CN104708812B - 立体打印装置以及打印头组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种立体打印装置以及打印头组件，其中，立体打印装置包括基座、打印头组件以及控制单元。基座具有承载面。打印头组件设置于基座上方。打印头组件包括本体以及出料口切换元件。本体包括供料管道。出料口切换元件可移动地设置于本体。出料口切换元件包括多个出料口。出料口的口径各不相同。控制单元用以根据口径选择出料口的其中之一，并将选择的出料口连接至本体，使供料管道连通对应的出料口。本发明可在维持打印品质及打印解析度的前提下提高立体打印装置的打印效率。
Description
技术领域
本发明是有关于一种打印装置及其打印头组件，且特别是有关于一种立体打印装置及其打印头组件。
背景技术
随着电脑辅助制造（Computer-Aided Manufacturing,简称CAM）的进步，制造业发展了快速雏型（Rapid Prototyping,简称RP）方法，能很迅速的将设计原始构想制造出来。快速雏型（RP）技术能无限制几何形状，而且越复杂的零件越显示RP技术的卓越性，还可大大地节省人力与加工时间，在时间最短的要求下，将3D计算机辅助设计（Computer AidedDesign，简称CAD）上的设计零件，真实地呈现出来，不但摸得到，也可真实地感受得到它的几何曲线，还可以试验零件的装配性、甚至进行可能的功能试验。
这些快速成型法有很多种，如熔合沉积模型(Fused Deposition Modeling,简称FDM)，分层实体制造(Laminated Object Manufacturing,简称LOM)等。然而，目前利用上述快速成型法形成立体物品的立体打印装置，其打印头具有一个喷嘴，并且，为了使打印出来的立体物品达到高解析度的标准，喷嘴通常需要维持极小的口径。如此，打印头通过喷嘴将建造基材挤出并成型于基座上则需要较长的时间，使立体打印装置的立体打印速率低下，导致立体打印的效率不佳。因此，目前的立体打印装置在使用上仍旧十分地不便。
发明内容
本发明提供一种立体打印装置，其打印头组件可依打印需求切换不同口径的出料口，以提高立体打印的效率。
本发明提供一种打印头组件，其可依打印需求切换不同口径的出料口，以提高立体打印的效率。
本发明的立体打印装置包括基座、打印头组件以及控制单元。基座具有 承载面。打印头组件设置于基座上方。打印头组件包括本体以及出料口切换元件。本体包括供料管道。出料口切换元件可移动地设置于本体。出料口切换元件包括多个出料口。出料口的口径各不相同。控制单元用以根据口径选择出料口的其中之一，并将选择的出料口连接至本体，使供料管道连通选择的出料口。
本发明的打印头组件包括本体以及出料口切换元件。本体包括供料管道。出料口切换元件可移动地设置于本体。出料口切换元件包括多个出料口。出料口的口径各不相同。出料口切换元件适于将各出料口移动至与对应本体的位置而与其连接，并使供料管道连通选择的出料口。
在本发明的一实施例中，上述的出料口呈圆形排列。
在本发明的一实施例中，上述的控制单元控制出料口切换元件沿圆形的中心轴旋转，以将选择的出料口旋转至对应供料管道的位置而与本体连接。
在本发明的一实施例中，上述的出料口呈直线排列。
在本发明的一实施例中，上述的控制单元控制出料口切换元件沿直线移动，以将选择的出料口移动至对应供料管道的位置而与本体连接。
在本发明的一实施例中，上述的打印头组件还包括馈料机构，设置于本体。控制单元将选择的出料口连接至本体后，馈料机构将基材由供料管道传送至出料口。
在本发明的一实施例中，上述的馈料机构包括主动滚轮以及被动滚轮，分别设置于供料管道的相对两侧。主动滚轮带动被动滚轮转动，以共同带动基材移动至出料口。
在本发明的一实施例中，上述的本体包括第一卡合部。出料口切换元件还包括多个第二卡合部，分别对应出料口设置，以在控制单元将选择的出料口连接至本体时，对应的第二卡合部与第一卡合部卡合。
在本发明的一实施例中，上述的立体打印装置还包括切换马达以及连动滚轮组。控制单元耦接并控制切换马达。切换马达连接连动滚轮组，以驱动连动滚轮组转动。连动滚轮组连接出料口切换元件，以带动出料口切换元件沿直线移动而将选择的出料口移动至对应供料管道的位置而与本体连接。
