阅读说明：本技术 立体打印方法 (three-dimensional printing method ) 是由 赵伟淳 郭宗桦 丁明雄 于 2018-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种立体打印方法,包括：取得液态成型材的波长-吸收率关系,且所述关系包含至少两个对应波长的吸收率峰值；通过立体打印装置成型立体物件,其中立体打印装置提供第一光线将液态成型材逐层固化并堆叠为立体物件,且第一光线的波长是至少两个对应波长的其中之一；以及通过后固化装置提供第二光线照设立体物件,且第二光线具有所述至少两个对应波长。(the invention provides a three-dimensional printing method, which comprises the following steps: obtaining a wavelength-absorptivity relation of the liquid molding material, wherein the relation comprises at least two absorptivity peaks corresponding to the wavelengths; forming a three-dimensional object by a three-dimensional printing device, wherein the three-dimensional printing device provides first light to solidify and stack the liquid forming material layer by layer into the three-dimensional object, and the wavelength of the first light is one of at least two corresponding wavelengths; and providing a second light ray through the post-curing device to illuminate the three-dimensional object, wherein the second light ray has the at least two corresponding wavelengths.)

立体打印方法

技术领域

本发明涉及一种立体打印方法。

背景技术

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(additivemanufacturing technology)来建造物理三维(three-dimensional,3-D)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(computer-aideddesign,CAD)等软件建构的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。

目前已发展出许多可以形成多个薄横截面层的方式。举例来说，光敏树脂(photopolymer)作为多数立体打印装置所用的液态成型材，通过在液态成型材中设置移动平台，并依据3D模型的设计数据建构的X-Y-Z坐标驱动光源沿着X-Y坐标移动照射液态成型材，从而将液态成型材固化出正确的横截面层形状。接着，随着移动平台沿Z轴移动，液态成型材便可在逐层固化及堆叠的状态下进而在移动平台上形成立体物件。

但在实际制作过程中，液态成型材会因其材料特性而具有对应不同光线波长的吸收率，也就是说，液态成型材对于光线的吸收率会随着光线波长不同而改变，因此仅以单一波长的光线并无法让液态成型材达到完全固化的状态。对于立体打印装置而言，除了其是采用单一波长的固化光源外，所述固化光源并无法涵盖让液态成型材得以固化的所有波长的光线，更何况液态成型材还具有对应不同波长的吸收率，因此便容易存在着立体物件无法据以达到完全固化的状态，并因而降低立体打印的品质。

据此，如何在立体物件的制作过程中提供完善的固化工序以改善前述情形，便成为本领域技术人员所需思考解决的课题。

发明内容

本发明是针对一种立体打印方法，通过不同的固化手段而让立体物件达到完全固化的状态。

根据本发明的实施例，立体打印方法包括：取得液态成型材的波长-吸收率关系，且所述关系包含至少两个对应波长的吸收率峰值；通过立体打印装置成型立体物件，其中所述立体打印装置提供第一光线将液态成型材逐层固化而堆叠形成所述立体物件，且所述第一光线的波长是所述至少两个对应波长的其中之一；以及通过后固化装置提供第二光线照射所述立体物件，其中所述第二光线具有所述至少两个对应波长。

基于上述，本发明依据液态成型材的波长-吸收率关系，而据以判断成型固化立体物件所需的光线特性，进而调整并搭配所需特性的光线。也就是说，在取得液态成型材的波长-吸收率关系后即能得知其对应波长的吸收率峰值的数量及对应波长为何，因此便能以第一光线进行立体物件的成型工序，其中第一光线的波长是所述对应波长的其中之一。接着，将成型后的立体物件置入后固化装置中，以通过后固化装置所提供的第二光线对立体物件进行后固化工序，其中第二光线具有包含所述至少两个峰值的对应波长。

换句话说，在成型工序的执行过程中，第一光线仅需包含足以成型的光线波长即可，而后再于后固化工序的过程中，通过后固化装置能提供液态成型材所有对应吸收率波长的光线，以对立体物件进行完全固化。如此，便能有效解决现有液态成型材的吸收率会随着光线波长不同而异的情形，而让立体物件得以吸收所有足以使其固化的光线波段。

