本发明专利技术提供一种具有喷印单元与烧结用光源的三维打印装置及三维打印方法，其三维打印装置包括载台、粉体供应组件、喷印单元以及烧结用光源。载台具有承载面。载台适于沿着承载面的法线方向来回移动。粉体供应组件配置于载台的一侧，以将粉体铺设于承载面上。喷印单元位于载台上方，以喷印至少一染色剂于粉体上。烧结用光源位于载台上方。烧结用光源适于发出光束至粉体上，以沿着扫描路径烧结至少部分掺染有染色剂的粉体。本发明专利技术能制作出显色均匀的彩色三维结构，且此彩色三维结构可具有较佳的精度与强度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种三维打印装置及三维打印方法，尤其涉及一种具有喷印单元与烧结用光源的三维打印装置及三维打印方法。
技术介绍
选择性激光烧结(SLS)是一种加成式的制造技术，其是先将粉体铺设于加工平台上，再利用高强度的激光去熔化至少部分的粉体(例如，塑胶、金属、陶瓷或玻璃)，使其均匀烧结在加工平台上。在形成其中一层烧结层后，加工平台会沿着垂直于加工平台的法线方向移动。如此反复进行铺设粉体、激光烧结以及移动加工平台等步骤，便可得到三维烧结成品。然而，受限于粉体的供给方式或粉体的原色，前述三维烧结成品大多仅能呈现单一色泽。对此，已有三维喷涂黏接(three-dimensional printing gluing,简称3DP)的制造技术被提出，其作法是在粉体上喷涂有色胶合剂，以通过有色胶合剂将粉体黏接成彩色三维成品，其中常见的有色胶合剂的黏度(viscosity)介于3cP至20cP之间，较难与粉体均匀地混合，使得制作所得的彩色三维成品的显色较不均匀。另一方面，由于有色胶合剂无法施以预热处理(post thermal treatment)，因此通过有色胶合剂粘接而成的彩色三维成品的强度较低。
技术实现思路
本专利技术提供一种三维打印装置及三维打印方法，其能制作出显色均匀的彩色三维结构，且此彩色三维结构可具有较佳的精度与强度。本专利技术提出一种三维打印装置，其包括载台、粉体供应组件、喷印单元以及烧结用光源。载台具有承载面。载台适于沿着承载面的法线方向来回移动。粉体供应组件配置于载台的一侧，以将粉体铺设于承载面上。喷印单元位于载台上方，以喷印至少一染色剂于粉体上。烧结用光源位于载台上方。烧结用光源适于发出光束至粉体上，以沿着扫描路径烧结至少部分掺染有染
色剂的粉体。在本专利技术的一实施例中，上述的粉体供应组件适于沿着垂直于承载面的法线方向的一方向来回移动，并于通过承载面时将粉体铺设于承载面上。在本专利技术的一实施例中，上述的三维打印装置还包括工作平台。工作平台具有表面以及位于表面的凹槽。粉体供应组件、喷印单元以及烧结用光源位于表面上方，载台可移动地设置于凹槽内，其中在粉体供应组件将粉体铺设于承载面上时，承载面低于表面。在本专利技术的一实施例中，上述的粉体包括陶瓷材料。在本专利技术的一实施例中，上述的染色剂包括溶剂以及混合于溶剂的金属离子。金属离子可选自由铁离子、铒离子、钕离子、铈离子、铽离子、锰离子及镨离子所组成的族群。在本专利技术的一实施例中，上述的喷印单元包括多个喷嘴，染色剂的数量为多个。各个染色剂适于通过对应的喷嘴以喷印于粉体上。本专利技术提出一种三维打印方法包括以下步骤：a.铺设粉体于载台的承载面上；b.喷印至少一染色剂于该粉体上；c.利用烧结用光源发出光束，使光束沿着扫描路径烧结至少部分掺染有染色剂的该粉体以形成一图案化烧结层；重复上述步骤a～c至少一次以形成另一图案化烧结层，并由该些图案化烧层堆叠成三维结构。在本专利技术的一实施例中，在步骤c.中，使染色剂的溶剂挥发。在本专利技术的一实施例中，上述的染色剂包括混合于溶剂内的金属离子，在使染色剂的溶剂挥发后，金属离子与粉体相结合。在本专利技术的一实施例中，上述的三维打印方法还包括以下步骤：对三维结构进行热处理，其中热处理的温度介于1000℃至1600℃之间。基于上述，本专利技术的三维打印装置是在烧结铺设于载台上的粉体之前，先喷印一或多种染色剂至粉体上。接着，例如是通过选择性激光烧结技术来烧结至少部分掺染有染色剂的粉体，以形成带有色彩的图案化烧结层。如此反复进行铺设粉体、喷印染色剂至粉体上以及激光烧结等步骤，便能由多个带有色彩的图案化烧结层堆叠成彩色三维结构，并于彩色三维结构制作完成后进行热处理的步骤。因此，通过本专利技术的三维打印装置以及三维打印方法不仅能制作出显色均匀的彩色三维结构，而且此彩色三维结构也可具有较佳
