本發(fā)明是有關(guān)于一種打印裝置，且特別是有關(guān)于一種光固化成型的三維打印裝置。

背景技術(shù)：

隨著科技發(fā)展，三維打印(3D printing)技術(shù)及增材制造(Additive Manufacturing，簡稱：AM)技術(shù)已經(jīng)成為最主要發(fā)展的技術(shù)之一。上述這些技術(shù)屬于快速成型技術(shù)的一種，它可以直接通過使用者設(shè)計(jì)好的數(shù)字模型檔案來直接制造出所需的成品，且成品幾乎是任意形狀的三維實(shí)體。現(xiàn)有的三維打印根據(jù)各式的機(jī)型及材料有多種不同的成型機(jī)制，舉凡是液態(tài)樹脂、漿料、金屬(例如金屬粉體)或非金屬(例如陶瓷粉體)等材料，都可通過逐層堆疊累積的方式來構(gòu)造出所需形狀的三維實(shí)體。在過去的模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，三維打印技術(shù)常常被用于制造模型，現(xiàn)在則逐漸被應(yīng)用于珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程、汽車、航空、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、土木工程以及其他領(lǐng)域中。

現(xiàn)有將上述粉末狀的金屬粉體或非金屬粉體堆疊累積成三維實(shí)體的其中兩種方法包括選擇性激光燒結(jié)(Selective Laser Sintering,簡稱：SLS)及選擇性激光熔融(Selective Laser Melting,簡稱：SLM)，上述兩者都是將粉體加熱至其燒結(jié)溫度或熔點(diǎn)以使粉體燒結(jié)或熔融成為一層具有特定厚度的薄膜，經(jīng)過多次的燒結(jié)或熔融后可制造出多層堆疊的薄膜，進(jìn)而構(gòu)成三維實(shí)體。

另一種方法是通過光固化技術(shù)(Stereolithography，簡稱：SLA)，將升降機(jī)臺(tái)的載板浸入光固化液態(tài)材料中，利用UV激光光照射在光固化液態(tài)材料上，使光固化液態(tài)材料固化在載板上，完成平面之后，再移動(dòng)升降機(jī)臺(tái)的高度，未被照射的光固化液態(tài)材料將會(huì)維持液態(tài)，依照這樣的模式不斷制作多層，堆疊出三維物件(three dimension object)，將此三維物件置于UV光下照射進(jìn)行最后加強(qiáng)固化。然而，此類光固化材料所制作的三維物件其結(jié) 構(gòu)強(qiáng)度及硬度較低，因此要如何提升所制作出的三維物件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及支撐性，也為目前需研究的課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種光固化成型的三維打印裝置，其可制作出具有較佳結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與支撐性的三維物件。

本發(fā)明的一種光固化成型的三維打印裝置，包括槽體、升降機(jī)臺(tái)、多孔性載板及光源。槽體用以盛裝光固化液態(tài)材料。升降機(jī)臺(tái)配置于槽體的上方。多孔性載板設(shè)置于升降機(jī)臺(tái)，其中升降機(jī)臺(tái)驅(qū)動(dòng)多孔性載板從光固化液態(tài)材料中移動(dòng)至光固化液態(tài)材料上方，且多孔性載板的孔隙率在40％至80％之間。光源配置于槽體的下方，光源照射光固化液態(tài)材料，以使光固化液態(tài)材料固化于多孔性載板上以形成三維物件。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的多孔性載板的材質(zhì)包括氧化鋯、氧化鋁、石膏或是硅酸鈣。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的多孔性載板的密度介于0.2(公克/立方公分)至2.4(公克/立方公分)之間。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的多孔性載板可拆卸地固定于升降機(jī)臺(tái)上。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的多孔性載板以真空吸引或抽取的方式固定于升降機(jī)臺(tái)上。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的光固化液態(tài)材料包括光固化樹脂溶液以及摻雜于光固化樹脂溶液內(nèi)的陶瓷粉體或金屬粉體。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的陶瓷粉體或是金屬粉體在該光固化樹脂溶液中的填充率的體積百分比在20％至80％之間。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的陶瓷粉體或是金屬粉體的粒徑介于20納米至20微米之間。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的金屬粉體的材質(zhì)包括鐵、鈷、鎳、鐵氧體或金屬陶瓷。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的陶瓷粉體的材質(zhì)包括氧化鋯、三氧化二鋁、二氧化硅、二氧化鈦、氮化硅、碳化硅或其組合。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的光源包括激光光源或數(shù)字光源投影系統(tǒng) (DLP System)。

