立体物件成形装置及方法与流程

本发明涉及一种立体打印机制，尤其涉及一种立体物件成形装置及方法。

背景技术

近年来，随着科技的日益发展，许多利用逐层建构模型等加成式制造技术(additivemanufacturingtechnology)来建造物理三维(threedimensional，3d)模型的不同方法已纷纷被提出。一般而言，加成式制造技术是将利用电脑辅助设计(computeraideddesign，cad)等软件所建构的3d模型的设计数据转换为连续堆叠的多个薄(准二维)横截面层。于此同时，许多可以形成多个薄横截面层的技术手段也逐渐被提出。举例来说，打印装置的打印模块通常可依据3d模型的设计数据所建构的空间座标xyz在基座的上方沿着xy平面移动，从而使建构材料形成正确的横截面层形状。因此，通过打印模块沿着轴向z逐层移动，即可使多个横截面层沿z轴逐渐堆叠，进而使建构材料在逐层固化的状态下形成立体物件。

以通过光源固化建构材料而形成立体物件的技术为例，打印模块适于浸入盛装在盛槽中的液态成型材中，而光源在xy平面上照射作为建构材料的液态成型材，以使液态成型材被固化并堆叠在一移动平台上。如此，通过打印模块的移动平台沿着轴向z逐层移动，即可使液态成型材逐层固化并堆叠成立体物件。

然，由于使用光固化材料来作为液态成型材，光线会穿透已固化的层，使得已固化的层会因为光线穿透而产生非预期的固化。图1是现有的一种利用立体物件成形装置获得的立体物件的示意图。由于光敏树脂具有透光性，因此光线d在进行照射时会形成非预期的固化层。如图1的立体物件110所示，在形成固化层112时，光线d会穿透固化层111，而在固化层111的上方造成非预期的固化层121。而在形成固化层113时，光线d会穿透固化层112，而在固化层112的上方造成非预期的固化层122。

技术实现要素：

本发明提供一种立体物件成形装置及方法，可解决因光线穿透所造成的非预期固化。

本发明的立体物件成形装置，包括：盛槽、移动平台、光源以及控制器。盛槽用以盛装液态成型材。移动平台可移动地配置于盛槽的上方。光源配置于盛槽的下方，用以照射液态成型材，致使立体物件逐层固化于移动平台上。控制器耦接至光源与移动平台，控制移动平台进行移动，并且根据数码立体模型的切层数据来控制光源的强度。当光源目前进行照射的目标位置位于紧邻移动平台的第一层时，控制器维持光源为原始强度。当目标位置不是位于邻接移动平台的第一层，且基于切层数据判定目标位置与光源相反的一侧中在预设层数内存在不进行固化的空心层时，控制器根据空心层与目标位置相距的层数，对应调降光源的强度。

在本发明的一实施例中，当空心层越靠近目标位置，光源的强度调降的幅度越大。

在本发明的一实施例中，所述预设层数为三层。若空心层紧邻于目标位置，控制器设定光源为第一强度。若空心层与目标位置之间相隔一层固化层，控制器设定光源为第二强度。若空心层与目标位置之间相隔两层固化层，控制器设定光源为第三强度。第一强度小于第二强度，第二强度小于第三强度，第三强度小于原始强度。

在本发明的一实施例中，第一强度为原始强度的30％，第二强度为原始强度的50％，第三强度为原始强度的70％。

在本发明的一实施例中，液态成型材为光敏树脂，光源为紫外线光。

本发明的立体物件成形方法，用于立体物件成形装置，立体物件成形装置包括用以盛装液态成型材的盛槽，而立体物件成形方法包括：利用光源对盛槽中的液态成型材进行照射，致使立体物件逐层固化于移动平台。其中，在进行照射的过程中，包括：当光源目前进行照射的目标位置位于紧邻移动平台的第一层时，维持光源的强度为原始强度；当目标位置不是位于邻接移动平台的第一层时，基于数码立体模型的切层数据，判断目标位置与光源相反的一侧中在一预设层数内是否存在不进行固化的空心层；以及在预设层数内存在空心层的情况下，根据空心层与目标位置相距的层数，对应调降光源的强度。

基于上述，本发明基于不进行固化的空心层的位置来调降光源的强度，可防止因光源穿透所造成的非预期固化。

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是现有的一种利用立体物件成形装置获得的立体物件的示意图；

图2a、图2b是本发明一实施例的立体物件成形装置的示意图；

图3是依据本发明一实施例的立体物件成形方法的流程图；

图4是依照本发明一实施例的调整光源强度的方法流程图；

图5是依照本发明一实施例的立体物件的示意图。

附图标记说明：

110、202、510：立体物件

111、112、113：固化层

121、122：非预期的固化层

200、200a：立体物件成形装置

201：液态成型材

210：盛槽

220：移动平台

230、d：光源

240：控制器

a～h：切层

f1～f6、g1～g3、h1～h6：位置

s305～s320：立体物件成形方法的各步骤

s405～s435：调整光源强度的方法各步骤

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的各实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而并非用来限制本发明。并且，在下列各实施例中，相同或相似的元件将采用相同或相似的标号。

