CN104842554A - 立体打印装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种立体打印装置，用以形成立体物件，其中立体物件是以多层物件单元所叠置而成。立体打印装置包括第一承载单元、第二承载单元、布置单元、转移单元以及固化单元。第二承载单元具有多个孔隙。布置单元提供并布置多个粉体于第二承载单元的孔隙上。第二承载单元可移动地设置在转移单元转与第一承载单元之间。转移单元将位于孔隙上的至少部分粉体转移至第一承载单元上。固化单元设置在第一承载单元上。固化单元固化位于第一承载单元上的粉体而形成一层物件单元。

Description

立体打印装置

技术领域

本发明是有关于一种打印装置，且特别是有关于一种立体打印装置。

背景技术

随着电脑辅助制造（Computer-Aided Manufacturing，CAM）的进步，制造业发展了立体打印技术，能很迅速的将设计原始构想制造出来。立体打印技术实际上是一系列快速原型成型（Rapid Prototyping，RP）技术的统称，其基本原理都是叠层制造，由快速原型机在X-Y平面内通过扫描形式形成工件的截面形状，而在Z坐标间断地作层面厚度的位移，最终形成立体物体。立体打印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，更可大大地节省人力与加工时间，在时间最短的要求下，将3D电脑辅助设计（Computer-Aided Design，CAD）软件所设计的数码立体模型信息真实地呈现出来，不但摸得到，也可真实地感受得到它的几何曲线，更可以试验零件的装配性、甚至进行可能的功能试验。

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，打印头通常可依据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。

发明内容

本发明提供一种立体打印装置，其通过粉体转移至承载单元上，并对其固化而形成一层物件单元，而再通过逐层堆叠物件单元而形成立体物件。

本发明的立体打印装置，用以形成立体物件。立体物件是以多层物件单元所叠置而成。立体打印装置包括第一承载单元、第二承载单元、布置单元、转移单元以及固化单元。第二承载单元具有多个孔隙。布置单元提供并布置多个粉体于第二承载单元的孔隙上。第二承载单元可移动地设置在转移单元与第一承载单元之间，转移单元将位于孔隙上的至少部分粉体转移至第一承载单元上。固化单元设置在第一承载单元上。固化单元固化位于第一承载单元上的粉体而形成一层物件单元。

本发明的立体打印装置，包括第一承载单元、多个转移单元以及固化单元。第一承载单元具有平面。转移单元分别可移动地设置在第一承载单元上方。各打印模块包括第二承载单元、布置单元与转移单元。第二承载单元具有多个孔隙。布置单元提供并布置多个粉体于第二承载单元的孔隙上。第二承载单元可移动地设置在转移单元与第一承载单元之间。转移单元转移孔隙上的至少部分粉体，以将至少部分粉体打印至平面上。固化单元位于第一承载单元上。固化单元固化位于第二承载单元上的粉体而形成一层物件单元。

在本发明的一实施例中，还包括控制单元，电性连接第一承载单元、第二承载单元、转移单元、布置单元与固化单元。转移单元受控于控制单元而转移孔隙上的至少部分粉体至第一承载件上，且第一承载单元与第二承载单元分别受控于控制单元而产生相对运动，以在第一承载单元上堆叠多层物件单元。

在本发明的一实施例中，上述的第二承载单元为能滚动的圆筒结构。圆筒结构具有内侧与外侧，孔隙形成于圆筒结构的表面而连通外侧与内侧。布置单元与转移单元位于内侧。第一承载单元位于外侧。布置单元将粉体布置于内侧，经由转移单元转移粉体，而使粉体被转移并穿过孔隙而移至第一承载单元上。

