CN104608378B - 立体列印装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种立体列印装置，包括光源、移动平台、盛槽以及控制单元。光源用以提供平面光，其包括产生电子束的电子枪、设置在电子束行经路径旁的偏向件与具有紫外光荧光粉层的屏幕。电子束穿过偏向件投射至屏幕上的紫外光荧光粉层以激发出平面光。盛槽用以盛装液态成型材，且移动平台的局部浸于液态成型材中。控制单元电性连接移动平台与光源。随着移动平台在液态成型材中移动，控制单元控制电子束投射至屏幕上的至少一位置，使光源产生不同的平面光照射液态成型材，以逐层固化被照射的液态成型材，而形成立体物件。移动平台的移动方向垂直平面光。
Description
技术领域
本发明是有关于一种列印装置，且特别是有关于一种立体列印装置。
背景技术
随着科技的日益发展，许多利用逐层建构模型等加成式制造技术（additivemanufacturing technology）来建造物理三维（three-dimensional,简称：3-D）模型的不同方法已纷纷被提出。一般而言，加成式制造技术是将利用电脑辅助设计（computer-aideddesign,简称：CAD）等软体建构的3-D模型的设计数据转换为连续堆叠的多个薄（准二维）横截面层。
目前已发展出许多可以形成多个薄横截面层的方式。举例来说，列印头通常可依据3-D模型的设计数据建构的X-Y-Z坐标在基座上方沿着X-Y坐标移动，从而将建构材料喷涂出正确的横截面层形状。所沉积的材料可随后自然硬化或通过例如强光源而被固化，从而形成所要的横截面层，并在逐层固化的状态下进而形成立体物件。
然而，在目前所用以固化材料的光源方面，多以激光光源为主，但受激光光源所需对应的光学构件限制，激光光源仍须存在一定焦距，亦即光源与成型材料之间仍须保持固定的距离，因此所形成的立体物件较大，且亦因此而使成像速度较慢。因此，对于现有光源予以进一步改良，以能提高立体列印的速度与品质，仍是本领域开发人员的主要课题。
发明内容
本发明提供一种立体列印装置，其光源具有较快速的成像速度与较佳的成像品质。
本发明的立体列印装置，包括光源、移动平台、盛槽以及控制单元。光源用以提供平面光。光源包括电子枪、偏向件与屏幕。电子枪用以产生电子束。偏向件设置在电子束行经路径旁。屏幕具有紫外光荧光粉层。电子束穿过偏向件而投射至屏幕上的紫外光荧光粉层，以激发出平面光。在紫外光荧光粉层中，任意两个相接的紫外光荧光粉形成一相接区域，且相接区域的邻接边长大于或等于各紫外光荧光粉在相接区域处的边长在一平面上的正投影尺寸，其中两个紫外光荧光粉的连接方向为该平面的法线方向。盛槽用以盛装液态成型材。移动平台的局部浸于液态成型材中。控制单元电性连接移动平台与光源。随着移动平台在液态成型材中移动，控制单元控制电子束投射至屏幕上的至少一位置，使光源产生不同的平面光，以逐层固化被照射的液态成型材，而形成立体物件。移动平台的移动方向垂直平面光。
在本发明的一实施例中，上述的光源还包括聚焦件。设置在电子束行经路径旁以聚焦电子束。
在本发明的一实施例中，上述的紫外光荧光粉层呈六方堆积结构。
在本发明的一实施例中，上述的紫外光荧光粉层呈四方堆积结构。
在本发明的一实施例中，上述的紫外光荧光粉层呈局部重叠的堆积结构。
在本发明的一实施例中，上述的相接区域为紫外光荧光粉的重叠区域，邻接边长为环绕重叠区域的边长。
在本发明的一实施例中，上述相接的两个紫外光荧光粉的形状中心的间距，小于各紫外光荧光粉的边长之和。
在本发明的一实施例中，上述相接的两个紫外光荧光粉的邻接边长，大于各紫外光荧光粉的其中一边长于平面上的正投影尺寸。
