TWM503999U

TWM503999U - 陶瓷件的成型機台

Info

Publication number: TWM503999U
Application number: TW104203606U
Authority: TW
Inventors: 陳正士; 偉勇許; 鍾國雄; 王致凱
Original assignee: 優克材料科技股份有限公司
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2015-03-11
Publication date: 2015-07-01

Description

陶瓷件的成型機台

本新型創作是有關於一種成型機台，且特別是有關於一種整合三維列印技術的陶瓷件的成型機台。

隨著科技的日新月異，傳統的平面複印技術已無法滿足使用上的需求。有鑑於此，眾多廠商無不積極投入三維列印技術的開發與研究，常見的三維列印技術包括光固化立體造型(SLA)、分層物件製作(LOM)、選擇性雷射燒結(SLS)以及熔融沉積成型(FDM)等，其中選擇性雷射燒結因為具有粉末選材廣泛、適用性廣、可直接燒結零件等諸多優點，成為當前發展最快的三維列印技術。然而，就選擇性雷射燒結應用於陶瓷件的成型而言，其仍具有精度與表面粗糙度不佳等問題。

以現有的人工牙的製作為例，其製作流程通常是將造粒後之陶瓷粉末經過乾壓成型、等靜壓(isostatic pressing)及預燒結等步驟以製得數種特定規格之陶瓷塊材，前述陶瓷塊材的緻密度與結構強度較低，有利於後續CNC加工的進行。接著，依據病患咬模或三維掃描所得的齒形並選擇適當規格的陶瓷塊材來進行CNC加工。之後，將CNC加工後的陶瓷塊材進行強化處理以提高其結構強度，而後再經由上釉及表面處理等細部工序，即可獲致可供病患使用之人工牙成品。然而，前述製作流程繁複，且CNC加工屬減法製造，其加工過程中移除的材料比例高且無法回收再利用，不僅造成材料的浪費也同時提高了生產成本。因此，如何整合三維列印技術於人工牙的製作或其他陶瓷件的製作，使其簡化製作流程及避免材料的浪費，並同時得到符合牙科需求之精度及表面粗糙度，便成為當前相當重要的課題。

本新型創作提供一種陶瓷件的成型機台，其不僅操作簡易，亦可節省材料成本，並且製作所得的陶瓷件(例如人工牙)可符合牙科需求之精度及表面粗糙度。

本新型創作提出一種陶瓷件的成型機台，其包括載台、三維列印單元、注料單元以及加熱單元。載台適於沿路徑來回移動。三維列印單元位於路徑上。三維列印單元適於提供熱熔性材料至載台，以在載台上分別列印出母模與公模。注料單元設置於載台的一側，且位於路徑上。在合模公模與母模後，載台沿路徑將合模後的公模與母模輸送至注料單元的下方。注料單元適於注入陶瓷黏土至合模後的公模與母模所形成的模穴內。加熱單元位於路徑上，其中注料單元位於三維列印單元與加熱單元之間。在注入陶瓷黏土至模穴內後，載台適於沿路徑將合模後的公模與母模輸送至加熱單元內，使加熱單元對模穴內的陶瓷黏土加熱以形成陶瓷件。

在本新型創作的一實施例中，上述的陶瓷件的成型機台更包括滑軌。滑軌通過三維列印單元、注料單元以及加熱單元。載台可移動地設置於滑軌上。

在本新型創作的一實施例中，上述的三維列印單元包括多個固定支架、噴印頭以及多個連桿。噴印頭由這些固定支架所圍繞。各個連桿具有相對的第一連接部與第二連接部，其中各個連桿的第一連接部可移動地連接於對應的固定支架上，且各個連桿的第二連接部連接噴印頭。

在本新型創作的一實施例中，上述的注料單元包括槽體、注料頭以及活塞式推桿。槽體用以儲存陶瓷黏土。注料頭連接槽體。活塞式推桿滑設於槽體內。活塞式推桿適於推擠儲存於槽體內的陶瓷黏土，以透過注料頭將部分的陶瓷黏土注入合模的公模與母模所形成的模穴內。

