TWI395662B - 殼模之成型方法以及利用該殼模成型高強度陶瓷或金屬陶瓷複合材原型之方法 - Google Patents

Description

殼模之成型方法以及利用該殼模成型高強度陶瓷或金屬陶瓷複合材原型之方法

本發明係關於一種用以成型一殼模(shell mold)之成型方法(forming method)，以及利用該殼模成型高強度陶瓷或金屬陶瓷複合材原型之方法，或利用該殼模翻製成矽膠模的成型方法。

快速原型(rapid prototyping,RP)成型技術使用層狀加工技術，能夠依照電腦輔助設計(CAD)所建構的立體幾何圖形，自動製造出3D實體物件的技術。快速原型成型技術可克服工具機加工無法完成的幾何形狀死角，做到自動化實體自由形狀製造(solid freeform fabrication,SFF)，而且成型的原型沒有形狀的限制。所以，快速原型成型技術特別適合用來成型輪廓複雜的工件。

快速原型可使用的材質分為感光樹酯、蠟、金屬、陶瓷及複合材料等。然而，陶瓷材料具有高強度、高熔點、耐腐蝕、價格低廉等優點，所以特別值得發展。

到目前為止，可以製作陶瓷成品的快速原型技術有：(1)立體微影成像法(stereolithography apparatus,SLA)、(2)選擇性雷射燒結(selective laser sintering,SLS)、(3)堆疊製造(laminated object manufacturing,LOM)、(4)三維列印(three dimensional printing,3DP)、(5)熔融沉積製造(fused deposition modeling,FDM)等，以上的方法都是直接疊層製作出陶瓷工件。然而，不容易製造出高密度、高強度的複雜形狀陶瓷產品。

因為，陶瓷具有高硬度及脆性以致於不容易加工，因此，傳統的陶瓷產品不易製作出內部複雜形狀的工件。若採用快速原型技術直接製作陶瓷工件，常常需要額外設計、製作支撐結構(support structure)才能製作出內部複雜形狀的陶瓷工件，尤其是當製品具有凸懸(overhanging)結構時。

因此，本發明之一範疇提供一種用以成型一殼模之成型方法，再利用該殼模成型高強度陶瓷或金屬陶瓷複合材原型。藉此，在本發明運用快速原型成型技術製造殼模後，只要把陶瓷漿料加壓擠入殼模的模穴中，利用漿料所具有的高流動性，即可充份填滿模穴的空間與空隙，即可製造出內部複雜形狀的陶瓷工件，不需要製作支撐結構。此外，一般模型均為實體結構。本發明所使用的模型為採快速原型成型技術製作成薄殼狀的殼模，因此，可以大量縮減模具製造時間，快速地製作出陶瓷原型。

此外，本發明之另一範疇在於提供一種運用快速原型成型技術製造的殼模，接續配合振動、抽真空、熱均壓、熱處理等技術，來製作陶瓷產品的製造方法。藉此，可以獲得高強度(300MPa以上)、高密度(95%以上)、高精密度(特徵尺寸25μm以下)的陶瓷工件。

此外，本發明之另一範疇在於提供一種運用快速原型成型技術製造的殼模來成型高強度金屬陶瓷複合材原型之方法。

此外，本發明之另一範疇在於提供一種運用快速原型成型技術製造的殼模來翻製成矽膠模的成型方法。藉此，陶瓷漿料或金屬陶瓷複合材漿料加壓射入該矽膠模的模穴中，待乾燥後即可獲得陶瓷生坯工件或金屬陶瓷複合材生坯工件。此外，可以將巧克力、果汁、糖漿或可成型的菜餚等加壓射入該矽膠模的模穴中，藉此獲得複雜性較高或多層次造型的食品造型。

