TW201637827A - 用於從無機材料製作透明３ｄ部件的積層製造處理 - Google Patents

Abstract

用於從無機材料粉末製作透明三維部件的積層製造處理涉及選擇性利用真空移除或避免氣泡陷入部件。

Description

用於從無機材料製作透明3D部件的積層製造處理

本申請案根據專利法法規主張西元2015年2月26日申請的美國臨時專利申請案第62/121006號的優先權權益，本申請案依賴該臨時申請案全文內容且該臨時申請案全文內容以引用方式併入本文中。

本發明係關於用於從無機材料製作透明3D部件的積層製造處理。

積層製造採用固體自由形式製造(SFF)技術，從物體的電腦輔助設計(CAD)模型建造或印刷物理三維(3D)物體。積層製造因不需複雜工具即可製造具複雜幾何形狀的部件，且能最小化製造準備時間，故十分引人注目。積層製造可加工固體、液體和粉末材料。因此理論上，若可提供固體、液體或粉末型部件材料，便可由積層製造來製造部件。

3D玻璃與玻璃-陶瓷部件目前係以諸如模製與沖壓等製程製造。該等製程需要專門工具，例如模具，故難以快速製造部件。部件幾何形狀越複雜，以傳統方法製造部件所費時間越久、也越昂貴，例如模製與沖壓。 就短暫運行複雜的玻璃與玻璃-陶瓷部件而言，積層製造係相當吸引人的選擇。

立體微影(SLA)、選擇性雷射熔化或燒結(SLM/SLS)及三維印刷(3DP^TM)為SFF技術實例，此可用於建造3D玻璃與玻璃-陶瓷部件。然利用該等技術的積層製造處理目前無法充分輸送透明3D印刷玻璃與玻璃-陶瓷，此係因在脫膠步驟中難以完全移除部件的所有黏結劑(若為SLA與3DP^TM)及/或陷入最終燒結部件的微氣泡(若為SLA、SLM/SLS與3DP^TM)。黏結劑及/或陷入微氣泡移除不完全導致透明度不足亦出現在利用SFF技術從無機材料印刷的其他3D部件。

茲揭示能製作透明3D部件的積層製造處理。

在一處理中，提供具無機材料粉末和光可固化樹脂黏結劑的印刷材料。印刷材料可為糊膏或漿料或懸浮液形式。真空處理用於移除陷入印刷材料的氣泡。印刷材料接著用於建造3D部件。建造製程涉及相繼形成印刷材料層，及選擇性讓層曝照輻射而印刷部件截面。各印刷材料層形成係以避免新氣泡陷入印刷材料層的方式施行。建造部件接著經脫膠及燒結處理。

在另一處理中，無機材料粉末在真空下形成為層，及將黏結劑液滴輸送到粉末層。黏結劑液滴可在真空下輸送。數層無機材料粉末在真空下相繼形成，及 也許在真空下將黏結劑液滴輸送到各層，直到部件完全建造為止。建造部件接著經脫膠及燒結。

