本发明系关于一种用于3d列印的光固化三维成型系统，特别系关于一种适用于上述系统的胶槽加热装置。
背景技术：
3d列印(3d-printing,3dp)，又称积层制造(additivemanufacturing，am)，近年来已大量应用在机械、生医、工艺、航太等领域中，不但可降低打样成本，甚至亦有取代既有工艺的趋势，俨然已成为新世代的一制造技术。在各种3d列印技术里，其中又以光固化成型技术(stereo-lithographyapparatus,sla)，最能兼顾制造精准度与成本的需求，因此，近年来光固化成型在3d列印的技术中，占有相当的市场比例。
光固化成型技术系以光敏树脂为材料，利用紫外光源照射光敏树脂并产生聚合反应，以固化并建构该层树脂材；接着经由马达分离已固化的该层树脂材，并将成型板位移至下层欲曝光的树脂材，重复进行曝光、固化、分离等步骤，以逐层建构出整个列印物件。
在光固化成型技术中，温度为影响反应效率及成型品的品质的重要因素之一。举例而言，温度对树脂材的黏度影响甚大，由于在上述分离步骤中，需将已固化的树脂材从胶槽底部分离，若树脂材黏度过高，使得胶体流动的拖曳力过大，将会导致成型板上的固化物脱落，造成机台列印良率下降的强况。因此，如何控制光固化成型技术的反应温度，以获得一高良率与高化学稳定性的成型品，将是一门重要的课题。
在现有技术中，为了不影响光源的光路，通常将光固化成型系统的加热部件设置在胶槽外部四周构件处，通过加热部件经胶槽以间接加热胶槽内部的光敏树脂。由于此加种加热机制需透过胶槽等许多导热性差的材质，往往导致加热效率差、树脂材的温度不均匀等缺点。因此，目前亟需一种新的光固化成型系统的胶槽加热装置，使其能够直接并有效控制光敏树脂的反应温度，以提高3d列印的品质及良率。
技术实现要素：
根据一些实施例，本发明提供一种胶槽加热装置，包括：具有底板的胶槽，且胶槽用于容置光敏树脂；以及加热器，位于底板上方且邻接光敏树脂，用以对光敏树脂进行加热；其中加热器位于用以固化光敏树脂的光源的光路上。
根据一些实施例，本发明提供一种一种光固化三维成型系统，包括：载台；胶槽，设置于载台上，并具有底板，胶槽用于容置光敏树脂；加热器，位于底板上方且邻接光敏树脂，用以对光敏树脂进行加热；成型板，设置于胶槽上方；以及扫描器，设置于载台下方，扫描器投射光源通过载台、胶槽及加热器，以照射并固化胶槽内的光敏树脂。
附图说明
以下将配合所附图式详述本揭露的实施例，应注意的是，依照工业上的标准实施，以下图示并未按照比例绘制，事实上，可能任意的放大或缩小元件的尺寸以便清楚表现出本揭露的特征。而在说明书及图式中，除了特别说明外，同样或类似的元件将以类似的符号表示。
图1显示根据一些实施例，光固化三维成型系统的示意图。
图2a-2b显示根据另一些实施例，光固化三维成型系统的示意图。
图3a-3b显示根据又一些实施例，光固化三维成型系统的示意图。
图4显示根据又一些实施例，光固化三维成型系统的示意图。
图5显示根据又一些实施例，光固化三维成型系统的示意图。
图6显示根据又一些实施例，光固化三维成型系统的示意图。
图7显示根据一些实施例，氧化铟锡(ito)玻璃的每瓦温升效率。
图8显示根据一些实施例，氧化铟锡(ito)玻璃在紫外光的频谱区间的穿透率。
其中，附图标记说明如下：
光敏树脂10
隔离层20a
隔离层20c
光固化三维成型系统100
光固化三维成型系统200
光固化三维成型系统300
载台110
胶槽120
底板122
抗反射涂层124
加热器130a
加热器130b
加热器130c
抗反射涂层132
扫描器140
光源142
成型板150
固化层152a
固化层152b
固化层152c
固化层152d
固化层152e
具体实施方式
以下公开许多不同的实施方法或是例子来实行本发明的不同特征，以下描述具体的元件及其排列的例子以阐述本发明。当然这些仅是例子且不该以此限定本发明的范围。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示，这些重复仅为了简单清楚地叙述本揭露，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。为简化及清楚起见，各种特征可任意绘制成不同尺寸。