根據本發明之第一較佳具體實施例的成型方法，該成型方法用以成型一殼模。該殼模係由N層連續固化的成型材料薄層所構成，其中N為一自然數。該成型方法首先係製備一成型材料。接著，該成型方法首先係塗佈第一層成型材料於一工作台上。接著，該成型方法係根據對應該第一層固化的成型薄層之一截面圖案，以一輻射束照射該第一層成型材料之部分成型材料以固化被照射的成型材料，進而形成該第一層固化的成型材料薄層。接著，該成型方法係塗佈第i 層成型材料於第(i -1)層成型材料上，其中i 係範圍從2至N中之一整數指標。接著，該成型方法係根據對應該第i 層固化的成型材料薄層之一截面圖案，以該輻射束照射該第i 層成型材料之成型材料以固化被照射的成型材料，進而形成該第i 層固化的成型材料薄層。接著，該成型方法係重複塗佈第i 層成型材料之步驟以及以該輻射束照射該第i 層成型材料之步驟，直至完成該N層固化的成材料薄層為止。最後，該成型方法係去除附著於該N層固化的成型材料薄層之殘留成型材料，以獲得該殼模。

根據本發明之第二較佳具體實施例的成型方法，其用以利用根據本發明之成型方法所成型的殼模來成型一陶瓷生坯。該成型方法首先係將一陶瓷粉末、一黏結劑以及一懸浮劑依一比例均勻混合且攪拌成一漿料。接著，該成型方法係將該漿料倒入該殼模之模穴中並填滿該殼模之模穴。接著，該成型方法係對填滿該漿料之該殼模進行一超音波振動程序，使該漿料內之陶瓷粉末更為密實。接著，該成型方法係對填滿該漿料之該殼模進行一抽真空程序，以移除該漿料內之氣泡。接著，該成型方法係對應填滿該漿料之該殼模進行一加熱程序，使該漿料之該黏結劑被加熱產生該化學凝膠反應。最後，該成型方法係移除該殼模，以獲得該陶瓷生坯。根據本發明之成型方法所成型的陶瓷生坯，進一步燒結成高強度陶瓷原型。

根據本發明之第三較佳具體實施例的成型方法，其用以利用根據本發明之成型方法所成型的殼模來成型一金屬-陶瓷複合材料生坯。該成型方法首先係將一金屬粉末、一黏結劑以及一懸浮劑依一比例均勻混合且攪拌成一漿料。接著，該成型方法係將該漿料倒入該殼模之模穴中並填滿該殼模之模穴。接著，該成型方法係對填滿該漿料之該殼模進行一超音波振動程序，使該漿料內之複合材料粉末更為密實。接著，該成型方法係對填滿該漿料之該殼模進行一抽真空程序，以移除該漿料內之氣泡。接著，該成型方法係對填滿該漿料之該殼模進行一加熱程序，使該漿料之該黏結劑被加熱產生該化學凝膠反應。最後，該成型方法係移除該殼模，以獲得該金屬-陶瓷複合材料生坯。

根據本發明之第四較佳具體實施例的成型方法，其用以利用根據本發明之成型方法所成型的殼模來成型成型一矽膠模。該成型方法首先係藉由一翻製技術利用一矽膠材料製作一公模以及一母模。最後，該成型方法係將該公模與該母模合模即完成該矽膠模，該矽膠模具有一模穴。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

請參閱圖一以及圖二A至二D，圖一係繪示根據本發明之第一佳具體實施例之成型方法1的流程圖。根據本發明之成型方法1用以成型一殼模28。特別地，該殼模28係由N層連續固化的成型材料薄層所構成，其中N為一自然數。圖二A至二D係繪示運用一快速原型成型設備2來成型該殼模28的成型示意圖。

如圖一所示，根據本發明之成型方法1首先係執行步驟S10，製備一成型材料。

於一具體實施例中，該成型材料係一紫外光感光樹脂，並且該輻射束係一紫外光雷射，經紫外光雷射照射的紫外光感光樹脂即會硬化。以紫外光感光樹脂做為殼模的成型材料，殼模須具有大於或等於0.5mm之厚度，才能防止在後續澆注時殼模產生變形。

於另一具體實施例中，該成型材料係一蠟粉，並且該輻射束係一雷射，經雷射照射的蠟粉即會燒結在一起。以紫外光感光樹脂做為殼模的成型材料，殼模須具有大於或等於1mm之厚度，蠟質的殼模可在後續澆注獲得陶瓷生坯或金屬陶瓷生坯後直接加熱燒除。