藉由如選擇性利用真空移除或避免氣泡陷入部件來確保部件中無氣泡，及調適脫膠及燒結循環使黏結劑自部件充分蒸發，上述二種處理可達成完全透明的緻密部件。

所含附圖提供對本發明的進一步瞭解，故當併入及構成本說明書的一部分。圖式描繪本發明的各種實施例，並連同詳細實施方式說明一起用於解釋本發明的原理和操作。

10、14、18、20、22、22A-E、26、30、34‧‧‧步驟

40‧‧‧雷射光束

44‧‧‧雷射源

48‧‧‧印刷材料層

52‧‧‧建造平台

56‧‧‧光束整形器

60‧‧‧掃描鏡

62‧‧‧控制器

64‧‧‧印刷材料層

68‧‧‧真空腔室

70‧‧‧刮刀

80、82、84、86、88、90‧‧‧步驟

100‧‧‧大桶

102、102A‧‧‧印刷材料

104‧‧‧建造平台

105‧‧‧表面

106‧‧‧刮刀

108A-B‧‧‧印刷材料層

109‧‧‧真空腔室/結構

110‧‧‧雷射

112‧‧‧雷射光束

113‧‧‧致動器

120‧‧‧大桶

122A-C‧‧‧印刷材料層

123‧‧‧真空腔室

124‧‧‧建造平台

125‧‧‧間隙

126‧‧‧致動器

128‧‧‧DLP投影機

129‧‧‧結構

200‧‧‧無機材料粉末

202A-B‧‧‧粉末層

204‧‧‧支撐件

206‧‧‧黏結劑

208‧‧‧散佈工具

210‧‧‧真空環境

212‧‧‧印刷頭

214‧‧‧雷射

以下說明附圖圖式。圖式不必然按比例繪製，為清楚簡潔呈現，某些特徵結構和一些視圖當可放大或概要圖示。

第1圖係流程圖，用以說明根據一實施例，用於製作透明3D部件的積層製造處理。

第2圖係曲線圖，用以說明根據一實施例，真空去氣循環期間的絕對壓力發展。

第3A圖至第3C圖圖示根據一實施例，利用印刷材料糊膏及立體微影來建造3D部件的方法。

第4A圖至第4D圖圖示根據另一實施例，利用印刷材料漿料或懸浮液及立體微影來建造3D部件的方法。

第5A圖至第5D圖圖示根據又一實施例，利用印刷材料漿料或懸浮液及立體微影來建造3D部件的方法。

第6圖係流程圖，用以說明根據另一實施例，用於製作透明3D部件的積層製造處理。

第7A圖至第7C圖圖示根據再一實施例，建造3D部件的方法。

在本文中，「氣泡」一詞意指空氣或氣體泡泡。「微氣泡」一詞意指直徑小於1毫米(mm)、但大於1微米(μm)的氣泡。「本質上無氣泡」或「本質上無陷入氣泡」等用語意指至少無微氣泡。

第1圖圖示積層製造處理實施例，用於從無機材料製作透明3D部件。3D部件可在可見光範圍或在除可見光範圍外的其他範圍具透明度。在可見光範圍方面，若依光譜儀測量，部件在390奈米(nm)至700nm範圍的穿透率為至少80%，則將視3D部件為透明。第1圖處理涉及製備具選定粒徑分佈的無機材料粉末(步驟10)。無機材料粉末組成係設計變數，且可依據最終3D部件的預定特性選擇。在一實施例中，無機材料粉末可為玻璃粉末或玻璃-陶瓷粉末。如上所述，由玻璃與玻璃-陶瓷材料製成的3D部件可在可見光範圍具透明度。在一實施例中，玻璃粉末或玻璃-陶瓷粉末具有部件形成組成，此隨後可利用離子交換製程化學強化。在另一實施 例中，無機材料粉末為陶瓷粉末。由陶瓷材料製成的3D部件可在除可見光範圍外的其他範圍具透明度，例如紅外線範圍。

任何適合製備具選定粒徑分佈的無機材料粉末、又可避免粉末污染的方法都可使用。在一實施例中，製備可涉及將具預定無機材料粉末組成的粒狀進料碾碎及/或研磨成細粒。碾碎及/或研磨玻料可經篩選及通過控制粒度分析而使粉末達預定粒徑分佈。粉末粒徑分佈將由最終3D印刷部件所需最小圖案尺寸與形狀解析度定義。例如，最大粒徑應比待印刷的最小特徵結構尺寸小數倍。通常，粒徑將處於次微米至微米範圍。通常，粒徑分佈的中值粒徑(d₅₀)將大於100μm。粉化(atomization)製程亦可用於形成具小於10μm的均勻恆定大小的球形無機材料粉末微粒。

處理可包括乾燥具選定粒徑分佈的無機材料粉末(步驟14)。在一實施例中，粉末乾燥係利用真空乾燥。此可涉及如加熱粉末達遠低於熔化與燒結溫度，及利用真空系統移除加熱期間產生的任何蒸汽。