在本新型創作的一實施例中，上述的加熱單元包括加熱爐以及蓋板。加熱爐具有腔室以及連接腔室的開口。蓋板可動地設置於加熱爐上，用以遮蓋或暴露開口。

在本新型創作的一實施例中，上述的加熱爐還具有連接腔室與開口的滑槽。滑槽位於路徑上。在載台沿路徑移動至加熱單元內時，載台移入滑槽內。

在本新型創作的一實施例中，上述的陶瓷件的成型機台更包括機殼。載台、三維列印單元、注料單元以及加熱單元設置於機殼內。

在本新型創作的一實施例中，上述的陶瓷件的成型機台更包括三維列印監控螢幕。三維列印監控螢幕設置於機殼上，並與三維列印單元電性耦接。

在本新型創作的一實施例中，上述的陶瓷件的成型機台更包括加熱監控螢幕。加熱監控螢幕設置於機殼上，並與加熱單元電性耦接。

基於上述，本新型創作的陶瓷件的成型機台是將三維列印單元、注料單元以及加熱單元沿著載台來回移動的路徑依序排列，因此在三維列印單元於載台上分別列印出母模與公模後，合模後的母模與公模可透過載台輸送至注料單元的下方。接著，注料單元會注入陶瓷黏土至合模後的公模與母模所形成的模穴內。之後，在陶瓷黏土填滿模穴後，可透過載台沿路徑將合模後母模與公模輸送至加熱單元內，並藉由加熱單元對填充於模穴內的陶瓷黏土加熱固化，即可快速地製作得到與三維實體的輪廓外形相吻合的陶瓷件。換言之，本新型創作的陶瓷件的成型機台不僅操作簡易、製造工時較短、無需投入大量人力，且製作所得的陶瓷件(例如人工牙)亦可符合客製化的需求與牙科需求之精度及表面粗糙度。另一方面，在無需透過CNC加工來除料的情況下，更能避免材料的浪費。

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‧‧‧母模

11‧‧‧內輪廓

20‧‧‧公模

22‧‧‧注料通道

21‧‧‧外輪廓

30‧‧‧模穴

40‧‧‧陶瓷件

110‧‧‧載台

100‧‧‧陶瓷件的成型機台

120‧‧‧三維列印單元

121‧‧‧固定支架

122‧‧‧噴印頭

123‧‧‧連桿

141‧‧‧加熱爐

123a‧‧‧第一連接部

141a‧‧‧腔室

123b‧‧‧第二連接部

141b‧‧‧開口

130‧‧‧注料單元

141c‧‧‧滑槽

131‧‧‧槽體

142‧‧‧蓋板

132‧‧‧注料頭

150‧‧‧滑軌

133‧‧‧活塞式推桿

160‧‧‧機殼

134‧‧‧陶瓷黏土

170‧‧‧三維列印監控螢幕

140‧‧‧加熱單元

180‧‧‧加熱監控螢幕

P‧‧‧路徑

圖1是本新型創作一實施例的陶瓷件的成型機台的示意圖。

圖2A至圖2D繪示出圖1的陶瓷件的成型機台製作陶瓷件的過程。

圖1是本新型創作一實施例的陶瓷件的成型機台的示意圖。請參考圖1，在本實施例中，陶瓷件的成型機台100包括載台110、三維列印單元120、注料單元130以及加熱單元140，其中載台110可由陶瓷材料或其他適當的材質所構成，且適於沿路徑P來回移動。具體而言，陶瓷件的成型機台100更包括滑軌150，其中載台110來回移動的路徑P例如是由滑軌150所定義。也就是說，載台110為可移動地設置於滑軌150上，以受到滑軌150的導引而沿路徑P來回移動。