接著，如圖一及圖二A所示，根據本發明之成型方法1係執行步驟S12，以一塗層裝置22塗佈第一層成型材料於一工作台24上。該工作台24具有一平面，且被致動沿垂直該平面之一軸(即平行圖二A中Z軸之一軸)做升降。根據本發明，該塗層裝置22可以包含盛裝漿料SL的漏斗222以及可使成型材料SL均勻分佈於該工作台24上的刮板224(或圓柱狀滾筒)。該漏斗222擠送適當的成型材料SL'至該工作台24上。該刮板224將前述之成型材料SL'塗佈成均勻的薄層成型材料SL'。每一層成型材料SL'的厚度可控制在約0.1mm。但本發明不以此為限，所需的塗層厚度可依照製品截面曲線的曲率以及成型材料特性而定，亦即塗層厚度係可變者。例如，當製品截面曲線的曲率愈大時，塗層厚度則變小。並且本發明亦不以水平或等厚度塗佈成型材料為限。

接著，如圖一及圖二B所示，根據本發明之成型方法1係執行步驟S14，根據對應該第一層固化的成型薄層SL"之一截面圖案，以一固化薄層形成裝置26所發射之一輻射束照射該第一層成型材料SL'之部分成型材料SL'，其中該第一層成型材料SL'被該輻射束照射之成型材料SL'固化，進而形成該第一層固化的成型材料薄層SL"(圖二B中深色部分)。也就是說，並黏結在一起。

如圖二B所示，該固化薄層形成裝置26包含一雷射光束產生裝置262、一導光機構264以及一聚焦鏡266。該雷射光束產生裝置262用以產生一雷射光束，例如，CO₂ 雷射、Nd:YAG雷射、He-Cd雷射、Ar雷射或UV雷射。於一具體實施例中，該雷射光束產生裝置262可以加裝溫度感測器，當溫度感測器偵測到用來冷卻該雷射光束產生裝置262之冷卻水溫度超過25℃時，該雷射光束產生裝置262即停止雷射光的激發。該導光機構264與該聚焦鏡266根據對應每一層固化的成型材料薄層SL"之截面圖案被致動平行如圖二B所示之X-Y平面移動。該導光機構264用以導引該雷射光束至該聚焦鏡266。該聚焦鏡266用以聚焦該雷射光束至每一層成型材料SL'。於一具體實施例中，雷射光束的掃描速率為85mm/s、掃描間距為0.1mm，雷射功率為10W。於一具體實施例中，於該聚焦鏡266處可以加裝一噴氣管。噴氣管用以導入低壓空氣並經由其噴嘴快速噴出，能夠防止進行雷射光束掃描時成型材料濺散附著於聚焦鏡片上，影響雷射光束掃描的精確度。

同樣示於圖二B，根據本發明之導光機構264包含多個固定的反射鏡以及能被致動平行如圖二B所示之X-Y平面移動的反射鏡。例如，圖二B中標示264a及264b標號代表固定的反射鏡，標示264c標號代表能被致動沿平行圖二B所示之X軸之一軸移動的反射鏡，標示264d號代表能跟隨反射鏡264c被致動並能沿平行圖二B所示之Y軸之一軸移動的反射鏡。該聚焦鏡266則伴隨該反射鏡264d一起移動。

於一具體實施例中，根據本發明之固化薄層形成裝置26其雷射光束掃描的工作範圍為450mm×250mm，最高速度為3000mm/min以上，且其X-Y軸重複精度設計為±0.02mm。

另一不同做法，本發明也可以利用振鏡式掃描讓雷射光束聚焦在每一層成型材料SL'。

接著，如圖一及圖二C所示，根據本發明之成型方法1係執行步驟S16，致動該工作台24沿平行圖二C中Z軸之一軸下降一距離(一個薄層的厚度)，使得在後續塗佈完新的一層成型材料後，不必重行調整該固化薄層形成裝置26的聚焦基準。此外需強調的是，於實際應用中，每一層成型材料薄層不以相同厚度為必要。

