TWI711545B - 立體列印方法 - Google Patents

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Abstract

一種立體列印方法,適用於立體列印裝置以列印出立體物件,包括:提供所述立體物件的結構資訊與著色資訊;以處理器對所述立體物件的結構資訊進行切層處理,以取得複數列印層的資訊;所述處理器將所述立體物件的著色資訊與所述複數列印層的資訊相互對應,而取得各列印層所對應的色層的資訊;以及在所述各列印層及與其對應的色層上配置黏著層,以使所述黏著層覆蓋所述色層的至少局部。

Description

立體列印方法
本發明是有關於一種立體列印方法。
立體列印又稱為加法製造、積層製造(Additive Manufacturing,AM),其工作原理為電腦控制下層疊原材料,以列印出不同形狀和幾何特徵的立體物件。現今發展出多種立體列印技術,其中,以熔融沉積成型(Fused deposition modeling, FDM)為例,此技術是一種將列印材料加熱熔化成形,並透過列印頭將列印材料擠壓成絲狀並形成列印層,並將所述列印層逐層的堆疊,所述列印材料冷卻凝固後即形成所需的立體物件。
再者,現多有額外設置噴墨模組以對前述列印層或立體物件上色。然,由於所述列印材料與噴墨墨水之間的材料特性差異,導致墨水容易從列印材料上脫落。同時,在逐層進行立體物件的列印動作及上色動作時,因墨水的材料特性,也容易造成不同成形層之間因墨水的存在而導致結合強度不足。
本發明提供一種立體列印方法,可提升立體物件於列印成型後的結構強度,且能保護立體物件上的色彩。
本發明的立體列印方法,適用於立體列印裝置以列印出立體物件,立體列印方法包括提供立體物件的結構資訊與著色資訊。以處理器對立體物件的結構資訊進行切層處理,以取得複數列印層的資訊。處理器將立體物件的著色資訊與複數列印層的資訊相互對應,而取得各列印層所對應的色層的資訊。在各列印層及與其對應的色層上配置黏著層,以使黏著層覆蓋色層的至少局部。
本發明的立體列印方法,適用於立體列印裝置以列印出立體物件,立體列印方法包括提供立體物件的結構資訊與著色資訊。以處理器對立體物件的結構資訊進行切層處理,以取得複數列印層的資訊。處理器將立體物件的著色資訊與複數列印層的資訊相互對應,而判定各列印層是否存在色層預設區。當列印層存在色層預設區時,在色層預設區配置黏著層。配置色層於色層預設區域,以使色層藉由黏著層而附著至列印層。
基於上述,立體列印裝置於列印各個列印層時,將在各列印層上配置黏著層,並透過黏著層保護色層。由於色層受到黏著層的隔絕而不會直接碰觸下一列印層,可避免下一列印層的溫度下降以及性質變化,則下一列印層將透過黏著層而堆疊並附著在具有色層的上一列印層上,以此達到提升結構強度的目的。此外,黏著層覆蓋色層上而具有保護的功效,可避免環境中的水氣與光照的影響而產生褪色、墨水脫落等現象。
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是依據本發明一實施例的立體列印裝置的局部示意圖。圖2繪示圖1的列印組件的局部示意圖。請同時參考圖1至圖2,在本實施例中,立體列印裝置100包括機架110、平台120以及列印組件130。在此,立體列印裝置100例如是熔融沉積造型(fused deposition modeling, FDM)裝置,其藉由列印組件130的列印噴頭131而能在平台120上逐層列印出列印層,並層層堆疊出立體物件。再者,列印組件130還包括著色噴頭132,其例如是噴墨頭,用以對列印層或立體物件的表面進行著色。在本實施例中,著色噴頭132包括多個墨水匣1321以及黏性材料匣1322。多個墨水匣1321例如包括印刷四原色(青色Cyan、洋紅色Magenta、黃色Yellow與黑色Black),黏性材料匣1322用以在立體物件的列印過程中提供黏性材料,以作為結合相關物件之用並利於強化結構強度。
圖3是本發明一實施例的立體列印方法的流程圖。圖4繪示圖3的形成示意圖。圖5A與圖5B分別繪示圖3不同實施例的形成示意圖。在此,圖4、圖5A與圖5B均僅以部分列印層作為例示。