在本发明的一实施例中，上述的立体打印装置还包括馈料马达，耦接控制单元。控制单元将选择的出料口连接至本体后，控制单元控制馈料马达将 基材由供料管道传送至出料口。
在本发明的一实施例中，上述的立体打印装置还包括多个喷嘴，设置于出料口切换元件并分别套设于对应的出料口上，各喷嘴的口径实质上等同于对应的出料口的口径。
在本发明的一实施例中，上述的立体打印装置还包括喷嘴，套设于出料口切换元件上，使出料口位于喷嘴内。
基于上述，本发明将具有多个出料口的出料口切换元件可移动地设置于打印头组件的本体上，且出料口的口径各不相同，控制单元便可根据口径的大小来选择上述多个出料口的其中之一，并将选择的出料口连接至打印头组件的本体上，以使本体的供料管道连通出料口。如此，控制单元即可通过选择出料口的口径来控制打印出来的立体物体的解析度。因此，当立体打印装置在打印立体物体的轮廓时，可选择口径较小的出料口，以提高立体打印的解析度，而当立体打印装置在打印立体物体的表面轮廓以内的部分时，由于解析度的需求较小，因而可选择口径较大的出料口，以提高基材的输出量，进而提高立体打印的效率。
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，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明的一实施例的一种立体打印装置的示意图；
图2是本发明的一实施例的一种立体打印装置的使用情境方块示意图；
图3是本发明的一实施例的一种立体打印装置的方块示意图；
图4是本发明的一实施例的一种打印头组件的剖面示意图；
图5是本发明的一实施例的一种立体打印装置的部分元件示意图；
图6是图5的出料口切换元件的俯视示意图；
图7是本发明的一实施例的一种出料口切换元件的仰视示意图；
图8是本发明的一实施例的一种立体打印装置的部分元件剖面示意图。
附图标记说明：
10：立体打印装置；
20：立体物体；
30：电脑主机；
100：打印头组件；
110：本体；
112：供料管道；
114：第一卡合部；
120：出料口切换元件；
122、122a、122b、122c、122d：出料口；
124：第二卡合部；
126：喷嘴；
130：馈料机构；
132：主动滚轮
134：被动滚轮；
200：基座；
210：承载面；
300：控制单元；
400：滑轨；
500：基材；
600：切换马达；
610：连动滚轮组；
700：馈料马达；
D1、D2：口径。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的各实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而并非用来限制本发明。并且，在下列各实施例中，相同或相似的元件将采用相同或相似的标号。
图1是本发明的一实施例的一种立体打印装置的示意图。图2是本发明的一实施例的一种立体打印装置的使用情境方块示意图。图3是本发明的一 实施例的一种立体打印装置的方块示意图。请参照图1至图3，在本实施例中，立体打印装置10适于根据数字立体模型信息打印出立体物体20。立体打印装置10包括打印头组件100、基座200以及控制单元300。在本实施例中，控制单元300可用以读取数字立体模型信息，其中，数字立体模型信息可为数字立体图像文件，其例如由电脑主机30通过电脑辅助设计CAD或动画建模软件等建构而成。
基于上述，立体打印装置10的基座200如图1所示具有承载面210。打印头组件100可移动地设置于基座200的上方，并经配置以沿着滑轨400来回滑动，而基座200也可相对于打印头组件100移动。控制单元300可用以读取与处理数字立体模型信息，并耦接打印头组件100以及基座200，以控制打印头组件100以及基座200的移动。如此，控制单元300可根据此数字立体模型信息控制打印头组件100沿着滑轨400移动，而打印头组件100则可连接至基材500，并在移动的过程中将基材500逐层成形于承载面210上而形成多个积层材料层。积层材料层彼此堆叠而形成立体物体20。