接著，如圖一所示，根據本發明之成型方法1係執行步驟S18，以該塗層裝置22塗佈第i 層成型材料於第(i -1)層成型材料上，i 係範圍從2至N中之一整數指標。隨後，根據本發明之成型方法1係執行步驟S20，根據對應該第i 層固化的成型料薄層SL"之一截面圖案，以該固化薄層形成裝置26所發射之雷射光束照射該第i 層成型材料SL'之部分成型材料SL'。同樣地，該第i 層成型材料SL'被該雷射光束照射之部分成型材料SL'被加熱致使產生硬化反應或燒結，進而形成該第i 層固化的成型材料薄層SL"。實務上，經由CAM技術，可將電腦與將該成型設備2連線，依據該等特定截面圖案(可能由CAD產生)控制該固化薄層形成裝置26對每一層成型材料SL'加熱，並進一步達成自動化製造。

接著，根據本發明之成型方法1係執行步驟S22，判斷所有特定截面圖案是否已據以掃描固化塗佈在該工作台24上或之上的成型材料層SL'。若步驟S22的判斷結果為否定者，根據本發明之成型方法1係執行步驟S16，致動該工作台24下降一距離(一個薄層的厚度)，接續執行步驟S18及步驟S20。

若步驟S22的判斷結果為肯定者，根據本發明之成型方法1係執行步驟S24，以一去除裝置(未繪示於圖二A、圖二B及圖二C中)去除附著於該N層固化的成型材料薄層SL"之殘留成型材料SL'，以獲得如圖二D所示的殼模28。於一具體實施例中，該去除裝置得以噴霧液體(例如，水)來去除附著於該N層固化的成型材料薄層SL"之殘留成型材料SL'。

請參閱圖三以及圖四，圖三係繪示根據本發明之第二佳具體實施例之成型方法3的流程圖。根據本發明之第二較佳具體實施例的成型方法3係用以利用根據本發明之成型方法所成型的殼模28來成型一陶瓷生坯。圖四係繪示利用該殼模28來成型該陶瓷生坯的成型示意圖。

如圖三所示，根據本發明之成型方法3首先係執行步驟S30，將一陶瓷粉末、一黏結劑以及一懸浮劑依一比例均勻混合且攪拌成一漿料。

於一具體實施例中，該陶瓷粉末可以是碳化矽(SiC)、碳化鈦(TiC)、氮化矽(Si3N4)、氧化鈦(TiO2)、氧化鋁(Al2O3)、碳酸鈉、碳酸鈣、鋯鈦酸鉛(PZT)、石墨、氧化矽粉末、氧化鈦粉末、氧化鋯、碳酸鋇、鈦酸鍶鋇、雲母粉、氧化鉛、氧化鐵、氧化鉀、氧化鋅粉末、三鈣磷酸鹽、氫氧基磷灰石、甲殼素、Na₂ O、CaO、P₂ O₅ 、SiO₂ 、MgO，等粉末，或上述材料的混合組合之粉末。

於一具體實施例中，該黏結劑可以是氧化矽溶膠(silica sol)、氧化鈦溶膠(titania sol)、氧化鋁溶膠(alumina sol)、氧化鋯溶膠、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)，或上述陶瓷溶膠的混合組合。

於一具體實施例中，該懸浮劑可以是微粒雲母粉、聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)、聚乙烯亞胺(PEI)和聚甲基丙烯酸鹽(PMAA-Na,PMAA-NH4)、氧化矽、氧化鈦、氧化鋯、黃酸鈉鹽或黏土，等。

於一具體實施例中，該漿料之成份為65~55wt%陶瓷粉末、40~30wt%黏結劑以及3~5wt%懸浮劑。把陶瓷粉末、黏結劑與懸浮劑依照比例混合，使用均質機攪拌成為均勻微粒化的陶瓷漿料。漿料的黏度約為1500~6000mPa‧s具有適當流動性與高比例陶瓷成份。

接著，如圖三及圖四所示，根據本發明之成型方法3係執行步驟S32，將該漿料30倒入該殼模28之模穴中並填滿該殼模28之模穴。如圖四所示，該漿料30盛裝在一容器29內，再倒入該殼模28之模穴中。該殼模28並且具有輔助澆注口282。同樣示於圖四，該殼模28外側利用一填充材料32(例如，發泡樹脂)加以補強，保持殼模不變形。

接著，如圖三所示，根據本發明之成型方法3係執行步驟S34，對填滿該漿料之該殼模進行一超音波振動程序，使該漿料內之陶瓷粉末更為密實，陶瓷漿料的密度可以提高到95%。

