CN105014963A - 立体打印装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种立体打印装置，包括盛槽、成型平台、第一光学元件、第二光学元件以及光源。成型平台可移动地配置于盛槽上以移入或移出盛槽。第一光学元件与第二光学元件分别配置在盛槽旁，且第二光学元件位于第一光学元件的上方。光源位于盛槽下方。当立体物件成型于成型平台后，成型平台将立体物件移出盛槽。光源提供第一光线，且第一光线依序经由第一光学元件与第二光学元件以绕过盛槽而照射于立体物件。

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
近年来，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(additive manufacturing technology)来建造物理三维(three dimensional,3D)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计算机辅助设计(computer aided design,CAD)等软件所建构的3D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。于此同时，许多可以形成多个薄横截面层的技术手段也逐渐被提出。举例来说，打印装置的打印模块通常可依据3D模型的设计数据所建构的空间坐标XYZ在基坐的上方沿着XY平面移动，从而使建构材料形成正确的横截面层形状。所沉积的建构材料可随后自然硬化，或者通过加热或光源的照射而被固化，从而形成所要的横截面层。因此，通过打印模块沿着轴向Z逐层移动，即可使多个横截面层沿Z轴逐渐堆叠，进而使建构材料在逐层固化的状态下形成立体物件。
以通过光源固化建构材料而形成立体物件的技术为例，打印模块适于浸入盛装在盛槽中的液态成型材中，而光源模块在XY平面上照射液态成型材，以使液态成型材被固化，并堆叠在打印模块的移动平台上。如此，通过打印模块的移动平台沿着轴向Z逐层移动，即可使液态成型材逐层固化并堆叠成立体物件。惟，在现有技术中，当立体物件成型之后，仍须将其移至设备上的另一曝光室以进行最终的固化照射，方能使立体物件外观表面能完整固化。然此举无异增加了立体物件的成型时间，立体打印装置也需据此增设专门进行固化的空间，且因而提高立体打印装置的制作成本与外观尺寸。
发明内容
本发明提供一种立体打印装置，其光源能同时对完成的立体物件进行初始成型及最终固化而提高其适用范围。
本发明的立体打印装置，包括盛槽、成型平台、第一光学元件、第二光学元件以及光源。成型平台可移动地配置于盛槽上以移入或移出盛槽。第一光学元件与第二光学元件分别配置在盛槽旁，且第二光学元件位于第一光学元件的上方。光源位于盛槽下方。当立体物件成型于成型平台后，成型平台将立体物件移出盛槽。光源提供第一光线，该第一光线依序经由第一光学元件与第二光学元件以绕过盛槽而照射于立体物件。
在本发明的一实施例中，上述的成型平台沿一轴向移出或移入盛槽，且成型平台以该轴向旋转。
在本发明的一实施例中，上述的第一光学元件与第二光学元件分别是反射镜。
在本发明的一实施例中，上述的第一光线依序经由第一光学元件与第二光学元件而沿第一平面范围扫描照射至立体物件。成型平台沿一轴向移出或移入盛槽，且该轴向为第一平面的法线方向。
在本发明的一实施例中，上述的成型平台带动立体物件以该轴向旋转且沿该轴向来回移动，以使第一光线照射立体物件的全部表面。
在本发明的一实施例中，上述的盛槽用以盛装液态成型材，而立体打印装置还包括第三光学元件，位于盛槽下方，且光源提供第二光线。第二光线经第三光学元件并穿过盛槽的底部而扫描照射液态成型材，以固化液态成型材而在成型平台上形成立体物件。
在本发明的一实施例中，上述的第三光学元件为反射镜。
在本发明的一实施例中，上述的第一光学元件与第三光学元件为一体结构。
在本发明的一实施例中，上述的第一光学元件位于第三光学元件远离光源的一侧。
在本发明的一实施例中，上述的第二光学元件为振镜。
在本发明的一实施例中，上述的第一光线依序经由第一光学元件与第二光学元件而沿第二平面范围扫描照射至立体物件。成型平台沿一轴向移出或移入盛槽，该轴向平行于第二平面。
在本发明的一实施例中，上述的成型平台带动立体物件以该轴向旋转，而使第一光线照射立体物件的全部表面。
在本发明的一实施例中，上述的立体打印装置为立体平板印刷(SLA，Stereolithography)打印装置。
基于上述，在本发明的上述实施例中，光源除作为将液态成型材固化为立体物件之外，通过第一光学元件与第二光学元件相对于盛槽的配置，光源得以提供第一光线经由上述第一、第二光学元件而绕过盛槽并照射至从盛槽移出的立体物件，据以对成型后的立体物件进行最终的外观固化照射。据此，立体打印装置无须另行提供额外的空间与设备以完成上述最终照射，并因此得以提高立体打印的进程效率以及降低装置的制作成本。
