CN104999666A - 三维扫描打印装置 - Google Patents

Abstract

一种三维扫描打印装置，包括一承载台、一处理器、一反射模块、一投影仪以及一三维打印模块。承载台用以承载一物体。处理器与承载台电性连接。反射模块与处理器电性连接，处理器控制反射模块于一第一位置与一第二位置之间移动。投影仪与处理器电性连接，当反射模块位于第一位置时，投影仪投射一结构光至物体并产生一三维空间信息，处理器接收三维空间信息，并产生一三维打印信息。三维打印模块与处理器电性连接，当反射模块位于第二位置时，投影仪依据三维打印信息投射一切层影像，切层影像通过反射模块反射至三维打印模块。本发明将三维扫描功能及三维打印功能整合在同一个装置内。

Description

三维扫描打印装置

技术领域

本发明是关于一种三维扫描打印装置，特别是关于一种同时具有三维扫描功能及三维打印功能的三维扫描打印装置。

背景技术

近年来，随着三维技术的发展，加上其应用的范围广泛，三维扫描(3Dscanning)技术及三维打印(3D printing)技术成了当前科技界的新宠儿。在现有技术中，是先利用三维扫描装置(如：三维扫描器)对物体进行扫描并产生物体外观的信息，接着，再利用另一个三维打印装置依照物体外观的信息，将物体复制出来。

然而，如此使用者需分别使用三维扫描装置及三维打印装置，不仅操作步骤繁琐且整体成本过高。

因此，如何提供一种三维扫描打印装置，可同时具有三维扫描功能及三维打印功能，并达到简化操作步骤及降低成本的功效，实为当前重要的课题之一。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明之目的为提供一种三维扫描打印装置，可同时具有三维扫描功能及三维打印功能，并达到简化操作步骤及降低成本的功效。

为达上述目的，依据本发明的一种三维扫描打印装置，包括一承载台、一处理器、一反射模块、一投影仪以及一三维打印模块。承载台用以承载一物体。处理器与承载台电性连接。反射模块与处理器电性连接，处理器控制反射模块于一第一位置与一第二位置之间移动。投影仪与处理器电性连接，当反射模块位于第一位置时，投影仪投射一结构光至物体并产生一三维空间信息，处理器接收三维空间信息，并产生一三维打印信息。三维打印模块与处理器电性连接，当反射模块位于第二位置时，投影仪依据三维打印信息投射一切层影像，切层影像通过反射模块反射至三维打印模块。

在一实施例中，反射模块包括一平面镜。

在一实施例中，还包括一影像撷取单元，接收三维空间信息并传送至处理器。

在一实施例中，三维扫描打印模块还包括一成型槽以及一耗材，耗材设置于成型槽内，切层影像通过反射模块反射至耗材。

在一实施例中，三维扫描打印模块还包括一马达、一螺杆以及一成型板，处理器驱动马达带动螺杆，螺杆进而带动成型板移动。

在一实施例中，三维空间信息内包括物体的深度信息。

在一实施例中，处理器控制承载台于多个特定角度之间旋转。

在一实施例中，还包括一轨道，反射模块设置于轨道上，并于第一位置与第二位置之间移动。

在一实施例中，影像撷取单元为一电荷耦合元件摄像机。

在一实施例中，耗材的材料包括光固化材料。

本发明的有益效果在于，承上所述，本发明的三维扫描打印装置是利用同一个投影仪，而将三维扫描功能及三维打印功能整合在同一个装置内。详言之，当三维扫描打印装置执行三维扫描时，位于第一位置的反射模块可使投影仪所投射出的结构光照射至物体，以产生关于物体外观的三维空间信息。当三维扫描打印装置接着执行三维打印时，投影仪将投射出关于物体外观的切层影像，并通过位于第二位置的反射模块将切层影像反射至三维打印模块，以进行三维打印。如此，利用同一个投影仪，而将三维扫描功能及三维打印功能整合在同一个装置内，不仅可缩减整个装置的体积，还可降低成本并简化操作步骤。

