CN105014965B - 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，其包括盛槽、移动平台、光源、检测模块以及控制单元。盛槽用以盛装一液态成型材，而移动平台可移动地配置在此盛槽的上方。光源配置在盛槽的下方，用以照射液态成型材，致使一立体物件逐层固化在移动平台上。检测模块配置在盛槽的上方。检测模块包括一信号发送器以及一信号接收器，此信号发送器用以发射一检测信号。控制单元启动检错机制而控制移动平台往检测模块移动。控制单元根据信号接收器是否检测到检测信号来判断立体物件是否发生异常。
Description
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,简称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电脑辅助设计(computeraided design,简称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在基座的上方沿着XY平面移动，从而使建构材料形成正确的横截面层形状。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平面上照射作为建构材料的液态成型材，以使液态成型材被固化，并堆叠在打印模块的一移动平台上。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。在立体物件通过逐层堆叠而成型的过程中，已成型的立体物件可能因为接触到盛槽的底部或与盛槽分离不完全而产生损毁或断裂。因此，如何能提高立体打印的速度与品质，仍是本领域开发人员的主要课题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种立体打印装置，可检测打印中的立体物件是否发生毁损或断裂的状况，以提高立体打印的打印品质。
本发明提出一种立体打印装置，此立体打印装置包括一盛槽、一移动平台、一光源、一检测模块以及一控制单元。盛槽用以盛装一液态成型材，而移动平台可移动地配置在此盛槽的上方。光源配置在盛槽的下方，用以照射液态成型材，致使一立体物件逐层固化在移动平台上。此外，检测模块配置在盛槽的上方。检测模块包括一信号发送器以及一信号接收器，此信号发送器用以发射一检测信号，而此信号接收器设置在此检测信号的传递路径上。控制单元耦接检测模块与移动平台，并启动检错机制而控制移动平台往检测模块移动。控制单元根据信号接收器是否检测到检测信号来判断立体物件是否发生异常。
在本发明的一实施例中，上述的检测模块包括一移动构件，信号发送器与信号接收器配置在此移动构件上。在控制单元控制移动平台往检测模块移动之后，控制单元控制移动构件往扫描方向移动。
在本发明的一实施例中，上述的移动构件在一检测期间往扫描方向移动。若信号接收器在此检测期间连续的检测到检测信号，控制单元判定立体物件发生异常。
在本发明的一实施例中，上述的移动构件在一检测期间往扫描方向移动。若信号接收器在此检测期间未连续的检测到检测信号，控制单元判定立体物件并未发生异常。
在本发明的一实施例中，上述的信号发送器在一检测位置上发射检测信号。若信号接收器检测到检测信号，控制单元判定立体物件发生异常。若信号接收器未检测到检测信号，控制单元判定立体物件并未发生异常。
在本发明的一实施例中，上述的信号发送器的检测位置为一预设位置。
在本发明的一实施例中，上述的控制单元判断打印参数是否符合启动条件。当打印参数符合启动条件，控制单元启动检错机制。
在本发明的一实施例中，当检错机制启动时，上述的控制单元控制移动平台沿一轴向往检测模块移动，而此轴向垂直于液态成型材的表面。控制单元依据打印参数决定移动平台在上述轴向上的移动高度。
在本发明的一实施例中，上述的立体打印装置还包括一警示单元。若控制单元判定立体物件发生异常，控制单元控制警示单元发出一警示。
基于上述，本发明的立体打印装置在打印立体物件的期间启动检错机制，以根据检测信号的传递是否被打印中的立体物件阻挡来检测立体打印物件是否发生异常。当立体打印物件因为碰撞或沾粘在盛槽底部而发生断裂时，立体打印装置可实时的检测到立体物件发生异常并据以发出警示予使用者。如此一来，使用者可依据立体打印装置的警示执行进一步的操作，而避免立体打印装置在发生异常的状态下持续进行打印。因此，本发明确实可提高立体打印装置在使用上及操作上的实用性，还可减少打印材料的浪费，进而可降低生产的成本。