在本发明的一实施例中，上述的第一承载单元为圆筒结构下方的移动平台。移动平台具有平面。转移单元以转移方向转移位于内侧的至少部分粉体，转移方向正交于平面。

在本发明的一实施例中，上述的平面平行或重合于滚筒结构的切平面。

在本发明的一实施例中，上述的立体打印装置还包括回收单元，设置于内侧，用以回收未被转移单元转移的粉体。

在本发明的一实施例中，上述的第一承载平台具有平面，回收单元在平面上的正投影与布置单元在平面上的正投影，位于转移单元在平面上的正投影的相对两侧。

在本发明的一实施例中，上述的转移单元为点矩阵（dot matrix）转移单元。

在本发明的一实施例中，上述孔隙的孔径小于或等于各粉体的外径。

在本发明的一实施例中，上述打印模块的布置单元提供不同颜色的粉体，且其中一打印模块的布置单元提供白色的粉体。

在本发明的一实施例中，其余打印模块分别提供青色（Cyan）、洋红色（Magenta）与黄色（Yellow）的粉体。

基于上述，通过将具备孔隙结构的第二承载单元与转移单元，而本发明所述立体打印装置能先以粉体布置在孔隙后再经由转移单元的转移动作将粉体压印制第一承载单元上，并经由固化单元予以固化而形成一层物件单元。接着，通过控制第一、第二承载单元与转移单元的相对运动，便能逐层地在第一承载单元上形成多层物件单元，据而堆叠出立体物件。再者，通过搭配不同打印模块，而用以提供不同颜色的粉体，便能在第一承载单元上通过混色效果而形成彩色的立体物件。据此，本发明提供异于现有的立体物件成形技术。

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是依据一实施例的一种立体打印装置的示意图；

图2是图1的相关构件的电性连接关系图；

图3是图1的立体打印装置打印出立体物件的示意图；

图4是依据另一实施例的一种立体打印装置的示意图。

附图标记说明：

100、300：立体打印装置；

110：第一承载单元；

120：第二承载单元；

122：孔隙；

130：布置单元；

140：转移单元；

150：固化单元；

170：控制单元；

160：回收单元；

162：刮除器；

164：搜集器；

200、205：粉体；

210：物件单元；

220：立体物件；

310A、310B、310C、310D：打印模块；

S1：平面；

W1：内侧；

W2：外侧。

具体实施方式

图1是依据一实施例的一种立体打印装置的示意图。图2是图1的相关构件的电性连接关系图。请同时参考图1与图2，在本实施例中，立体打印装置100包括第一承载单元110、第二承载单元120、布置单元130、转移单元140以及固化单元150。第一承载单元110例如是移动平台。第二承载单元120是具有圆筒结构的承载器，其上满布孔隙122（亦或是使用具有多孔隙的薄膜）。布置单元130提供并布置多个粉体200在第二承载单元120的孔隙122上。第二承载单元120可移动地设置在转移单元140与第一承载单元110之间。转移单元140相对于第二承载单元120进行来回转移运动，以将孔隙122上的至少部分粉体200转移并压印至第一承载单元110上。固化单元150设置在第一承载单元110上，用以固化位于第一承载单元110的粉体200以将其热压形成一层物件单元210。

在此提供直角坐标系作为构件运动描述的依据，同时对不同状态的粉体以不同标号加以区隔，其中粉体200是指布置在第二承载单元120之内侧W1的孔隙122上的状态，粉体205是指受转移单元140压印至第一承载单元110上的状态，而以层状的物件单元210描述粉体205经固化单元150热压定型后的状态。

详细而言，第二承载单元120具有沿Y轴延伸的圆筒结构特征，且以Y轴作为其旋转轴而呈现如图1所示逆时针方向的旋转，且圆筒结构被区分为内侧W1与外侧W2，孔隙122连通外侧W2与内侧W1，其中布置单元130与转移单元140可动地设置于内侧W1，第一承载单元110位于外侧W2。布置单元130例如是布粉滚轮，其用以提供并布置多个粉体200在第二承载单元120的孔隙122上且位于内侧W1。在本实施例中，布置单元130是以静电手段让粉体200能与第二承载单元120之间产生吸附效果，且各孔隙122的孔径小于且接近各粉体200的外径，因此布置单元130能顺利地将粉体200布置在第二承载单元120的内侧W1且对应每一个孔隙122。本发明并未限制上述粉体布置方法。

转移单元140例如是点矩阵（dot matrix）转移单元或喷气头等，其沿Y轴来回移动，且沿Z轴相对于第二承载单元120上的孔隙122进行转移，即在本实施例中，转移单元140是以负Z轴方向转移位于内侧W1的粉体200，并因此将粉体200从内侧W1经由孔隙122而转移穿出孔隙122至外侧W2而压印至第一承载单元110的平面S1上，上述转移方向（负Z轴方向）正交于第一承载单元110的平面（X-Y平面）。

图3是图1的立体打印装置打印出立体物件的示意图。请同时参考图1与图3，当完成将粉体200以转移单元140的转移动作而压印至平面S1后，设置在第一承载单元110上的固化单元150接着对平面S1上的压印粉体205进行热压，以藉此固定并成型出一层物件单元210。据此，随着第一承载单元110与第二承载单元120分别受控于控制单元170而得以进行相对运动的状态下，立体打印装置100便能通过逐层地将物件单元210叠置在第一承载单元110的平面S1上而逐渐成形出立体物件220。