三維列印單元120、注料單元130以及加熱單元140皆位於路徑P上，即三維列印單元120、注料單元130以及加熱單元140皆位於滑軌150的上方，其中注料單元130位於三維列印單元120以及加熱單元140之間。此處，三維列印單元120例如是採用熔融沉積成型的三維列印技術，但本新型創作不限於此。在另一實施例中，三維列印單元120亦可採用光固化立體造型的三維列印技術。

詳細而言，三維列印單元120可包括多個固定支架121、噴印頭122以及多個連桿123，其中固定支架121的數量與連桿123的數量相對應，各個連桿123具有相對的第一連接部123a與第二連接部123b，各個連桿123的第一連接部123a可動地連接於對應的固定支架121上，且各個連桿123的第二連接部123b連接由這些固定支架121所圍繞的噴印頭122。在本實施例中，這些對應設置的固定支架121與連桿123例如構成了三維移動並聯機構(three-dimensional translational parallel mechanism)，適於帶動噴印頭122相對於載台110沿著空間中的X軸、Y軸與Z軸作移動。

就熔融沉積成型的三維列印技術來說，其是先將掃描所得的實體物的三維模型分為多個二維切層，以得到控制噴印頭122運動的二維軌跡的幾何資訊。噴印頭122適於將熱熔性材料(例如ABS樹脂、尼龍或蠟等)加熱到臨界狀態，以呈現半流體性質，在電腦控制下，根據前述二維軌跡的幾何資訊透過固定支架121與連桿123所構成的三維移動並聯機構帶動噴印頭122，使噴印頭122將半流動狀態的材料擠壓出來而提供至載台110上，以於載台110上凝固形成輪廓形狀的薄層。當其中一個二維切層列印完畢後，透過固定支架121與連桿123所構成的三維移動並聯機構的帶動以使噴印頭122在前述二維切層上根據前述二維軌跡的幾何資訊列印另一個二維切層。如此逐層列印且固化黏結，以自下而上堆疊形成一個三維實體。

請繼續參考圖1，在本實施例中，注料單元130可包括槽體131、注料頭132以及活塞式推桿133，其中槽體131可作為儲存陶瓷黏土134所用，且注料頭132與槽體131相連接。另一方面，活塞式推桿133滑設於槽體131內，在活塞式推桿133朝注料頭132所在處移動時，儲存於槽體131內的陶瓷黏土134會受到活塞式推桿133的推擠，以使部分的陶瓷黏土134自注料頭132射出。此處，陶瓷黏土134可以是由陶瓷粉體與粘土混合而成，其中陶瓷粉體的材料可包括二氧化鋯、三氧化二鋁、二氧化矽、二氧化鈦、氮化矽、碳化矽或其組合。

加熱單元140可包括加熱爐141以及蓋板142，其中加熱爐141具有腔室141a以及開口141b，蓋板142設置於加熱爐141上且位於開口141b所在側。詳細而言，蓋板142例如是可滑移地設置於加熱爐141上，視製程需求以遮蓋或暴露開口141b。另一方面，加熱爐141還具有連接腔室141a與開口141b的滑槽141c，其中滑槽141c例如是位於路徑P上。舉例來說，當載台110沿路徑P移動至加熱單元140內時，載台110可移入滑槽141c內。在另一實施例中，蓋板142也可透過樞轉結構設置於加熱爐141上，以藉由掀動的方式遮蓋或暴露開口141b，本新型創作對此不加以限制。

在本實施例中，陶瓷件的成型機台100更包括機殼160、三維列印監控螢幕170以及加熱監控螢幕180，其中載台110、三維列印單元120、注料單元130以及加熱單元140皆設置於機殼160內。三維列印監控螢幕170設置於機殼160上，並與三維列印單元120電性耦接，以便於操作者監控列印三維實體時的相關資訊與即時狀況。另一方面，加熱監控螢幕180設置於機殼160上，並與加熱單元140電性耦接，以便於操作者監控加熱預成型物以形成三維實體時的相關資訊與即時狀況。