在本实施例中，基材500可为适用于立体平板印刷（Stereolithography）、熔丝制造式（Fused Filament Fabrication,简称FFF）、融化压模式（Melted andExtrusionModeling）、电子束熔化成型（Electron Beam Modeling）等制作方法的各种适合材料。举例而言，基材500可为适用于熔丝制造的热熔性线材，并例如通过打印头组件100的出料口122对基材500进行加热，以将传送至喷嘴的基材500熔融成熔融状态的流体材料，再将熔融的基材挤出并逐层成型于承载面210上，以形成多个积层材料层，之后再对其进行例如硬化烘干处理而形成立体物体20。
图4是本发明的一实施例的一种打印头组件的剖面示意图。图5是本发明的一实施例的一种立体打印装置的部分元件示意图。图6是图5的出料口切换元件的俯视示意图。请同时参照图1、图4至图6，在本实施例中，打印头组件100包括本体110以及出料口切换元件120。本体110包括供料管道112。出料口切换元件120可移动地设置于本体110。出料口切换元件120包括多个出料口122a、出料口122b、出料口122c、出料口122d。出料口122a、出料口122b、出料口122c、出料口122d的口径各不相同。举例而言，如图5所示，出料口122d的口径大于出料口122a的口径。控制单元300经配置以 耦接并控制出料口切换元件120，以根据出料口122a、出料口122b、出料口122c、出料口122d的口径大小来选择出料口122a、出料口122b、出料口122c、出料口122d的其中之一，并将选择的出料口122a、出料口122b、出料口122c或出料口122d连接至本体110，使供料管道112连通选择的出料口122a、出料口122b、出料口122c或出料口122d。
在本实施例中，立体打印装置10还可如图4所示包括多个喷嘴126，设置于出料口切换元件120，并分别套设于对应的出料口122a、出料口122b、出料口122c、出料口122d上，各喷嘴126的口径实质上等同于对应的出料口122a、出料口122b、出料口122c、出料口122d的口径。此外，在本发明的另一实施例中，立体打印装置10也可只包括喷嘴，套设于出料口切换元件120上，使出料口122a、出料口122b、出料口122c、出料口122d皆位于喷嘴内。
一般而言，立体打印装置10在打印立体物体20的轮廓时，所需要使用的出料口122a、出料口122b、出料口122c或出料口122d的口径较小，以提高立体打印的解析度，使打印出来的立体物体20可具有较平滑的表面，而当立体打印装置10在打印立体物体20的表面轮廓以内的部分时，由于解析度的需求较小，因而可选择口径较大的出料口122a、出料口122b、出料口122c或出料口122d的喷嘴126，以提高基材500的输出量，进而提高立体打印的效率。也就是说，控制单元300可通过选择出料口122a、出料口122b、出料口122c、出料口122d的口径大小来控制立体物体20的解析度。具体而言，控制单元300可例如根据关联于立体物体20的数字立体模型信息来控制当前的立体打印工作所需的解析度，并据此根据出料口122a、出料口122b、出料口122c、出料口122d的口径大小来选择出料口122a、出料口122b、出料口122c、出料口122d的其中之一，并将选择的出料口122a、出料口122b、出料口122c或出料口122d连接至本体110，使供料管道112连通选择的出料口122a、出料口122b、出料口122c或出料口122d。
在本实施例中，打印头组件100还可包括馈料机构130，设置于本体110。控制单元300将选择的出料口122连接至本体110后，可控制馈料机构130将基材500由供料管道112传送至出料口122。详细而言，馈料机构130包括主动滚轮132以及被动滚轮134，分别设置于供料管道112的相对两侧。 主动滚轮132带动被动滚轮134转动，以共同带动基材500移动，并将基材500传送至出料口122，再通过出料口122将基材500挤出并逐层成型于承载面210上而形成立体物体20。