附图说明

包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。

图1是依据本发明一实施例的立体打印方法的流程示意图；

图2是依据本发明一实施例的液态成型材的波长-吸收率关系示意图；

图3A与图3B是依据本发明一实施例的立体打印装置的示意图；

图3C是立体打印装置的部分构件的电性关系图；

图3D是发光元件的波长-强度关系示意图；

图4A与图4B是依据本发明一实施例的后固化装置的示意图；

图4C是后固化装置的电性连接关系图；

图5是依据本发明另一实施例的后固化装置的示意图。

附图标号说明

100：立体打印装置；

110：机体；

112：基座；

114：龙门架；

120：盛槽；

130：成型平台；

140：固化光源；

142：发光元件；

144：光学元件；

151、152：驱动单元；

160：控制单元；

200、200A：后固化装置；

210：机体；

211：底部；

211a：旋转基座；

212、213：侧部；

214：顶部；

215：腔室；

220：控制单元；

231：第一发光元件；

232：第二发光元件；

233：第三发光元件；

230A：发光元件

L1：第一光线；

L1a：光线；

L2：第二光线；

P1、P2、P3、P4、P5、P6：峰值

R1、R2：液态成型材

S01、S02、S03：步骤；

X-Y-Z：直角坐标。

具体实施方式

现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。

图1是依据本发明一实施例的立体打印方法的流程示意图。图2是依据本发明一实施例的液态成型材的波长-吸收率关系示意图。请参考图1与图2，在立体打印的工序过程中，由于液态成型材的材料特性，其对于固化光线的吸收率会随着波长而异，为克服前述问题而让立体物件能达到完全固化的状态，因此在本发明的立体打印方法中，首先需于步骤S01取得液态成型材的波长-吸收率关系，也就是取得如图2所示信息，在此先参考液态成型材R1，从关系图中可得知液态成型材R1具有三个对应波长的吸收率的峰值(peak)P1、P2与P3，其中P1>P2>P3，此即代表液态成型材R1对于波长385nm的光线具有较大的吸收率，之后依序是波长365nm的光线与波长405nm的光线。也就是说，以所述3种波长的固化光线分别能顺利地固化液态成型材，其中差异在于固化光线所需的强度与照射时间。

需说明的是，由图2可知峰值P3相较于峰值P1、P2为不明显(吸收率较低)，因此在其他未示出的实施例中也可从峰值P1、P2中择一作为固化光线的依据，后续将有详细的描述。

图3A与图3B是依据本发明一实施例的立体打印装置的示意图。图3C是立体打印装置的部分构件的电性关系图，其中虚线代表非电性连接关系。请参考图3A至图3C并对照图1与图2，立体打印装置100例如是立体光刻设备(stereolithography apparatus,SLA)，其包括机体110、盛槽120、成型平台130、固化光源140、驱动单元151与152以及控制单元160，其中机体110包括基座112与设置在基座112上的龙门架114，盛槽120用以盛装液态成型材(例如前述液态成型材R1)，固化光源140设置于基座112内且位于盛槽120下方，固化光源140包括发光元件142与光学元件144，控制单元160电性连接固化光源140的发光元件142以产生光线L1a，并通过光学元件144之后形成第一光线L1，且控制单元160还能通过驱动光学元件144，例如调整光线焦距或照射、扫描位置，而使特定位置的液态成型材R1完成固化。

再者，成型平台130通过驱动单元151而可移动地设置于龙门架114，控制单元160电性连接驱动单元151而据以驱动成型平台130沿Z轴移动，以使其移入或移出盛槽120。

当成型平台130移入盛槽120且接触液态成型材后，固化光源140提供第一光线L1穿过透明的盛槽120底部，以将液态成型材R1逐层固化并成型于成型平台130的成型面上，随着成型平台130逐渐移离盛槽120，由液态成型材R1而逐层固化的固态成型层便能逐渐堆叠在成型平台130上，直到完成立体物件的打印。需说明的是，在此仅列出与本发明相关的构件与相关的立体打印工序，其余未揭示者已能从现有立体光刻技术中得知，便不再赘述。

图3D是发光元件的波长-强度关系示意图。请参考图3D，在本实施例中，固化光源140的发光元件142例如是发光二极体(LED)，由于LED的单色光特性，图3D所示出三个不同峰值分别代表三种不同发光元件所能产生的光线波长，同时也用以对应图2所示液态成型材R1的波长-吸收率关系。同时需注意的是，波长越低的光线除了需以较高精密程度的光学元件方能顺利操控之外，也容易对其经过的物件造成损坏。也就是说，在图3A、图3B所示出的立体打印装置100中，光学元件144以及盛槽120皆是位在发光元件142所产生光线L1a与第一光线L1的光路径上，一旦选用波长较低的发光元件142，不但增加光学元件144的制造成本，也因光学元件144与盛槽120容易因此损坏而降低其使用寿命且提高维修成本。