處理包括混合無機材料粉末與光可固化樹脂黏結劑，以形成印刷材料(步驟18)。在一實施例中，印刷材料為糊膏形式。在另一實施例中，印刷材料可為漿料或懸浮液形式。在一實施例中，處理包括在真空下移除陷入印刷材料的氣泡(步驟20)。自印刷材料移除氣泡的真空壓力將係設計變數。真空壓力一例為1毫巴至 10毫巴。在一實施例中，在真空下處理印刷材料包括替印刷材料真空去氣。混合無機材料粉末與光可固化樹脂黏結劑以形成印刷材料(步驟18)及移除陷入印刷材料的氣泡(步驟20)可在混合系統中施行，混合系統能接續真空及重新加壓。混合粉末與黏結劑以形成印刷材料(步驟18)及真空處理印刷材料以移除陷入氣泡(步驟20)可同時施行，或者真空處理印刷材料可於混合的最後階段施行。

在一實施例中，把待一起混合的材料裝入真空混合器，即適於混合的真空腔室，例如離心混合或使用螺桿、葉片等機械混合。為避免污染印刷材料，真空混合器和混合時可能接觸印刷材料的任何工具壁面可塗覆不反應材料，例如Teflon^®或矽酮。離心混合可用於取代使用螺桿、葉片等機械混合，以可減少印刷材料遭潛在污染。在選定時刻，例如真空混合器混合材料的最後階段，真空去氣程序應用到印刷材料。真空去氣循環一例繪示於第2圖。第2圖的真空去氣循環由四個大致相同定序構成。各定序涉及在真空下泵抽，直到腔室內達10毫巴絕對壓力，接著當真空度持續下降至約1.3至2毫巴時，停滯約2分30秒的時間，然後以大氣壓(1000毫巴)劇烈加壓腔室，計約0.2秒。第2圖所示真空去氣循環僅為一例，且可適當調整使印刷材料本質上無陷入氣泡。

在一些實施例中，混合期間，無機材料粉末與光可固化樹脂黏結劑加熱達如約100℃之溫度。加熱可降低光可固化樹脂黏結劑的黏度，以促進無機材料粉末與光可固化樹脂黏結劑組分均勻混合。若光可固化樹脂黏結劑在室溫下為流體，則可不需此種加熱。加熱時產生的任何蒸汽可利用真空去氣或其他適合方法移除，例如在氦大氣中加熱材料。在第1圖中，可將依上述製備的印刷材料整形成適合分配及於印刷3D部件期間形成層的外形，例如就印刷材料糊膏而言為棒狀或丸狀(步驟22)。可在真空下施行任何整形，以避免印刷材料內陷入新氣泡。

光可固化樹脂黏結劑可包括樹脂、光起始劑和一或更多添加劑。一或更多添加劑可選擇以達成一或更多預定印刷材料流變性、穩定印刷材料，及防止材料粉末結塊。在一實施例中，樹脂可為選自環氧樹脂寡聚物、不飽和樹脂聚酯樹脂寡聚物和丙烯酸樹脂寡聚物的寡聚物。當印刷材料曝照光化輻射時，例如紫外光，光起始劑用於觸發或引發樹脂聚合反應。光起始劑可為自由基型或陽離子型。自由基光起始劑實例為三氯苯乙酮、氧苯酮和聯苯甲醯二甲基縮酮。陽離子光起始劑實例為二茂鐵鹽、三芳基鋶鹽和二芳基錪鹽。若光起始劑為自由基型，則可使用環氧樹脂寡聚物。若光起始劑為陽離子型，則可使用不飽和聚酯樹脂或丙烯酸樹脂寡聚物。在一實施例中，就製備印刷材料糊膏而言，天然或 合成蠟可作為光可固化樹脂黏結劑的添加劑。蠟實例為石蠟、蜂蠟、棕櫚蠟和聚乙烯蠟。在印刷材料為漿料或懸浮液方面，添加劑可選自有機溶劑、分散劑、界面活性劑等。