接著，如圖三所示，根據本發明之成型方法3係執行步驟S36，對填滿該漿料之該殼模進行一抽真空程序，以移除該漿料內之氣泡。

接著，如圖三所示，根據本發明之成型方法3係執行步驟S38，對填滿該漿料之該殼模進行一加熱程序，使該漿料之該黏結劑被加熱產生該化學凝膠反應。陶瓷漿料中所添加的黏結劑為氧化物溶膠，其黏結的原理為凝膠反應，利用氧化物溶膠受熱後，其水分子蒸發後所形成的原子鍵結，使氧化物溶膠單體將其它陶瓷顆粒膠結在一起。所以把漿料慢慢加熱(升溫速度1℃/min)使水分子蒸發，就能使陶瓷漿料凝固成型。加熱速度較快會使得漿料快速凝固成陶瓷生坯，造成漿料中的水分無法完全蒸發，凝固效果不佳會造成燒結後的陶瓷產品強度降低。此外，加熱溫度不可直接升溫至100℃以利水分蒸發，因為感光樹脂所製的模型在50℃以上時會開始變形，所以加熱溫度應保持50℃以下，使其漸漸凝固成陶瓷生坯。

最後，如圖三所示，根據本發明之成型方法3係執行步驟S39，移除該殼模，以獲得該陶瓷生坯。等漿料完全凝固之後，先將模型外側的填充補強材料去除再把樹脂模型移除，即可獲得高密度的陶瓷生坯。陶瓷生坯在熱處理前亦可先經過熱均壓處理以增加生坯的密度，燒結後可提高陶瓷工件強度。

於一具體實施例中，為避免陶瓷生坯在燒結時與高溫爐的耐熱磚燒結在一起，可以把陶瓷生坯放在氧化鋁薄板表面上，氧化鋁板下方墊一塊石墨底板(也可以採用氧化鋁底板)，再置於高溫爐內先加熱至110℃(升溫速度5℃/min)去除陶瓷生坯中的殘餘水份。再以升溫速度10℃/min升溫至1600℃以上保持2小時，使陶瓷顆粒之間發生固態燒結作用，接著進行爐中冷卻至室溫，即可獲得高強度、高密度的陶瓷產品(強度達到300MPa以上)。

於一具體實施例中，該陶瓷生坯具有一微小的特徵尺寸，該殼模對應該微小特徵尺寸之一部位具有一微細的排氣小縫隙以排出該陶瓷生坯之微小的特徵尺寸處之氣體。於實際應用中，若採用樹脂殼模，其最小薄層厚度可達10μm，並且配合”微細結構排氣設計”能夠把模穴內微細尺寸處的殘留氣體排除。所以當陶瓷漿料(漿料中的微細陶瓷粉末顆粒度可達1μm以下)凝固成型後，陶瓷生坯的微小特徵尺寸可達20μm以下。

於一具體實施例中，該黏結劑係環氧樹脂(epoxy)粉。該陶瓷生坯接續在200~300℃溫度下將其內陶瓷粉末黏結成型，接著加熱至1000℃進行瑕燒結並去除該環氧樹脂，再加熱至1500℃以上做燒結成一陶瓷成品，接著把液態矽熔滲進入該陶瓷成品中該環氧樹脂所留下的孔隙中以提升該陶瓷成品硬度與強度。

若採用蠟製殼模，根據本發明之成型方法3所成型之陶瓷生坯，經燒結後也可以製作成具有內部複雜形狀或內連通孔結構。

於一具體實施例中，該漿料並且可以加入碳纖維絲、鎢纖維絲或硼纖維絲，使陶瓷產生纖維強化效果提高韌性。

請參閱圖五，圖五係繪示根據本發明之第三佳具體實施例之成型方法5的流程圖。根據本發明之第三較佳具體實施例的成型方法5係用以利用根據本發明之成型方法所成型的殼模來成型一金屬-陶瓷複合材料生坯。