在本发明的一实施例中，上述的液态成型材为光敏树脂。
基于上述，在本发明的上述实施例中，通过将能提供平面光的光源作为液态成型材的固化光源，因此能有效缩减现有激光光源聚焦成像以及扫描的时间，因而能使立体列印装置的列印效率提高。再者，光源所提供的平面光能由控制单元决定其轮廓，而产生一次性的照射便能完成习知激光光源逐一扫描方能完成的区域，因而能提高液态成型材的固化效率，且无须另行控制光线扫描的区域范围，因此简化现有的立体列印程序。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所示附图作详细说明如下。
附图说明
图1示出依照本发明一实施例的一种立体列印装置的示意图；
图2示出图1的立体列印装置中光源的示意图；
图3示出图2的光源中位于屏幕上紫外光荧光粉层的排列结构示意图；
图4示出图3的紫外光荧光粉层的局部放大图；
图5示出本发明另一实施例的一种紫外光荧光粉层的结构示意图；
图6示出本发明另一实施例的一种紫外光荧光粉层的结构示意图。
附图标记说明：
100：立体列印装置； 110：光源；
112：电子枪； 112a：电子束；
113a、113b：聚焦件； 114a、114b：偏向件；
115：屏幕； 116：紫外光荧光粉层；
116a、116b：紫外光荧光粉； 117：阳极板；
120：移动平台； 130：控制单元；
140：盛槽； 200：液态成型材；
210：立体物件； 111：外壳；
a11、a12、a3、a51～a55：邻接边长；
a2、a4、a6：正投影尺寸； A1、A3、A5：平面；
A2、A4、A6：连接方向； R1、R2、R3：相接区域；
d1：间距； d2、d3边长。
具体实施方式
图1示出依照本发明一实施例的一种立体列印装置的示意图。请参考图1，在本实施例中，立体列印装置100适于从一立体模型（未示出）而制造出一立体物体，其中立体模型可例如通过电脑辅助设计（CAD）或动画建模软体等建构而成，并将立体模型横切为多个横截面以供立体列印装置100读取此立体模型，并依据此立体模型的横截面制造立体物体。
进一步地说，本实施例的立体列印装置100包括光源110、移动平台120、控制单元130以及盛槽140。在此同时提供直角坐标系以便于描述相关构件及其运动状态。盛槽140用以盛装液态成型材200，且移动平台120的局部浸于液态成型材200中。光源110用以提供平面光投射至液态成型材200。控制单元130电性连接光源110与移动平台120，以使移动平台120的局部在液态成型材200中移动的同时，驱动光源110产生不同的平面光而投射至液态成型材200，进而逐层地固化被照射的液态成型材200，以形成立体物件210。在此，液态成型材200例如是光敏树脂，而光源110则提供包括紫外线的平面光，以对所照射之液态成型材200进行光固化。
如图1所示，移动平台120会沿Z轴而使其局部在液态成型材200中移动，因此每当移动平台120移动至Z轴上的一位置时，光源110所产生的平面光便会投射至位于该位置的液态成型材200而使之固化。如此一来，随着移动平台120沿Z轴逐层移动，其所经位置的液态成型材200便能逐层地被固化，最终形成完整的立体物件210。
基于上述，由于光源110所产生的平面光，其所在平面垂直于移动平台120的移动方向（亦即如图1所示，光源110实质上是产生平行X-Y平面的平面光，而移动平台120是沿Z轴移动），故而能搭配移动平台120的移动模式而完成立体物件210的列印动作。