印刷材料中無機材料粉末、樹脂、光起始劑和添加劑的重量比可選擇成有足夠黏結劑使粉末微粒間接觸，及具充足開放孔隙，以在最後將微粒燒結在一起前的熱循環期間充分移除黏結劑。非限定印刷材料糊膏一例為由69.78體積%的玻璃粉末(由75重量%的矽石、22.7重量%的硼酸、2.3重量%的碳酸鉀製成)組成並混合25.48體積%的MX 4462石蠟(取自CERDEC FRANCE)、4.70體積%的CN2271樹脂(取自美國賓州Exton的Sartomer)和0.04體積%的IRGACURE^®光起始劑(取自BASF公司)。在一實施例中，印刷材料的固體(微粒)裝載量按體積計之範圍為60%至75%。在另一實施例中，固體裝載量按體積計之範圍為65%至71%。通常，固體裝載量將受限於預定印刷材料流變性。印刷材料中的光起始劑和樹脂總量至多可為5重量%。印刷材料的其餘部分可為添加劑，用以形成印刷材料糊膏或漿料或懸浮液。

處理包括利用固體自由形式製造(SFF)技術，從上述製得印刷材料建造透明3D部件(步驟26)。建造3D部件前，使用CAD軟體建造3D部件模型，例如PRO-ENGINEER或I-DEAS。CAD軟體通常輸 出.stl檔，此係含有3D部件鑲嵌模型的檔案。鑲嵌模型為表示CAD模型表面的三角形陣列。.stl檔含有三角形的頂點座標和指示各三角形直角的指數。利用切片軟體，將鑲嵌模型分成多層，例如取自3D Systems的MAESTRO。切片軟體輸出含鑲嵌模型各切片或層相關資訊的建造檔。各切片或層相關資訊含有所需幾何資料，以建造部件截面。建造檔接著發送到SFF機器而建造3D部件。新一代CAD軟體不需獨立切片軟體，即可直接從CAD模型輸出建造檔，或能直接將建造資料「印刷」至適當SFF機器。

在一實施例中，利用修改的立體微影技術建造3D部件。如第1圖所示，部件建造可藉由散佈或沉積一層印刷材料(印刷材料層)至建造平台上(步驟22A)，及使印刷材料層的選定區域曝照輻射，以在印刷材料層中印刷部件截面(步驟22B)。部件對應層的建造檔所含資訊將用於決定印刷材料層欲曝照輻射的選定區域。決定是否有更多部件截面待建造(步驟22C)。若有更多截面，則散佈或沉積新印刷材料層至前一印刷材料層上(步驟22D)，及在新層中印刷部件的次一截面(步驟22E)。反覆進行步驟22C、22D、22E，直到在對應印刷材料層中印刷完所有部件截面。印刷材料層的層厚度通常為次微米至微米範圍，例如數奈米至200μm。

根據修改的立體微影技術，為達成完全透明的最終3D部件，各印刷材料層應至少無微氣泡，較佳全 無氣泡。此暗指無微氣泡的印刷材料層亦無大於微氣泡的氣泡。若印刷材料層內有任何氣泡，則氣泡尺寸較佳為與印刷材料層中的最小粒徑相當。達成至少無微氣泡的印刷材料層有兩個部分。第一個部分係利用真空處理印刷材料(取自步驟20)來形成印刷材料層。另一部分涉及以避免新氣泡陷入印刷材料層的方式來形成(例如散佈或沉積)各印刷材料層。一達成方法為使用刮刀或類似刀片工具來輕刮出(smooth out)(即擠出)印刷材料層中的任何新氣泡。另一達成方法為在真空下散佈或沉積印刷材料層，藉以避免新氣泡併入印刷材料層。亦可依需求採行真空去氣來移除陷入印刷材料層的氣泡。如第2圖所示真空去氣定序或變型可選擇性用於移除印刷材料層的氣泡。一或更多次使用刮刀來輕刮出氣泡、在真空下散佈或沉積及真空去氣可用於維持印刷材料層本質上無氣泡。若欲利用真空處理移除印刷材料層的氣泡，則散佈或沉積裝備、印刷材料和用於支托印刷材料層的建造平台可封在真空腔室內，真空腔室具接續重新加壓能力。真空腔室可具有可打開的出入門，或具有透明窗口，以讓建造平台上的最新印刷材料層曝照出自適當來源的輻射。或可提供獨立真空環境來散佈印刷材料層，支托印刷材料層的建造平台可在獨立真空環境與供印刷材料層選擇性曝照輻射的站間傳輸。

