立体成型物以及立体成型物的制造设备与制造方法_2

文档序号:8439839阅读:来源:国知局
施例中,初坯10可具有球面状外型轮廓、非球面状外型轮廓或是其他的外型轮廓。也就是说,初坯10可以是一个立体结构物,其外型轮廓无需特别的限定,且其外型轮廓可以是通过切削研磨模块140加工成型的或是通过其他加工法制作成型的。
[0058]材料供应模块120可容置粉末状材料M,其中粉末状材料M可以是金属粉末或高分子粉末。举例而言,金属粉末可以是模具钢、铝合金、不锈钢或钛合金等材料,但本发明不限于此。另一方面,立体成型物的制造设备100还包括电源供应器150,其中电源供应器150电性耦接于承载模块110与材料供应模块120之间。当初坯10移动靠近材料供应模块120时,粉末状材料M可通过静电力(electrostatic force)的作用附着于初还10上。在本实施例中,材料供应模块120可以将粉末状材料M提供给初坯10,并让粉末状材料M于初坯10表面铺设成层。
[0059]进一步而言,电源供应器150可输出1.5千至10千伏特(KV)之间的高压电源,其一端电性耦接至抵接件111,另一端则电性耦接至材料供应模块120,以令容置于材料供应模块120中粉末状材料M带有电荷。因此,当初坯10移动靠近材料供应模块120时,材料供应模块120内带电的粉末状材料M可通过静电力的作用而附着于初坯10。
[0060]以金属粉末的粉末状材料M为例,在金属粉末接触到初坯10之后,金属粉末主要是通过凡得瓦力(van der Waals force)吸附于初还10,而金属粉末的粒子之间是通过内聚力(cohes1n)而相互吸引。另一方面,本实施例可还进一步在初还10上涂布高阻抗介质例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚氯乙烯(PVC)等,亦或是其他高阻抗材质,以让金属粉末更易于附着于初坯10上,进而提高其吸附效果。
[0061]另一方面,以高分子粉末的粉末状材料M为例,不同于金属粉末的是,高分子粉末主要是通过残留静电力而彼此吸引,并通过残留静电力吸附于初坯10。换言之,虽然高分子粉末的粒子之间仍可通过内聚力而相互吸引,并通过凡得瓦力吸附于初坯10,但是这两种作用力的影响程度远不及残留静电力。
[0062]具体而言,高分子粉末的带电性可以是来自于电源供应器150,由于高分子粉末与金属粉末之间的材料性质有所差异,因此在材料供应模块120内的粉末状材料M为高分子粉末的情况下,电源供应器150所输出的高压电源的范围可视需求而调整。
[0063]另一方面,即使是在初坯10的至少一部分区域的表面为非平面或初坯10的整个表面为非平面的情况下,粉末状材料M仍可通过静电力(electrostatic force)的作用附着于不平整的表面上。换言之,即使初坯10的表面平整度不足也不易影响到加工速率,藉以让立体成型物的制造设备100的应用层面更具弹性,有别于现有技术仅能在平整面上铺设粉料来制作加工成型物。在此,虽然是以电源供应器150的一端电性耦接至抵接件111做为举例说明,但在其他的实施例中,电源供应器150的一端亦可电性耦接至夹头112,当视实际加工需求而有所调整。
[0064]图3是图1的初坯沿剖线1-1的剖面示意图。请参考图1与图3,在本实施例中,材料供应模块120中可设置有刮除件121例如刮刀。当带电的粉末状材料M通过静电力的作用而附着于初坯10时,粉末状材料M的厚度不一定符合所需。因此,为了控制粉末状材料M的堆积厚度与均匀性,可以利用刮除件121来抚平附着于初坯10的粉末状材料M。详细而言,当利用承载模块110的五个轴向的加工自由度来平移或转动初坯10时,刮除件121例如是固定不动的,此时初坯10贴近刮除件121且相对于刮除件121平移或转动,藉此来抚平附着于初坯10的粉末状材料M,但本发明不限于此运作模式。
[0065]在其他的运作模式中,也可以是在初坯10固定不动的情况下,沿着三个直线移动轴来移动刮除件121,使得刮除件121贴近初坯10并相对于初坯10平移,由此来抚平附着于初坯10的粉末状材料M。此外,在初坯10与刮除件121同时作动的情况下,亦能达成如上述运作模式的效用。
