[發明專利]制造三維工件的方法與設備

無效

• 申請號: 200910304908.0
• 申請日: 2009-07-28
• 公開（公告）號: CN101612793A
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發明（設計）人: 湯華興
• 申請（專利權）人: 李蕙如
• 主分類號: B29C67/00
• 分類號: B29C67/00;B22F3/105;C04B35/622;C04B35/64;B28B1/00;B28B11/24;B28B13/02
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所
• 代理人: 胡吉科

【技術領域】

本發明涉及一種制造三維工件的方法與設備，尤其涉及可用于制造三維聚合體(polymer)工件、金屬(metal)工件、陶瓷(ceramic)工件與復合(composite)工件的方法與設備。

【背景技術】

快速原型制程可用于制造三維工件，例如選擇性雷射燒結法(Selective?LaserSintering)。

US?Patent?No.6217816“快速制造一陶瓷工件的方法(Method?for?rapid?forming?of?aceramic?work?piece)”為本案發明人所發明，其制程為：首先利用無機黏結劑與陶瓷粉末加水混拌而成漿料，將調配好的漿料經由饋料設備鋪上一層漿料薄層，干燥成生壞后，利用高能量束立即選擇性地照射生壞，直接熔結為陶瓷。如此反復動作完成3D工件，再將未經高能量束熔結的生坯部分崩解后，取出陶瓷工件。可在快速原型機上直接做出陶瓷材質的工件，不需要做后段燒結。該專利使用無機黏結劑可以制作陶瓷與陶金工件。但所做出的工件強度不高約為20MPa，實用的范圍不大。

基于前述缺點，有必要尋求一種制造三維工件的方法與設備，其與前述習知技藝比較，不但可以獲得同樣細致度，更可以做出強度更高的工件，增加實用的范圍。而且，此種制造三維工件的方法與設備若能不僅可以適用于聚合體(polymer)工件，亦能用于制造金屬(metal)工件、陶瓷(ceramic)工件與復合(composite)工件，亦是令人期待的。

【發明內容】

根據本發明，制造三維工件的基本原理為：

使用一種特殊的漿料，此漿料內至少含一種有機黏結劑，一種聚合物粉末，一種溶劑。有機黏結劑可溶于溶劑及崩解劑。聚合物粉末不溶于溶劑及崩解劑，漿料鋪成薄層(下稱“漿料薄層”)，干燥后，溶劑蒸發，其中的黏結劑可黏結聚合物粉末形成固態的薄層，聚合物粉末靠黏結劑連結，若此固態的薄層置于崩解劑中，黏結劑會溶于崩解劑中失去連結作用，聚合物粉末則將互相分離，分散于崩解劑中。利用前述有機黏結劑、聚合物粉末、溶劑的特性，可以在建構三維工件過程中形成一犧牲部分，其于建構工件部份時支撐工件，但工件建構完成后，則可以崩解劑去除。

固態犧牲薄層/生坯薄層與工作薄層的形成：在建構三維工件過程中，須先將上述包含有機黏結劑、聚合物粉末、溶劑的漿料在一限定區內鋪成一“漿料薄層”，并使其干燥，以成為一“固態犧牲薄層”。該固態犧牲薄層若以能量束照射，可以變質成為不溶于崩解劑的性質，形成“工件薄層”。固態犧牲薄層變質的原理為：里面的不溶于溶劑及崩解劑的聚合體粉末，在受到能量束照射時會熔解或交聯，與有機黏結劑互相混合形成不溶于崩解劑的混合材料。能量束依循待制成工件成品的剖面形狀照射固態犧牲薄層，故該固態犧牲薄層中受照射部分會形成不溶于崩解劑的工件薄層。

生坯塊的形成：如前所述，將固態犧牲薄層內的預設之一部分以能量束照射，受照射的部分形成工件薄層，其他未經能量束照射的部份仍然是犧牲薄層。如此，重復前述形成固態犧牲薄層、及藉由在固態犧牲薄層的預設部分上照射而成工作薄層的步驟，將每一含有“固態犧牲薄層”及“工作薄層”的復合層予以層層相迭；因此，相鄰的上下工作薄層間彼此互相連結，而形成由工作薄層層迭成的一“三維工件部份”。未受照射的犧牲薄層亦經層層相迭，而使相鄰的上下層彼此互相連結，形成一“犧牲部分”。一般而言，“犧牲部分”包圍“三維工件部份”。三維工件部份加上犧牲部分總稱為“生坯塊”。

崩解犧牲部分以形成三維工件：將生坯塊置于崩解劑中。因工件部份為不溶于崩解劑的性質，所以能保持其原來的形狀尺寸。犧牲部分因其中的黏結劑會溶于崩解劑中而失去連結作用，沒有連結能力的聚合物粉末則將分散于崩解劑中。因此，生坯塊的犧牲部分將被崩解劑去除，僅有三維工件留存。根據此一方法，利于制得一聚合物工件。