在本实施例中，出料口122a、出料口122b、出料口122c、出料口122d可如图5所示呈圆形排列，而控制单元300控制出料口切换元件120沿圆形的中心轴旋转，以将控制单元300所选择的出料口122a、出料口122b、出料口122c或出料口122d旋转至对应供料管道112的位置而与本体110连接。供料管道112位于出料口122a、出料口122b、出料口122c、出料口122d的旋转路径上，并且，本体110可包括第一卡合部114。出料口切换元件120可包括多个与第一卡合部114结构配合的第二卡合部124，且第二卡合部124可分别对应出料口122a、出料口122b、出料口122c、出料口122d的位置设置。如此，控制单元300可通过旋转出料口切换元件120而将所选择的出料口122a、出料口122b、出料口122c或出料口122d旋转至与供料管道112对应的位置上，此时，对应的第二卡合部124可与第一卡合部114卡合，以将所选择的出料口122a、出料口122b、出料口122c或出料口122d固定于本体110上。如此，立体打印装置10即可完成出料口122a、出料口122b、出料口122c、出料口122d的切换。
请同时参照图3、图5以及图6，在本实施例中，出料口122a、出料口122b、出料口122c、出料口122d如图6所示呈圆形排列。更具体而言，在本实施例中，立体打印装置10还包括切换马达600、连动滚轮组610以及馈料马达700。控制单元300如图3所示分别耦接并控制切换马达600以及馈料马达700，而切换马达600则如图6所示连接连动滚轮组610，以驱动连动滚轮组610转动。连动滚轮组610则连接出料口切换元件120，以带动出料口切换元件120沿出料口122a、出料口122b、出料口122c、出料口122d的排列方向直线移动，而将选择的出料口122a、出料口122b、出料口122c或出料口122d移动至对应供料管道112的位置而与本体110连接。也就是说，控制单元300根据出料口122a、出料口122b、出料口122c、出料口122d的口径大小来选择出料口122a、出料口122b、出料口122c、出料口122d的其中之一后，控制切换马达600驱动连动滚轮组610转动，以带动出料口切换元件120沿出料口122a、出料口122b、出料口122c、出料口122d的排列方向 转动，而将选择的出料口122a、出料口122b、出料口122c或出料口122d移动至对应供料管道112的位置而与本体110连接。控制单元300将选择的出料口122a、出料口122b、出料口122c或出料口122d连接至本体110后，再控制馈料马达700将基材500由供料管道112传送至选择的出料口122a、出料口122b、出料口122c或出料口122d，以将基材500逐层成型于基座上而形成立体物体。
图7是本发明的一实施例的一种出料口切换元件的仰视示意图。图8是本发明的一实施例的一种立体打印装置的部分元件剖面示意图。在此必须说明的是，本实施例的出料口切换元件120与图5所示的出料口切换元件120相似，因此，本实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，本实施例不再重复赘述。以下将针对本实施例的出料口切换元件120与图5的出料口切换元件120的差异做说明。
请同时参考图3、图4、图7以及图8，在本实施例中，出料口122a、出料口122b、出料口122c、出料口122d如图7所示呈直线排列，出料口122a、出料口122b、出料口122c、出料口122d的口径各不相同。举例而言，如图7所示，出料口122a的口径D1大于出料口122b的口径D2。控制单元300则可控制出料口切换元件120沿此直线移动，以将控制单元300所选择的出料口122a、出料口122b、出料口122c或出料口122d移动至对应供料管道112的位置而与本体110连接。供料管道112位于出料口122a、出料口122b、出料口122c、出料口122d的移动路径上，并且，本体110可如图4所示包括第一卡合部114，而出料口切换元件120可包括多个与第一卡合部114结构配合的第二卡合部124，且第二卡合部124可分别对应出料口122a、出料口122b、出料口122c、出料口122d的位置设置。