光固化成型的三维打印装置的制作方法

本发明是有关于一种打印装置，且特别是有关于一种光固化成型的三维打印装置。

背景技术：

随着科技发展，三维打印(3D printing)技术及增材制造(Additive Manufacturing，简称：AM)技术已经成为最主要发展的技术之一。上述这些技术属于快速成型技术的一种，它可以直接通过使用者设计好的数字模型档案来直接制造出所需的成品，且成品几乎是任意形状的三维实体。现有的三维打印根据各式的机型及材料有多种不同的成型机制，举凡是液态树脂、浆料、金属(例如金属粉体)或非金属(例如陶瓷粉体)等材料，都可通过逐层堆叠累积的方式来构造出所需形状的三维实体。在过去的模具制造、工业设计等领域，三维打印技术常常被用于制造模型，现在则逐渐被应用于珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程、汽车、航空、牙科和医疗产业、教育、土木工程以及其他领域中。

现有将上述粉末状的金属粉体或非金属粉体堆叠累积成三维实体的其中两种方法包括选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,简称：SLS)及选择性激光熔融(Selective Laser Melting,简称：SLM)，上述两者都是将粉体加热至其烧结温度或熔点以使粉体烧结或熔融成为一层具有特定厚度的薄膜，经过多次的烧结或熔融后可制造出多层堆叠的薄膜，进而构成三维实体。

另一种方法是通过光固化技术(Stereolithography，简称：SLA)，将升降机台的载板浸入光固化液态材料中，利用UV激光光照射在光固化液态材料上，使光固化液态材料固化在载板上，完成平面之后，再移动升降机台的高度，未被照射的光固化液态材料将会维持液态，依照这样的模式不断制作多层，堆叠出三维物件(three dimension object)，将此三维物件置于UV光下照射进行最后加强固化。然而，此类光固化材料所制作的三维物件其结 构强度及硬度较低，因此要如何提升所制作出的三维物件的结构强度及支撑性，也为目前需研究的课题。

技术实现要素：

本发明提供一种光固化成型的三维打印装置，其可制作出具有较佳结构强度与支撑性的三维物件。

本发明的一种光固化成型的三维打印装置，包括槽体、升降机台、多孔性载板及光源。槽体用以盛装光固化液态材料。升降机台配置于槽体的上方。多孔性载板设置于升降机台，其中升降机台驱动多孔性载板从光固化液态材料中移动至光固化液态材料上方，且多孔性载板的孔隙率在40％至80％之间。光源配置于槽体的下方，光源照射光固化液态材料，以使光固化液态材料固化于多孔性载板上以形成三维物件。

在本发明的一实施例中，上述的多孔性载板的材质包括氧化锆、氧化铝、石膏或是硅酸钙。

在本发明的一实施例中，上述的多孔性载板的密度介于0.2(公克/立方公分)至2.4(公克/立方公分)之间。

在本发明的一实施例中，上述的多孔性载板可拆卸地固定于升降机台上。

在本发明的一实施例中，上述的多孔性载板以真空吸引或抽取的方式固定于升降机台上。

在本发明的一实施例中，上述的光固化液态材料包括光固化树脂溶液以及掺杂于光固化树脂溶液内的陶瓷粉体或金属粉体。

在本发明的一实施例中，上述的陶瓷粉体或是金属粉体在该光固化树脂溶液中的填充率的体积百分比在20％至80％之间。

在本发明的一实施例中，上述的陶瓷粉体或是金属粉体的粒径介于20纳米至20微米之间。

在本发明的一实施例中，上述的金属粉体的材质包括铁、钴、镍、铁氧体或金属陶瓷。

在本发明的一实施例中，上述的陶瓷粉体的材质包括氧化锆、三氧化二铝、二氧化硅、二氧化钛、氮化硅、碳化硅或其组合。

在本发明的一实施例中，上述的光源包括激光光源或数字光源投影系统 (DLP System)。

基于上述，本发明的光固化成型的三维打印装置通过在升降机台上设置孔隙率约在40％至80％之间的多孔性载板，当多孔性载板浸入光固化液态材料中时，掺杂于光固化树脂溶液内的陶瓷粉体或金属粉体会受到多孔性载板的孔隙所产生的虹吸作用而更紧密地吸附至多孔性载板，使得堆积于多孔性载板上的粉体密度增加。换句话说，本发明的光固化成型的三维打印装置通过多孔性载板的配置，使得形成于多孔性载板上的三维物件的密度可被提高，进而增加三维物件的结构强度，而制作出具有较佳支撑性的三维物件。此外，本发明的光固化成型的三维打印装置的多孔性载板可通过例如是真空吸引或抽取的方式可拆卸地固定于升降机台上，在打印完成之后可直接将多孔性载板与三维物件拆离于升降机台，待将多孔性载板与三维物件分开后，多孔性载板经由清洗、干燥而被重复利用，以降低生产成本。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明的一实施例的一种光固化成型的三维打印装置的示意图；

图2至图3是图1的光固化成型的三维打印装置的多孔性载板浸入光固化液态材料之后金属粉体被吸附于多孔性载板的局部放大示意图。

附图标记说明：

10：光固化液态材料；

12：光固化树脂溶液；

14：金属粉体；

20：三维物件；

100：光固化成型的三维打印装置；

110：槽体；

120：升降机台；

122：平台区；

130：多孔性载板；

140：光源。

具体实施方式

本发明的光固化成型的三维打印装置可依据例如通过计算机辅助设计(CAD)或动画建模软件等建构而成的立体模型的多层横截面逐步制造出三维物件。下面将对光固化成型的三维打印装置进行详细地介绍。图1是本发明的一实施例的一种光固化成型的三维打印装置的示意图。请参阅图1，本实施例的光固化成型的三维打印装置100包括槽体110、升降机台120、多孔性载板130及光源140。