請先參閱圖3,在本實施中,首先提供所述立體物件的結構資訊與著色資訊(步驟S10),其例如是將所需的立體物件的結構資訊與著色資訊以數位資料型式匯入立體列印裝置100,並以處理器對立體物件的結構資訊進行切層處理(步驟S12),以取得複數列印層的資訊(步驟S14),也就是將軟體建構的3D模型的設計資料轉換為連續堆疊的多個薄(准二維)橫截面層。
接著,透過處理器將立體物件的著色資訊與複數列印層的資訊相互對應(步驟S16),而取得各列印層所對應的色層的資訊(步驟S18),也能因此得知各個列印層上所需的墨水量以及規劃色層在各列印層上的位置與面積。在一實施例中,其例如是將匯入立體列印裝置100的立體物件的著色資訊,以處理器進行相同於步驟S12之切層處理,並分別對應至前述步驟S14之複數列印層,而取得各列印層所對應的色層的資訊。
接著,在各列印層及與其對應的色層上配置黏著層(步驟S20),以使黏著層覆蓋色層的至少局部(步驟S22)。
完成步驟S22之後,即代表已完成前述立體物件關於結構資訊與著色資訊的解析動作。屆此,則開始進行列印動作,即驅動立體列印裝置100依據處理器送出的資料列印立體物件(步驟S24)。
在此,步驟S22所述使黏著層覆蓋色層包括下述情形:
其一,請參考圖4,在本實施例中,立體物件經由步驟S12的切層處理後,在步驟S14取得複數列印層210的資訊,圖4僅顯示列印層210、240為例,其中列印層240是疊置在列印層210上。在本實施例中,透過步驟S16能得知列印層210上配置有色層220,而同時考慮其上的列印層240造成的重疊效應,則此時會進一步地避免在連接區212配置色層。或者,在另一實施例中,列印層210會先行在全區域配置色層,一旦獲知列印層240是疊置在列印層210的連接區212時,則會進一步地將連接區212的色層資訊予以刪除。無論上述何種手段,均能達到避免在連接區212設置色層的情形。故,對應地,此時步驟S20僅在色層220存在的區域進行黏著層230的配置,如圖4所示,黏著層230透過步驟S20而配置在色層220上,且黏著層230例如是透明材質,因此除能讓色層220無障礙地顯現之外,黏著層230還能提供對於色層220的保護效果,以及提高色層220的美觀性及通透感。
其二,請參考圖5A,本實施例與圖4的實施例相近。不同處在於,透過步驟S16將色層220A分佈在列印層210的全部表面上,透過步驟S20將黏著層230A覆蓋在色層220A與下一列印層240的連接範圍上。也就是說,圖5A所示實施例並不需要執行列印層210、240的疊置關係判斷,而是改以將列印層210上凡存在色層220A處均予以提供黏著層230A,此舉讓列印層240疊置在列印層210上時,藉由黏著層230A的存在,除了避免列印層240與色層220A材質不同而不易結合的情形外,也能避免直接以列印層240接觸色層220A而導致容易脫落的情形,色層220a也因黏著層230A而能被固定地夾持在列印層210與黏著層230A之間。同時,對於列印層210而言,即使不與列印層240疊置的區域,也能因黏著層230A的存在,而對色層220A提供以保護及美觀的效果。
其三,參考圖5B,本實施例與圖4的實施例相近。不同處在於,透過步驟S16將色層220B分佈在列印層210的全部表面上,透過步驟S20將黏著層230B覆蓋在色層220B的局部範圍上,且所述局部範圍即是列印層240會疊置在列印層210上的區域(也相當於圖4實施例的連接區212)。在此,同樣執行圖4實施例所需的列印層210、240之疊置關係的判斷。惟,判斷之後,僅在列印層210、240的疊置區域配置黏著層230B,以利於列印層210、240藉由黏著層230B而相互貼附。正由於黏著層230B的存在,而能避免列印層240接觸色層220B。