此外，其中可能用到与空间相关的用词，像是“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，这些关系词系为了便于描述图示中一个(些)元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。这些空间关系词包括使用中或操作中的装置的不同方位，以及图示中所描述的方位。装置可能被转向不同方位(旋转90度或其他方位)，则其中使用的空间相关形容词也可相同地照着解释。
本发明实施例提供一种用于3d列印的光固化三维成型系统，特别是用于加热光敏树脂的胶槽加热装置，通过将加热器直接内嵌于胶槽内部及/或成型板内部并位于固化光源的光路上，可直接对光敏树脂进行均匀且稳定的加热，从而有效地控制欲固化的光敏树脂层的反应温度。
图1系根据本发明一些实施例，光固化三维成型系统100的示意图。在一实施例中，如图1所示，光固化三维成型系统100包括载台110、胶槽120、加热器130a、扫描器140及成型板150。在此实施例中，加热器130a系内嵌于胶槽120的底部。
首先，请参照图1，胶槽120具有底板122，其设置于载台110上，且胶槽120系用于容置光敏树脂10。光敏树脂10在光源142的照射下会产生聚合反应而从液态固化成固态。在一些实施例中，光敏树脂10可为丙烯酸酯类、环氧树脂类、其他合适的材料或上述的组合，但并不限于此。底板122的材质对于光源142用来固化光敏树脂10的波长具有低吸收率，使得光源142能够通过底板122以固化光敏树脂10。在一些实施例中，底板122可为对光源142透明的无机材料或塑胶材料。举例而言，透明无机材料可为玻璃、石英(quartz)、蓝宝石(sapphire)或其他合适的材料；透明塑胶材料可为聚缩醛(polyoxymethylene,pom)、聚碳酸酯(polycarbonate,pc)、聚苯乙烯(polystyrene,ps)、聚丙烯(polypropylene,pp)、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate,pet)、烯烃类(olefin)、苯乙烯丙烯腈(styreneacrylonitrile,san)、烯丙基二甘醇碳酸酯(allyldiglycolcarbonate,adc，又称cr-39)、聚甲基戊烯(polymethylpentene,pmp)或其他合适的材料。
请继续参照图1，加热器130a系内嵌于胶槽120底部的底板122上方，且加热器130a邻接光敏树脂10，用以对光敏树脂10进行加热。在一些实施例中，加热器130a可为透明导电玻璃加热器，该透明导电玻璃可为例如：氧化铟锡(indiumtinoxide,ito)玻璃、氟掺杂氧化锡(fluorine-dopedtinoxide,fto)玻璃或其他合适的材料。在此实施例中，加热器130a的表面片电阻为10-1000ω/□，其施予电压后做为热电阻并升温以提供一高温部，该高温部的温度可为10℃-50℃，例如：25～30℃。在此实施例中，加热器130a的每瓦温升效率为1℃～40℃，举例而言，如图7所示，氧化铟锡(ito)玻璃的每瓦温升效率为16℃，且其表面温度会随着电功输入增高而稳定升高。
在上述实施例中，加热器130a与光敏树脂10之间亦可视需要额外设置隔离层20a，以使成型结束后所剩余的光敏树脂10较容易从加热器130a上移除而方便清理。隔离层20a的材质对于光源142用来固化光敏树脂10的波长具有低吸收率，使得光源142能够通过隔离层20a以固化光敏树脂10。在一些实施例中，隔离层20a可为对光源142透明的无机材料或透明塑胶材料。举例而言，透明无机材料可为玻璃、石英、蓝宝石等；透明塑胶材料可为聚四氟乙烯(teflon)、硅氧烷(silicone)、聚对二甲苯(parylene)、聚缩醛(pom)、聚碳酸酯(pc)、聚苯乙烯(ps)、聚丙烯(pp)、聚对苯二甲酸乙二酯(pet)、烯烃类(olefin)、苯乙烯丙烯腈(san)、烯丙基二甘醇碳酸酯(allyldiglycolcarbonate,adc，又称cr-39)、聚甲基戊烯(pmp)等。