的精度与强度。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。附图说明图1至图4示出本专利技术一实施例的三维打印装置制作彩色三维结构的过程；图5是本专利技术另一实施例的三维打印装置的局部剖面示意图；图6是本专利技术又一实施例的三维打印装置的局部剖面示意图。附图标记说明：100、100A、100B：三维打印装置；110：载台；111：承载面；120、120a：粉体供应组件；121：储存槽；122：铺粉件；123：升降台；130：喷印单元；131、132：储存匣；133、134：喷嘴；135、136：染色剂；140：烧结用光源；141：光束；150、150a：工作平台；151：表面；152、153：凹槽；D：方向；CST：三维结构；N：法线方向；PW：粉体；PSL：图案化烧结层。具体实施方式图1至图4示出本专利技术一实施例的三维打印装置制作彩色三维结构的过程，其中为求清楚表示与便于说明，粉体供应组件120、储存匣131、132是以虚线示出。请先参考图1，在本实施例中，三维打印装置100包括载台110、粉体供应组件120、喷印单元130以及烧结用光源140，其中载台110例如是温控平台(或称加热平台)，适于升温与降温，但本专利技术不以此为限。载台110可具有承载面111，且适于沿着承载面111的法线方向N(如，空间中的Z轴方向)来回移动。在另一实施例中，载台110也可垂直于法线方向N的X轴向或Y轴方向来回移动，本专利技术对此不加以限制。粉体供应组件120配置于载台110的一侧，其可包括储存粉体PW的储存槽121以及连接储存槽121的喷嘴(图未示出)，其中粉体供应组件120适于沿着垂直于法线方向N的方向D来回移动。当粉体供应组件120自如图1所示的载台110的一侧沿着方向D移动至如图2所示的载台110的另一侧时，通过承载面111的粉体供应组件120可通过喷嘴(图未示)将储存槽121内的粉体PW喷洒于承载面111。如图2所示，粉体供应组件120例如是在承载面111上铺设均匀厚度的粉体PW，但本专利技术不限于此。在另一实施例中，粉体供应组件120也可在承载面111上铺设非均匀厚度的粉体PW，当视实际需求作调整。另一方面，喷印单元130位于载台110上方，其中喷印单元130例如是可移动地或可转动地设置于载台110上方，又或者是固设载台110上方，本专利技术对此不加以限制。此处，喷印单元130可包括至少一储存匣(图式中示意地示出两个储存匣131、132)以及对应连接储存匣131、132的两个喷嘴133、134，其中染色剂135、136对应储存于储存匣131、132，且适于通过对应的喷嘴133、134喷印于粉体PW上。如图2所示，喷嘴133、134可依据一设计图样喷印对应的染色剂135、136于粉体PW上，以在粉体PW中形成掺染有染色剂135的区块R1以及掺染有染色剂136的区块R2。需说明的是，喷印单元130可喷印至少一种染色剂于粉体PW上，也就是说，构成喷印单元130的储存匣以及对应连接储存匣的喷嘴的数量需视染色剂的种类而定。粉体PW可为陶瓷材料或其他适当的成型材料，染色剂135、136可为溶剂及混合于溶剂的金属离子所构成，其中溶剂可为水、乙醇或其他适当的溶剂，且金属离子可选自由铁离子、铒离子、钕离子、铈离子、铽离子、锰离子及镨离子所组成的族群。在本实施例中，染色剂135、13本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种三维打印装置，其特征在于，包括：载台，具有承载面，所述载台适于沿着所述承载面的法线方向来回移动；粉体供应组件，配置于所述载台的一侧，以将粉体铺设于所述承载面上；喷印单元，位于所述载台上方，以喷印至少一染色剂于所述粉体上；以及烧结用光源，位于所述载台上方，所述烧结用光源适于发出光束至所述粉体上，以沿着扫描路径烧结至少部分掺染有所述至少一染色剂的所述粉体。
【技术特征摘要】
1.一种三维打印装置，其特征在于，包括：载台，具有承载面，所述载台适于沿着所述承载面的法线方向来回移动；粉体供应组件，配置于所述载台的一侧，以将粉体铺设于所述承载面上；喷印单元，位于所述载台上方，以喷印至少一染色剂于所述粉体上；以及烧结用光源，位于所述载台上方，所述烧结用光源适于发出光束至所述粉体上，以沿着扫描路径烧结至少部分掺染有所述至少一染色剂的所述粉体。2.根据权利要求1所述的三维打印装置，其特征在于，所述粉体供应组件适于沿着垂直于所述承载面的法线方向的一方向来回移动，并于通过所述承载面时将所述粉体铺设于所述承载面上。3.根据权利要求1所述的三维打印装置，其特征在于，还包括：工作平台，具有表面以及位于所述表面的凹槽，所述粉体供应组件、所述喷印单元以及所述烧结用光源位于所述表面上方，所述载台可移动地设置于所述凹槽内，其中在所述粉体供应组件将所述粉体铺设于所述承载面上时，所述承载面低于所述表面。4.根据权利要求1所述的三维打印装置，其特征在于，所述粉体包括陶瓷材料。5.根据权利要求1所述的三维打印装置，其特征在于，所述至少一染色剂包括溶剂以及混合于所述溶剂的金...
【专利技术属性】
技术研发人员：许伟勇，陈正士，朱怡亭，
申请(专利权)人：优克材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71
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