一种打印用材料及打印装置的制作方法

本发明涉及快速成型领域，具体涉及一种用于打印的材料及应用该材料的打印装置。

背景技术：

在传统工业和/或民生等产品的制造过程中，无论是主体构造还是内部零件，都需先通过模具的塑模才能成型，然后再经由脱模等一连串制程才能生产出所需的构件。然而，众所周知的，模具本身的制造成本高昂，且铸模至脱模及最后成型等工序耗时繁琐，不利于制造方的成本控制。

近年逐渐盛行的“快速成型技术”，是藉由计算机控制与管理下，采用材料精确堆积的方式，即由点沉积成面，由面沉积成3D，最后生成实体。该技术的原理和3D打印相同，均为将一定厚度的材料反复打印在平台上，循环往复，直到生成整个成型件，在成型过程中无需模具的辅助，且对于小规模生产能大幅降低制造成本。

常见的快速成型技术的材料有塑料、陶瓷、树脂或金属。然而，由于这些材料的材料特性的因素，在快速成型技术塑型后获得的立体成型对象，容易呈现出梯形或边角状的非平整外观，这种问题在弯曲面上显得尤为突出。并且，由于这些材料较为柔软，因此不能形成复杂的形状。此外，通过这些材料所形成的对象在强度远远低于传统的模具塑型。

目前，虽然已研发出用金属材料用于快速成型技术。然而，传统的金属材料在沉积方式成型后，存在不耐腐蚀且硬度不够强的问题，容易破裂；再者，传统金属打印时，是通过加热打印头熔融金属，这会导致打印头极易损坏，必须经常更换，无疑造成生产及控制成本大幅提升。

针对上述存在的技术问题，我们需要一种新的淡用于快速成型技术的打印材料及相对应的打印设备。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明提供一种打印用材料，所述材料为纳米液态金属，由金属粒子与液态成分混合而成；其中，所述金属粒子具有纳米等级的粒子宽度。

在本发明一实施例中，由锆、镍、铝、铜或钛中的一种或几种混合组成所述金属粒子，或者由含有锆、镍、铝、铜或钛中几种元素的合金组成所述金属粒子。

在本发明一实施例中，所述液态成分为金属稳定剂。所述金属稳定剂是指含有金属化合物的稳定剂，例如但不限于金属皂类稳定剂或锡类稳定剂等市售产品。

本发明还提供一种打印装置，所述打印装置包括：一打印模块，所述打印模块包括至少一喷头，所述打印模块的一端连接有至少一原料供应管，所述原料供应管内填充有打印材料；以及，一加温平台，所述加温平台位于所述喷头的下方，用以承接由所述喷头喷出的所述打印材料；其中，所述打印材料为权利要求1所述的纳米液态金属，所述纳米液态金属由金属粒子与液态成分混合而成；并且，所述加温平台在承接所述纳米液态金属之前，先行加热至一指定温度并保温至液态金属的液态成分蒸发，以使得所述金属粒子在所述加温平台上成型。

在本发明一实施例中，所述加温平台包括一金属板及一贴合于所述金属板的电路板，所述电路板上布设有数个金属导线，所述金属导线藉由电流导通加热，使所述金属板达到所述指定温度。

在本发明一实施例中，所述打印装置设置于一处理腔室内，所述处理腔室内安装有一降温装置，所述降温装置用于抽送出所述处理腔室内部因所述加温平台产生的高温热气，并将外部空气送入所述处理腔室内。

在本发明一实施例中，所述至少一喷头具有一喷嘴，所述喷嘴的径向宽度小于或等于30微米。

在本发明一实施例中，所述加温平台在所述纳米液态金属地成型过程中进行纵向位移，所述位移地单位距离为0.1毫米。

在本发明一实施例中，所述至少一喷头为压电式喷头。

在本发明一实施例中，所述指定温度为200℃～300℃。

本发明所述的打印装置以特定成分组成的纳米液态金属为原料，配合所述加温平台在成型过程中维持一指定温度，以压电式喷头打印塑型出一立体对象。所述立体对象具有纳米液态金属的高硬度、耐腐蚀性及耐磨耗性等特性。

本发明所述的打印材料及打印装置有效地解决了传统热塑性材料在3D打印塑型后硬度不足、不易形成复杂构型、需要后制加工处理等缺点。同时，由于所述加温平台地高温配合，使得本发明所述地打印装置可以采用压电式喷头打印，而无须加热喷头熔融金属，同时解决了喷头容易损坏地问题，进而降低生产成本。

附图说明

图1是本发明所述打印装置的立体架构示意图；

图2是本发明所述打印装置的一加温平台的示意图；

图3是本发明所述打印装置设于一处理腔室的示意图；

图4是本发明所述打印装置的一使用状态示意图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做详细的说明，实施例旨在解释而非限定本发明的技术方案。

本发明的打印装置可采用一般喷墨打印技术打印，并以纳米液态金属为打印原料，藉由喷出后沉积的过程并配合打印装置在立体三轴向的移动，进而塑型成一立体的金属对象，且成型后的金属对象具有极佳的精度及硬度，无须再经过后制加工处理，即可直接使用。

以下，请参见图1至图3，图1至图3显示了本发明所述打印装置1的一较佳实施例。

如图3所示的，所述打印装置1是设置于一处理腔室4内运作的，以避免受到外界环境因素影响打印过程。所述处理腔室4的一侧设有一控制单元41及一观测部42。所述控制单元41电性连接于所述打印装置1，用以控制所述打印装置1的各种运作及参数设定。所述观测部42可令使用者由所述处理腔室4外观测到内部所述打印装置1的运作情况。

