TWI546184B - 三維列印載板及三維列印方法 - Google Patents

Description

三維列印載板及三維列印方法

本發明是有關於一種載板以及成型方法，且特別是有關於一種三維列印載板及三維列印方法。

隨著科技發展，三維列印（3D printing）技術及增材製造（Additive Manufacturing，AM）技術已經成為最主要發展的技術之一。上述這些技術屬於快速成型技術的一種，它可以直接藉由使用者設計好的數位模型檔案來直接製造出所需的成品，且成品幾乎是任意形狀的三維實體。在過去的模具製造、工業設計等領域，三維列印技術常常被用於製造模型，現在則逐漸被應用於珠寶、鞋類、工業設計、建築、工程、汽車、航空、牙科和醫療產業、教育、土木工程以及其他領域中。

現有的三維列印技術根據各式的機型及材料有多種不同的成型機制，其中選擇性雷射燒結（Selective Laser Sintering, SLS）和選擇性雷射熔結（Selective Laser Melting, SLM）因為是應用雷射來定義三維實體的外型，因此可以形成的三維物體可以是由陶瓷材料或金屬材料形成，並具有高精度及較佳的表面品質，都常被廣泛應用在上述各種領域中。

然而，當上述的三維列印技術在製作陶瓷材料的三維物體時，承載三維物體用的陶瓷載板可能會因為大量的溫度變化而龜裂，進而影響三維物體的形成。另一方面，當三維物體形成在陶瓷載板後，自陶瓷載板分離三維物體時也容易使三維物體本身碎裂，進而大幅降低形成三維物體的良率。

本發明提供一種三維列印載板，其可以良好得形成陶瓷三維物體於其上。

本發明提供一種三維列印方法，其可以良好得形成陶瓷三維物體。

本發明的實施例的三維列印載板適於提供成型面供三維物體成形。三維列印載板包括複合基板、金屬犧牲層以及陶瓷種子層。複合基板包括金屬板以及包覆金屬板的陶瓷包覆層。金屬犧牲層連接複合基板的陶瓷包覆層及陶瓷種子層，且上述的成型面位於陶瓷種子層背向金屬犧牲層的表面，且金屬犧牲層適於被一去除液去除。

本發明的實施例的三維列印方法適於形成三維物體。三維列印方法包括提供三維列印載板，其中三維列印載板包括複合基板、金屬犧牲層以及陶瓷種子層；藉由選擇性雷射燒結或選擇性雷射熔結形成三維物體於陶瓷種子層的成型面；以去除液去除連接複合基板的陶瓷包覆層和陶瓷種子層的金屬犧牲層。上述的複合基板包括金屬板以及包覆金屬板的陶瓷包覆層，且成型面位於陶瓷種子層背向金屬犧牲層的表面。

在本發明的一實施例中，上述的陶瓷種子層在平行於成型面的法向量的方向的厚度的範圍落於0.1公釐至1公釐之間。

在本發明的一實施例中，形成上述的去除液的材料包括氫氟酸、硫酸、雙氧水或硝酸，且陶瓷種子層及陶瓷包覆層適於抵抗去除液的腐蝕。

在本發明的一實施例中，上述的金屬板的材質包括鈦。

在本發明的一實施例中，上述的金屬板在一第一方向的厚度的範圍大於5公釐，第一方向平行於成型面的法向量。

在本發明的一實施例中，上述的陶瓷包覆層及陶瓷種子層的材質包括二氧化鋯。

在本發明的一實施例中，上述的金屬犧牲層的材質包括鈦、鎳、鋼或鐵。

在本發明的一實施例中，上述的陶瓷包覆層是藉由蒸鍍或濺鍍的方式形成於金屬板，且陶瓷種子層是藉由蒸鍍或濺鍍的方式形成於金屬犧牲層。

基於上述，由於本發明的實施例的三維列印載板包括有複合基板，且複合基板具有金屬板，因此可以承受較大的溫度變化。另一方面，本發明的實施例的三維列印載板在陶瓷種子層下具有金屬犧牲層，因此當三維物體形成在陶瓷種子層後，三維物體可以輕易的自複合基板上移除。本發明的實施例的三維列印方法因為應用了上述的三維列印載板，因此成型面可以避免在三維物體的形成過程中龜裂，同時可以輕易的讓三維物體自複合基板上移除。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是依照本發明的一實施例的三維列印載板的剖面示意圖。請參照圖1，在本發明的一實施例中，三維列印載板100是用以提供成型面101來讓三維物體形成其上。三維列印載板100包括複合基板110、金屬犧牲層120以及陶瓷種子層130。金屬犧牲層120配置於複合基板110上，陶瓷種子層130配置於金屬犧牲層120上，金屬犧牲層120位於複合基板110和陶瓷種子層130之間，成型面101位於陶瓷種子層130背向金屬犧牲層120的表面，亦即陶瓷種子層130的表面適於形成三維物體。