圖2A至圖2D繪示出圖1的陶瓷件的成型機台製作陶瓷件的過程，其中為求清楚表示與便於說明，部分構件以剖面繪示。以下將就人工牙的製作舉例說明，但陶瓷件的成型機台100的應用並不以人工牙的製作為限。舉例來說，在利用陶瓷件的成型機台100製作人工牙之前，需先以三維掃描器伸入病患的口腔內，以對病患欲更替的牙齒進行掃描，其中三維掃描器例如是針對暴露於牙齦外的牙冠進行掃描，以取得牙冠的三維點資料(牙冠即本實施例所欲製作的陶瓷件)。接著，將前述三維點資料載入逆向工程軟體，例如3-matic、Imageware、PolyWorks、Rapidform或者Geomagic，以透過逆向工程軟體建構出被掃描的牙冠的三維數位模型。詳細而言，前述三維數位模型可具有相對的內輪廓與外輪廓，將內輪廓與外輪廓分別分為多個二維切層，以得到控制噴印頭122運動的二維軌跡的幾何資訊。

首先，請參考圖2A與圖2B，載入前述二維軌跡的幾何資訊至陶瓷件的成型機台100的控制單元(圖未示)，使控制單元(圖未示)依據前述二維軌跡的幾何資訊控制固定支架121與連桿123所構成的三維移動並聯機構，以帶動噴頭122相對於載台110沿著如圖1所示的空間中的X軸、Y軸與Z軸作移動，並透過噴印頭122提供熱熔性材料至載台110，以在載台110上分別列印出母模10與公模20。詳細而言，母模10的內輪廓11會與前述三維數位模型的外輪廓相對應，而公模20的外輪廓21會與前述三維數位模型的內輪廓相對應。

接著，請參考圖2C，合模母模10與公模20以形成模穴30，其中模穴30與前述三維數位模型的體積實質上一致。透過載台110沿路徑P將合模後的母模10與公模20輸送至注料單元130的下方，並使注料頭132對準於公模20的注料通道22，再藉由活塞式推桿133推擠儲存於槽體131內的陶瓷黏土134，使得部分的陶瓷黏土134自注料頭132射出並經由注料通道22注入模穴30內。

之後，請參考圖2D，在陶瓷黏土134填滿模穴30後，透過載台110沿路徑P將合模後母模10與公模20輸送至加熱單元140內。如圖1所示，在透過載台110沿路徑P將合模後母模10與公模20輸送至加熱單元140時，蓋板142會暴露出加熱爐141的開口141b，使載台110以及其上的合模後母模10與公模20可經由開口141b送入腔室141a內。如圖2D所示，在載台110以及其上的合模後母模10與公模20送入腔室141a內之後，使蓋板142遮蓋住開口141b，以透過加熱爐141對模穴30內的陶瓷黏土 134加熱以形成陶瓷件40。

綜上所述，本新型創作的陶瓷件的成型機台是將三維列印單元、注料單元以及加熱單元沿著載台來回移動的路徑依序排列，因此在三維列印單元於載台上分別列印出母模與公模後，合模後的母模與公模可透過載台輸送至注料單元的下方。接著，注料單元會注入陶瓷黏土至合模後的公模與母模所形成的模穴內。之後，在陶瓷黏土填滿模穴後，可透過載台沿路徑將合模後母模與公模輸送至加熱單元內，並藉由加熱單元對填充於模穴內的陶瓷黏土加熱固化，即可快速地製作得到與三維實體的輪廓外形相吻合的陶瓷件。換言之，本新型創作的陶瓷件的成型機台不僅操作簡易、製造工時較短、無需投入大量人力，且製作所得的陶瓷件(例如人工牙)亦可符合客製化的需求與牙科需求之精度及表面粗糙度。另一方面，在無需透過CNC加工來除料的情況下，更能避免材料的浪費。

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。