如此，控制单元300可通过直线移动出料口切换元件120而将所选择的出料口122a、出料口122b、出料口122c或出料口122d移动至与供料管道112对应的位置上。此时，对应的第二卡合部124可与第一卡合部114卡合，以将所选择的出料口122a、出料口122b、出料口122c或出料口122d固定于本体110上。如此，立体打印装置10即可完成出料口122a、出料口122b、出料口122c、出料口122d的切换。
请参照图3、图7以及图8，在本实施例中，出料口122a、出料口122b、 出料口122c、出料口122d如图7所示呈直线排列。更具体而言，在本实施例中，立体打印装置10还包括切换马达600、连动滚轮组610以及馈料马达700。控制单元300分别耦接并控制切换马达600以及馈料马达700，而切换马达600则如图8所示连接连动滚轮组610，以驱动连动滚轮组610转动。连动滚轮组610则连接出料口切换元件120，以带动出料口切换元件120沿出料口122a、出料口122b、出料口122c、出料口122d的排列方向直线移动，而将选择的出料口122a、出料口122b、出料口122c或出料口122d移动至对应供料管道112的位置而与本体110连接。也就是说，控制单元300根据出料口122a的口径大小来选择出料口122a、出料口122b、出料口122c或出料口122d的其中之一后，控制切换马达600驱动连动滚轮组610转动，以带动出料口切换元件120沿出料口122a、出料口122b、出料口122c、出料口122d的排列方向直线移动，而将选择的出料口122a、出料口122b、出料口122c或出料口122d移动至对应供料管道112的位置而与本体110连接。控制单元300将选择的出料口122a、出料口122b、出料口122c或出料口122d连接至本体110后，再控制馈料马达700将基材500由供料管道112传送至选择的出料口122a、出料口122b、出料口122c或出料口122d，以将基材500逐层成型于基座上而形成立体物体。
综上所述，本发明将具有多个出料口的出料口切换元件可移动地设置于打印头组件的本体上，其中出料口的口径各不相同，而控制单元便可根据口径的大小来选择上述多个出料口的其中之一，并将选择的出料口连接至打印头组件的本体上，以使本体的供料管道连通出料口。如此，控制单元可根据关联于立体物体的数字立体模型信息来控制当前的立体打印工作所需的解析度，并据此根据出料口的口径大小来选择出料口的其中之一，并将选择的出料口连接至本体的供料管道，使基材可经由所选择的出料口挤出并逐层成型于基座上而形成立体物体。也就是说，控制单元可通过选择出料口的口径来控制打印出来的立体物体的解析度。
因此，当立体打印装置在打印立体物体的轮廓时，可选择口径较小的出料口，以提高立体打印的解析度，而当立体打印装置在打印立体物体的表面轮廓以内的部分时，由于解析度的需求较小，因而可选择口径较大的出料口，以提高基材的输出量，进而提高立体打印的速率。因此，本发明可在维持打 印品质及打印解析度的前提下提高立体打印装置的打印效率。
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 (20)
1.一种立体打印装置，其特征在于，包括：
基座，具有承载面；
打印头组件，设置于该基座上方，该打印头组件包括：
本体，包括供料管道；以及
出料口切换元件，可移动地设置于该本体，该出料口切换元件包括多个出料口，该些出料口的口径各不相同；以及
控制单元，耦接并控制该出料口切换元件，以根据该些口径选择该些出料口的其中之一，并将选择的出料口连接至该本体，使该供料管道连通选择的出料口。
2.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该些出料口呈圆形排列。
3.根据权利要求2所述的立体打印装置，其特征在于，该控制单元控制该出料口切换元件沿该圆形的中心轴旋转，以将选择的该出料口旋转至对应该供料管道的位置而与该本体连接。