有鉴于此，在立体打印装置100之外，本发明还提供了后固化装置200，图4A与图4B是依据本发明一实施例的后固化装置的示意图。图4C是后固化装置的电性连接关系图。请先参考图4A至图4C，后固化装置200包括机体210、多个发光元件与控制单元220，机体210由底部211、侧部212与213以及顶部214所构成，并因此形成腔室215以供容纳立体物件，其中侧部212可开阖地组装于侧部213，以让使用者能开启或关闭腔室215。如图4B与图4C所示，多个发光元件用以受控于控制单元220而提供第二光线L2对腔室215内的立体物件进行后固化工序，这些发光元件包括第一发光元件231、第二发光元件232与第三发光元件233，其分别设置在机体210的顶部214且电性连接控制单元220，以让控制单元220得以启、闭这些发光元件，且据以调整这些发光元件的输出功率(可视为第二光线L2的照射强度)与照射时间。在此，第一发光元件231、第二发光元件232与第三发光元件233产生不同波长的光线，如图3D所示，第一发光元件231用以产生波长385nm的光线，第二发光元件232用以产生波长365nm的光线，第三发光元件233用以产生波长405nm的光线，也就是发光元件是依据其光线波长而配置在腔室215上方的不同区域，以让第二光线L2能包含这些波长光线的至少其中之一。需说明的是，本实施例虽示出三种不同波段的光线，但本发明并不因此限制其波段数。

此外，本实施例的后固化装置200还包括旋转基座211a，设置于机体210的底部211而位于腔室215底部，已成型的立体物件适于放置在旋转基座211a上，以在进行后固化工序时，立体物件能被旋转基座211a带动而在腔室215内旋转，以提高立体物件被第二光线L2照射的表面积。

在此并未限定发光元件在后固化装置内的配置方式。图5是依据本发明另一实施例的后固化装置的示意图。与前述实施例不同的是，本实施例的后固化装置200A中，发光元件230A是依据其光线波长而环设于腔室的周边的不同区域。如此一来，立体物件置入腔室后即能受到环绕周围的发光元件230A所产生的光线。

请再参考图1并对照图2与图3D，诚如前述，为了避免上述在立体打印工序时因采用较低波长的光线而造成的困扰，本发明以后固化装置200搭配立体打印装置100而形成以图1所示的立体打印方法。需说明的是，以下立体打印方法对于光线波段的选择仅是其中一例示，本领域的技术人员能以所述选择逻辑而推演出其他相关实施例。

如前述步骤S01，先行取得液态成型材R1的波长-吸收率关系，且如图2所示，所述关系包含至少两个对应波长的吸收率峰值，在此是以三个对应波长的吸收率峰值P1、P2与P3为例；接着，在步骤S02中，通过立体打印装置100成型出立体物件，其中立体打印装置100提供第一光线L1将液态成型材R1逐层固化而堆叠形成立体物件，且第一光线L1的波长是所述至少两个对应波长的其中之一，在此是选择吸收率峰值P1、P2与P3较高者，也就是具有吸收率峰值P1的对应波长(385nm)的光线作为成型出立体物件所需的发光元件142，如图3D所示。

在另一未示出的实施例中，也可从吸收率峰值P1、P2与P3选择波长较长者，也就是吸收率峰值P3所对应的波长405nm的光线作为立体打印装置100的发光元件142。

诚如前述，与吸收率峰值P1、P2相较，吸收率峰值P3较低且较不明显，因此在另一未示出的实施例中，改以从吸收率峰值P1与P2作为选择依据，惟类似的是，仍选择以吸收率峰值P1作为立体打印工序所需的固化光源140，同时也是选择对应波长较长者。

基于上述可清楚得知，本发明的立体打印方法中，在得知液态成型材R1的波长-吸收率关系之后，是选择对应吸收率峰值的较高者，或选择对应波长的较长者(或兼具上述两者的条件)，来作为立体打印装置100用以成型出立体物件所需的固化光源140，藉以避免较短波长的光线容易对光学元件144与盛槽120造成损害，而能提高使用寿命及降低维修保养成本，同时，此举也能避免需采用精密程度较高的光学元件，而得以降低制作成本、提高立体打印的制程效率。

