陶瓷成型物的三维打印制作方法及其组合物 |
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| 申请号 | CN201610395546.0 | 申请日 | 2016-06-06 | 公开(公告)号 | CN107459328A | 公开(公告)日 | 2017-12-12 |
| 申请人 | 研能科技股份有限公司; | 发明人 | 奚国元; 薛洁筠; 黄启峰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及陶瓷成型物的三维打印制作方法及其组合物。具体而言，本发明提供一种陶瓷成型物的三维打印制作方法，至少包括下列步骤：(a)以一三维打印设备输出一欲成型对象的图层数据；(b)该三维打印设备依据该图层数据进行切层分析，以一陶瓷组合物及一喷印液体组合物层层堆栈打印出一陶瓷成型物；(c)对该陶瓷成型物进行阴干；(d)对阴干后的该陶瓷成型物进行一素烧程序；(f)对素烧后的该陶瓷成型物的一个表面涂补一第二陶瓷粉；(g)将该陶瓷成型物进行一低中温釉附着程序；以及(h)进行釉烧，以形成一表面光滑的陶瓷成型物成品。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种陶瓷成型物的三维打印制作方法，至少包括下列步骤： |
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| 说明书全文 | 陶瓷成型物的三维打印制作方法及其组合物【技术领域】 [0001] 本发明涉及陶瓷成型物的制作方法，尤指一种陶瓷成型物的三维打印制作方法及其组合物。【背景技术】 [0002] 陶瓷制品，主要是经过陶浆拉坯成型、风干、上釉，最后经高温烧结等一繁复程序，如此工序不仅具有复杂的流程步骤，且其间陶瓷制品的制造过程均需人工一一进行手工制造。如此以人为控制而制造的陶瓷制品，于进行原料的陶浆调配过程即为透过人工方式进行材料调配，然而此调配过程缺乏均一原料质量的管控流程，因此作出来的成品良莠程度当然也会有所差异；除此之外，在其后陶瓷制品的拉坯成型制程中，更会因每一操作者的经验、手感以及美感程度的不同，而使其陶瓷制品细致度有所不同，且即便是相同的操作者，其在制作不同的陶瓷制品时，亦难以避免会产生一定程度的差异。换言之，此耗费人力、时间成本而制作的陶瓷制品，往往会因为成品质量不一、耗费的时间长、人力成本高等诸多因素，而使得陶瓷制品的价格难以降低，当然，亦难以迎合消费者的喜好。 [0003] 传统制法中，如欲量产陶瓷制品，则需采用脱蜡石膏模的制作方法，以量产大批的陶瓷制品，其制作流程步骤系如图1所示，首先，会如步骤S11所述，需先取得所欲制造的陶瓷成型物的原图，并依据该原图数据，将其修改为一模型设计图，其主要原因是因为陶土模型于制作过程中会产生收缩，是以需先将原图修改，放大尺寸为原图的15％，以进行模具制作，如此制作成型后的陶瓷对象的尺寸大小方能符合预期。其后，再如步骤S12所述，依据该修改后的模型设计图、制作一原型模型，此原型模型是用以辅助后续的量产模具制作，是以于制作时需特别留意该原型模性的表面光滑度。当将原型模型的表面光滑度都修整完毕后，则再如步骤S13所述，依据该原型模型制作对应的阴模模具，其做法主要为将原型模型置中，以陶土或其他模型制作原料压制、覆盖部分该原型模型，以制作出型态与原型模型相对应的阴模模具，同时将该阴模模具拆分成复数块阴模块件，以利于组装、拆分以取出原型模型，且于此步骤中，阴模块件内部的表面光滑性需特别要求，且同时需留意并维持0.3％缩模设计的要求；之后，再如步骤S14所述，以该阴模块件复制并制作原型模型，同时注浆以制作出量产石膏母模，于此步骤中，量产石膏母模内部表面的光滑度亦需特别要求，因此需加以修整，同时其需具备不可吸收水分的特性；最后，再如步骤S15所述，将石膏母模置入阴模模具内，并将复数块阴模块件组合、再注浆成型，如此以制作出陶瓷成型对象，于此步骤中，在注浆前需特别留意石膏母模突出部分需涂抹钾肥皂，即为施以打蜡的程序，且阴模块件的内部需光滑、不吸水，方能制造出表面光滑的陶瓷成型对象。 [0004] 于此习知制程中，虽说后续仅重复最后S15的步骤，即可量产制作陶瓷成型对象，然而于其制模过程中，其制作步骤的细节要求相当严谨，且制作过程均需一一耗费时间等待阴模模具、量产石膏母模成型，因此其不仅制作时间长、制作程序繁复、且同样需要工匠的高超技艺以进行模具表面光滑度的修整，换言之，此习知的脱蜡石膏模制作方法仍是具备制程繁复、制作工时长、且技术难度高等问题。 [0005] 是以，如何研发可降低制作难度、减少生产工时、进而以降低制作成本的陶瓷成型物的制作方法及其组合物，实为值得进一步研究的课题。【发明内容】 [0006] 本案主要目的在于提供一种陶瓷成型物的三维打印制作方法及其组合物，其主要藉由三维打印设备以陶瓷组合物及喷印液体组合物为成型材料，以层层堆栈打印出一坯体，其后再透过阴干、素烧、于该陶瓷成型物表面涂补第二陶瓷粉、再进行低中温釉附着程序及低温釉烧，进而以形成表面光滑的陶瓷成型物成品，俾解决习知技术中由于制作石膏母模的程序较为繁复、是以具备需耗费人力、制程繁复、制作工时长、且技术难度高等缺失，且透过三维打印技术直接成型出陶瓷成型物，可大幅节省制作石膏母模的工时，且其制程简便、技术难度低、制作出的成品亦具备表面光滑的特性，俾利于大量量产陶瓷成型物。 [0007] 为达上述目的，本案的一个较广义的实施态样为提供一种陶瓷成型物的三维打印制作方法，至少包括下列步骤：(a)以三维打印设备输出一欲成型对象的图层数据；(b)该三维打印设备依据该图层数据进行切层分析，以一陶瓷组合物及一喷印液体组合物层层堆栈打印出一陶瓷成型物；(c)对该陶瓷成型物进行阴干；(d)对阴干后的该陶瓷成型物进行一素烧程序；(e)对素烧后的该陶瓷成型物的一个表面涂补一第二陶瓷粉；(f)将该陶瓷成型物进行一低中温釉附着程序；以及(g)进行釉烧，以形成一表面光滑的陶瓷成型物之成品。 [0008] 为达上述目的，本案的另一个较广义实施态样为提供一种陶瓷成型物的组合物，包括：陶瓷组合物，具有第一陶瓷粉及第一黏结剂；喷印液体组合物，具有非离子型界面活性剂、多醇类化合物、醚醇类化合物、第二黏结剂、抗菌剂以及去离子水；以及第二陶瓷粉。【附图说明】 图1为习知脱蜡石膏模的制作方法的流程图。S11～S15分别表示习知脱蜡石膏模的制作方法的步骤。 图2为本发明较佳实施例的陶瓷成型物的三维打印制作方法的流程图。S21～S27分别表示本案较佳实施例的陶瓷成型物的三维打印制作方法的步骤。 【具体实施方式】 [0009] 体现本案特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本案能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本案的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非架构于限制本案。 [0010] 一般按陶瓷烧成温度及工法可大致分为高温陶瓷或低温陶瓷，本案的陶瓷成型物主要透过三维打印所制作，透过三维打印设备可迅速且自动化地打印出陶瓷成型物的坯体，再搭配后续的阴干、较低温的素烧(800～1150℃)、涂补第二陶瓷粉及釉烧等程序，以制作出低温陶瓷成型物，此制程方式无须采以人工一一制作石膏母模、于制作上更为简便、有效率，同时亦能达到陶瓷成型物表面光滑不粗糙的要求，其详细的制程及所采用的组合物详述如后。 [0011] 请参阅图2，图2为本案较佳实施例的陶瓷成型物的三维打印制作方法的流程图。本案的陶瓷成型物即透过下列步骤以制成：首先，如步骤S21所述，先提供一三维打印设备，并透过该三维打印设备先输出所欲成型对象的图层数据；其后，如步骤S22所述，由该三维打印设备依据前述所欲成形对象的图层数据进行一切层分析，以分析出其每一切层的外型轮廓，并再透过喷印陶瓷组合物及喷印液体组合物，进而以层层堆栈，并以三维打印出一陶瓷成型物的坯体，此时的陶瓷成型物(坯体)尚需经过后续处理方能提升其表面光滑度。故其后再如步骤S23所述，先将该陶瓷成型物放置一段时间，以进行阴干，藉以去除陶瓷成型物的多余水份；之后再如步骤S24所述，对阴干后的该陶瓷成型物以800～1150℃的温度进行一低温素烧程序；并于素烧后，如步骤S25所述，再对素烧后的该陶瓷成型物表面涂补第二陶瓷粉，此第二陶瓷粉可填补该陶瓷成型物的表面毛孔，使其表面完整平滑无缺陷；之后，则如步骤S26所述，以低于1200℃的温度，对该表面涂补了第二陶瓷粉的陶瓷成型物进行低中温釉附着程序；最后，再如步骤S27所述，采用1050℃的温度对该陶瓷成型物进行釉烧，进而以形成一表面光滑的陶瓷成型物之成品。如此一来，于本制程中，仅需透过三维打印设备即可自动化地三维打印出陶瓷成型物的坯体，并透过后续简易的阴干、素烧、涂补第二陶瓷粉及釉烧等程序，即可产出如同习知工艺的表面光滑的陶瓷成型物成品，且其中无需投入大量人力，且制程相对简便、有效率、不仅可有效节省生产时间，更有助于大量量产陶瓷成型物。 [0012] 又于本实施例中，该陶瓷成型物的组合物主要包含于步骤S22中，进行三维打印以打印出陶瓷成型物的成型材料，即为陶瓷组合物、喷印液体组合，以及于步骤S25中涂补表面的第二陶瓷粉，其中，陶瓷组合物具有第一陶瓷粉及第一黏结剂，喷印液体组合物具有非离子型界面活性剂、多醇类化合物、醚醇类化合物、第二黏结剂、抗菌剂以及去离子水，第二陶瓷粉则为黏土、钾长石及石英粉混合而成。以本实施例为例，该陶瓷组合物的第一陶瓷粉由黏土、长石、石英混合以构成，且此三种原料混合比例各介于10至40重量百分比之间，且其粒径小于80μm，并可选用目前市面上的产品，且不以此为限。又，该第一陶瓷粉占陶瓷组合物重量的80％至98％，意即该第一黏结剂占陶瓷组合物重量的2％至20％，然于一些实施例中，第一黏结剂的最佳使用混合比例为5至12百分比之间，且不以此为限。以及，陶瓷组合物的第一黏结剂可选用水溶性高分子组合物，且其可为合成组合物或是天然组合物，均不以此为限，该第一黏结剂包含聚乙烯醇、聚乙烯吡咯酮、阿拉伯胶、海藻胶、糊精、明胶、直链淀粉及支链淀粉中的至少一种，其可任意选择一种或两种混合使用。以下列举本案采用的三种不同成份比例的陶瓷组合物的实施态样。 [0013] 表格一：陶瓷组合物的三种实施态样 [0014] 由前述三种实施态样可见(如表格一)，第一黏结剂可选用单一种或是两种水溶性高分子组合物混合以构成，至于第一陶瓷粉的黏土、钾长石、石英粉的混合比例则介于10～40重量百分比之间，然该等混合比例可依照实际施作情形而任施变化，并不以此为限。 [0015] 于本实施例中，喷印液体组合物具有非离子型界面活性剂、多醇类化合物、醚醇类化合物、第二黏结剂、抗菌剂以及去离子水等成份(如表格二)，其中该非离子型界面活性剂包括带有乙氧基化炔二醇(Ethoxylated acetylenic diol)的有机化合物，例如：Surfynol440、Surfynol465、Surfynol485中的至少一种所构成，且以本实施例为例，该非离子型界面活性剂占该喷印液体组合物重量的0.5％至2％。 [0016] 又于一些实施例中，该多醇类化合物可为但不限为1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,2-戊二醇、1,3-戊二醇、1,4-戊二醇、1,5-戊二醇、三甲醇丙烷、三甲醇乙烷、丙三醇、季戊四醇及山梨糖醇中的至少一种，其可选择其中的一单独使用，或选自任意两种或三种混合使用，且该多醇类化合物占该喷印液体组合物重量的2％至20％。至于喷印液体组合物的醚醇类化合物，则选用带有一至四个碳原子的直链结构，例如：二乙二醇醚、三乙二醇醚或四乙二醇醚中的一种，但不以此为限，且其使用量小于该喷印液体组合物重量的5％。于本实施例中，以该喷印液体组合物重量为基准，多醇类化合物与醚醇类化合物两者重量之和所占的比例低于20％，如表格二，包含1,5-戊二醇(1,5-Pentanediol)及丙三醇(Glycerol)。 [0017] 以及，于本案的喷印液体组合物中，其所采用的第二黏结剂亦同样为一水溶性高分子组合物，且其可为合成组合物或是天然组合物，均不以此为限，该第二黏结剂包含聚乙烯醇、聚乙烯吡咯酮、阿拉伯胶、海藻胶、糊精、明胶、直链淀粉及支链淀粉中的至少一种，其亦可任意选择一种或两种混合使用。于本实施例中，该第二黏结剂占该喷印液体组合物重量的0.5％至5％，然于另一些实施例中，第二黏结剂的最佳使用混合比例为0.5至2重量百分比之间，且不以此为限。又，于本案的喷印液体组合物中更具有抗菌剂及去离子水等成份，于本实施例中，抗菌剂占喷印液体组合物重量的0.1％至1％，且抗菌剂可选用Proxel GXL或BIT 20，但不以此为限，并可加入去离子水以便调整各种成份的重量百分比。以下列举本案采用的三种不同成份比例的喷印液体组合物的实施态样如表格二。 [0018] 表格二：喷印液体组合物的三种实施态样 [0019] 由前述三种实施态样可见，多醇类化合物与醚醇类化合物两者重量之和所占比例低于20重量百分比，然该等混合比例可依照实际施作情形而任施变化，并不以此为限。 [0020] 本案陶瓷成型物的组合物中，更包含一第二陶瓷粉，该第二陶瓷粉的组成与第一陶瓷粉相同，同样由黏土、长石、石英混合以构成(如表格三)，惟其系采以特定比例混合而成，且主要用于在坯体的素烧程序后，将此第二陶瓷粉涂补于陶瓷成型物的表面上，供以使其表面完整无缺陷，且此特定比例混合而成的第二陶瓷粉经过后续的低温熟成后，更可与陶瓷成型物的主坯体密合与贴合，进而提高陶瓷成型物表面的精致度。以下列举本案采用的三种不同成份比例的第二陶瓷粉的实施态样。 [0021] 表格三：第二陶瓷粉的三种实施态样 [0022] 由前述三种实施态样可见，于本实施例中，其第二陶瓷粉的黏土、长石、石英等成份的组成比例各介于10至45百分比之间，但不以此为限。 [0023] 综上所述，本案所提供的陶瓷成型物的三维打印制作方法及其组合物，其系藉由三维打印设备以陶瓷组合物及喷印液体组合物为成型材料，进而层层堆栈打印出一陶瓷成型物，其后再透过阴干、素烧、于该陶瓷成型物表面涂补第二陶瓷粉、再进行低中温釉附着程序及低温釉烧，进而以形成表面光滑之陶瓷成型物成品，透过此三维打印技术可自动化且有效率地直接成型出陶瓷成型物，不仅大幅节省制作石膏母模的工时，且采以此制作方法更使得陶瓷成型物的制程更为简便、技术难度低、制作出的成品亦具备表面光滑之特性，俾利于大量量产陶瓷成型物。因此，本案陶瓷成型物的制作方法及其组合物极具产业利用价值，爰依法提出申请。 |
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