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
下面的附图是本发明的说明书的一部分，示出了本发明的示例实施例，附图与说明书的描述一起说明本发明的原理。
图1是依照本发明一实施例所示出的立体打印装置的示意图；
图2是依照本发明一实施例所示出的立体物件发生异常的示意图；
图3是依照本发明另一实施例所示出的立体打印装置的局部俯视示意图；
图4A是依照本发明又一实施例所示出的立体打印装置的局部正视示意图；
图4B是依照本发明又一实施例所示出的立体打印装置的局部侧视示意图；
图5是依照本发明又一实施例所示出的移动移动平台的范例示意图。
附图标记说明：
10：立体打印装置；
110：盛槽；
120：移动平台；
130：光源；
140：检测模块；
141、141a、141b、141c、141d、141e：信号发送器；
142、142a、142b、142c、142d、142e：信号接收器；
143：移动构件；
30：立体物件；
150：控制单元；
160：警示单元；
102：液态成型材；
P1：传递路径；
H1：移动方向；
S1：扫描方向；
d1：移动高度。
具体实施方式
有关本发明之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式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，仅是参考附加图式的方向。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是依照本发明一实施例所示出的立体打印装置的示意图。请参照图1，立体打印装置10包括一盛槽110、一移动平台120、一光源130、一检测模块140、一控制单元150以及一警示单元160。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110用以盛装液态成型材102。移动平台120可移动地配置在盛槽110的上方，并适于浸入液态成型材102中。光源130配置在盛槽110的下方，用以照射液态成型材102。由于本实施例的液态成型材102采用光敏树脂或其他适用的光固化材料，故液态成型材102在受到光源130的照射之后固化。
再者，检测模块140配置在盛槽110的上方，其包括信号发送器141以及信号接收器142。信号发送器141用以发射一检测信号，而信号接收器142设置在此检测信号的传递路径P1上。检测模块140可依照其信号发送方式与信号检测方式而实作成不同种类的检测装置，本发明对于检测模块140的实际硬件结构并不限制。举例而言，检测模块140可以是光检测模块也可以是声波检测模块。相似的，信号发送器141以及信号接收器142也将依照检测模块140的种类而有不同的实施态样。
进一步来说，若检测模块140为一种声波检测模块，信号发送器141发送的检测信号为声波信号，此声波信号例如是超音波。换言之，若检测模块140为声波检测模块，则信号发送器141为用以发送声波信号的声波发送器，而信号接收器142为用以检测声波信号的声波接收器。再者，由于信号接收器142设置在此声波信号的传递路径P1上，因此信号接收器142可在没有不透光物件阻挡声波信号的情况下检测到信号发送器141所发射的声波信号。
另一方面，若检测模块140为一种光检测模块，则信号发送器141发送的检测信号为一光束。依照信号发送器141所发射的光束的种类而区分，信号发送器141例如是红外线发射器、紫外线发射器或激光光发射器等可以发射光线的光源，本发明对此并不限制。再者，由于信号接收器142设置在此光束的传递路径P1上，因此信号接收器142可在没有不透光物件阻挡光束的情况下检测到信号发送器141所发射的光束。
控制单元150耦接移动平台120、光源130与检测模块140，用以控制移动平台120、光源130与检测模块140。进一步来说，立体打印装置10适于依据一数字立体模型而制造出立体物件30，其中数字立体模型可通过例如电脑辅助设计(CAD)或动画建模软件建构而成，以将数字立体模型横切为多个横截面。立体打印装置10读取此数字立体模型，并依据数字立体模型的横截面逐层打印出立体物件30，而立体物件30即是通过光源130照射并逐层固化液态成型材102而得。
