[发明专利]积层制造3D打印物品的方法

说明书

一种积层制造3D打印物品的方法，包含（a）以3D打印机打印沉积一或多层浆体，其中浆体包含一陶瓷粉末的组合物；（b）进一步注入油于一或多层浆体周围，其中注入的油的高度低于浆体的高度；（c）重复步骤（a）和（b）直到得到一具有所需几何形状的本体；及（d）藉由加热烧结本体以得到3D打印物品，其中3D打印机的打印载座温度为30至80℃。

技术领域

本发明是关于一种积层制造3D打印物品的方法。

背景技术

原料是3D打印的核心技术之一，目前塑料、金属、陶瓷是3大主流，不过放眼未来，多元材料的打印将成必然。

相对于塑料的早期运用，金属则是在3D打印发展较后期才出现，早期仍以塑料为主原料的时代，3D打印不被视为机器制造的技术，直到金属打印技术被开发出来，此一看法才逐渐扭转。目前金属3D打印主要有两种方法，一种是先将金属粉末铺平（或涂敷热敏塑料黏合剂），直接用激光使之选择性地烧熔或黏合，后者黏合成形后再于热炉中烧结，另一种则是通过打印喷头挤出熔化金属，依照设计档移动喷射头，使喷出的金属精准成形。过去消费性3D打印机只能使用塑料材质，不过随着打印机与原料技术的进步，目前已有部分消费用机台可使用特殊材质的原料，像是将金属粉末与凝胶混合，至于纯金属的3D打印机，目前的价格仍然偏高，并不属于消费端层次。

除了塑料与金属外，陶瓷与玻璃也是3D打印原料之一，不过这两种原料的应用都有其局限，陶瓷打印目前常见约有两种方式，一种是陶瓷粉末是以打印头喷洒加入加凝结剂或加光硬化树脂的方式，另一种则是打印头挤出泥条，形成粗胚后再进炉烧制，不管是那一种方式，陶瓷打印都需要2阶段以上的制程，打印后再施釉窑烧，而且容易有变形、坯体干燥时间长及膨胀系数控制的问题。目前陶瓷打印的最主要应用之一是在医疗领域，用以制作如假牙、骨骼等人体部位，陶瓷打印在此处的应用是先以断层扫描出齿模或骨骼形状，再以3D打印出陶瓷植入物，以期降低制作成本、加速愈合时间、达到客制化产品或缩小手术时间等困扰。

虽然市场上已有一些多孔性磷酸盐生物陶瓷植入物，但是机械性大多不好，且不易开发精密与复杂形状的骨材，导致开发成本太高，无进一步促进骨愈合治疗功能。本发明已利用新式的负温感水胶均压收缩技术开发多孔性双相磷酸盐（HAp/TCP）生物陶瓷制程，不仅具有微孔洞且可达较佳的机械应力，经成分与烧结条件控制亦可能不同双相磷酸盐（HAp/TCP）比例的生物陶瓷。若配合现今3D生物打印技术预期可客制化精密与复杂形状的多孔性骨材。进一步，可携带促进骨生长的药物，预计其能成为兼具骨引导与骨传导作用的前瞻性骨材。

早在1980年代就已经出现了，当时称作“积层制造”或“快速成型”，其应用在工业上大量制造前开模设计校正之用。直到近年这些技术专利陆续到期，加上工业发展基础的进步，将此技术渐渐普遍应用在生活上。此技术发展让过往再设计独特或客制化需求不再限制于成本上的问题，转而通过此项技术让可以简单呈现，大大降低时间跟成本之间的限制，让客制化这名词连带成为热门发展方向。由平面的二维结构转化为三维立体呈现。目前就发明人所知，除发明人已具有以负温感水胶均压收缩系统（p(NiPPAm)、p(NiPAAm-MMA)等等）来制作多孔陶瓷的专利与文献。其他尚无类似文献。此外，本发明是以发展可3D打印的陶瓷材料打印技术，即利用负温感水胶均压收缩系统来打印标准化与客制化陶瓷成品，并且利用疏水性液油控温与协助陶瓷烧结过程有更好收缩致密化功能。可应用在传统陶瓷、生医陶瓷、电子与结构性陶瓷等等市场价值均具有高的潜力。

发明内容

本发明3D陶瓷打印专利主要是以负温感水胶可均压收缩的模板来简化制程，并可获得良好双连续相的互穿性孔洞通道、良好控制的收缩率，此外高致密化使得陶瓷支架机械性甚佳等好处是本发明可以有机会得到专利技术的方向。相对应的3D打印材料系统，唯独陶瓷材料尚在研究开发的初始阶段。虽然同样类型技术已有数种，然而本技术具高特异性与高致密烧结的特性，在传统陶瓷、玻璃、精密陶瓷与金属等等市场价值均具有高的潜力。此外，尤其在医疗器材的植入性生物陶瓷植体与牙科用氧化锆、氧化铝等牙冠陶瓷材料等更是好的目标。