在本實施例中，複合基板110包括金屬板112以及包覆金屬板112的陶瓷包覆層114，亦即複合基板110的表面是由陶瓷包覆層114形成。金屬犧牲層120連接複合基板110的陶瓷包覆層114及陶瓷種子層130，進而讓陶瓷種子層130可以在複合基板110上形成成型面101。

圖2A是依照本發明的一實施例的三維列印載板形成三維物體的剖面示意圖。圖2B是依照本發明的一實施例的三維列印載板去除金屬犧牲層的剖面示意圖。請參照圖2A及圖2B，在本實施例中，金屬犧牲層120適於被一去除液去除。因此當一三維物體200形成在本實施例的成型面101上後，藉由將金屬犧牲層120去除，三維物體200和陶瓷種子層130可以輕易的自複合基板110上取下。

由於本實施例的複合基板110具有金屬板112，因此當三維物體200在成型面101上以選擇性雷射燒結或選擇性雷射熔結等三維列印技術形成時，經雷射照射所提昇的溫度也可以被金屬板112所吸收，金屬板112所具有的金屬材質特性也可以良好得防止複合基板110的龜裂。

另一方面，本實施例的三維列印載板100具有金屬犧牲層120配置於陶瓷種子層130和複合基板110的陶瓷包覆層114之間，因此當三維物體200形成在陶瓷種子層130上後，可以被去除液去除的金屬犧牲層120可以讓三維物體200輕易並完整得自複合基板110上取下。

詳細來說，在本實施例中，上述的金屬犧牲層120的材質包括鐵，而上述的去除液例如是氫氟酸，但本發明不限於此。在其他實施例中，金屬犧牲層120的材料更可以包括鈦、鎳、鋼、鐵或上述金屬的合金，而去除液的材料更可以包括氫氟酸、硫酸、雙氧水或硝酸，本發明不限於此。

另一方面，由於陶瓷包覆層114包覆金屬板112，因此複合基板110的表面是由陶瓷包覆層114所形成。由例如是二氧化鋯的陶瓷材料所形成的陶瓷種子層130和陶瓷包覆層114可以抵抗去除液的腐蝕，進而在移除金屬犧牲層120時提供複合基板110和三維物體200良好的保護效果。進一步來說，複合基板110可以藉由將金屬板112完全包覆於陶瓷包覆層114中來使複合基板110可以重複使用。

本實施例的陶瓷種子層130在方向d1的厚度h2不小於0.1公釐，較佳地陶瓷種子層130的厚度h2是落於0.1公釐至1公釐的範圍。當陶瓷種子層在方向d1的厚度小於0.1公釐時，位於加熱過的陶瓷種子層130下的金屬犧牲層120會因為吸收過多的熱而熔化，熔化後的金屬犧牲層120會進而擴散至陶瓷種子層130或甚至三維物體200中，進而影響三維物體200的材質品質。

在本實施例的複合基板中，金屬板112在平行於成型面101的方向d1上的厚度h1大於5釐米（millimeter, mm），因此當複合基板110在例如是選擇性雷射燒結的三維列印過程中被局部加熱時，複合基板110中的金屬板112可以妥善的吸收熱能，且金屬板112可以提供良好地延展性來避免複合基板110碎裂。詳細來說，本實施例的金屬板112的材質例如包括鈦，其可以提供良好的材料性質。

請參照圖2A及圖2B，在本發明的一實施例的形成三維物體200三維列印方法應用上述的三維列印載板100，因此關於三維列印載板100中各元件的相對關係請參照上述說明，在此不再贅述。

本實施例的三維列印方法藉由選擇性雷射燒結或選擇性雷射熔結形成三維物體200於陶瓷種子層130的成型面101。由於陶瓷種子層130具有適當的厚度可以避免金屬犧牲層120熔化，且金屬板112在三維列印載板100中占較高的比例，因此在形成三維物體200所產生的熱能可以藉由金屬板112的良好導熱功能及延展性質來提昇使形成三維物體200的良率可以提昇。

本實施例的三維列印方法接著以去除液去除連接複合基板110的陶瓷包覆層114和陶瓷種子層130的金屬犧牲層120來使三維物體200可以自複合基板110上取下。具體來說，藉由去除連接陶瓷種子層130的表面131的金屬犧牲層120，三維物體200和陶瓷種子層130的表面不會因額外的物理性加工而造成裂痕，進而確保形成三維物體的良率。