接着，在步骤S03中，将成型后的立体物件移入后固化装置200的腔室215中，并通过后固化装置200提供第二光线L2照射立体物件，其中第二光线L2具有所述至少两个对应波长，而在本实施例中，第二光线L2的波长是包括前述液态成型材R1所具有三个吸收率峰值P1、P2与P3的对应波长。

详细而言，对照立体打印装置100与后固化装置200而能得知的是，立体打印装置100由于需以光学元件操控第一光线L1照射到盛槽120内液态成型材R1的特定位置，方能完成立体物件的立体打印工序。然而，后固化装置200是用以对已成型的立体物件进行再固化，因此发光元件毋须加装导引光线或聚焦光线所需的光学元件144，也就是说，发光元件产生光线后直到照射到立体物件的过程中，并不会经过任何中间物件，因此不会有物件受损的疑虑。据此，后固化装置200便能配置不同波长的第一发光元件231、第二发光元件232与第三发光元件233，以让第二光线L2的波长能包含液态成型材R1在波长-吸收率关系中所有峰值(P1、P2与P3)的对应波长，如图3D所示。如此一来，移入腔室215的立体物件便能接收多波段的第二光线L2，而据以达到完全固化的状态。

尚须说明的是，为便于使用者操作，本实施例的立体打印方法还包括：对于所述不同的液态成型材，存储其对应的所述第一光线L1的波长(或其相关参数)于立体打印装置100中；以及存储对应所述第二光线L2的所述至少两个对应波长(或其相关参数)于后固化装置200中。进一步地说，在此是将第二光线L2的至少两个对应波长的强度或照射时间存储入后固化装置200。如此一来，当使用者再次进行立体打印时，即能从立体打印装置100与后固化装置200直接带入所需的波长、强度、照射时间等相关参数，而简化使用者的操作程序以提高立体打印效率。

以下参考图2与图3D而以不同实施例叙述本发明的立体打印方法对于光线的采用手段：

在一实施例中，使用者可先采以吸收率峰值P3的对应波长405nm作为立体打印装置100用以成型出立体物件所需的第一光线L1，而后再通过后固化装置200以包含吸收率峰值P1、P2与P3的对应波长385nm、365nm与405nm的第二光线L2对已成型的立体物件进行后固化工序，因此在本实施例中，第一光线L1的波长大于或等于第二光线L2的波长。

在一实施例中，使用者可通过改变发光元件的输出功率而调整第一光线L1与第二光线L2的强度。例如使用者先通过立体打印装置100而以较低强度的第一光线L1进行立体打印工序，而后再通过后固化装置200以较高强度的第二光线L2完成立体物件的最终固化。

请再参考图2，当使用者选择另一液态成型材R2时，其仍须依据液态成型材R2的波长-吸收率关系来决定立体打印工序与后固化工序所需采用的光线形式。由图2可知，光线的强度相对于液态成型材的吸收率呈正比，举例来说，在进行后固化工序时，第二光线L2可依据液态成型材R2的吸收率峰值P4、P5与P6而决定第二光线L2的强度，也就是决定发光元件的输出功率，例如依据吸收率峰值P4、P5与P6所示吸收率而使第一发光元件231输出功率设定为100％，并进而设定第二发光元件232的输出功率为90％，以及设定第三发光元件233的输出功率为50％。

再者，若以液态成型材R1与R2相较，则第二光线L2的照射时间是相对于液态成型材R1、R2的吸收率呈反比，也就是说，液态成型材R2的吸收率实质上是液态成型材R1的一半，因此液态成型材R2所需的照射时间需比液态成型材R1的照射时间增加一倍。

综上所述，在本发明的上述实施例中，立体打印方法是依据液态成型材的波长-吸收率关系，而据以判断成型固化立体物件所需的光线特性，进而调整并搭配所需特性的光线。也就是说，在取得液态成型材的波长-吸收率关系后即能得知其对应波长的吸收率峰值的数量及对应波长为何，因此便能以第一光线进行立体物件的成型工序，其中第一光线的波长是所述对应波长的其中之一。接着，将成型后的立体物件置入后固化装置中，以通过后固化装置所提供的第二光线对立体物件进行后固化工序，其中第二光线具有包含所述至少两个峰值的对应波长。

换句话说，立体打印方法在于避免仅以单一波长来进行立体物件的成型作业，也就是考虑立体打印工序的制程效率，改以立体打印装置与后固化装置的搭配，而调整立体物件的固化手段，先以单一波长的光线进行立体物件的打印工序，而后再以多波长光线进行后固化工序，以此达到让立体物件能够完全固化的状态，进而提升立体物件的品质。

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。