图2示出图1的立体列印装置中光源的示意图。请同时参考图1与图2，详细而言，本实施例的光源110包括外壳111与容置其内的电子枪112、聚焦件113a、113b、偏向件114a、114b、阳极板117以及屏幕115，其中电子枪112与屏幕115位于外壳111的相对两侧。电子枪112为阴极电子枪，其用以产生电子束112a，并使电子束112a在呈高压状态的阳极板117间行进以投射至屏幕115，聚焦件113a、113b与偏向件114a、114b分别设置在电子束112a的行经路径旁，用以控制电子束112a的尺寸大小与投射至屏幕115上的位置。再者，屏幕115朝向电子枪112处具有紫外光荧光粉层116。据此，电子枪112所产生的电子束112a投射至屏幕115上的紫外光荧光粉层116，进而撞击紫外光荧光粉层116而激发出紫外光。在此，电子束112a以扫描方式逐一撞击紫外光荧光粉层116的各个紫外光荧光粉，且经撞击后的紫外光荧光粉其所产生的紫外光会延续一段时间。据此，通过调整电子束112a的扫描时间，且由于屏幕115是属二维结构，故而能使紫外光荧光粉层116在特定的一段时间内同时均产生紫外光，而光源110便能顺利地产生上述的平面光。
在本实施例中，由于控制单元130能随着移动平台120在Z轴上的移动位置而控制光源110产生不同的平面光，亦即控制单元130能通过控制电子束112a投射在屏幕115上的不同位置而产生不同图案的平面光，因此立体列印装置100无须以习知激光光源逐一在X-Y平面上逐个扫描液态成型材200而使其固化。换句话说，光源110通过前述结构所产生的平面光，相较于习知激光光源，仅以产生一次性的照射便能完成固化该层液态成型材200的效果，因此能有效简短光源110照射液态成型材200的时间。
另一方面，图3示出图2的光源中位于屏幕上紫外光荧光粉层的排列结构示意图。图4示出图3的紫外光荧光粉层的局部放大图。请同时参考图3与图4，在本实施例中，为提高列印出立体物件210的解析度，因此需以不同排列方式配置紫外光荧光粉层的结构配置。如图3所示，本实施例的紫外光荧光粉层是由多个同样大小的紫外光荧光粉组成且呈六方堆积结构，尤其是呈局部重叠的堆积结构状态，以藉此提高单位面积内的紫外光荧光粉数量。
如图4所示，以二维平面上的多个紫外光荧光粉为例，任意两个相接的紫外光荧光粉116a与116b形成相接区域R1（即在纸面形成重叠的二维区域，在此以剖面线示出，其由紫外光荧光粉116a与116b的部分边长所构成平行四边形的区域），且同一紫外光荧光粉116a在相接区域R1处的邻接边长a11、a12之和，大于紫外光荧光粉116a与116b在相接区域R1处的邻接边长在平面A1上的最大正投影尺寸a2（前述呈平行四边形的相接区域R1，其两个对角的相对距离在平面A1上的最大投影尺寸是a2）。在此，邻接边长所指为环绕重叠区域的多个边长，且该两个紫外光荧光粉116a与116b的连接方向A2为所述平面A1的法线方向。同样地，在平面A1另一侧的紫外光荧光粉116b亦具相同对应关系，在此不赘述。
换句话说，图3与图4的实施例所述紫外光荧光粉116为局部重叠的结构，即任意相接（重叠）的两个紫外光荧光粉（如前述116a与116b），其形状中心的间距d1是小于该两个紫外光荧光粉116a与116b的边长d2、d3之和，因此造成两个紫外光荧光粉116a与116b能相互局部重叠的状态。
图5示出本发明另一实施例的一种紫外光荧光粉层的结构示意图。请参考图5，与上述不同的是，本实施例改以四方堆积结构且彼此邻接，同样能达到提高紫外光荧光粉层的结构密度的效果。在本实施例中，任意两个相接的紫外光荧光粉形成相接区域R2（即形成在纸面上一维线段），其中相接区域的邻接边长a3等于各紫外光荧光粉在相接区域处的边长在平面A3上的正投影尺寸a4，其中这两个紫外光荧光粉的连接方向A4为平面A3的法线方向。