4.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该些出料口呈直线排列。
5.根据权利要求4所述的立体打印装置，其特征在于，该控制单元控制该出料口切换元件沿该直线移动，以将选择的出料口移动至对应该供料管道的位置而与该本体连接。
6.根据权利要求4所述的立体打印装置，其特征在于，还包括切换马达以及连动滚轮组，控制单元耦接并控制该切换马达，该切换马达连接该连动滚轮组，以驱动该连动滚轮组转动，该连动滚轮组连接该出料口切换元件，以带动该出料口切换元件沿该直线移动而将选择的出料口移动至对应该供料管道的位置而与该本体连接。
7.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，还包括馈料马达，耦接该控制单元，该控制单元将选择的出料口连接至该本体后，该控制单元控制该馈料马达将基材由该供料管道传送至选择的出料口。
8.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该本体包括第一卡合部，该出料口切换元件还包括多个第二卡合部，分别对应该些出料口设置，以在该控制单元将选择的该出料口连接至该本体时，对应的第二卡合部与该第一卡合部卡合。
9.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，还包括多个喷嘴，设置于该出料口切换元件并分别套设于该些出料口上，各该喷嘴的口径实质上等同于对应的出料口的口径。
10.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，还包括喷嘴，套设于该出料口切换元件上，使该些出料口位于该喷嘴内。
11.一种打印头组件，其特征在于，包括：
本体，包括供料管道；
出料口切换元件，可移动地设置于该本体，该出料口切换元件包括多个出料口，该些出料口的口径各不相同，该出料口切换元件适于将各该出料口移动至与对应该本体的位置而与其连接，并使该供料管道连通对应的出料口；以及
馈料马达，耦接控制单元，该控制单元将选择的出料口连接至该本体后，该控制单元控制该馈料马达将基材由该供料管道传送至选择的出料口。
12.根据权利要求11所述的打印头组件，其特征在于，该些出料口呈圆形排列。
13.根据权利要求12所述的打印头组件，其特征在于，该出料口切换元件适于沿该圆形的中心轴旋转，以将各该出料口旋转至对应该供料管道的位置而与该本体连接。
14.根据权利要求12所述的打印头组件，其特征在于，还包括切换马达以及连动滚轮组，该控制单元耦接并控制该切换马达，该切换马达连接该连动滚轮组，以驱动该连动滚轮组转动，该连动滚轮组连接该出料口切换元件，以带动该出料口切换元件沿该直线移动而将选择的出料口移动至对应该供料管道的位置而与该本体连接。
15.根据权利要求11所述的打印头组件，其特征在于，该些出料口呈直线排列。
16.根据权利要求15所述的打印头组件，其特征在于，该出料口切换元件适于沿该直线移动，以将各该出料口移动至对应该供料管道的位置而与该本体连接。
17.根据权利要求15所述的打印头组件，其特征在于，还包括切换马达以及连动滚轮组，该控制单元耦接并控制该切换马达，该切换马达连接该连动滚轮组，以驱动该连动滚轮组转动，该连动滚轮组连接该出料口切换元件，以带动该出料口切换元件沿该直线移动而将选择的出料口移动至对应该供料管道的位置而与该本体连接。
18.根据权利要求11项所述的打印头组件，其特征在于，该本体包括第一卡合部，该出料口切换元件还包括多个第二卡合部，分别对应该些出料口设置，以在对应的出料口连接至该本体时，对应的第二卡合部与该第一卡合部卡合。
19.根据权利要求11所述的打印头组件，其特征在于，还包括多个喷嘴，设置于该出料口切换元件并分别套设于对应的出料口上，各该喷嘴的口径实质上等同于对应的出料口的口径。
20.根据权利要求11所述的打印头组件，其特征在于，还包括喷嘴，套设于该出料口切换元件上，使该些出料口位于该喷嘴内。
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