附图说明

图1为本发明的三维扫描打印装置的一实施例的示意图。

图2至图4为图1所示的三维扫描打印装置的操作示意图。

其中，附图标记说明如下：

1：三维扫描打印装置

11：承载台

12：处理器

13：反射模块

14：投影仪

15：三维打印模块

151：成型槽

152：耗材

153：马达

154：螺杆

155：成型板

16：影像撷取模块

17：轨道

L1：结构光

L2：切层影像

O1：物体

O2：三维打印成品

P1：第一位置

P2：第二位置

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明依本发明较佳实施例之一种三维扫描打印装置，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。

图1为本发明之三维扫描打印装置的一实施例的示意图，请参考图1，在本实施例中，三维扫描打印装置1包括一承载台11、一处理器12、一反射模块13、一投影仪14以及一三维打印模块15。承载台11用以承载物体O1，物体O1是使用者欲利用三维扫描及三维打印进行复制的目标物，图面虽将物体O1绘示为房子模型，然，此仅为举例，本发明并不以此为限。处理器12可以是电脑或其它具控制及处理功能的各种终端装置，在本实施例中，处理器12是以台式电脑为例，同样地，本发明不以此为限。处理器12可提供使用者接口供使用者控制及设定所有与处理器12电性连接的元件、模块或装置，此使用者接口可为处理器12执行一三维扫描打印应用程序所提供。处理器12与承载台11电性连接，处理器12可控制承载台11旋转，此内容将于后段进行详述。另外，在本实施例中，反射模块13可例如是一平面镜，其与处理器12电性连接。在一些实施例中，反射模块13除了包括一平面镜外，可还具有一支撑件，用以支撑平面镜。处理器12可控制反射模块13在第一位置P1与第二位置P2之间移动。当然，在一些实施例中，处理器126亦可控制反射模块13的角度，以增加使用上的弹性及扩大反射范围。投影仪14则与处理器12电性连接，处理器12可控制投影仪14所投出的光源型式或影像内容，此内容亦将于后段进行详述，而投影仪14的投射方向较佳是朝向承载台11的方向。

当使用者欲利用三维扫描打印装置1对物体O1进行三维扫描，以获取关于物体O1外观的信息时，使用者可通过处理器12的使用者接口将三维扫描打印装置1设定为扫描模式，甚至可更深入地设定例如：欲扫描物体的大小、欲打印数量、打印精细度或其他相关内容。在此同时，也就是三维扫描打印装置1被设定为扫描模式时，处理器12将控制反射模块13位在第一位置P1，且处理器12将控制投影仪14投射出结构光L1。由于反射模块13位在第一位置时P1时，投影仪14所投射出的结构光L1并不会投射到反射模块13上，也不会被反射模块13所遮挡，因此，结构光L1可直接投射至承载台11上的物体O1。结构光L1可例如是格雷码(Gary code)线条图像、光栅或是其它可解码成深度数据的图像画面。当结构光L1投射至物体O1后，结构光L1会对应物体O1的外观形状产生改变，而形成关于物体O1外观形状的三维空间信息，也就是说，三维空间信息具有物体O1的深度信息。而处理器12将会接收上述的关于物体O1的三维空间信息，并产生关于物体O1的三维打印信息，关于三维打印信息的相关内容，将于后段进行详述。

接着，请参考图2，图2为图1所示的三维扫描打印装置的操作示意图，当使用者对物体O1进行完如上述的三维扫描后，接着，将利用三维扫描打印装置1对物体O1进行三维打印时，使用者可通过处理器12的使用者接口将三维扫描打印装置1设定为打印模式，甚至更深入设定例如：所打印出物体的大小或其他相关内容。当三维扫描打印装置1被设定为打印模式时，投影仪14会依据前段所述的关于物体O1的三维打印信息，而投射出关于物体O1的切层影像L2，且处理器12将控制反射模块13移动至第二位置P2。位于第二位置P2的反射模块13可将切层影像L2反射至三维打印模块15，以进行三维打印。关于切层影像L2的详细内容，将于后段详述之。