在另一实施例中，加热器130a可为水浴，用以对光敏树脂10提供一高温部，该高温部的温度可为10℃-50℃，例如：25～30℃。在此实施例中，水浴可为温控水浴槽，具体而言，温控水浴槽可包括具有透明底部的槽体以及设置于槽体底部的温控装置，用以控制槽体内水浴的温度。在其它实施例中，上述用来加热的流体亦可为水以外的其他透明流体。在使用水浴的实施例中，加热器130a与光敏树脂10之间需额外设置隔离层20a，以隔离水浴与光敏树脂。隔离层20a的材料可与上述相同，在此便不再赘述。
值得注意的是，由于加热器130a邻接光敏树脂10，其可对光敏树脂10提供一热源使其具有平面且均匀的高温部，该热源可直接涵盖欲固化的该层光敏树脂(即约5～200μm的层厚的光敏树脂)，因此，加热器130a可控制欲固化的该层光敏树脂的温度，并利用热通量造成的温度梯度，以稳定地维持欲固化的该层光敏树脂的反应温度。基于上述，不同于传统热阻的间接加热，本发明实施例所提供的加热器130a能提供胶槽120稳定的环境温度，因此，能够使光固化三维成型系统100避免受到外界温度或不同纬度地区的气候的影响，以确保成型品的品质。
在光固化成型技术中，系通过将光敏树脂进行化学聚合反应以逐层固化并建构欲列印的物件，由于聚合反应中的传播反应(propagationreaction)系决定聚合特性的关键反应，而其反应常数与温度相关，因此，温度将会影响光固化成型技术的化学聚合速度、转化率及材料最终特性。也就是说，温度除了影响光固化成型的反应效率之外，亦会影响成型后的固化物的材料特性。
请继续参照图1，扫描器140设置于载台110下方，扫描器140投射光源142并通过载台110、胶槽120的底板122、加热器130a及成型板150，以照射并固化胶槽120内的光敏树脂10。也就是说，加热器130a系位于用以固化光敏树脂10的光源142的光路上。再者，如图1所示，成型板150设置于胶槽120上方，且成型板150系一升降平台。通过光源142固化光敏树脂10，以逐一形成固化层152a、152b、152c、152d、152e于成型版150下方。
值得注意的是，在此实施例中，最先固化的固化层152a距离加热器130a较远，故温度较低且成型后较软，而固化层152b、152c、152d、152e愈靠近加热器130a者则温度愈高，成型后较硬且反应较佳。
在一些实施例中，光源142可为紫外光，例如：波长为300nm-450nm的紫外光，但并不限于此。在一些实施例中，加热器130a在紫外光的频谱区间具有55％-90％的穿透率，举例而言，如图8所示，氧化铟锡(ito)玻璃在350nm-450nm的频谱区间具有70％-85％的穿透率。在一些实施例中，可视需求在底板122及/或加热器130a的底表面涂布抗反射涂层124及/或抗反射涂层132，以减少光源142通过底板122及加热器130a所造成的能量的散失。在一些实施例中，抗反射涂层的材料可为四乙氧基硅烷(tetraethoxysilane,teos)、甲基二乙氧基硅烷(diethoxymethylsilane,mdeos)、二甲基二乙氧基硅烷(dimethyldiethoxylsilane,dmdeos)、二苯基二乙氧基硅烷(diphenyldiethoxysilane,pdeos)、乙烯基三乙氧基硅烷(vinyltriethoxysilane,vteos)、氨基丙基三乙氧基硅烷(aminopropyltriethoxysilane,apteos)、其他合适的材料或上述的组合。
值得注意的是，由于加热器130a具备紫外光可穿透的透明特性，因此，加热器130a可设置在光源142的光路上，以直接加热光敏树脂，从而有效地控制光敏树脂的反应温度。
图2a-2b系根据本发明另一实施例，光固化三维成型系统200的示意图。请参照图2a-2b，光固化三维成型系统200与上述实施例的光固化三维成型系统100大致相似，惟两者之间的差异在于：光固化三维成型系统200的系内嵌加热器130b于成型板150内。
详细而言，如图2a所示，加热器130b内嵌于成型板150内部且邻接光敏树脂10，用以对光敏树脂10进行加热。如图2b所示，通过光源142固化光敏树脂10，以逐一形成固化层152a、152b、152c、152d、152e于成型版150下方。
值得注意的是，在此实施例中，如图2b所示，最先固化的固化层152a距离加热器130b最近，故温度较高，成型后较硬且反应较佳，而固化层152b、152c、152d、152e距离加热器130b愈远者则温度愈低，且成型后较软。