如圖五所示，根據本發明之成型方法5首先係執行步驟S50，將一金屬粉末、一黏結劑以及一懸浮劑依一比例均勻混合且攪拌成一漿料。

於一具體實施例中，該漿料之成份為87~75wt%金屬粉末、20~10wt%黏結劑以及3~5wt%懸浮劑。

於另一具體實施例中，該漿料之成份為85wt%的10μm不鏽鋼粉末、10wt%氧化矽凝膠的黏結劑以及5wt%微粒雲母粉的懸浮劑。上述漿料製作成生坯後，置於燒結爐中加熱至1200℃以上高溫進行燒結處理，經拋光處理後其抗拉強度可達700MPa以上。

接著，如圖五所示，根據本發明之成型方法5係執行步驟S52，將該漿料倒入該殼模之模穴中並填滿該殼模之模穴。

接著，如圖五所示，根據本發明之成型方法5係執行步驟S54，對填滿該漿料之該殼模進行一超音波振動程序，使該漿料內之複合材料粉末更為密實。

接著，如圖五所示，根據本發明之成型方法5係執行步驟S56，對填滿該漿料之該殼模進行一抽真空程序，以移除該漿料內之氣泡。

接著，如圖五所示，根據本發明之成型方法5係執行步驟S58，對填滿該漿料之該殼模進行一加熱程序，使該漿料之該黏結劑被加熱產生該化學凝膠反應。

最後，如圖五所示，根據本發明之成型方法5係執行步驟S59，移除該殼模，以獲得該金屬-陶瓷複合材料生坯。等漿料完全凝固之後，先將殼模移除，即可獲得高密度的金屬-陶瓷複合材料生坯。金屬-陶瓷複合材料生坯在熱處理前亦可先經過熱均壓處理以增加生坯的密度，燒結後可提高金屬-陶瓷複合材料工件強度。金屬-陶瓷複合材料生坯也可以可置於真空爐或保護氣體(例如，氮氣)環境之中進行燒結處理，可防止金屬產生氧化反應，提高製品機械性能。

根據本發明之另一較佳具體實施例，金屬粉末包覆一層高分子材料(例如，PE、PP)取代黏結劑。置入根據本發明之殼模成型後，再預熱並加入淬取劑把高分子材料去除，置於真空燒結爐中加熱至1200℃以上高溫進行燒結處理，即可獲得金屬陶瓷複合材料製品。

請參閱圖六，圖六係繪示根據本發明之第四佳具體實施例之成型方法6的流程圖。根據本發明之第四較佳具體實施例的成型方法6，係用以利用根據本發明之成型方法所成型的殼模來成型一矽膠模。

如圖六所示，根據本發明之成型方法6首先係執行步驟S60，藉由一翻製技術利用一矽膠材料製作一公模以及一母模。最後，如圖六所示，根據本發明之成型方法6係執行步驟S62，將該公模與該母模合模即完成該矽膠模，該矽膠模具有一模穴。藉此，陶瓷漿料或金屬陶瓷複合材漿料加壓射入該矽膠模的模穴中，待乾燥後即可獲得陶瓷生坯工件或金屬陶瓷複合材生坯工件。此外，可以將巧克力、果汁、糖漿或可成型的菜餚等加壓射入該矽膠模的模穴中，藉此獲得複雜性較高或多層次造型的食品造型。

綜上所述，本發明採用的陶瓷漿料及金屬陶瓷複合材料漿料流動性佳，能夠流到殼模模型的各部份(包含複雜形狀以及微小特徵尺寸處)。陶瓷漿料及金屬陶瓷複合材料漿料凝固後，可以複製出與模穴相同形狀的陶瓷生坯或金屬陶瓷複合材料生坯，並且達到與模具表面相同的表面粗糙度。可在室溫環境下進行批量生產。此外，一般模型均為實體結構。本發明所使用的模型為採快速原型成型技術製作成薄殼狀，因此可以大量縮減模具製造時間，快速地製作出陶瓷原型。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