通过上述内容，使用者可直接通过处理器12设定及控制三维扫描打印装置1进行三维扫描及三维打印，甚至可通过程序的设计，令使用者仅需键入或设定所有相关的参数，并按下例如“执行”的图示即可依序完成三维扫描及三维打印，实可达到简化操作步骤的功效。

于此特别说明，第一位置P1及第二位置P2并不以图面所标示的位置为限制。在实际应用上，只要反射模块13处于的位置不会遮挡住投影仪14所投射出的光线(特别是结构光L1，图1)，即可为本发明所称的第一位置P1。另外，只要反射模块13处于的位置可将投影仪14所投射出的光线(特别是切层影像L2，图2)反射至三维打印模块15，即可为本发明所称的第二位置P2。

请再次参考图1，在本实施例中，三维扫描打印装置1还包括一影像撷取模块16，可例如但不限定是电荷耦合元件(charge-coupled device；CCD)摄像机，其又可称作感光耦合元件摄像机。影像撷取模块16可接收由结构光L1照射至物体O1所产生的三维空间信息，并将三维空间信息传送至处理器12，接着，处理器12可对三维空间信息进行解码演算，以得到物体O1被拍摄的那面的三维打印信息。由于结构光L1无法同时照射到整个物体O1的每个面，因此承载台11可以与处理器12电性连接，并受处理器12的控制而于多个特定角度间旋转。举例来说，若假定承载台11的初始角度为0度，可利用处理器12将承载台11接下来旋转的角度设定为90度、180度、270度，当承载台11位在不同角度时，投影仪14将分别投射出一次结构光L1。由于物体O1会随着承载台11的旋转而相对投影仪14旋转，因此，在不同角度所投出的结构光L1会照射到物体O1不同面，以形成对应于物体O1不同面的三维空间信息。通过影像撷取模块16分别接收所述三维空间信息并传送至处理器12，处理器12会将不同角度的三维空间信息进行例如图像拼接算法、杂点过滤算法、三维网格处理算法、三维平滑处理算法等以得到关于物体O1完整(360度)的三维打印信息。当然，处理器12可控制承载台11不只于四个角度(0度、90度、180度、270度)之间旋转，当承载台11被设定的角度越多可得到更贴近于原始物体O1外观的三维打印信息。上述该些算法可存储于处理器12中的存储单元，并通过处理器12中的中央处理单元执行之。

接着，处理器12可依使用者于事先所设定的打印精细度将三维打印信息进行切层，以得到物体O1的切层信息，于此，打印精细度特别是指Z轴(高度)的打印精细度。举例来说，若物体O1的高度为100毫米，而使用者事先所设定的打印精细度为0.1毫米，则处理器12会将上述所得的三维打印信息切成1000等份，以形成1000个切层信息，各切层信息分别对应物体O1不同高度(z＝0.1毫米、z＝0.2毫米…z＝100毫米)的外观形状信息。接着，请参考图2，投影仪14则会依据该些切层信息，依序投射出对应的切层影像L2，并通过反射模块13将切层影像L2反射至三维打印模块15。

在本实施例中，三维打印模块15还包括成型槽151及耗材152，耗材152设置于成型槽151中。耗材152的材料可包括光固化材料，例如但不限为光敏树脂。耗材152照射到特定波长的光源时，会产生化学结构上的变化，被照射到的耗材152将发生固化的现象。基于此，切层影像L2可为包含亮区及暗区的一图案化光源影像，亮部是由可使耗材152固化的特定波长光源所形成，详言之，当切层影像L2照射至耗材152后，被亮部照射到的耗材152会发生固化现象，而对应至暗部位置的耗材152将不会发生固化现象。承上段，当对应至物体O1不同高度外观的切层影像L2依序被反射模块13反射至耗材152时，耗材152将会依照各切层影像L2，逐步打印出三维打印成品O2，如图3，图3为图1所示的三维扫描打印装置的操作示意图。当所有切层影像L2皆依序被反射至耗材152后，将可打印出与物体O1具有大致相同外观的三维打印成品O2，如图4，图4为图1所示的三维扫描打印装置的操作示意图。