[0066]另一方面,粉末状材料M的厚度也可以通过改变静电力大小来控制。举例而言,当粉末状材料M与初坯10之间的静电力越大时,粉末状材料M的厚度可以增加,反之则减少。在另一实施例中,粉末状材料M (例如高分子粉末)的厚度也可以通过改变附着的时间来控制。举例而言,通过降低初坯10的转动速度,粉末状材料M的附着厚度可以增加,反之则减少。
[0067]能量源模块130用来提供光源L (例如是激光光源)以朝向初坯10照射,其中承载模块110适于依旋转轴A旋转初坯10,让附着于初坯10上的粉末状材料M转向能量源模块130以受光源L照射而形成烧结层(图1未示),其中为了控制烧结层的厚度与均匀性,可通过切削研磨模块140的刀具141将其不必要的部分予以适当地切削或研磨。另一方面,能量源模块130例如是变焦式能量源模块,其可通过测距装置例如激光测距仪(图未示)扫瞄出初坯10表面的起伏程度,藉以调变能量源模块130的焦距,使得光源L可聚焦在欲烧结的区域以提供足够用来烧结粉末状材料M的能量。
[0068]同时,能量源模块130与材料供应模块120例如设置于空间中的不同位置。因此,在初坯10固定不动的情形下,材料供应模块120可以提供材料M给初坯10的第一区域R1,而能量源模块130可照射初坯10的第二区域R2,且第一区域R2不同于第一区域R1,也就是说,光源L的照射方向与粉末状材料M供应给初坯10的供应方向不同。在图1中,材料供应模块120与能量源模块130彼此相对,但不以此为限。
[0069]虽然上述实施例是以可提供激光光源的能量源模块130做介绍,但在其他实施例中,能量源模块130亦可以是电浆处理装置,通过将电浆源攻击至欲烧结的区域以提供足够用来烧结粉末状材料M的能量。
[0070]图4是本发明其他实施例的立体成型物的制造设备的侧视图,其中为求请楚表示与说明,图4省略绘示抵接件111、夹头112与电源供应器150。图1的立体成型物的制造设备100是将材料供应模块120与能量源模块130设置于初坯10的相对两侧,也就是材料供应模块120至初坯10的连线与能量源模块130至初坯10的连线例如夹有180度角。不过,请参考图4,本实施例的立体成型物的制造设备100A的材料供应模块120至初坯10的连线与能量源模块130至初坯10的连线例如夹有90度角,也就是说,材料供应模块120与能量源模块130之间的相对配置关系可依据加工时的实际需求而调整,并且不局限于上述说明中材料供应模块120至初坯10的连线与能量源模块130至初坯10的连线之间所夹的角度。具体而言,材料供应模块120与能量源模块130之间的相对配置关系,主要是以能量源模块130所提供的光源L可不受到材料供应模块120的干扰以顺利照射至初坯10为原则。
[0071]图5A为本发明一实施例的初坯的示意图。图5B是图5A的初坯沿剖线J-J的剖面示意图。请同时参照图5A与图5B,在本实施例中,初坯10具有多个凹槽11,且各个凹槽11形成于棒状初坯10的柱面。在本实施例中,各个凹槽11的延伸方向并非平行于棒状初坯10整体的延伸方向。因此,初坯10安装于图1的固定模块110时,各个凹槽11的延伸方向不平行于旋转轴A。具体而言,初坯10可以是由圆棒状的结构物经机械加工而形成的,也就是说,这些凹槽11可以是通过图2的切削研磨模块140的刀具141加工成型的。当然,凹槽11也可以是通过其他的加工方式制作而成,例如模具成型加工方式、或是冲压成型加工方式。
[0072]图6A至图6C是图5B的初坯中第一区域使用立体成型物制造设备进行层积制造的流程。图7是图6A的立体示意图。请先参考图1与图6A,预定于第一区域12进行层积制造时,可以先利用承载模块110依旋转轴A旋转初坯10以将第一区域12转向材料供应模块120。此时,粉末状材料M通过静电力的作用自材料供应模块120附着于初坯10的第一区域12上。在粉末状材料M附着于第一区域12之后,再利用承载模块110依旋转轴A旋转以让初坯10的第一区域12转向能量源模块130,使得光源L可以照射于第一区
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