基于上述，本發(fā)明的光固化成型的三維打印裝置通過在升降機(jī)臺(tái)上設(shè)置孔隙率約在40％至80％之間的多孔性載板，當(dāng)多孔性載板浸入光固化液態(tài)材料中時(shí)，摻雜于光固化樹脂溶液內(nèi)的陶瓷粉體或金屬粉體會(huì)受到多孔性載板的孔隙所產(chǎn)生的虹吸作用而更緊密地吸附至多孔性載板，使得堆積于多孔性載板上的粉體密度增加。換句話說，本發(fā)明的光固化成型的三維打印裝置通過多孔性載板的配置，使得形成于多孔性載板上的三維物件的密度可被提高，進(jìn)而增加三維物件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而制作出具有較佳支撐性的三維物件。此外，本發(fā)明的光固化成型的三維打印裝置的多孔性載板可通過例如是真空吸引或抽取的方式可拆卸地固定于升降機(jī)臺(tái)上，在打印完成之后可直接將多孔性載板與三維物件拆離于升降機(jī)臺(tái)，待將多孔性載板與三維物件分開后，多孔性載板經(jīng)由清洗、干燥而被重復(fù)利用，以降低生產(chǎn)成本。

為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一實(shí)施例的一種光固化成型的三維打印裝置的示意圖；

圖2至圖3是圖1的光固化成型的三維打印裝置的多孔性載板浸入光固化液態(tài)材料之后金屬粉體被吸附于多孔性載板的局部放大示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

10：光固化液態(tài)材料；

12：光固化樹脂溶液；

14：金屬粉體；

20：三維物件；

100：光固化成型的三維打印裝置；

110：槽體；

120：升降機(jī)臺(tái)；

122：平臺(tái)區(qū)；

130：多孔性載板；

140：光源。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的光固化成型的三維打印裝置可依據(jù)例如通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)或動(dòng)畫建模軟件等建構(gòu)而成的立體模型的多層橫截面逐步制造出三維物件。下面將對光固化成型的三維打印裝置進(jìn)行詳細(xì)地介紹。圖1是本發(fā)明的一實(shí)施例的一種光固化成型的三維打印裝置的示意圖。請參閱圖1，本實(shí)施例的光固化成型的三維打印裝置100包括槽體110、升降機(jī)臺(tái)120、多孔性載板130及光源140。

槽體110用以盛裝光固化液態(tài)材料10。在本實(shí)施例中，光固化液態(tài)材料10包括光固化樹脂溶液12以及摻雜于光固化樹脂溶液12內(nèi)的金屬粉體14。金屬粉體14的材質(zhì)包括鐵、鈷、鎳、鐵氧體或金屬陶瓷，但金屬粉體14的種類不以此為限制。金屬粉體14在光固化樹脂溶液中的填充率的體積百分比約在20％至80％之間，且金屬粉體14的粒徑介于20納米至20微米之間。在其他實(shí)施例中，光固化液態(tài)材料10也可以是陶瓷粉體摻雜于光固化樹脂溶液12內(nèi)，陶瓷粉體的材質(zhì)包括氧化鋯、三氧化二鋁、二氧化硅、二氧化鈦、氮化硅、碳化硅或其組合，陶瓷粉體在光固化樹脂溶液中的填充率的體積百分比約在20％至80％之間，且陶瓷粉體的粒徑介于20納米至20微米之間。此外，光固化樹脂溶液10也可視需求添加適量的揮發(fā)溶劑來調(diào)整光固化樹脂溶液10的粘滯度與流動(dòng)性。

升降機(jī)臺(tái)120配置于槽體110的上方。在本實(shí)施例中，升降機(jī)臺(tái)120包括平臺(tái)區(qū)122，多孔性載板130設(shè)置于升降機(jī)臺(tái)120的平臺(tái)區(qū)122。升降機(jī)臺(tái)120可以上下移動(dòng)而使得多孔性載板130能夠向下接觸到光固化液態(tài)材料10，也能夠移動(dòng)至光固化液態(tài)材料10上方。

光源140配置于槽體110的下方，在本實(shí)施例中，槽體110的底部可透光，而使得光源140所發(fā)出的光線能夠穿過槽體110的底部以照射到光固化液態(tài)材料10。

在本實(shí)施例中，光源140為激光光源，光源140可提供能固化光固化液態(tài)材料10的波段的光線(例如紫外線)，但光源140的種類與所發(fā)出光線的波段并不以此為限制。在其他實(shí)施例中，也可以通過數(shù)字光源投影系統(tǒng)(DLP System)來提供光線，詳細(xì)地說，通過數(shù)字微鏡裝置(未示出)將照明光束轉(zhuǎn)變 成圖像光束，再利用投影鏡頭(未示出)將圖像光束投影于光固化液態(tài)材料，以固化光固化液態(tài)材料10中對應(yīng)于圖像光束的部分。