请依序参考图2至图4，在本实施例中，三维打印模块15还包括一马达153、一螺杆154以及一成型板155。处理器12可驱动马达153以带动螺杆154，而螺杆154将进而带动成型板155上下移动，三维打印成品O2则形成于成型板155上。在本实施例中，成型板155的移动较佳是对应于切层影像L2的切换及使用者设定的打印精细度。承上段的举例来说，当欲打印出的三维打印成品O2与物体O1的大小相等，且切层影像L2切换成下一个切层影像L2时，成型板155则应对应移动0.1毫米。

请再次参考图1，在本实施例中，三维扫描打印装置1可还包括一轨道17，反射模块13可设置于轨道17上并受处理器12控制而于轨道17上的第一位置P1与第二位置P2之间移动。

综上所述，本发明的三维扫描打印装置是利用同一个投影仪，而将三维扫描功能及三维打印功能整合在同一个装置内。详言之，当三维扫描打印装置执行三维扫描时，位于第一位置的反射模块可使投影仪所投射出的结构光照射至物体，以产生关于物体外观的三维空间信息。当三维扫描打印装置接着执行三维打印时，投影仪将投射出关于物体外观的切层影像，并通过位于第二位置的反射模块将切层影像反射至三维打印模块，以进行三维打印。如此，利用同一个投影仪，而将三维扫描功能及三维打印功能整合在同一个装置内，不仅可缩减整个装置的体积，更可降低成本并简化操作步骤。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于权利要求中。

Claims (10)

1.一种三维扫描打印装置，包括：

一承载台，用以承载一物体；

一处理器，与该承载台电性连接；

一反射模块，与该处理器电性连接，该处理器控制该反射模块于一第一位置与一第二位置之间移动；

一投影仪，与该处理器电性连接，当该反射模块位于该第一位置时，该投影仪投射一结构光至该物体，并产生一三维空间信息，该处理器接收该三维空间信息，并产生一三维打印信息；以及

一三维打印模块，与该处理器电性连接，当该反射模块位于该第二位置时，该投影仪依据该三维打印信息投射一切层影像，该切层影像通过该反射模块反射至该三维打印模块。

2.如权利要求1所述的三维扫描打印装置，其中该反射模块包括一平面镜。

3.如权利要求1所述的三维扫描打印装置，还包括：

一影像撷取单元，接收该三维空间信息并传送至该处理器。

4.如权利要求1所述的三维扫描打印装置，其中该三维打印模块还包括一成型槽以及一耗材，该耗材设置于该成型槽内，该切层影像通过该反射模块反射至该耗材。

5.如权利要求1所述的三维扫描打印装置，其中该三维打印模块还包括一马达、一螺杆以及一成型板，该处理器驱动该马达带动该螺杆，该螺杆进而带动该成型板移动。

6.如权利要求1所述的三维扫描打印装置，其中该三维空间信息内包括该物体的深度信息。

7.如权利要求1所述的三维扫描打印装置，其中该处理器控制该承载台于多个特定角度之间旋转。

8.如权利要求1所述的三维扫描打印装置，还包括：

一轨道，该反射模块设置于该轨道上，并于该第一位置与该第二位置之间移动。

9.如权利要求3所述的三维扫描打印装置，其中该影像撷取单元为一电荷耦合元件摄像机。

10.如权利要求4所述的三维扫描打印装置，其中该耗材的材料包括光固化材料。