具体来说，在本实施例中，移动平台120定位在盛槽110的上方，并适于沿一轴向相对于盛槽110移动，此轴向可垂直于液态成型材102的液面。举例而言，如图1所示，移动平台120适于沿轴向Z移动，以相对于位在XY平面上的盛槽110移动，并且适于浸入盛装在盛槽110内的液态成型材102。其中，控制单元150控制浸于液态成型材102内的移动平台120沿轴向Z往远离光源130的方向移动，以逐层固化液态成型材102，从而通过逐层堆叠的方式在移动平台120上生成立体物件30。
值得一提的是，在本实施例中，在生成立体物件30的过程中，控制单元150可启动检错机制而控制移动平台120往检测模块140移动。也就是说，当控制单元150启动检错机制时，控制单元150控制移动平台120从盛槽110内移出，并且控制移动平台往接近检测模块140的方向移动。举例而言，在图1所示的范例中，检测模块140的信号发送器141以及信号接收器142设置在盛槽110的开口处上方的两侧。因此当控制单元150启动检错机制时，控制单元150控制移动平台120沿轴向Z移出盛槽110，并控制移动平台120往靠近信号发送器141以及信号接收器142的方向移动，致使打印中的立体物件30可位于信号发送器141以及信号接收器142之间。
可以知道的是，若将立体物件30置于检测信号的传递路径P1上，信号接收器142会因为检测信号被立体物件30阻挡而无法接收到信号发送器141所发射的检测信号。举例来说，若检测模块140为光检测模块，由于不透光的立体物件30置于光束的传递路径P1上，信号接收器142将不会接收到信号发送器141所发射的光束。简单来说，在打印立体物件30的过程中，控制单元150决定移动平台120的移动路径，并据以控制移动平台120而将立体物件30置于检测信号的传递路径P1上，从而依据信号接收器142是否接收到信号发送器141所发射的检测信号来判断立体物件30是否发生异常。举例来说，若检测模块140为声波检测模块，控制单元150可根据信号接收器142是否检测到声波来判断立体物件30是否发生异常。需说明的是，为了清楚说明本发明，以下将以检测模块140为光检测模块为例继续进行说明，但本领域技术人员当可依照下述说明而推知其他种类的检测模块的应用状况。
图2是依照本发明一实施例所示出的立体物件发生异常的示意图。请同时参照图1与图2，在立体物件30未发生异常的状况下，立体物件30将阻挡信号发送器141所发射的光束，因此信号接收器142不会检测到信号发送器141所发射的光束。相反地，当立体物件30发生断裂的状况时，原本应该受到立体物件30阻挡的光束会经由传递路径P1而传送至信号接收器142。也就是说，由于信号接收器142在不应该接收到光束的情况下检测到信号发送器141所发射的光束，因此控制单元150可据以检测出立体物件30发生断裂或异常。
在本实施例中，一旦控制单元150判定立体物件30发生异常或断裂，控制单元150可控制警示单元160发出像是提示文字(indicating text)、声响(sound)与灯光(lamplight)的其一或其组合的警示(alarm)，从而提醒使用者立体打印装置10发生打印错误的事件。此外，在另一实施例中，当控制单元150判定立体物件30发生异常或断裂时，控制单元150也可直接终止打印立体物件30的打印程序，以避免立体打印装置在错误的状态下持续进行打印。
需特别说明的是，图1与图2虽以一组信号发送器与信号接收器为例进行说明，但本发明对于信号发送器与信号接收器的数量并不限制，可视实际应用状况而设计。再者，本发明的实现方式可依据信号发送器与信号接收器的设置方式(固定式或移动式)而有所不同，可视实际应用状况与需求而决定。举例而言，在一实施例中，检测模块的信号发送器与信号接收器可以固定设置的方式而配置在盛槽上方处。在另一实施例中，检测模块的信号发送器与信号接收器也可以是设置在一移动构件上，使信号发送器与信号接收器通过移动构件而在盛槽上方处移动。以下将针对上述的两种设置方式分别列举范例进行说明，以进一步清楚说明本发明。
图3是依照本发明另一实施例所示出的立体打印装置的局部俯视示意图。请参照图3，在本范例中，检测模块140位于盛槽110的上方。检测模块140包括五个信号发送器，分别为信号发送器141a、信号发送器141b、信号发送器141c、信号发送器141d以及信号发送器141e。相对的，检测模块140包括五个信号接收器，分别为信号接收器142a、信号接收器142b、信号接收器142c、信号接收器142d以及信号接收器142e。信号发送器141a～141e各自位于其检测位置上发射光束，且这些信号发送器141a～141e所在的检测位置为预先设置的预设位置，而信号接收器142a～142e分别用以接收信号发送器141a～141e各自发射的光束。