第3A圖至第3C圖圖示施行第1圖步驟22A-22E的方法。在此方法中，提供糊膏型印刷材料。 第3A圖圖示雷射光束40，雷射光束出自雷射源44，且利用如掃描鏡60聚焦於建造平台52上的一層印刷材料(印刷材料層)48。儘管圖式僅繪示一個鏡子60，但通常具有兩個鏡子，其一在X軸，另一在Y軸。在由掃描鏡60聚焦於印刷材料層前，雷射光束40可通過光束整形器56。雷射光束40可為紫外光雷射光束或其他適合的光化輻射源，例如紅外線雷射光束。雷射源44應在印刷材料中的無機材料粉末不會吸收的範圍操作。在一實施例中，雷射源44係在350至430nm範圍操作。雷射光束40依據該層建造檔所含資訊掃描印刷材料層48的表面。建造檔可提供至控制器62，控制器62可操作掃描鏡60，以將雷射光束40的光點定位在印刷材料層48上的預定位置。在印刷材料層48曝照雷射光束40的區域，輻射將活化印刷材料中的光起始劑而開始化學反應，致使印刷材料中的樹脂聚合及硬化。在第一印刷材料層48中形成3D部件的第一截面後，如第3B圖所示，例如使用刮刀70，在第一印刷材料層48上散佈或沉積另一印刷材料層64。如第3C圖所示，就3D部件的次一截面重複形成製程。在形成製程期間，第二印刷材料層64中的硬化樹脂將連結下伏第一印刷材料層48中的硬化樹脂。反覆進行放下新印刷材料層及在新層中形成3D部件截面的製程，直到部件建造完全。如第3B圖所示，散佈或沉積印刷材料層可在真空腔室68內施行，以維持印刷材料層本質上無陷入氣泡。然如上所述，散佈或沉積印刷材料 層時不利用真空也可維持印刷材料層本質上無陷入氣泡。

第4A圖圖示利用立體微影來建造3D部件的另一方法。在此方法中，提供漿料或懸浮液型印刷材料。第4A圖圖示含有印刷材料102的大桶100。建造平台104位於大桶100內且設在印刷材料表面105下方，以在建造平台104上形成印刷材料層108A。刮刀106用於在建造平台104上均勻散佈印刷材料層108A。散佈印刷材料層可在真空腔室109中施行，以維持散佈印刷材料層本質上無陷入氣泡。散佈印刷材料層時可採用第2圖所示真空去氣定序或變型。在替代實施例中，未必要在真空下散佈印刷材料層或利用真空去氣，運用刮刀106已可避免氣泡陷入印刷材料層。

如第4B圖所示，完成散佈印刷材料層108A後，XY-掃描UV雷射110接著在印刷材料層108A上印刷3D部件的第一截面。「印刷」由使用雷射光束112，依據該層建造檔所含資訊掃描印刷材料層108A組成。如同前述第3A圖至第3C圖實例，在印刷材料層108A曝照雷射光束112的區域，輻射將活化印刷材料中的光起始劑而開始化學反應，致使印刷材料中的樹脂聚合及硬化，從而在印刷材料層108A中對應3D部件的第一截面形成結構109。

在印刷材料層108A中形成3D部件的第一截面後，如第4C圖所示，將建造平台104(和形成於上 的結構109)降下至大桶100內，以在第一印刷材料層108A上形成新印刷材料層108B。任何適合致動器113皆可用於降下建造平台104。刮刀106再次用於在下伏印刷材料層108A上面均勻散佈新印刷材料層108B。在一實施例中，降下建造平台104及散佈新印刷材料層108B可在真空下施行，以避免氣泡陷入新印刷材料層108B。如第4D圖所示，在新印刷材料層108B上印刷3D部件的次一截面。新印刷材料層108B中的硬化樹脂將連結下伏第一印刷材料層108A中的結構109。反覆進行散佈新印刷材料層同時避免氣泡陷入該層及在新印刷材料層中印刷3D部件新截面的製程，直到印刷完所有3D部件截面。