1、3、5、6．．．成型方法

S10~S24．．．方法步驟

2．．．成型設備

22．．．塗層裝置

222．．．漏斗

224．．．刮板

24．．．工作台

26．．．固化薄層形成裝置

262．．．雷射光束產生裝置

264．．．導光機構

264a、264b、264c、264d．．．反射鏡

266．．．聚焦鏡

SL．．．成型材料

SL'．．．成型材料層

SL"．．．固化的成型材料薄層

28．．．殼模

282．．．輔助澆注口

29．．．容器

30．．．陶瓷漿料

32．．．填充材料

S30~S39．．．方法步驟

S50~S59．．．方法步驟

S60~S62．．．方法步驟

圖一係根據本發明之第一較佳具體實施例之成型方法的流程圖。

圖二A係運用快速原型成型設備來成型殼模其在塗佈成型材料製程階段之示意圖。

圖二B係運用快速原型成型設備來成型殼模其在輻射束掃描固化製程階段之示意圖。

圖二C係運用快速原型成型設備來成型殼模其在堆疊多層固化的成型材料薄層後之示意圖。

圖二D根據本發明之第一較佳具體實施例之成型方法所完成殼模之示意圖。

圖三係根據本發明之第二較佳具體實施例之成型方法的流程圖。

圖四係繪示利用根據本發明之殼模來成型陶瓷生坯的成型示意圖。

圖五係根據本發明之第三較佳具體實施例之成型方法的流程圖。

圖六係根據本發明之第四較佳具體實施例之成型方法的流程圖。

3．．．成型方法

S30~S39．．．方法步驟

Claims (20)