如图1所示的，所述打印装置1包括一打印模块2，所述打印模块2包括至少一喷头21，所述喷头21设于一喷头载板20上，并具有一喷嘴22。所述打印模块2的一端连接有至少一原料供应管23，所述原料供应管23内填充有纳米液态金属6(如图4所示)，所述纳米液态金属6流通至所述喷头21。

特别说明的是，本发明的所述纳米液态金属6主要由若干金属粒子61及一液态成分62(如图4所示)混合所组成。所述液态成分62为金属稳定剂。所述金属稳定剂是指含有金属化合物的稳定剂，例如但不限于金属皂类稳定剂或锡类稳定剂等市售产品。并且，所述液态成分62可以是具有色料，在所述液态成分62中混合有所述金属粒子61。每一金属粒子61具有纳米等级的粒子宽度。在本实施例中，所述金属粒子61的粒子宽度为1纳米。所述金属粒子61可以通过任何已知的方法制备。

换言之，本发明的所述纳米液态金属6为纳米液态金属，其所成型的纳米液态金属合金含有尺寸显著差异的原子，因而能形成细密的混合，且自由体积低。此外，所述纳米液态金属材料也没有明显的熔点，因此不像晶形金属在熔点时黏度会急剧降低，其黏度会随温度的升高而缓慢地降低。因此，在高温时，所述纳米液态金属材料与塑料类似，在成型期间机械性质可以极为容易地控制。也因为黏度可以防止原子移动形成有序的晶格，所以所述纳米液态金属材料即使在热成型后仍得以保持其非晶形性质。本发明的所述纳米液态金属6是申请人经多年研究实验后，研发出包含主要由锆、镍、铝、铜或钛中的几种混合组成的所述金属粒子61，或者由含有锆、镍、铝、铜或钛中几种元素的合金组成所述金属粒子，例如但不限于锆镍合金、锆钛合金或其他任何已知的含有上述成分的合金。

所述喷嘴22的径向宽度小于或等于30微米，其足以喷出纳米尺寸的纳米液态金属6。此外，由于本发明是以纳米液态金属为原料，其可以适用一般喷墨打印技术的压电式喷头，其不需将喷墨头加热，这样就更容易控制墨点的形状和大小，且更耐用而不易损伤喷头，而配合不同色料的所述液态成分62，可喷印出不同颜色的纳米液态金属6。

请继续参见图1，所述加温平台3位于喷头21的正下方，用以承接由喷头21喷出的纳米液态金属6。在一较佳实施例中，如图2所示的，所述加温平台3包括一金属板31及一贴合于金属板31底侧的电路板32，其中所述电路板32上布设有数个金属导线321，所述金属导线321可以是金属铜线，其藉由电流导通加热增温。特别说明的是，所述金属板31为铝质材料，其具有良好的导热性，而所述金属导线321贴靠于所述金属板31上，使所述金属板31吸收金属导线321的热量而增加温度。所需加热的温度依据所述纳米液态金属6的成分不同而有改变。

请参见图3，所述处理腔室4安装有一降温装置5，其用以抽送出处理腔室4内部因加温平台3而产生的高温热气，并将外部空气送入处理腔室4内，利用自然进气循环降低处理腔室4内的温度，避免纳米液态金属6产生热胀冷缩现象；所述降温装置5可于处理腔室4的相对二侧开设出风口及进风口，且可进一步配置排气风扇及进气风扇以提升腔室内部的空气循环。

本发明所述打印装置1在使用时，由所述处理腔室4的控制单元41设定参数及操作，所述打印模块2依据计算机辅助设计的图形，将纳米液态金属6由喷嘴22喷出(如第四图所示)，并承接于加温平台3的金属板31上。此时，所述打印模块2及加温平台3根据所需要成型的图形，可分别进行x轴、y轴及z轴移动，其中所述加温平台3可以以单位为0.1毫米(mm)的最小距离进行纵向位移。换言之，在所述喷嘴22喷料的同时，所述加温平台3逐步向下移动，使纳米液态金属6沉积于所述金属板31上。特别的是，加温平台3在承接纳米液态金属6前，先行加热至一指定温度，之后再开始承接纳米液态金属6。所述指定温度持续至纳米液态金属6的液态成分62蒸发，以便所述金属粒子61在所述加温平台3上完成成型过程。所述加温平台3的温度设定是用以确保纳米液态金属6成型时的材料稳定度，在一优选实施例中，所述指定温度以200至300℃之间为佳。举例而言，如果所述纳米液态金属6为纳米钛金属合金，则所述金属板31的温度须维持在280℃，正负容许为3℃，直至金属板31上的液态金属完全成型。

综上所述，本发明打印装置1以特定成分组成的纳米液态金属6为原料，配合加温平台3在成型过程中维持一指定温度，以压电式喷头21打印塑型出一立体对象。获得的立体对象具有纳米液态金属6的高硬度、耐腐蚀性及耐磨耗性等特性，有效解决传统热塑性材料于3D打印塑型后，硬度不足、不易形成复杂构型、需后制加工处理等缺点。同时，由于加温平台3之的高温配合，本发明可以采用压电式喷头21打印，而无须加热喷头熔融金属，解决喷头容易损坏的问题，进而降低生产及管理成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改变、改进和润饰，这些改变、改进和润饰也应视为本发明的保护范围。