如图3所示，在本实施例中，信号接收器142a用以检测信号发送器141a所发射的光束，信号接收器142b用以检测信号发送器141b所发射的光束。依此类推，信号接收器142e用以检测信号发送器141e所发射的光束。因此，在立体打印的过程中，当控制单元150启动检错机制时，移动平台120从盛槽110内移出，并沿轴向Z移动至一定高度致使打印中的立体物件可置于这些信号接收器142a～142e与信号发送器141a～141e之间。
基此，若信号接收器142a～142e其中之一并未检测到光束，代表该检测信号被打印中的立体物件阻挡，控制单元150判定立体物件并未发生异常。相反地，若信号接收器142a～142e全数检测到各自的光束，控制单元150将判定立体物件在打印的过程中发生异常。值得一提的是，在本实施例的固定式的检测模块中，倘若信号发送器与信号接收器的数量越多或设置密度越高，本实施例的检测立体物件是否发生异常的准确度也就越高。
另外，图4A是依照本发明又一实施例所示出的立体打印装置的局部正视示意图。图4B是依照本发明又一实施例所示出的立体打印装置的局部侧视示意图。请同时参照图1、图4A与图4B，在本实施例中，检测模块140可移动的配置在盛槽110的上方。除了信号发送器141以及信号接收器142，检测模块140包括一移动构件143。信号发送器141与信号接收器142配置在此移动构件143上。如图4A所示，信号发送器141配置在移动构件143的一端，而信号接收器142配置在移动构件143的另一端。同样的，为了让信号接收器142检测到信号发送器141所发射的光束，信号接收器142配置在信号发送器141所发射的光束的传递路径P1上。
在本实施例中，在打印立体物件30的过程中，控制单元150可启动检错机制，从而使移动平台120往检测模块140移动。在本实施例中，当控制单元150启动检错机制时，控制单元150控制移动平台沿移动方向H1(轴向Z)移动，使打印中的立体物件30可移动至移动构件143的上方，且打印中的立体物件30可位于信号发送器141与信号接收器142之间。
承上述，当控制单元150控制移动平台120从盛槽110内往检测模块140移动后，控制单元150还控制移动构件143往扫描方向S1移动。在本范例中，控制单元150再控制移动构件143沿扫描方向S1(轴向Y)从盛槽110开口处上方的一侧移动至盛槽110上方的另一侧。具体来说，移动构件143在一检测期间往扫描方向S1移动，使信号发送器141所发射的光束可基于轴向Y上的位移而对其所在的XY平面进行完整的扫描动作。
倘若立体物件30发生断裂，立体物件30将不会阻挡到信号发送器141所发射的光束，因此信号接收器142可在检测期间不间断的检测到信号发送器141所发射的光束。也就是说，若信号接收器142在此检测期间连续的且不间断的检测到光束，控制单元150判定立体物件30发生异常。相反地，若信号接收器142在此检测期间未连续的检测到光束，代表信号发送器141所发射的部分光束被立体物件30遮蔽，控制单元150将判定立体物件30并未发生异常或断裂。
值得一提的是，上述实施例并未限制控制单元150启动检错机制的时机点，但在一实施例中，控制单元150可依据特定的启动条件来决定是否启动检错机制。具体来说，控制单元150可判断打印参数是否符合启动检错机制的启动条件，从而决定是否启动检测立体物件是否发生异常的检错机制。即，当打印参数符合启动条件，控制单元150将据以启动检测立体物件是否发生异常的检错机制。
打印参数可以是立体物件的厚度信息或打印时间长度，也可以是代表各种打印状态的参数，本发明对此不限制。举例而言，在立体打印期间，控制单元150可每隔一固定时间就启动一次检错机制。或者是，每当立体物件在移动平台120上逐层堆叠的累积厚度到达一预设值(例如：3厘米)时，控制单元150启动检错机制。换言之，打印参数的选择与启动条件可视实际应用状况而定。