图3a-3b系根据本发明又一实施例，光固化三维成型系统300的示意图。请参照图3a-3b，光固化三维成型系统300与上述实施例的光固化三维成型系统100大致相似，惟两者之间的差异在于：光固化三维成型系统300的除了内嵌加热器130a于胶槽120的底部之外，更另外内嵌加热器130b于成型板150内。
详细而言，如图3a所示，加热器130a内嵌于胶槽120底部的底板122上方，且加热器130b内嵌于成型板150内，加热器130a及加热器130b皆邻接光敏树脂10，用以对光敏树脂10进行加热。接着，如图3b所示，通过光源142固化光敏树脂10，以逐一形成固化层152a、152b、152c、152d、152e于成型板150下方。
图4系根据本发明又一实施例，光固化三维成型系统400的示意图。请参照图4，光固化三维成型系统400与上述实施例的光固化三维成型系统100大致相似，惟两者之间的差异在于：光固化三维成型系统400除了内嵌加热器130a于胶槽120的底部之外，更另外内嵌加热器130c于胶槽120的侧壁。
详细而言，如图4所示，加热器130a内嵌于胶槽120底部的底板122上方，且加热器130c内嵌于胶槽120的侧壁，加热器130a及加热器130c皆邻接光敏树脂10，用以对光敏树脂10进行加热。接着，通过光源142固化光敏树脂10，以逐一形成固化层152a、152b、152c、152d、152e于成型板150下方。在此实施例中，加热器130c与光敏树脂10之间亦可视需要额外设置隔离层20c，以使成型结束后所剩余的光敏树脂10较容易移除而方便清理。隔离层20c的材料可与上述相同，在此便不再赘述。
图5系根据本发明又一实施例，光固化三维成型系统500的示意图。请参照图5，光固化三维成型系统500与上述实施例的光固化三维成型系统200大致相似，惟两者之间的差异在于：光固化三维成型系统500的除了内嵌加热器130b于成型板150内之外，更另外内嵌加热器130c于胶槽120的侧壁。
详细而言，如图5所示，加热器130b内嵌于成型板150内，且加热器130c内嵌于胶槽120的侧壁，加热器130b及加热器130c皆邻接光敏树脂10，用以对光敏树脂10进行加热。接着，通过光源142固化光敏树脂10，以逐一形成固化层152a、152b、152c、152d、152e于成型板150下方。在此实施例中，加热器130c与光敏树脂10之间亦可视需要额外设置隔离层20c，以使成型结束后所剩余的光敏树脂10较容易移除而方便清理。隔离层20c的材料可与上述相同，在此便不再赘述。
图6系根据本发明又一实施例，光固化三维成型系统600的示意图。请参照图6，光固化三维成型系统600与上述实施例的光固化三维成型系统400大致相似，惟两者之间的差异在于：光固化三维成型系统600除了内嵌加热器130a于胶槽120的底部以及内嵌加热器130c于胶槽120的侧壁之外，更内嵌胶槽120b于成型板150内。
详细而言，如图6所示，加热器130a内嵌于胶槽120底部的底板122上方，加热器130c内嵌于胶槽120的侧壁，且加热器130b内嵌于成型板150内。加热器130a、加热器130b及加热器130c皆邻接光敏树脂10，用以对光敏树脂10进行加热。接着，通过光源142固化光敏树脂10，以逐一形成固化层152a、152b、152c、152d、152e于成型板150下方。
值得注意的是，在图4至图6所示的实施例中，由于额外内嵌加热器130c于胶槽的侧壁，故可更稳定且均匀地加热光敏树脂，从而有效地控制光敏树脂的反应温度。
综上所述，本发明实施例提供一种用于3d列印的光固化三维成型系统，特别是用以加热光敏树脂的胶槽加热装置，由于上述胶槽加热装置的加热器具备光可穿透的透明特性，故可直接置于用以固化光敏树脂的光源的光路上。再者，通过将加热器内嵌于胶槽内部及/或成型板内部并邻接光敏树脂，可直接对光敏树脂进行均匀且稳定的加热，从而有效地控制欲固化的光敏树脂层的反应温度。
前述内文概述了许多实施例的特征，使本领域技术人员可以更佳的了解本揭露的各个方面。本领域技术人员应该可理解，他们可以很容易的以本揭露为基础来设计或修饰其它制程及结构，并以此达到相同的目的及/或达到与本揭露介绍的实施例相同的优点。本领域技术人员也应该了解这些相等的结构并不会背离本揭露的发明精神与范围。本揭露可以作各种改变、置换、修改而不会背离本揭露的发明精神与范围。