在本發明上述的實施例中，陶瓷包覆層114例如是藉由蒸鍍或濺鍍的方式形成於金屬板112，且陶瓷種子層130例如是藉由蒸鍍或濺鍍的方式形成於金屬犧牲層120。因此，陶瓷包覆層114和陶瓷種子層130可以具有適當的厚度，同時也具有良好的覆蓋效果及包覆效果。

綜上所述，由於本發明的實施例的三維列印載板的複合基板是以包覆陶瓷包覆層的金屬板形成，具有良好地導熱效果及延展性，因此可以承受較大的溫度變化，避免複合基板在三維列印過程中龜裂。另一方面，本發明的實施例的三維列印載板在陶瓷種子層及陶瓷包覆層之間具有金屬犧牲層，藉由去除液腐蝕金屬犧牲層可以解除陶瓷種子層和陶瓷包覆層之間的連接關係，進而使形成於陶瓷種子層的三維物體可以良好地自複合基板上取下。本發明的實施例的三維列印方法因為應用了上述的三維列印載板，因此成型面可以避免在三維物體的形成過程中龜裂，同時可以輕易的讓三維物體自複合基板上取下。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

d1‧‧‧方向
h1、h2‧‧‧厚度
100‧‧‧三維列印載板
101‧‧‧成型面
110‧‧‧複合基板
112‧‧‧金屬板
114‧‧‧陶瓷包覆層
120‧‧‧金屬犧牲層
130‧‧‧陶瓷種子層
131‧‧‧表面
200‧‧‧三維物體

圖1是依照本發明的一實施例的三維列印載板的剖面示意圖。 圖2A是依照本發明的一實施例的三維列印載板形成三維物體的剖面示意圖。 圖2B是依照本發明的一實施例的三維列印載板去除金屬犧牲層的剖面示意圖。

d1‧‧‧方向

h1、h2‧‧‧厚度

100‧‧‧三維列印載板

101‧‧‧成型面

110‧‧‧複合基板

112‧‧‧金屬板

114‧‧‧陶瓷包覆層

120‧‧‧金屬犧牲層

130‧‧‧陶瓷種子層

Claims (10)

1. 一種三維列印載板，適於提供一成型面供一三維物體成形，該三維列印載板包括： 一複合基板，包括： 一金屬板；以及 一陶瓷包覆層，包覆該金屬板； 一金屬犧牲層；以及 一陶瓷種子層，該金屬犧牲層連接該複合基板的陶瓷包覆層及該陶瓷種子層，且該成型面位於該陶瓷種子層背向該金屬犧牲層的表面，其中該金屬犧牲層適於被一去除液去除。
2. 如申請專利範圍第1項所述的三維列印載板，其中該陶瓷種子層在一第一方向的厚度不小於0.1公釐，該第一方向平行於該成型面的法向量。
3. 如申請專利範圍第1項所述的三維列印載板，其中形成該去除液的材料包括氫氟酸、硫酸、雙氧水或硝酸。
4. 如申請專利範圍第1項所述的三維列印載板，其中該金屬板的材質包括鈦。
5. 如申請專利範圍第1項所述的三維列印載板，其中該金屬板在一第一方向的厚度大於5公釐，該第一方向平行於該成型面的法向量。
6. 如申請專利範圍第1項所述的三維列印載板，其中該陶瓷包覆層及該陶瓷種子層的材質包括二氧化鋯。
7. 如申請專利範圍第1項所述的三維列印載板，其中該金屬犧牲層的材質包括鈦、鎳、鋼或鐵。
8. 如申請專利範圍第1項所述的三維列印載板，其中該陶瓷包覆層是藉由蒸鍍或濺鍍的方式形成於該金屬板，且該陶瓷種子層是藉由蒸鍍或濺鍍的方式形成於該金屬犧牲層。
9. 一種三維列印方法，適於形成一三維物體，該三維列印方法包括： 提供一三維列印載板，其包括一複合基板、一金屬犧牲層以及一陶瓷種子層，且該複合基板包括一金屬板以及一包覆該金屬板的陶瓷包覆層，該金屬犧牲層連接該複合基板的陶瓷包覆層及該陶瓷種子層，且該陶瓷種子層背向該金屬犧牲層的表面具有一成型面； 藉由選擇性雷射燒結或選擇性雷射熔結形成該三維物體於該成型面；以及 以一去除液去除該金屬犧牲層。
10. 如申請專利範圍第9項所述的三維列印方法，該陶瓷種子層在一第一方向的厚度不小於0.1公釐，該第一方向平行於該成型面的法向量。