值得一提的是，控制单元150还可以依据上述的打印参数而决定移动平台120的移动方式。具体来说，图5是依照本发明又一实施例所示出的移动移动平台的范例示意图。需先说明的是，在本范例中，假设用以启动检错机制的打印参数为立体物件30的累积厚度参数。其中，累积厚度参数随着立体物件30在移动平台120上逐层堆叠而递增。每当累积厚度参数等于一预设值时，控制单元150启动检错机制并将累积厚度参数重新归零。
一旦控制单元150启动检错机制，控制单元150控制移动平台120沿方向H1(轴向Z)从盛槽110内往检测模块140移动，而轴向Z垂直于液态成型材102的液体表面。再者，控制单元150可依据打印参数决定移动平台120在轴向Z上的移动高度d1。详细来说，在本范例中，由于检错机制的启动条件为累积厚度参数等于预设值，因此控制单元150可依据当前的累积厚度参数来决定移动平台120在轴向Z上的移动高度d1，致使信号发送器141以及信号接收器142可针对立体物件30上未被检测过的部位或刚成型的部位进行检测。举例来说，控制单元150可控制移动平台120在轴向Z上的移动高度d1，致使信号发送器141在每次检测期间所发射的光束均照射在接近立体物件30的底部的一特定位置上。
综上所述，在本发明的上述实施例中，立体打印装置可在打印立体物件的期间启动检错机制。当立体打印装置启动检错机制时，通过打印平台的移动使打印中的立体物件位在检测模块的检测信号的传递路径上。基此，立体打印装置可根据信号接收器是否检测到检测信号而实时的检测出立体物件是否发生异常或断裂。当立体打印装置检测到立体物件发生异常时，将据以发出警示予使用者或直接终止打印程序。如此一来，可避免立体打印装置在发生异常的状态下持续进行打印，从而减少立体打印材料的浪费与时间上的浪费，以提升立体打印装置的打印品质。
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 (8)
1.一种立体打印装置，其特征在于，包括：
盛槽，用以盛装液态成型材；
移动平台，可移动地配置在该盛槽的上方；
光源，配置在该盛槽的下方，用以照射该液态成型材，致使立体物件逐层固化在该移动平台上；
检测模块，配置在该盛槽的上方，包括信号发送器以及信号接收器，该信号发送器用以发射检测信号，而该信号接收器设置在该检测信号的传递路径上；以及
控制单元，耦接该检测模块与该移动平台，启动检错机制而控制该移动平台往该检测模块移动，并根据该信号接收器是否检测到该检测信号来判断该立体物件是否发生异常，
其中，当该检错机制启动时，该控制单元控制该移动平台沿轴向上升一移动高度而往该检测模块移动，该轴向垂直于该液态成型材的表面，且该控制单元依据打印参数决定该移动平台在该轴向上的该移动高度，其中，该打印参数包括厚度信息及打印时间长度中的至少其中一个。
2.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该检测模块包括移动构件，该信号发送器与该信号接收器配置在该移动构件上，在该控制单元控制该移动平台往该检测模块移动之后，该控制单元控制该移动构件往扫描方向移动。
3.根据权利要求2所述的立体打印装置，其特征在于，该移动构件在检测期间往该扫描方向移动，若该信号接收器在该检测期间连续的检测到该检测信号，该控制单元判定该立体物件发生异常。
4.根据权利要求3所述的立体打印装置，其特征在于，该移动构件在检测期间往该扫描方向移动，若该信号接收器在该检测期间未连续的检测到该检测信号，该控制单元判定该立体物件并未发生异常。
5.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该信号发送器在检测位置上发射该检测信号，若该信号接收器检测到该检测信号，该控制单元判定该立体物件发生异常，以及若该信号接收器未检测到该检测信号，该控制单元判定该立体物件并未发生异常。
6.根据权利要求5所述的立体打印装置，其特征在于，该信号发送器的该检测位置为预设位置。
7.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该控制单元判断该打印参数是否符合启动条件，当该打印参数符合该启动条件，该控制单元启动该检错机制。
8.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，还包括警示单元，若该控制单元判定该立体物件发生异常，该控制单元控制该警示单元发出警示。
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