图6示出本发明另一实施例的一种紫外光荧光粉层的结构示意图。请参考图6，与上述不同的是，本实施例的紫外光荧光粉层的结构是呈现单侧多边接触的模式予以堆积邻接，亦即在任意两个相邻的荧光粉之间是非直线边界而相互邻接，且所邻接的边界长度大于荧光粉于该侧的投影长度。换句话说，本实施例的两个相接的紫外光荧光粉形成相接区域R3（即在纸面形成弯折状的一维线段），且相接区域的邻接边长a51～a55之和（即前述弯折线段的长度总和）大于各紫外光荧光粉于相接区域处的边长在平面A5上的正投影尺寸a6，且该两个紫外光荧光粉的连接方向A6为所述平面A5的法线方向。如此，通过增加荧光粉之间的接触部分，因而使投射出的平面光的单位面积的能量能有效提高，进而使液态成型材在固化后的结构能更加稳固。
综上所述，在本发明的上述实施例中，立体列印装置将能提供平面光的光源作为液态成型材的固化光源，因此能有效缩减现有激光光源聚焦成像以及扫描的时间，因而能使立体列印装置的列印效率提高。再者，光源所提供的平面光能由控制单元决定其轮廓，而产生一次性的照射便能完成习知激光光源逐一扫描方能完成的区域，因而能提高液态成型材的固化效率，且无须另行控制光线扫描的区域范围，因此简化现有的立体列印程序。此外，立体列印装置尚通过改变屏幕上紫外光荧光粉层的结构配置，而提高其结构密度，进而能提高平面光照射在液态成型材而将其固化后的解析度与精细程度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种立体列印装置，其特征在于，包括：
一光源，用以提供一平面光，该光源包括：
一电子枪，用以产生电子束；
一偏向件，设置在电子束行经路径旁；
一屏幕，具有一紫外光荧光粉层，电子束穿过该偏向件而投射至该屏幕上的该紫外光荧光粉层，以激发出该平面光，在该紫外光荧光粉层中，任意两个相接的紫外光荧光粉形成一相接区域，该相接区域的邻接边长大于或等于各该紫外光荧光粉在该相接区域处的边长在一平面上的正投影尺寸，其中该两个紫外光荧光粉的连接方向为该平面的法线方向；
一移动平台；
一盛槽，用以盛装一液态成型材，该移动平台的局部浸于该液态成型材中；以及
一控制单元，电性连接该移动平台与该光源，其中随着该移动平台在该液态成型材中移动，该控制单元控制电子束投射至该屏幕上的至少一位置，使该光源产生不同的平面光，以逐层固化被照射的液态成型材，而形成一立体物件，且该移动平台的移动方向垂直该平面光。
2.根据权利要求1所述的立体列印装置，其特征在于，该光源还包括：
一聚焦件，设置该电子枪与该偏向件之间且位于电子束行经路径旁以聚焦电子束。
3.根据权利要求1所述的立体列印装置，其特征在于，该紫外光荧光粉层呈六方堆积结构。
4.根据权利要求1所述的立体列印装置，其特征在于，该紫外光荧光粉层呈四方堆积结构。
5.根据权利要求1所述的立体列印装置，其特征在于，该紫外光荧光粉层呈局部重叠的堆积结构。
6.根据权利要求5所述的立体列印装置，其特征在于，该相接区域为紫外光荧光粉的重叠区域，该邻接边长为环绕该重叠区域的边长。
7.根据权利要求5所述的立体列印装置，其特征在于，相接的两个紫外光荧光粉的形状中心的间距，小于各该紫外光荧光粉的边长之和。
8.根据权利要求1所述的立体列印装置，其特征在于，相接的两个紫外光荧光粉的邻接边长，大于各该紫外光荧光粉的其中一边长于该平面上的正投影尺寸。
9.根据权利要求1所述的立体列印装置，其特征在于，该液态成型材为光敏树脂。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170524 Termination date: 20211202 |