陶瓷立体物件的制作方法及成型线材与流程

本发明涉及一种立体物件的制作方法，尤其涉及一种陶瓷立体物件的制作方法及成型线材。

背景技术：

快速原型制造技术使用叠层制造的方法，可依照电脑辅助设计(CAD)所建构的3D立体几何形状，制造出3D实体物件的技术，能克服传统机具加工无法完成的几何形状，做到自动化实体自由形状制造，而且做出的原型无形状限制，为一种高度整合性的技术。

一般而言，快速原型技术所使用的工具分为两大系统：激光系统，例如，立体光固化成型法(Stereolithography Apparatus,简称SLA)、选择性激光烧结法(Selective Laser Sintering,简称SLS)等；以及喷嘴系统，例如，熔融沉积造型法(Fused Deposition Modeling,简称FDM)、三维喷印法(3D Printing,简称3DP)等。

技术实现要素：

本发明提供一种陶瓷立体物件的制作方法，其通过熔融沉积成型出立体物件后，再将立体物件予以热处理而形成陶瓷立体物件。

本发明另提供一种成型线材，其适用于熔融沉积的立体打印装置以成型出立体物件。

本发明的陶瓷立体物件的制作方法，包括，提供线材，其为金属与高分子聚合物的混合物，其中金属的固含量大于60体积百分比(vol％)；接着将线材以熔融沉积(fused deposition modeling,简称FDM)成型出立体物件；最后将立体物件予以热处理，而形成陶瓷立体物件。

本发明的成型线材，适用于熔融沉积式立体打印装置。成型线材是由金属与高分子聚合物所混合而成，其中金属的固含量大于60体积百分比 (vol％)。

在本发明的一实施例中，上述金属的PBR(Pilling-Bedworth ratio)为1±0.3。

在本发明的一实施例中，上述金属为铝、钛、锆或其的合金。

在本发明的一实施例中，上述高分子聚合物为聚乳酸(Polylactide,简称PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(Acrylonitrile Butadiene Styrene,简称ABS)、蜡或聚酰胺(polyamide,简称PA)。

在本发明的一实施例中，上述热处理的条件为温度300℃至2000℃，气氛含氧量大于1体积百分比(vol％)。

在本发明的一实施例中，上述的金属与高分子聚合物是通过混炼而形成成型线材。

基于上述，通过金属与高分子聚合物所混合而成线材，进而将所述线材以FDM而成型出立体物件，最后将立体物件进行热处理，而用以去除高分子聚合物。如此一来，高分子聚合物能作为成型线材，以及在FDM成型过程中将金属结合在一起的粘着剂，以让立体物件能顺利成型，而后再通过热处理进行氧化反应，除能顺利地去除立体物件中的高分子聚合物，而形成陶瓷立体物件。

为让本发明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是本发明实施例的陶瓷立体物件的制作流程图；

图2是适用于图1的制作方法的装置示意图。

附图标记说明：

10：立体物件；

100：熔融沉积装置；

110：线材；

120：熔融式喷头；

130：平台；

S110～S130：本发明一实施例的陶瓷立体物件制作方法的步骤。

具体实施方式

图1是本发明实施例的陶瓷立体物件的制作流程图。图2是适用于图1的制作方法的装置示意图。请同时参考图1与图2，在本实施例中，所述陶瓷立体物件是能通过熔融沉积(fused deposition modeling,简称FDM)而予以成型，因而得以兼具其材料(陶瓷)特性，以及不因材料特性而对外型有所限制。

详细而言，在本实施例的步骤S110中，首先提供适用于熔融沉积装置100的线材110，且需提及的是，线材110是由金属与高分子聚合物所形成的混合物，其中金属的固含量大于60体积百分比(vol％)。换句话说，线材110实质上是以金属为主要结构，而高分子聚合物则是作为用以结合金属的粘着剂之用。

在本发明的一实施例中，适当比例的金属粉末与高分子材料被加热至高于高分子材料的熔融温度的温度(约180℃至220℃)并进行混炼(mixing)，以得到一流体材料。混炼的方法例如是使用混炼机搭配射出机、或塑胶射出机等的装置来进行。熔融后所形成混有金属粉末的高分子流体材料的粘度例如是105cps至108cps。接着，将所述流体材料挤出并冷却而成为三维打印线材。挤出的方法例如是使用塑胶射出机等的装置来进行。

接着，在步骤S120中，将线材110配置于熔融沉积装置100，以经由熔融式喷头120将熔融后的线材110逐层喷涂在平台130上，进而形成立体物件10。举例来说，将线材110置入熔融沉积装置100的熔融式喷头120的容置槽，以让线材110被加热至高于高分子材料的熔融温度的温度(约180℃至220℃)后，以适当的压力将呈熔融状态的线材110挤出至平台130上，接着使其固化，而后，通过反复执行上述步骤来逐层堆叠出欲形成的立体物件10。

最后，在步骤S130中，将立体物件10予以进行热处理(烧结处理)，以将粘着剂(高分子聚合物)去除，而同时也让立体物件10中金属的部分因氧化反应而形成陶瓷，最终达到做出陶瓷立体物件的效果。在此步骤中，热处理的所需温度为300℃至2000℃，而气氛中的含氧量需大于1体积百分比(vol％)，以利于金属进行氧化反应。

在本实施例中，所需高分子聚合物为聚乳酸(Polylactide,简称PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(Acrylonitrile Butadiene Styrene,简称ABS)、蜡或聚酰胺(polyamide,简称PA)，用以将金属混合其中并藉其特性而得以结合在一起。

再者，由于考虑金属在后续热处理过程中因氧化而面临可能导致表面剥离等结构损坏，因此本实施例的金属，其PBR(Pilling-Bedworth ratio)需进一歩限定为1±0.3，以确保后续热处理时，立体物件10仍能维持其外型轮廓。更进一步地说，本实施例的金属较佳为铝、钛、锆或其的合金。

此外，前述线材110中的金属的含量也因后续热处理过程而有所限制，即，所述金属的固含量需大于60体积百分比的目的在于，当金属固含量太低时，会在后续热处理过程中，因金属彼此间的接触面积过小而产生无法成型的问题。

综上所述，在本发明的上述实施例中，通过将熔融沉积装置所使用的线材，改为以金属与高分子聚合物的混合物作为其线材，其中金属的固含量大于60体积百分比。如此，将能让高分子聚合物作为金属结合成型的粘着剂，并以熔融沉积的方式制作出立体物件。最终，再将所形成的立体物件予以温度300℃至2000℃的热处理，除了用以去除高分子聚合物之外，还能通过热处理中提供气氛的含氧量大于1体积百分比，而使金属进行氧化反应，以形成最终所需的陶瓷立体物件。

通过上述制作方式，便能让陶瓷立体物件顺利地通过熔融沉积的方式形成，其利用熔融沉积的立体打印程序而能形成任意外型的立体物件，以让立体物件无须受限于材料特性。

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。