图2a、图2b是本发明一实施例的立体物件成形装置的示意图。图2a所示为下照式的立体物件成形装置200，图2b所示为上照式的立体物件成形装置200a。

请参照图2a，立体物件成形装置200包括盛槽210、移动平台220、光源230以及控制器240。盛槽210用以盛装液态成型材201。移动平台220可移动地配置于盛槽210的上方。光源230配置于盛槽210的下方，用以照射液态成型材201，致使立体物件202逐层固化于移动平台220上。控制器240耦接至光源230与移动平台220，控制移动平台220进行移动，并且根据数码立体模型的切层数据来控制光源230的强度。本实施例的液态成型材201采用光敏树脂或其他适用的光固化材料，故液态成型材201在受到光源230的照射之后固化。

控制器240例如是中央处理器(centralprocessingunit，cpu)，或是其他可程序化的一般用途或特殊用途的微处理器(microprocessor)、数码信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、可程序化控制器、特殊应用集成电路(applicationspecificintegratedcircuits，asic)、可程序化逻辑装置(programmablelogicdevice，pld)或其他类似装置或这些装置的组合，本发明对此不限制。

立体物件成形装置200依据数码立体模型而制造出立体物件202。即，立体物件成形装置200会读取数码立体模型，并依据数码立体模型的横截面来逐层形成立体物件202。而立体物件202即是通过光源230照射并逐层固化液态成型材201而得。其中数码立体模型可通过例如电脑辅助设计(cad)或动画建模软件编译与计算而产生，使得立体物件成形装置200可读取此数码立体模型并据来执行立体物件的成形程序。详细来说，数码立体模型包括对数码立体物件进行切层处理而获得多个横截面的切层物件的多个切层数据。控制器240可依据此数码立体模型的切层数据来逐层成形，进而堆叠成立体物件202。

在图2a中，移动平台220定位在盛槽210的上方，并适于沿一轴向相对于盛槽210移动。移动平台220能移出盛槽210或移入盛槽210并浸置于液态成型材201中。如图2a所示，移动平台220沿z轴移动，以相对于位在xy平面上的盛槽210移动，并且浸入盛装在盛槽210内的液态成型材201。控制器240控制浸于液态成型材201内的移动平台220沿z轴往远离光源230的方向移动(即，往上方移动)，以逐层固化液态成型材201，从而通过逐层堆叠的方式于移动平台220上生成立体物件202。

请参照图2b，立体物件成形装置200a同样包括盛槽210、移动平台220、光源230以及控制器240。在上照式的实施例中，光源230配置于盛槽210的上方，用以照射液态成型材201，致使立体物件202逐层固化于移动平台220上。并且，盛槽210的深度为足以提供立体物件202进行成形的深度。使得移动平台220能够浸泡在液态成型材201中。

在图2b中，移动平台220沿z轴移动，以相对于位在xy平面上的盛槽210移动，并且浸入盛装在盛槽210内的液态成型材201。控制器240控制浸于液态成型材201内的移动平台220沿z轴往远离光源230的方向移动(即，往下方移动)，以逐层固化液态成型材201，从而通过逐层堆叠的方式于移动平台220上生成立体物件202。

图3是依据本发明一实施例的立体物件成形方法的流程图。在本实施例中，利用光源230对盛槽210中的液态成型材201进行照射，致使立体物件202逐层固化于移动平台220。在利用光源230进行照射的过程中，如图3所示，在步骤s305中，判断光源230目前进行照射的目标位置是否位于紧邻移动平台220的第一层。在此，控制器240会根据数码立体模型的切层数据来判断目前进行成形的所述层是否为形成在移动平台220上的第一层。

倘若目标位置位于紧邻移动平台220的第一层，在步骤s310中，控制器240会维持光源230的强度为原始强度。例如，控制器240会控制光源230使用100％的强度来进行照射。

倘若目标位置不是位于紧邻移动平台220的第一层，在步骤s315中，判断在预射层数内是否存在不进行固化的空心层。即，控制器240基于数码立体模型的切层数据来判断目标位置与光源230相反的一侧中在预设层数内是否存在不进行固化的空心层。例如，切层数据中会记载用以表示每一切层中的每一个体素是否要固化的固化数据。例如，以“1”代表要进行固化，以“0”代表不进行固化。依据每一切层的固化数据，在xy平面上与目标位置位于相同的位置上与光源230配置侧为相反的一侧中，判断预设层数内是否存在不进行固化的空心层。