举例来说，如图3所示，通过第二承载单元120不停地（以Y轴）滚动，且沿X轴移动，并搭配转移单元140在其内的转移压印动作，便能在第一承载单元110的平面S1上形成一层物件单元210，也即此时平面S1能被视为是滚筒结构的切平面；接着，在完成一层物件单元210后，第一承载单元110相对于第二承载单元120而沿负Z轴方向远离第二承载单元120，因此第二承载单元120便能再次在第一承载单元110上形成另一层物件单元210，以叠置于前一层的物件单元210上。如此，逐层地叠置出每一层物件单元210后，便能成型出立体物件220。本实施例并未限定移动的构件须为第一承载单元110或第二承载单元120，也即能造成两者产生相对运动者均能被适用于本实施例。

另一方面，本实施例的立体打印装置100还包括回收单元160。在此，回收单元160是由刮除器162与搜集器164所组成的部件组，如图1所示，转移单元140受控于控制单元170，因此会依据所欲成型的物件单元210的轮廓而对应地转移第二承载单元120上的至少部分孔隙122，以将符合轮廓的孔隙122处的粉体200转移压印至第一承载单元110上，因此未受转移单元140转移的粉体200会随着第一承载单元110的转动而移至转移单元140远离布置单元130的另一侧，以利于使粉体200被刮除器162所刮除并汇集于搜集器164处。换句话说，在本实施例中，布置单元130在平面S1（相当于X-Y平面）上的正投影与回收单元160在平面S1上的正投影，是位于转移单元140在平面S1上的正投影的相对两侧，据以让第二承载单元120的孔隙122在完成压印后得以净空，以利下一次布置单元130的布粉动作。另，所搜集的粉体200也可供布置单元130所回收再利用。

图4是依据另一实施例的一种立体打印装置的示意图。请参考图4，在本实施例中，立体打印装置300是由第一承载单元110、多个打印模块310A、310B、310C、310D与固化单元150所构成。打印模块310A、310B、310C、310D分别可移动地设置在第一承载单元110的上方，且各打印模块310A、310B、310C、310D包括第二承载单元120、布置单元130与转移单元140。请同时对照图1，换句话说，在图4的实施例中，各个打印模块310A、310B、310C、310D分别能被视为与图1所述具有相同的构件配置，也即每一个打印模块310A、310B、310C、310D均是先通过布置单元130将粉体200布置在第二承载单元120，而后以转移单元140将粉体200转移至第一承载单元110并再以固化单元150予以固化定型，在此便不再赘述。

而不同于上述实施例的是，图4所示实施例的打印模块310A、310B、310C、310D中这些布置单元130是用以提供不同颜色的粉体200，且打印模块310A、310B、310C、310D的其中之一是提供白色的粉体，其余打印模块则分别提供青色（Cyan）、洋红色（Magenta）与黄色（Yellow）的粉体。由此可知，本实施例的立体打印装置300通过提供白色粉体的打印模块提供底色，而后以各种原色进一步地混色出彩色的立体物件220，并因此得以提高立体打印装置300的适用范围。

综上所述，在上述实施例中，通过将粉体布置在第二承载单元的孔隙上，而后以转移单元转移对应的孔隙，以将其上的粉体转移至第一承载单元，且由于第一承载单元与第二承载单元之间存在相对运动，因此通过控制单元控制上述构件便能达到将粉体压印在第一承载单元上的效果，接着通过固化单元予以热压定型，而完成在第一承载单元上形成一层物件单元的目的。据此，立体打印装置便能通过上述构件的相对运动，而逐层地叠置这些物件单元，以达到最终在第一承载单元上形成立体物件的效果。

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，用以形成一立体物件，该立体物件是以多层物件单元所叠置而成，其特征在于，该立体打印装置包括：

一第一承载单元；

一第二承载单元，具有多个孔隙；

一布置单元，提供并布置多个粉体于该第二承载单元的该些孔隙上；

一转移单元，该第二承载单元可移动地设置在该转移单元与该第一承载单元之间，该转移单元将位于该些孔隙上的至少部分该些粉体转移至该第一承载单元上；以及

一固化单元，设置在该第一承载单元上，该固化单元固化位于该第一承载单元上的该些粉体而形成一层物件单元。

2.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，还包括：

一控制单元，电性连接该第一承载单元、该第二承载单元、该转移单元、该布置单元与该固化单元，其中该转移单元受控于该控制单元而转移该些孔隙上的至少部分该些粉体至该第一承载件上，且该第一承载单元与该第二承载单元分别受控于该控制单元而产生相对运动，以在该第一承载单元上堆叠多层物件单元。