圖6繪示本發明一實施例的部分列印層的疊置示意圖。請參考圖6並對照圖3,在本實施例中,藉由前述步驟S10至步驟S24的執行,而得以對立體物件的每層列印層進行解析,以判斷色層與黏著層的配置方式。在此以多個列印層210、多個色層220以及多個黏著層230逐一堆疊為例。多個色層220分別分佈在列印層210的全部表面上,且多個黏著層230分別覆蓋在色層220上,也就是說,各黏著層230在各列印層210上的正投影面積等於各色層220在各列印層210上的正投影面積。此舉讓黏著層230覆蓋色層220而達到保護的效果。還需注意的是,相鄰的兩層列印層210之間在邊緣處存在縫隙S,若如前述僅存在列印層與色層,則除了結合強度不足或色層容易脫落等情形之外,也容易使色層220延伸至縫隙S的部分存在分布不均,甚或影響到其他列印層的情形。據此,藉由本實施例在色層220上再行配置黏著層230,藉由黏著層230的特性而能有效地達到填補縫隙的效果,也因此能對縫隙S處的色層220提供固定(定色,color setting)的效果。在此,所述黏著層230的流動性大於所述色層220的流動性,所述黏著層230的表面張力小於所述色層220的表面張力,且所述色層220相對於所述列印層210的黏著力(adhesion)小於所述黏著層230相對於所述列印層210的黏著力,因此,本實施例除藉由黏著層230作為固定色層220之用外,還能因此讓黏著層230達到填補縫隙S的效果。
圖7繪示另一實施例的列印層的疊置側視圖。請參考圖7,與上述不同的是,各色層220B僅分佈在列印層210的水平表面214上,而未分佈在列印層210的弧形表面216(如前所述,在FDM的成型過程中,由於是將列印材料擠壓成絲狀並形成列印層,故而在列印層的邊緣處仍會呈現局部類似絲狀列印材的輪廓,即弧形表面216)。但各黏著層230B除了完全覆蓋各色層220B的範圍之外,也分佈在各列印層210的弧形表面216上,亦即,各黏著層230B在各列印層210上的正投影面積大於各色層220B在各列印層210上的正投影面積,以使色層220B被完全包覆在黏著層230B之內。
另需提及的是,請再參考圖6,當配置另一列印層於黏著層230上時,由於列印層仍處於溫度較高的熔融態,因此可藉由高溫以激活黏著層230的黏性,且列印層也能透過列印頭的擠壓過程而對黏著層230提供擠壓效果,進而使黏著層230填補縫隙S並分佈在列印層之間的水平表面與弧形表面。圖7也如圖6所示特徵,在此不再贅述。
基於上述實施例,當黏著層覆蓋於色層上時,除藉由散射及/或反射等光學上之作用而可用於提升色層的明亮度而讓立體物件具有通透感外,色層受到黏著層的隔絕而不會直接碰觸下一列印層,當再次列印另一列印層以疊置在前一次的列印層或色層上時,藉由黏著層的存在而可避免所述另一列印層因溫度下降而降低原本的黏著力以及性質變化。再者,下一列印層是透過黏著層而堆疊並附著在色層或列印層上,因此能藉此達到提升結構強度的目的。此外,黏著層覆蓋色層上而提供的保護功效,也可避免環境中的水氣與光照的影響或物理性磨損等而產生褪色、墨水脫落等現象。另外,由於列印層具有疏水性,因此當色層的墨水分佈在列印層上時,並不易在列印層上流動,反觀本實施例的黏著層的流動性是大於色層(墨水)的流動性,因此還能提供上述填補列印層縫隙S的效果,並據以固定色層延伸至縫隙S的部分。
圖8是本發明另一實施例的立體列印方法的流程圖。圖9繪示圖8的形成示意圖。
請參閱圖8,本實施的立體列印方法與圖3的實施例相近,且步驟S30~S34與前述步驟S10~S14相同,以下不再贅述。
不同的是,本實施例的步驟S36,透過處理器將立體物件的著色資訊與複數列印層的資訊相互對應,以於步驟S38判定各列印層是否存在色層預設區(步驟S38),且同時也能推算出各個列印層上的色層預設區的面積大小。
接著,步驟S40在各列印層的色層預設區上配置黏著層,再於步驟S42配置色層於色層預設區上,使色層藉由黏著層而附著至列印層。在此,色層預設區可存在於列印層的特定範圍或是列印層的全部範圍上,而黏著層將完全分佈在色層預設區上,色層的分佈面積不大於黏著層的分佈面積。
在步驟S42之後,則可藉由立體列印裝置100依據處理器送出的資料在步驟S44進行立體物件的列印動作。
請參考圖9並對照圖8,當步驟S38判定列印層310存在色層預設區312後,即在色層預設區312上配置黏著層330,而後才在黏著層330上配置色層320。換句話說,在本實施例中,列印層310與色層320之間必然藉由黏著層330將兩者貼附在一起。
圖10繪示另一實施例的列印層局部剖視圖。
