揮發溶劑來調整光固化樹脂溶液10的黏滯度與流動性。

升降機台120配置於槽體110的上方。在本實施例中，升降機台120包括一平台區122，多孔性載板130設置於升降機台120的平台區122。升降機台120可以上下移動而使得多孔性載板130能夠向下接觸到光固化液態材料10，也能夠移動至光固化液態材料10上方。

光源140配置於槽體110的下方，在本實施例中，槽體110的底部可透光，而使得光源140所發出的光線能夠穿過槽體110的底部以照射到光固化液態材料10。

在本實施例中，光源140為一雷射光源，光源140可提供能固化光固化液態材料10之波段的光線(例如紫外線)，但光源140的種類與所發出光線的波段並不以此為限制。在其他實施例中，也可以透過一數位光源投影系統(DLP System)來提供光線，詳細地說，透過數位微鏡裝置(未繪示)將照明光束轉變成影像光束，再利用投影鏡頭(未繪示)將影像光束投影於光固化液態材料，以固化光固化液態材料10中對應於影像光束的部分。

在本實施例中，多孔性載板130的孔隙率約在40%至80%之間，多孔性載板130的材質包括氧化鋯、氧化鋁、石膏或是矽 酸鈣，且多孔性載板130的密度介於0.2(公克/立方公分)至2.4(公克/立方公分)之間。本實施例的光固化成型之三維列印裝置100藉由利用多孔性載板130來當作三維物件20的成型底板，在升降機台120向上逐層移動的過程中，可使光固化液態材料10在多孔性載板130上逐層固化以堆疊成具有較佳結構強度的三維物件20。

詳細而言，圖2至圖3是圖1的光固化成型之三維列印裝置的多孔性載板浸入光固化液態材料之後金屬粉體被吸附於多孔性載板的局部放大示意圖。由圖2至圖3的變化可知，由於多孔性載板130具有許多孔隙(未繪示)，當多孔性載板130浸入光固化液態材料10時，摻雜於光固化樹脂溶液12內的金屬粉體14會受到多孔性載板130的孔隙所產生的虹吸作用而更緊密地吸附至多孔性載板130，使得堆積於多孔性載板130上的粉體密度增加。此外，多孔性載板130的孔隙也能夠在鋪層的過程中，讓溶劑能夠較快速地滲透與揮發，產生類似於拉緊金屬粉體14的效果，以使金屬粉體14能夠更緊密地形成在多孔性載板130上，而提高金屬粉體14的堆積密度。

因此，本實施例的光固化成型之三維列印裝置100所列印出的三維物件20會具有較高的密度。如此一來，三維物件20也會具有較佳的結構強度，而使得三維物件20具有較佳的支撐性。

此外，在本實施例中，多孔性載板130可拆卸地固定於升降機台120上。舉例來說，多孔性載板130可以真空吸引或抽取的方式固定於升降機台120上，以使得多孔性載板130在列印 完成之後可直接拆離於升降機台120，待將多孔性載板130與三維物件20分開後，多孔性載板130經由清洗、乾燥而被重複利用，以達到降低成本的效果。

當然，多孔性載板130固定於升降機台120的方式並不以上述為限制，在其他實施例中，多孔性載板130也可以透過鎖附或是黏附的方式固定於升降機台120。在其他實施例中，多孔性載板130也可以不會分離於升降機台120，也就是說，三維物件20在列印完成之後，會直接脫離於多孔性載板130以與光固化成型之三維列印裝置100分離。

值得一提的是，在其他實施例中，升降機台120的平台區122也可以是多孔性材料製作而成，如此一來，在三維物件20逐漸形成的鋪層過程中，由於升降機台120的平台區122與多孔性載板130均由多孔性材料所形成，添加於光固化樹脂溶液10內的溶劑能夠較快速地滲透與揮發，以產生更佳地拉緊金屬粉體14的效果，而更能夠提高金屬粉體14的堆積密度。

綜上所述，本新型創作的光固化成型之三維列印裝置透過在升降機台上設置孔隙率約在40%至80%之間的多孔性載板，當多孔性載板浸入光固化液態材料中時，摻雜於光固化樹脂溶液內的陶瓷粉體或金屬粉體會受到多孔性載板的孔隙所產生的虹吸作用而更緊密地吸附至多孔性載板，使得堆積於多孔性載板上的粉體密度增加。換句話說，本新型創作的光固化成型之三維列印裝置透過多孔性載板的配置，使得形成於多孔性載板上的三維物 件的密度可被提高，進而增加三維物件的結構強度，而製作出具有較佳支撐性的三維物件。此外，本新型創作的光固化成型之三維列印裝置的多孔性載板可透過例如是真空吸引或抽取的方式可拆卸地固定於升降機台上，在列印完成之後可直接將多孔性載板與三維物件拆離於升降機台，待將多孔性載板與三維物件分開後，多孔性載板經由清洗、乾燥而被重複利用，以降低生產成本。

雖然本新型創作已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本新型創作的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本新型創作的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧光固化液態材料

12‧‧‧光固化樹脂溶液

14‧‧‧金屬粉體

20‧‧‧三維物件

100‧‧‧光固化成型之三維列印裝置

110‧‧‧槽體

120‧‧‧升降機台

122‧‧‧平台區

130‧‧‧多孔性載板

140‧‧‧光源

Claims (11)

1. 一種光固化成型之三維列印裝置，包括：一槽體，用以盛裝一光固化液態材料；一升降機台，配置於該槽體的上方；一多孔性載板，設置於該升降機台，其中該升降機台驅動該多孔性載板從該光固化液態材料中移動至該光固化液態材料上方，且該多孔性載板的孔隙率約在40%至80%之間；以及一光源，配置於該槽體的下方，該光源照射該光固化液態材料，以使該光固化液態材料固化於該多孔性載板上以形成一三維物件。
2. 如申請專利範圍第1項所述的光固化成型之三維列印裝置，其中該多孔性載板的材質包括氧化鋯、氧化鋁、石膏或是矽酸鈣。
3. 如申請專利範圍第1項所述的光固化成型之三維列印裝置，其中該多孔性載板的密度介於0.2(公克/立方公分)至2.4(公克/立方公分)之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述的光固化成型之三維列印裝置，其中該多孔性載板可拆卸地固定於該升降機台上。
5. 如申請專利範圍第4項所述的光固化成型之三維列印裝置，其中該多孔性載板以真空吸引或抽取的方式固定於該升降機台上。
6. 如申請專利範圍第1項所述的光固化成型之三維列印裝 置，其中該光固化液態材料包括一光固化樹脂溶液以及摻雜於該光固化樹脂溶液內的一陶瓷粉體或一金屬粉體。
7. 如申請專利範圍第6項所述的光固化成型之三維列印裝置，其中該陶瓷粉體或是該金屬粉體在該光固化樹脂溶液中的填充率的體積百分比約在20%至80%之間。
8. 如申請專利範圍第6項所述的光固化成型之三維列印裝置，其中該陶瓷粉體或是該金屬粉體的粒徑介於20奈米至20微米之間。
9. 如申請專利範圍第6項所述的光固化成型之三維列印裝置，其中該金屬粉體的材質包括鐵、鈷、鎳、鐵氧體或金屬陶瓷。
10. 如申請專利範圍第6項所述的光固化成型之三維列印裝置，其中該陶瓷粉體的材質包括氧化鋯、三氧化二鋁、二氧化矽、二氧化鈦、氮化矽、碳化矽或其組合。
11. 如申請專利範圍第1項所述的光固化成型之三維列印裝置，其中該光源包括一雷射光源或一數位光源投影系統(DLP System)。