第5A圖圖示施行第1圖步驟22A-22E的另一方法。在此方法中，提供漿料或懸浮液型印刷材料。第5A圖圖示把一定量的印刷材料102A倒入大桶120。致動器126用於將建造平台124定位在離大桶120底部一段距離。大桶120底部與建造平台124底部間的間隙125決定了第一印刷材料層122A的厚度。把印刷材料102A倒入大桶120及將建造平台124定位於大桶120內而形成第一印刷材料層122A可在真空環境123中施行，以避免氣泡陷入第一印刷材料層122A。若有需要，可採行真空去氣，以進一步確保印刷材料層122A本質上無陷入氣泡。

如第5B圖所示，大桶120底下為UV數位光處理(DLP)投影機128，投影機128利用連續層遮罩(2D影像)曝照印刷材料層122A。UV DLP投影機128用於在印刷材料層122A中印刷3D部件的截面。(應注意UV雷射可取代UV DLP，以在印刷材料層122A中印刷3D部件的截面。)就第5B圖所示裝配而言，至少大桶120的底部截面需由適合材料製成，以讓UV DLP投影機128的光束通過印刷材料層122A。在一實施例中，UV DLP投影機128係在350nm至430nm範圍操作。選擇性曝照輻射而於印刷材料層122A建造的結構109將黏附於建造平台124。此達成方式為提供適合的建造平台124底表面供結構109黏附。

完成在第一印刷材料層122A中印刷3D部件截面後，如第5C圖所示，將建造平台124和結構109抬高至等於次一印刷材料層122B的高度。大桶120內的印刷材料102A將流動而填充抬高建造平台124和結構109造成的空隙，以形成次一印刷材料層122C。抬高建造平台124可在真空環境123中施行，以免因大桶120內的印刷材料102A移動，導致氣泡引入或陷入次一印刷材料層122B。若有需要，可採行真空去氣，以進一步確保次一印刷材料層122B本質上無陷入氣泡。在第5D圖中，DLP投影機128接著用於在新印刷材料層122B中印刷3D部件的次一截面。反覆進行此製程(第5C圖 及第5D圖)，直到在印刷材料層中相繼印刷完所有3D部件截面。

就上述所有方法和變型而言，施予印刷材料的動作步驟可在真空環境中進行，例如在前一印刷層或建造平台上散佈新印刷材料層，此可依需求涉及真空去氣，以避免氣泡陷入印刷材料層。在真空環境中可採用如第2圖所示真空去氣定序或變型。亦可在不利用真空情況下避免氣泡陷入印刷材料層。例如，可如上述使用刮刀來輕刮出印刷層的氣泡。此外，任何在印刷材料層上「印刷」2D影像的手段可用於上述任何方法，包括上述手段。

回溯第1圖，處理包括使印刷材料層選擇性曝照輻射而得的3D部件脫膠(步驟30)。脫膠期間，將自部件移除黏結材料，而於形成結構中留下孔隙。脫膠後，多孔結構經空氣清洗，以自結構移除任何殘留鬆脫微粒。接著燒結多孔結構，以密化部件(步驟34)。就由陶瓷粉末建造的3D部件而言，燒結可包括瓷化部件。在一實施例中，就由陶瓷粉末建造的3D部件而言，燒結包括熱均壓。熱均壓涉及施加高壓至部件，同時燒結部件。熱均壓常用於密化陶瓷部件。脫膠及/或燒結可在真空下施行，此可依需求包括選擇性真空去氣，以避免或移除陷入結構的氣泡，及進一步確保最終部件呈透明。若採取真空，則脫膠及燒結時的真空壓力為設計變數。例如，採用真空壓力可為1毫巴至10毫巴。燒結可 在氦大氣中施行，其中氦將移除任何陷入結構的氣泡內的氣體，造成氣泡崩塌。此方法可取代真空處理或結合真空處理。燒結可在氯大氣中施行，其中氯將移除結構中的任何氫氧化物，以致至少就玻璃部件而言，部件呈完全透明。燒結可在結合氦與氯大氣中施行，如此可使任何陷入結構的氣泡崩塌，並移除結構中的任何氫氧化物。