倘若在预设层数内存在空心层，在步骤s320中，控制器240会根据空心层与目标位置相距的层数，对应调降光源230的强度。在此，当空心层越靠近目标位置，光源230的强度调降的幅度越大。倘若在预设层数内不存在空心层，在步骤s310中，控制器240会维持光源230的强度为原始强度。另外，还可根据固化液态成型材201在固化后的透光性来决定光源230的强度调降的幅度。

这是因为，在预设层数内倘若存在空心层，则光源230所照射的光会穿透固化层而在空心层中形成非预期的固化。因此，在预设层数内存在空心层的情况下，适当地调降光源230的强度，以降低所述层的固化密度。而在对下一层进行照射时，光源230所照射的光在穿透上一层固化层时会持续地固化所述层，而不会在空心层中造成非预期的固化。

以预设层数为3层而言，若空心层紧邻于目标位置，设定光源230为第一强度；若空心层与目标位置之间相隔一层固化层，设定光源230为第二强度；若空心层与目标位置之间相隔两层固化层，设定光源230为第三强度。在此，第一强度小于第二强度，第二强度小于第三强度，第三强度小于原始强度。

底下举例来说明调整光源强度的方法各步骤。图4是依照本发明一实施例的调整光源强度的方法流程图。请参照图4，在步骤s405中，控制器240基于切层数据来判断与目标位置在xy平面上的相同位置相邻的第一层(紧邻于目标位置所在的层)是否进行固化。若第一层为未进行固化的空心层，即，空心层紧邻于目标位置，则在步骤s410中，控制器240控制光源230调降为原始强度的30％。

若第一层有进行固化，在步骤s415中，控制器240基于切层数据来判断目标位置在xy平面上的相同位置相邻的第二层(紧邻于第一层)是否进行固化。若第二层为未进行固化的空心层，即，空心层与目标位置之间相隔一层固化层，则在步骤s420中，控制器240控制光源230调降为原始强度的50％。

若第一层与第二层皆有进行固化，在步骤s425中，控制器240基于切层数据来判断目标位置在xy平面上的相同位置相邻的第三层(紧邻于第二层)是否进行固化。若第三层为未进行固化的空心层，即，空心层与目标位置之间相隔二层固化层，则在步骤s430中，控制器240控制光源230调降为原始强度的70％。若第一层～第三层皆有进行固化，在步骤s435中，控制器240维持光源230为原始强度的100％。在此，上述预设层数3层与调降强度为30％、50％、70％仅为举例说明，并不以此为限。

图5是依照本发明一实施例的立体物件的示意图。在本实施例中，通过光源230照射固化液态成型材201，使得切层a至切层h逐层固化形成在移动平台220上而获得立体物件510。

请参照图5，立体物件510的切层a为紧邻移动平台220的第一层，故，在照射切层a中的各个位置时，光源230以原始强度100％来进行照射。而切层b的各位置在上方的预设层数(例如3层)内没有空心层，因此在照射切层a中的各位置时，光源230仍然以原始强度100％来进行照射。

在切层f中，位置f1、f6紧邻的三层(即切层e、d、c)内的相同位置上皆有进行固化，因此以原始强度100％来进行照射。而在分别对位置f2～f5进行照射时，由于紧邻位置f2～f5的切层e在相同的位置为空心，因此控制光源230调降为原始强度的30％来进行照射。

在切层g中，位置g1、g6紧邻的三层(即切层f、e、d)内的相同位置皆有进行固化，因此以原始强度100％来进行照射。而在分别对位置g2～g5进行照射时，由于紧邻于位置g2～g5的切层f为固化层而与位置g2～g5相邻二层的切层e在相同的位置为空心层，因此控制光源230调降为原始强度的50％来进行照射。

在切层h中，位置h1、h6的紧邻的三层(即切层g、f、e)内的相同位置皆有进行固化，因此以原始强度100％来进行照射。而在分别对位置h2～h5进行照射时，由于位置h2～h5相邻的第一层与第二层(切层g、f)的相同位置皆为固化层且第三层(切层e)的相同位置为空心层，因此控制光源230调降为原始强度的70％来进行照射。以此类推，则可获得符合数码立体模型的立体物件510。

以位置h2的位置而言，当光源230以原始强度的70％进行照射时，当光源穿透至位置g2与位置f2时，由于位置g2与位置f2在固化时的固化密度较低，穿透的光会使得位置g2与位置f2的固化密度增高，因此穿透的光不会在空心层上造成非预期的固化。据此，被调降强度的光照射后的位置，可由其后续所通过的光进行照射来加强其固化密度。例如，位置f2可通过在位置g2、h2进行照射所通过的光来补齐，使其固化密度达到100％。

图5虽然是以下照式的立体物件成形装置200为例进行说明，然而相同的方法亦同样适用于上照式的立体物件成形装置200a。

综上所述，本发明基于不进行固化的空心层的位置调降光源的强度，以降低目前进行照射的目标位置的固化密度，使得后续穿透的光源继续加强所述目标位置的固化密度，而可防止因光源穿透所造成的非预期固化。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定的为准。