1. 一種用以成型一殼模之成型方法，該殼模係由N層連續固化的成型材料薄層所構成，N為一自然數，該成型方法包含下列步驟：(a)塗佈第一層成型材料於一工作台上；(b)根據對應該第一層固化的成型薄層之一截面圖案，以一輻射束照射該第一層成型材料之部分成型材料以固化被照射的成型材料，進而形成該第一層固化的成型材料薄層；(c)塗佈第i 層成型材料於第(i -1)層成型材料上，i 係範圍從2至N中之一整數指標；(d)根據對應該第i 層固化的成型材料薄層之一截面圖案，以該輻射束照射該第i 層成型材料之成型材料以固化被照射的成型材料，進而形成該第i 層固化的成型材料薄層；(e)重複步驟(d)以及步驟(e)，直至完成該N層固化的成材料薄層為止；以及(f)去除附著於該N層固化的成型材料薄層之殘留成型材料，以獲得該殼模。
2. 如申請專利範圍第1項所述之成型方法，其中該成型材料係一紫外光感光樹脂，並且該輻射束係一紫外光雷射。
3. 如申請專利範圍第2項所述之成型方法，其中該殼模具有大於或等於0.5mm之厚度。
4. 如申請專利範圍第1項所述之成型方法，其中該成型材料係一蠟粉，並且該輻射束係一雷射。
5. 如申請專利範圍第4項所述之成型方法，其中該殼模具有大於或等於1mm之厚度。
6. 一種利用如申請專利範圍第1項所述之成型方法所成型之殼模來成型一陶瓷生坯之成型方法，該成型方法包含下列步驟：將一陶瓷粉末、一黏結劑以及一懸浮劑依一比例均勻混合且攪拌成一漿料；將該漿料倒入該殼模之模穴中並填滿該殼模之模穴；對填滿該漿料之該殼模進行一超音波振動程序，使該漿料內之陶瓷粉末更為密實；對填滿該漿料之該殼模進行一抽真空程序，以移除該漿料內之氣泡；對應填滿該漿料之該殼模進行一加熱程序，使該漿料之該黏結劑被加熱產生該化學凝膠反應；以及移除該殼模，以獲得該陶瓷生坯。
7. 如申請專利範圍第6項所述之成型方法，其中該陶瓷粉末係選自由碳化矽(SiC)、碳化鈦(TiC)、氮化矽(Si3N4)、氧化鈦(TiO2)、氧化鋁(Al2O3)、碳酸鈉、碳酸鈣、鋯鈦酸鉛(PZT)、石墨、氧化矽粉末、氧化鈦粉末、氧化鋯、碳酸鋇、鈦酸鍶鋇、雲母粉、氧化鉛、氧化鐵、氧化鉀、氧化鋅粉末、三鈣磷酸鹽、氫氧基磷灰石、甲殼素、Na₂ O、CaO、P₂ O₅ 、SiO₂ 、MgO以及其混合組合之粉末所組成之群組中之一。
8. 如申請專利範圍第6項所述之成型方法，其中該黏結劑係選自由氧化矽溶膠(silica sol)、氧化鈦溶膠(titania sol)、氧化鋁溶膠(alumina sol)、氧化鋯溶膠、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)以及其混合組合之黏結劑所組成之群組中之一。
9. 如申請專利範圍第6項所述之成型方法，其中該懸浮劑係選自由微粒雲母粉、聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)、聚乙烯亞胺(PEI)和聚甲基丙烯酸鹽(PMAA-Na,PMAA-NH4)、氧化矽、氧化鈦、氧化鋯、黃酸鈉鹽以及黏土所組成之群組中之一。
10. 如申請專利範圍第6項所述之成型方法，其中該漿料之成份為65~55wt%陶瓷粉末、40~30wt%黏結劑以及3~5wt%懸浮劑。
11. 如申請專利範圍第6項所述之成型方法，其中該黏結劑係環氧樹脂(epoxy)粉，該陶瓷生坯接續在200~300℃溫度下將其內陶瓷粉末黏結成型，接著加熱至1000℃進行瑕燒結並去除該環氧樹脂，再加熱至1500℃以上做燒結成一陶瓷成品，接著把液態矽熔滲進入該陶瓷成品中該環氧樹脂所留下的孔隙中以提升該陶瓷成品硬度與強度。
12. 如申請專利範圍第6項所述之成型方法，其中該漿料並且加入碳纖維絲、鎢纖維絲或硼纖維絲。
13. 如申請專利範圍第6項所述之成型方法，其中該陶瓷生坯具有一微小的特徵尺寸，該殼模對應該微小特徵尺寸之一部位具有一微細的排氣小縫隙以排出該陶瓷生坯之微小的特徵尺寸處之氣體。
14. 如申請專利範圍第6項所述之成型方法，其中該殼模外側利用一填充材料加以補強。
15. 一種利用如申請專利範圍第1項所述之成型方法所成型之殼模來成型一金屬-陶瓷複合材料生坯之成型方法，該成型方法包含下列步驟：將一金屬粉末、一黏結劑以及一懸浮劑依一比例均勻混合且攪拌成一漿料；將該漿料倒入該殼模之模穴中並填滿該殼模之模穴；對填滿該漿料之該殼模進行一超音波振動程序，使該漿料內之複合材料粉末更為密實；對填滿該漿料之該殼模進行一抽真空程序，以移除該漿料內之氣泡；對應填滿該漿料之該殼模進行一加熱程序，使該漿料之該黏結劑被加熱產生該化學凝膠反應；以及移除該殼模，以獲得該金屬-陶瓷複合材料生坯。
16. 如申請專利範圍第15項所述之成型方法，其中該漿料之成份為87~75wt%金屬粉末、20~10wt%黏結劑以及3~5wt%懸浮劑。
17. 如申請專利範圍第15項所述之成型方法，其中該漿料之成份為85wt%的10μm不鏽鋼粉末、10wt%氧化矽凝膠的黏結劑以及5wt%微粒雲母粉的懸浮劑。
18. 一種利用如申請專利範圍第1項所述之成型方法所成型之殼模來成型一金屬-陶瓷複合材料生坯之成型方法，該成型方法包含下列步驟：將一外層包覆一層高分子材料的金屬粉末與一懸浮劑依一比例均勻混合且攪拌成一漿料；將該漿料倒入該殼模之模穴中並填滿該殼模之模穴；對填滿該漿料之該殼模進行一超音波振動程序，使該漿料內之複合材料粉末更為密實；對填滿該漿料之該殼模進行一抽真空程序，以移除該漿料內之氣泡；對應填滿該漿料之該殼模進行一加熱程序，使該漿料凝固；以及移除該殼模，以獲得該金屬-陶瓷複合材料生坯。
19. 如申請專利範圍第18項所述之成型方法，其中包覆該金屬粉末之高分子材料係聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)。
20. 一種利用如申請專利範圍第1項所述之成型方法所成型之殼模來成型一矽膠模之成型方法，該成型方法包含下列步驟：藉由一翻製技術利用一矽膠材料製作一公模以及一母模；以及將該公模與該母模合模即完成該矽膠模，該矽膠模具有一模穴。