槽体110用以盛装光固化液态材料10。在本实施例中，光固化液态材料10包括光固化树脂溶液12以及掺杂于光固化树脂溶液12内的金属粉体14。金属粉体14的材质包括铁、钴、镍、铁氧体或金属陶瓷，但金属粉体14的种类不以此为限制。金属粉体14在光固化树脂溶液中的填充率的体积百分比约在20％至80％之间，且金属粉体14的粒径介于20纳米至20微米之间。在其他实施例中，光固化液态材料10也可以是陶瓷粉体掺杂于光固化树脂溶液12内，陶瓷粉体的材质包括氧化锆、三氧化二铝、二氧化硅、二氧化钛、氮化硅、碳化硅或其组合，陶瓷粉体在光固化树脂溶液中的填充率的体积百分比约在20％至80％之间，且陶瓷粉体的粒径介于20纳米至20微米之间。此外，光固化树脂溶液10也可视需求添加适量的挥发溶剂来调整光固化树脂溶液10的粘滞度与流动性。

升降机台120配置于槽体110的上方。在本实施例中，升降机台120包括平台区122，多孔性载板130设置于升降机台120的平台区122。升降机台120可以上下移动而使得多孔性载板130能够向下接触到光固化液态材料10，也能够移动至光固化液态材料10上方。

光源140配置于槽体110的下方，在本实施例中，槽体110的底部可透光，而使得光源140所发出的光线能够穿过槽体110的底部以照射到光固化液态材料10。

在本实施例中，光源140为激光光源，光源140可提供能固化光固化液态材料10的波段的光线(例如紫外线)，但光源140的种类与所发出光线的波段并不以此为限制。在其他实施例中，也可以通过数字光源投影系统(DLP System)来提供光线，详细地说，通过数字微镜装置(未示出)将照明光束转变 成图像光束，再利用投影镜头(未示出)将图像光束投影于光固化液态材料，以固化光固化液态材料10中对应于图像光束的部分。

在本实施例中，多孔性载板130的孔隙率约在40％至80％之间，多孔性载板130的材质包括氧化锆、氧化铝、石膏或是硅酸钙，且多孔性载板130的密度介于0.2(公克/立方公分)至2.4(公克/立方公分)之间。本实施例的光固化成型的三维打印装置100通过利用多孔性载板130来当作三维物件20的成型底板，在升降机台120向上逐层移动的过程中，可使光固化液态材料10在多孔性载板130上逐层固化以堆叠成具有较佳结构强度的三维物件20。

详细而言，图2至图3是图1的光固化成型的三维打印装置的多孔性载板浸入光固化液态材料之后金属粉体被吸附于多孔性载板的局部放大示意图。由图2至图3的变化可知，由于多孔性载板130具有许多孔隙(未示出)，当多孔性载板130浸入光固化液态材料10时，掺杂于光固化树脂溶液12内的金属粉体14会受到多孔性载板130的孔隙所产生的虹吸作用而更紧密地吸附至多孔性载板130，使得堆积于多孔性载板130上的粉体密度增加。此外，多孔性载板130的孔隙也能够在铺层的过程中，让溶剂能够较快速地渗透与挥发，产生类似于拉紧金属粉体14的效果，以使金属粉体14能够更紧密地形成在多孔性载板130上，而提高金属粉体14的堆积密度。

因此，本实施例的光固化成型的三维打印装置100所打印出的三维物件20会具有较高的密度。如此一来，三维物件20也会具有较佳的结构强度，而使得三维物件20具有较佳的支撑性。

此外，在本实施例中，多孔性载板130可拆卸地固定于升降机台120上。举例来说，多孔性载板130可以真空吸引或抽取的方式固定于升降机台120上，以使得多孔性载板130在打印完成之后可直接拆离于升降机台120，待将多孔性载板130与三维物件20分开后，多孔性载板130经由清洗、干燥而被重复利用，以达到降低成本的效果。

当然，多孔性载板130固定于升降机台120的方式并不以上述为限制，在其他实施例中，多孔性载板130也可以通过锁附或是粘附的方式固定于升降机台120。在其他实施例中，多孔性载板130也可以不会分离于升降机台120，也就是说，三维物件20在打印完成之后，会直接脱离于多孔性载板130以与光固化成型的三维打印装置100分离。

值得一提的是，在其他实施例中，升降机台120的平台区122也可以是多孔性材料制作而成，如此一来，在三维物件20逐渐形成的铺层过程中，由于升降机台120的平台区122与多孔性载板130均由多孔性材料所形成，添加于光固化树脂溶液10内的溶剂能够较快速地渗透与挥发，以产生更佳地拉紧金属粉体14的效果，而更能够提高金属粉体14的堆积密度。

综上所述，本发明的光固化成型的三维打印装置通过在升降机台上设置孔隙率约在40％至80％之间的多孔性载板，当多孔性载板浸入光固化液态材料中时，掺杂于光固化树脂溶液内的陶瓷粉体或金属粉体会受到多孔性载板的孔隙所产生的虹吸作用而更紧密地吸附至多孔性载板，使得堆积于多孔性载板上的粉体密度增加。换句话说，本发明的光固化成型的三维打印装置通过多孔性载板的配置，使得形成于多孔性载板上的三维物件的密度可被提高，进而增加三维物件的结构强度，而制作出具有较佳支撑性的三维物件。此外，本发明的光固化成型的三维打印装置的多孔性载板可通过例如是真空吸引或抽取的方式可拆卸地固定于升降机台上，在打印完成之后可直接将多孔性载板与三维物件拆离于升降机台，待将多孔性载板与三维物件分开后，多孔性载板经由清洗、干燥而被重复利用，以降低生产成本。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。