脫膠時自部件移除黏結劑的直接影響通常為造成5%至10%的全面收縮。全面收縮已在3D部件的初始CAD模型時考量，因此在燒結後，3D部件具有預定最終尺寸。又，視3D印刷部件形狀/幾何形狀而定，若燒結時部件無法支撐本身重量，則所有形狀皆可能下垂。為避免如此，把3D部件裝進燒結爐前，可在3D部件周圍空間填充燒結助劑，包括氧化鋁粉末(或其他燒結助劑粉末)、氧化鋁纖維(或其他燒結助劑纖維)和耐火水泥，但不以此為限。燒結期間，燒結助劑將支撐3D部件，還會吸收3D部件中的任何殘留黏結劑。重要的是，選用燒結助劑在燒結溫度下不會分解。燒結後，刷掉部件的燒結助劑或自部件移除。接著，在酸潤濕大桶內洗滌部件，以移除部件上的任何殘留燒結助劑，及蝕刻部件表面，以達最終良好透明度。

脫膠及燒結均為在適當爐內施行的熱處理製程。脫膠及燒結循環勻變(ramp)和停滯時間係依據微差熱分析定義，此可指示反應熱與熱循環期間的重量變 化。通常，脫膠係以很慢的熱勻變完成，例如1-2℃/分鐘，以盡可能均勻加熱部件，使所有部件表面都有足夠的停滯時間而確保完全移除黏結劑。管控風險在此為具有足夠的時間讓部件中間的黏結劑在開始燒結部件內的微粒前揮發。

第6圖圖示另一積層製造處理實施例，用於製作透明3D部件。第6圖處理涉及製備具選定粒徑分佈的材料粉末(步驟80)。材料粉末的特性和製備如先前第1圖處理所述。接著乾燥具選定粒徑分佈的材料粉末(步驟82)。如前所述，可採行真空乾燥。處理包括製備印刷樹脂黏結劑(步驟84)。印刷樹脂黏結劑較佳為液體形式，如此可以液滴般分配。在一實施例中，印刷樹脂黏結劑為光可固化或熱可固化。熱可固化印刷樹脂黏結劑包括熱可固化樹脂，且可進一步包括一或更多添加劑，例如用以溶解及穩定樹脂的添加劑，故印刷樹脂黏結劑可以液滴般分配。在一實施例中，光可固化印刷樹脂黏結劑包括樹脂、光起始劑和一或更多添加劑。諸如溶劑、分散劑、界面活性劑等添加劑可選擇使光可固化黏結劑為液體形式。樹脂和光起始劑可具有如第1圖處理所述特性。

處理包括使用無機材料粉末和印刷樹脂黏結劑來建造3D部件(步驟86)。在一實施例中，利用修改的乾粉3DP^TM技術建造3D部件。如第7A圖所示，此涉及在支撐件204上散佈一定量的無機材料粉末200， 以形成一層無機材料粉末(粉末層)202A。粉末層202A形成粉末床供印刷樹脂黏結劑液滴206沉積於內。無機材料粉末200較佳係在真空下散佈到層202A內，此選擇性包括真空去氣，以獲得透明3D部件。此達成方式為在散佈粉末期間，將粉末散佈工具208、無機材料粉末200和支撐件204封在真空環境320中。為形成3D部件的截面層，利用印刷頭(或噴嘴)212，將印刷樹脂黏結劑液滴206輸送到粉末層202A的選定區域。在一實施例中，在真空環境中輸送液滴，以防止氣泡陷入粉末層202A。印刷頭212相對粉末層202A移動，以依3D部件的該層建造檔所含資訊決定，將液滴輸送到粉末層202A的選定區域。建造檔可如第1圖處理所述製備。