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是依据本发明一实施例的一种立体打印装置的侧视图；
图2是以另一视角示出图1的立体打印装置；
图3是图1的立体打印装置的部分构件的立体示意图；
图4是本发明另一实施例的一种立体打印装置的侧视图；
图5是依据本发明另一实施例的一种立体打印装置的侧视图。
附图标记说明：
100、400、500：立体打印装置；
110：盛槽；
120：成型平台；
130：第一光学元件；
140、440：第二光学元件；
150：光源；
152：发光元件；
154：振镜模块；
154a、154b：振镜；
160：第三光学元件；
200：物件；
300：液态成型材；
530：反射镜；
530a、530b：反射面；
L1：第一光线；
L2：第二光线；
V1：视角。
具体实施方式
图1是依据本发明一实施例的一种立体打印装置的侧视图。图2是以另一视角示出图1的立体打印装置。请同时参考图1与图2，在本实施例中，立体打印装置100例如是SLA(Stereolithography)立体打印装置，其包括盛槽110、成型平台120、第一光学元件130、第二光学元件140、光源150以及第三光学元件160。盛槽110用以盛装液态成型材300。成型平台120受控于控制器(未示出)而可移动地配置于盛槽110上，以使成型平台120能沿Z轴来回移动以达到移入或移出盛槽110及其内的液态成型材300的运动状态。光源150及第三光学元件160设置在盛槽110的下方，其中第三光学元件160例如是反射镜，光源150用以提供第二光线L2，其经由第三光学元件160而朝向盛槽110的底部反射，并穿过盛槽110而照射在成型平台120与盛槽110之间的液态成型材300。由于液态成型材300例如是光敏树脂，而光源150则用以提供能固化光敏树脂的波段的光线(例如紫外线)，因此通过第二光线L2的扫描特性与第三光学元件160所提供的反射效果，第二光线L2得以在成型平台120上进行扫描照射以逐层固化液态成型材300，最终便能在成型平台120上形成立体物件200。
以下先叙述立体物件的成型方式。图3是图1的立体打印装置的部分构件的立体示意图。请同时参考图1与图3，在本实施例中，光源150包括发光元件152与振镜模块154，其中发光元件152例如是紫外线波段的雷射光源，但不以此为限。振镜模块154是由两个振镜154a与154b所组成，且振镜154a与154b的其中之一通过马达(未示出)驱动，而用以驱使从发光元件152所产生的第二光线L2沿X轴方向进行来回扫描，而振镜154a与154b的其中之另一也通过马达(未示出)驱动，而用以驱使从发光元件152所产生的第二光线L2沿Y轴方向进行来回扫描。据此，第二光线L2得以通过振镜模块154而在第三光学元件160的特定范围内(如图3所示出在第三光学元件160上的虚线框)进行扫描，且所述特定范围涵盖盛槽110的底部。故，立体打印装置100得以通过控制器而控制第二光线L2在成型平台120上的扫描范围，而逐层将液态成型材300固化成所需的外形轮廓的立体物件200。
请再参考图1至图3，当立体物件成型之后，成型平台120受控于控制器而将立体物件200移出盛槽110。在本实施例中，立体打印装置100的第一光学元件130、第二光学元件140例如是反射镜，其分别配置在盛槽110旁，且第一光学元件130是设置在第三光学元件160远离(相对于)光源150的一侧。第二光学元件140位于第一光学元件130的上方。据此，当立体物件200被移离盛槽110而位于盛槽110上方时，光源150得以受控于控制器而产生射角异于第二光线L2的第一光线L1，并让第一光线L1依序经由第一光学元件130与第二光学元件140以绕过盛槽110而照射于立体物件200，进而达到对立体物件200提供最终固化照射的效果。
详细而言，请再参考图2，其是以图1所示视角V1所示出，需先说明的是，由于光源150、第一光学元件130与第二光学元件140是沿Z轴而处于不同的高度位置，故在图2中的立体视角会以实线所示出的立体坐标系与虚线所示出的立体坐标系分别说明。
在本实施例中，如上所述，发光元件152所产生的第一光线L1经由振镜模块154而成为在一特定范围内扫描的第一光线L1。因此，当第一光线L1依序经由第一光学元件130与第二光学元件140反射之后，其实质上是沿X-Y平面的范围而扫描照射至立体物件，也即此时第一光线L1照射在立体物件200上的轮廓是呈现沿X轴的直线。在此将X-Y平面定义为第一平面，因而成型平台受控于控制器而进行移动的轴向(Z轴)即为第一平面的法线方向。据此，成型平台120需通过控制器的控制而沿Z轴来回移动同时沿Z轴旋转，方能使第一光线L1照射到立体物件200的全部表面。
图4是本发明另一实施例的一种立体打印装置的侧视图。与上述实施例不同的是，立体打印装置400的第二光学元件440为振镜，类似于前述振镜154a、154b。惟本实施例的第二光学元件440是产生沿Y-Z平面范围而进行扫描的第一光线L1，即第二光学元件440是以X轴为其摆动轴。换句话说，将经过第二光学元件440反射的第一光线L1的扫描范围定义为第二平面，则成型平台120所受控而移动的轴向(Z轴)则是平行于所述第二平面。据此，第一光线L1照射在立体物件200上的轮廓则呈现沿Z轴的直线，而此时的成型平台120仅需以控制器控制将其沿Z轴旋转，便能使第一光线L1照射到立体物件200的全部表面。