3.根据权利要求1项所述的立体打印装置，其特征在于，该第二承载单元为能滚动的一圆筒结构，该圆筒结构具有一内侧与一外侧，该些孔隙形成于该圆筒结构的表面而连通该外侧与该内侧，该布置单元与该转移单元位于该内侧，该第一承载单元位于该外侧，该布置单元将该些粉体布置于该内侧，经由该转移单元转移该些粉体，该些粉体被转移并穿过该些孔隙而移至该第一承载单元上。

4.根据权利要求3项所述的立体打印装置，其特征在于，该第一承载单元为该圆筒结构下方的一移动平台，该移动平台具有一平面，该转移单元以一转移方向转移位于该内侧的至少部分该些粉体，该转移方向正交于该平面。

5.根据权利要求4项所述的立体打印装置，其特征在于，该平面平行或重合于该滚筒结构的切平面。

6.根据权利要求3项所述的立体打印装置，其特征在于，还包括：

一回收单元，设置于该内侧，用以回收未被该转移单元转移的该些粉体。

7.根据权利要求6项所述的立体打印装置，其特征在于，该第一承载平台具有一平面，该回收单元在该平面上的正投影与该布置单元在该平面上的正投影，位于该转移单元在该平面上的正投影的相对两侧。

8.根据权利要求1项所述的立体打印装置，其特征在于，该转移单元为点矩阵转移单元。

9.根据权利要求1项所述的立体打印装置，其特征在于，各该孔隙的孔径小于各该粉体的外径。

10.一种立体打印装置，其特征在于，包括：

一第一承载单元，具有一平面；

多个打印模块，分别可移动地设置在该第一承载单元上方，各该打印模块包括：

一第二承载单元，具有多个孔隙；

一布置单元，提供并布置多个粉体于该第二承载单元的该些孔隙上；

一转移单元，其中该第二承载单元可移动地设置在该转移单元与该第一承载单元之间，该转移单元转移该些孔隙上的至少部分该些粉体，以将至少部分该些粉体打印至该平面上；以及

一固化单元，位于该第一承载单元上，该固化单元固化位于该第二承载单元上的该些粉体而形成一层物件单元。

11.根据权利要求10项所述的立体打印装置，其特征在于，该些打印模块的该些布置单元提供不同颜色的粉体，且其中一打印模块的该布置单元提供白色的粉体。

12.根据权利要求11项所述的立体打印装置，其特征在于，其余打印模块分别提供青色、洋红色与黄色的粉体。

13.根据权利要求10项所述的立体打印装置，其特征在于，还包括：

一控制单元，电性连接该第一承载单元、该些打印模块与该固化单元，该第一承载单元与该些打印模块分别受控于该控制单元而产生相对运动，以在该平面上堆叠多层物件单元而形成一立体物件。

14.根据权利要求10项所述的立体打印装置，其特征在于，各该第二承载单元为能滚动的一圆筒结构，该圆筒结构具有一内侧与一外侧，该些孔隙形成于该圆筒结构的表面而连通该外侧与该内侧，该布置单元与该转移单元位于该内侧，该第一承载单元位于该外侧，该布置单元将该些粉体布置于该内侧，经由该转移单元转移该些粉体，该些粉体被转移并穿过该些孔隙而移至该平面上。

15.根据权利要求14项所述的立体打印装置，其特征在于，当各该打印模块布置粉体于该平面上时，该转移单元以一转移方向转移位于该内侧的至少部分该些粉体，该转移方向正交于该平面。

16.根据权利要求14项所述的立体打印装置，其特征在于，该平面平行或重合于该滚筒结构的切平面。

17.根据权利要求14项所述的立体打印装置，其特征在于，各该打印模块还包括：

一回收单元，设置于该内侧，用以回收未被该转移单元转移的该些粉体。

18.根据权利要求17项所述的立体打印装置，其中该回收单元在该平面上的正投影与该布置单元在该平面上的正投影，位于该转移单元在该平面上的正投影的相对两侧。

19.根据权利要求10项所述的立体打印装置，其特征在于，该转移单元为点矩阵转移单元。

20.根据权利要求10项所述的立体打印装置，其特征在于，各该孔隙的孔径小于或等于各该粉体的外径。