請參考圖10,所述實施例是結合前述圖9及圖6所示的實施例,如圖9所示,在得知列印層310上的色層預設區後,便在所述色層預設區上配置黏著層330,而後再將色層320配置於色層預設區而藉由黏著層330貼附至列印層310。接著,如圖6所例示,再於色層320上配置另一黏著層430,以使黏著層430覆蓋在色層320上而形成保護。同時,下一列印層也能藉由黏著層430而與色層320結合,達到提高結合強度及保護的效果。在本實施例中,各黏著層430及黏著層330在各列印層310上的正投影面積等於各色層320在各列印層310上的正投影面積。
圖11繪示另一實施例的列印層局部剖視圖。請參閱圖11,與圖10所示類似(即相當於圖7所示與圖9所示予以結合),在任意相鄰的列印層310與色層330之間皆配置有黏著層530。在本實施例中,黏著層530在各列印層310上的正投影面積大於色層320在列印層310上的正投影面積,亦即色層320是被完全包覆在黏著層530中。此外,圖10與圖11所示實施例,其同樣與前述實施例相同,能藉由黏著層330、430或530將列印層310之間的縫隙S予以填補,以達到保護色層320或是避免色層墨水影響其他列印層。
另需說明的是,在另一未繪示的實施例中,上述圖3、圖8所示步驟也可在立體列印裝置100以外的電子裝置上進行,待完成相關解析動作並產生對應指令後,再匯入立體列印裝置100而進行實體列印動作。
綜上所述,在本發明的上述實施例中,藉由在列印層與色層之間配置黏著層以將兩者貼附在一起,或是以黏著層配置在已經上色的列印層上,其皆能達到提升結合強度與增加結構性的效果。同時,黏著層覆蓋色層上而具有保護的功效,可避免環境中的水氣與光照的影響或物理性磨損等而產生褪色、墨水脫落等現象。此外,在部分實施例中由於黏著層的流動性較色層(墨水)為佳,因此除能固定色層之外,還能用以填補列印層之間的縫隙,除能提高色層均勻度以及避免影響其他列印層之外,也因黏著層是透明材質所構成,因此能進一步地增加立體物件的通透感及美觀性。
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。
100‧‧‧立體列印裝置110‧‧‧機架120‧‧‧平台130‧‧‧列印組件131‧‧‧列印噴頭132‧‧‧著色噴頭1321‧‧‧墨水匣1322‧‧‧黏性材料匣210、240、310‧‧‧列印層212‧‧‧連接區312‧‧‧色層預設區214‧‧‧水平表面216‧‧‧弧形表面220、220A、220B、320‧‧‧色層230、230A、230B、330、430、530‧‧‧黏著層S‧‧‧縫隙S10~S24、S30~S44‧‧‧步驟X-Y-Z‧‧‧直角座標
圖1是依據本發明一實施例的立體列印裝置的局部示意圖。 圖2繪示圖1的列印組件的局部示意圖。 圖3是本發明一實施例的立體列印方法的流程圖。 圖4繪示圖3的形成示意圖。 圖5A與圖5B分別繪示圖3不同實施例的形成示意圖。 圖6繪示本發明一實施例的部分列印層的疊置示意圖。 圖7繪示另一實施例的列印層的疊置側視圖。 圖8是本發明另一實施例的立體列印方法的流程圖。 圖9繪示圖8的形成示意圖。 圖10繪示另一實施例的列印層局部剖視圖。 圖11繪示另一實施例的列印層局部剖視圖。
100‧‧‧立體列印裝置
110‧‧‧機架
120‧‧‧平台
130‧‧‧列印組件
131‧‧‧列印噴頭
132‧‧‧著色噴頭
X-Y-Z‧‧‧直角座標

Claims (20)

  1. 一種立體列印方法,適用於熔融沉積成型式立體列印裝置以列印出立體物件,所述立體列印方法包括:提供所述立體物件的結構資訊與著色資訊;以處理器對所述立體物件的結構資訊進行切層處理,以取得複數列印層的資訊;所述處理器將所述立體物件的著色資訊與所述複數列印層的資訊相互對應,而取得各列印層所對應的色層的資訊;以及依序交互列印所述各列印層及與其對應的色層,且在所述各列印層及與其對應的色層上配置黏著層,以使所述黏著層覆蓋所述色層的至少局部。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印方法,其中所述黏著層在所述列印層上的正投影面積大於或等於所述色層在所述列印層上的正投影面積。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印方法,其中任意相鄰的兩層列印層之間存在縫隙,所述黏著層填補所述縫隙。