图5是依据本发明另一实施例的一种立体打印装置的侧视图。与前述实施例不同的是，本实施例的立体打印装置500中，将上述第一光学元件与第三光学元件形成为一体结构的反射镜530，且将其区分为不同的反射面530a与530b(在此为避免线条混乱，故将所述反射面530a与530b标示于反射镜530的背面，实际上仍须以图式中光线L1、L2所行经的路径为主)，其中反射面530a实质上位于盛槽110的正下方，以使光源150所产生的第二光线L2能经由反射面530a而扫描照射于成型平台120以作为固化液态成型材300之用，而反射面530b实质上位于盛槽110在反射镜530之正投影范围外，即位在反射面530a相对(远离)于光源150的一侧，以作为让光源150所产生的第一光线L1能经由反射面530b而反射至第二光学元件440。此外，本实施例的第二光学元件440同于图4的实施例，故在此不再赘述。
综上所述，在本发明的上述实施例中，立体打印装置通过不同的光学元件的配置，而使光源除作为将液态成型材固化为立体物件之用外，尚能通过第一光学元件与第二光学元件相对于盛槽的配置，而让光源得以提供非固化液态成型材的第一光线，经由上述第一、第二光学元件的反射而绕过盛槽，并照射至已从盛槽移出的立体物件，据以对成型后的立体物件进行最终的外观固化照射。
再者，随着第二光学元件的形式予以适当地改变，而使第一光线能沿不同的平面(如前述第一平面或第二平面)对盛槽外的立体物件进行扫描照射，进而让成型平台搭配以不同的运动状态，而使立体物件的全部表面皆能被照射到第一光线而得以完全固化。
据此，立体打印装置无须另行提供额外的空间与设备以完成上述最终照射，并因此得以提高立体打印的进程效率以及降低装置的制作成本。
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 (13)

1.一种立体打印装置，其特征在于，包括：
一盛槽；
一成型平台，可移动地配置于该盛槽上以移入或移出该盛槽；
一第一光学元件与一第二光学元件，分别配置在该盛槽旁，且该第二光学元件位于该第一光学元件的上方；以及
一光源，位于该盛槽下方，其中当一立体物件成型于该成型平台后，该成型平台将该立体物件移出该盛槽，而该光源提供一第一光线，该第一光线依序经由该第一光学元件与该第二光学元件以绕过该盛槽而照射于该立体物件。
2.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该成型平台沿一轴向移出或移入该盛槽，且该成型平台以该轴向旋转。
3.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该第一光学元件与该第二光学元件分别是一反射镜。
4.根据权利要求3所述的立体打印装置，其特征在于，该第一光线依序经由该第一光学元件与该第二光学元件而沿一第一平面范围扫描照射至该立体物件，而该成型平台沿一轴向移出或移入该盛槽，该轴向为该第一平面的法线方向。
5.根据权利要求4所述的立体打印装置，其特征在于，该成型平台带动该立体物件以该轴向旋转且沿该轴向来回移动，以使该第一光线照射该立体物件的全部表面。
6.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该盛槽用以盛装一液态成型材，而该立体打印装置还包括：
一第三光学元件，位于该盛槽下方，且该光源提供一第二光线，该第二光线经该第三光学元件并穿过该盛槽的底部而扫描照射该液态成型材，以固化该液态成型材而在该成型平台上形成该立体物件。
7.根据权利要求6所述的立体打印装置，其特征在于，该第三光学元件为一反射镜。
8.根据权利要求6所述的立体打印装置，其特征在于，该第一光学元件与该第三光学元件为一体结构。
9.根据权利要求6所述的立体打印装置，其特征在于，该第一光学元件位于该第三光学元件远离该光源的一侧。
10.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该第二光学元件为一振镜。
11.根据权利要求10所述的立体打印装置，其特征在于，该第一光线依序经由该第一光学元件与该第二光学元件而沿一第二平面范围扫描照射至该立体物件，而该成型平台沿一轴向移出或移入该盛槽，该轴向平行于该第二平面。
12.根据权利要求11所述的立体打印装置，其特征在于，该成型平台带动该立体物件以该轴向旋转，而使该第一光线照射该立体物件的全部表面。
13.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该立体打印装置为立体平板印刷装置。
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