如第7B圖所示，使用適合來源照射粉末層202A，例如UV雷射214，或加熱以固化沉積於粉末層202A的印刷樹脂黏結劑，進而使3D部件的截面層在粉末層202A中固結。接著，如第7C圖所示，在真空下，在前一材料粉末層202A上散佈新材料粉末層202B。將印刷黏結劑液滴206選擇性輸送到新粉末層202B，然後固化沉積於新粉末層202B的印刷樹脂黏結劑。反覆進行在真空環境中散佈新材料粉末層、依據該層建造檔所含資訊來輸送印刷樹脂黏結劑液滴至新層(較佳為在真空環境中)及固化沉積印刷樹脂黏結劑的製程，直到建造完所有3D部件截面。在第6圖中，處理進一步包括使完成部件脫膠(步驟88)，及燒結完成部件(步驟90)。 就由陶瓷粉末建造的3D部件而言，燒結可包括瓷化或熱均壓部件。脫膠及燒結步驟類似第1圖處理所述。

在上述實施例中，玻璃、玻璃-陶瓷和陶瓷部件可利用積層製造從適當無機材料粉末製作。在積層製造處理中策略性採用真空處理，以避免氣泡陷入最終部件。策略性真空處理加上最佳化脫膠及燒結可用於製造完全透明的玻璃、玻璃-陶瓷和陶瓷部件。

雖然本發明已以一些實施例描述如上，但熟諳此技術者在不脫離本發明範圍內，將可受惠於本發明而策劃其他實施例。故本發明的保護範圍應視後附申請專利範圍所界定者為準。

40‧‧‧雷射光束

44‧‧‧雷射源

48‧‧‧印刷材料層

52‧‧‧建造平台

56‧‧‧光束整形器

60‧‧‧掃描鏡

62‧‧‧控制器

Claims (10)

1. 一種用於製作透明三維部件的製造處理，包含下列步驟：提供一印刷材料，包含一無機材料粉末和一光可固化樹脂黏結劑；在真空下移除陷入該印刷材料的氣泡；利用該真空處理印刷材料，形成複數個無陷入微氣泡的印刷材料層，該等印刷材料層乃一次形成一層，每一當前印刷材料層接觸前一印刷材料層或一支撐件；及選擇性讓每一當前印刷材料層曝照輻射，使該當前層的選定區域的該光可固化樹脂黏結劑硬化而形成含一三維物體的一結構，其中該等選定區域在該當前印刷材料層中形成該三維物體的一截面。
2. 如請求項1所述之處理，其中該移除氣泡步驟包含替該印刷材料真空去氣。
3. 如請求項1所述之處理，其中該形成該複數個層的步驟包含散佈一定量的該真空處理印刷材料，以形成該當前印刷材料層，及使用一刀片來輕刮出該當前印刷材料層中的氣泡。
4. 如請求項1所述之處理，其中該形成該複數個層的步驟包含在真空下形成至少一印刷材料層。
5. 如請求項1所述之處理，進一步包含使該結構脫膠，以移除該光可固化樹脂黏結劑。
6. 如請求項5所述之處理，進一步包含燒結該結構，以密化該結構。
7. 如請求項6所述之處理，其中該結構經燒結後在390nm至700nm的一範圍內具有至少80%的一穿透率。
8. 一種用於製作透明三維部件的製造處理，包含下列步驟：提供具一選定粒徑分佈的一無機材料粉末；提供一印刷樹脂黏結劑；使用該無機材料粉末來形成複數個粉末層，該等層係在真空下一次形成一層，每一當前粉末層接觸前一粉末層或一支撐件；及形成含一三維物體的一結構，此係選擇性輸送該印刷樹脂黏結劑液滴至各當前無機材料粉末層而形成含一三維物體的一結構，其中該三維物體的一截面形成在該當前無機材料粉末層中。
9. 如請求項8所述之處理，進一步包含固化輸送到各層的該印刷樹脂黏結劑。
10. 如請求項8所述之處理，進一步包含使該結構脫膠，以移除該印刷樹脂黏結劑，及燒結該結 構，以密化該結構。