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的立體列印方法,其中所述複數列印層包括第一列印層與第二列印層,所述黏著層配置在所述第一列印層與所述第二列印層之間,所述色層配置於所述第一列印層與所述黏著層之間,且所述第一列印層與所述第二列印層之間存在所述縫隙,所述立體列印方法還包括: 當配置所述第二列印層於所述黏著層上時,同時擠壓所述黏著層以填補所述縫隙。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的立體列印方法,其中所述第二列印層配置於所述黏著層上時處於具有高溫的熔融態,所述高溫激活所述黏著層的黏性。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印方法,還包括:在所述各列印層及與其對應的色層之間配置另一黏著層,以使所述色層藉由所述另一黏著層附著於所述列印層。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印方法,其中所述黏著層為透明。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印方法,其中所述列印層具有疏水性。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印方法,其中所述黏著層的流動性大於所述色層的流動性,所述黏著層的表面張力小於所述色層的表面張力。
  10. 一種立體列印方法,適用於熔融沉積成型式立體列印裝置以列印出立體物件,所述立體列印方法包括:提供所述立體物件的結構資訊與著色資訊;以處理器對所述立體物件的結構資訊進行切層處理,以取得複數列印層的資訊;所述處理器將所述立體物件的著色資訊與所述複數列印層的資訊相互對應,而判定各列印層是否存在色層預設區; 當所述列印層存在所述色層預設區時,在所述色層預設區配置黏著層;以及依序列印所述各列印層,配置色層於所述色層預設區域,以使所述色層藉由所述黏著層而附著至所述列印層。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的立體列印方法,還包括:配置另一黏著層於所述色層上,以使所述另一黏著層覆蓋所述色層。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的立體列印方法,其中所述另一黏著層在所述列印層上的正投影面積大於或等於所述色層在所述列印層上的正投影面積。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的立體列印方法,其中所述複數列印層包括第一列印層與第二列印層,所述色層藉由所述黏著層附著至所述第一列印層,所述立體列印方法還包括:配置所述第二列印層以藉由所述另一黏著層而附著於所述色層上。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的立體列印方法,其中所述第一列印層與所述第二列印層之間存在縫隙,所述立體列印方法還包括:配置所述第二列印層於所述另一黏著層上時,同時擠壓所述另一黏著層以填補所述縫隙。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的立體列印方法,其中所述第二列印層配置於所述黏著層上時處於具有高溫的熔融態,所述高溫激活所述黏著層的黏性。
  16. 如申請專利範圍第10項所述的立體列印方法,其中所述黏著層為透明。
  17. 如申請專利範圍第10項所述的立體列印方法,其中所述列印層具有疏水性。
  18. 如申請專利範圍第10項所述的立體列印方法,其中所述黏著層的流動性大於所述色層的流動性,所述黏著層的表面張力小於所述色層的表面張力。
  19. 如申請專利範圍第10項所述的立體列印方法,其中任意相鄰的兩層列印層之間存在縫隙,所述黏著層填補所述縫隙。
  20. 如申請專利範圍第10項所述的立體列印方法,其中所述色層相對於所述列印層的黏著力小於所述黏著層相對於所述列印層的黏著力。
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