在本實(shí)施例中，多孔性載板130的孔隙率約在40％至80％之間，多孔性載板130的材質(zhì)包括氧化鋯、氧化鋁、石膏或是硅酸鈣，且多孔性載板130的密度介于0.2(公克/立方公分)至2.4(公克/立方公分)之間。本實(shí)施例的光固化成型的三維打印裝置100通過利用多孔性載板130來當(dāng)作三維物件20的成型底板，在升降機(jī)臺(tái)120向上逐層移動(dòng)的過程中，可使光固化液態(tài)材料10在多孔性載板130上逐層固化以堆疊成具有較佳結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的三維物件20。

詳細(xì)而言，圖2至圖3是圖1的光固化成型的三維打印裝置的多孔性載板浸入光固化液態(tài)材料之后金屬粉體被吸附于多孔性載板的局部放大示意圖。由圖2至圖3的變化可知，由于多孔性載板130具有許多孔隙(未示出)，當(dāng)多孔性載板130浸入光固化液態(tài)材料10時(shí)，摻雜于光固化樹脂溶液12內(nèi)的金屬粉體14會(huì)受到多孔性載板130的孔隙所產(chǎn)生的虹吸作用而更緊密地吸附至多孔性載板130，使得堆積于多孔性載板130上的粉體密度增加。此外，多孔性載板130的孔隙也能夠在鋪層的過程中，讓溶劑能夠較快速地滲透與揮發(fā)，產(chǎn)生類似于拉緊金屬粉體14的效果，以使金屬粉體14能夠更緊密地形成在多孔性載板130上，而提高金屬粉體14的堆積密度。

因此，本實(shí)施例的光固化成型的三維打印裝置100所打印出的三維物件20會(huì)具有較高的密度。如此一來，三維物件20也會(huì)具有較佳的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而使得三維物件20具有較佳的支撐性。

此外，在本實(shí)施例中，多孔性載板130可拆卸地固定于升降機(jī)臺(tái)120上。舉例來說，多孔性載板130可以真空吸引或抽取的方式固定于升降機(jī)臺(tái)120上，以使得多孔性載板130在打印完成之后可直接拆離于升降機(jī)臺(tái)120，待將多孔性載板130與三維物件20分開后，多孔性載板130經(jīng)由清洗、干燥而被重復(fù)利用，以達(dá)到降低成本的效果。

當(dāng)然，多孔性載板130固定于升降機(jī)臺(tái)120的方式并不以上述為限制，在其他實(shí)施例中，多孔性載板130也可以通過鎖附或是粘附的方式固定于升降機(jī)臺(tái)120。在其他實(shí)施例中，多孔性載板130也可以不會(huì)分離于升降機(jī)臺(tái)120，也就是說，三維物件20在打印完成之后，會(huì)直接脫離于多孔性載板130以與光固化成型的三維打印裝置100分離。

值得一提的是，在其他實(shí)施例中，升降機(jī)臺(tái)120的平臺(tái)區(qū)122也可以是多孔性材料制作而成，如此一來，在三維物件20逐漸形成的鋪層過程中，由于升降機(jī)臺(tái)120的平臺(tái)區(qū)122與多孔性載板130均由多孔性材料所形成，添加于光固化樹脂溶液10內(nèi)的溶劑能夠較快速地滲透與揮發(fā)，以產(chǎn)生更佳地拉緊金屬粉體14的效果，而更能夠提高金屬粉體14的堆積密度。

綜上所述，本發(fā)明的光固化成型的三維打印裝置通過在升降機(jī)臺(tái)上設(shè)置孔隙率約在40％至80％之間的多孔性載板，當(dāng)多孔性載板浸入光固化液態(tài)材料中時(shí)，摻雜于光固化樹脂溶液內(nèi)的陶瓷粉體或金屬粉體會(huì)受到多孔性載板的孔隙所產(chǎn)生的虹吸作用而更緊密地吸附至多孔性載板，使得堆積于多孔性載板上的粉體密度增加。換句話說，本發(fā)明的光固化成型的三維打印裝置通過多孔性載板的配置，使得形成于多孔性載板上的三維物件的密度可被提高，進(jìn)而增加三維物件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而制作出具有較佳支撐性的三維物件。此外，本發(fā)明的光固化成型的三維打印裝置的多孔性載板可通過例如是真空吸引或抽取的方式可拆卸地固定于升降機(jī)臺(tái)上，在打印完成之后可直接將多孔性載板與三維物件拆離于升降機(jī)臺(tái)，待將多孔性載板與三維物件分開后，多孔性載板經(jīng)由清洗、干燥而被重復(fù)利用，以降低生產(chǎn)成本。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。