CN105077542B - 立体打印装置及其打印校正板与立体打印校正方法 - Google Patents

立体打印装置及其打印校正板与立体打印校正方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种立体打印装置及其打印校正板与立体打印校正方法。立体打印装置适于喷涂打印材料。立体打印装置包括喷头模块、打印平台以及控制单元。打印平台具有一承载面，而承载面上配置校正图案。校正图案至少包括一基准线道以及一第一辅助线道。控制单元耦接喷头模块。控制单元控制喷头模块沿基准线道喷涂打印材料，并且还根据打印材料在校正图案上的覆盖宽度而相应调整喷头模块的打印速度。

Description

立体打印装置及其打印校正板与立体打印校正方法
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及其打印校正板与立体打印校正方法。
背景技术
随着计算机辅助制造(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。
然而，对于立体打印技术而言，打印材料的粘稠度对于打印材料成型的精确度有相当大的影响。详细而言，不同粘稠度的材料需搭配合适的打印速度，才能避免打印成品失真。具体而言，例如是面团等泥状食用性打印材料，其成分比例多由使用者调制，且打印材料的粘稠度会随着环境而有所变化(例如:温度)。因此，如何依据打印材料的粘稠度，进而选择或校正立体打印的打印速度，实为本领域技术人员所关心的问题之一。
发明内容
本发明提供一种立体打印装置及其打印校正板与立体打印校正方法，可依据打印材料的粘稠度选择并校正打印速度。
本发明提出一种立体打印装置。立体打印装置包括喷头模块、打印平台以及控制单元。打印平台具有一承载面，而承载面上配置校正图案。校正图案至少包括一基准线道以及一第一辅助线道。第一基准线及第二基准线间隔排列而构成基准线道，且基准线道一侧间隔排列第一辅助线而构成第一辅助线道。控制单元耦接喷头模块。控制单元控制喷头模块沿基准线道喷涂打印材料，并且还根据打印材料在校正图案上的覆盖宽度而相应调整喷头模块的打印速度。
本发明提出一种打印校正板，适于与喷头模块相对配置，而由喷头模块喷涂打印材料。打印校正板包括基板以及校正图案。校正图案设置在基板上，至少包括一基准线道以及第一辅助线道。第一基准线及第二基准线间隔排列而构成前述基准线道，且基准线道一侧间隔排列第一辅助线而构成第一辅助线道，使喷头模块沿着基准线道及第一辅助线道喷涂打印材料而呈现覆盖宽度。
本发明提出一种立体打印校正方法，适于校正喷头模块的打印速度。立体打印校正方法包括下列步骤。提供校正图案，前述校正图案至少包括一基准线道以及一第一辅助线道。由喷头模块沿基准线道喷涂打印材料，并且根据打印材料在校正图案上的覆盖宽度，相应调整喷头模块的打印速度。
基于上述，在本发明的实施范例中，立体打印装置将打印材料喷涂在校正图案上，并且根据打印材料在校正图案上的覆盖宽度，校正喷头模块的打印速度。由于打印材料在校正图案上的覆盖宽度可作为判断当下的打印速度是否合适的依据，因而能够协助立体打印装置依据打印材料的粘稠度选择并校正打印速度。
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1A是依照本发明实施例所示出的立体打印装置的部分示意图；
图1B是依照本发明实施例所示出的立体打印装置的部分方块示意图；
图2是依照本发明实施例所示出的打印校正板的示意图；
图3A与3B是依照本发明实施例所示出的校正图案的部分示意图；
图4A～4C是依照本发明实施例所示出的校正图案的示意图；
图5A～5D是依照本发明实施例所示出的打印材料在校正图案上的覆盖宽度的示意图；
图6是依照本发明实施例所示出的立体打印校正方法的流程图。
附图标记说明：
100：立体打印装置；
120：打印平台；
120a：承载面；
140：喷头模块；
160：校正图案；
180：控制单元；
160a：基准线道；
160b：第一辅助线道；
160c：第二辅助线道；
160d：第三辅助线道；
160e：第四辅助线道；
a1：第一基准线；
a2：第二基准线；
b1：第一辅助线；
b2：第二辅助线；
b3：第三辅助线；
b4：第四辅助线；
200：打印校正板；
210：基板；
C1～C4：覆盖宽度；
L：预设宽度；
E：期望打印宽度；
S520～S560：立体打印校正方法的步骤。
具体实施方式
现将详细参考本发明的示范性实施例，在附图中说明所述示范性实施例的实例。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件代表相同或类似部分。
图1A是依照本发明实施例所示出的立体打印装置的部分示意图。图1B是依照本发明实施例所示出的立体打印装置的部分方块示意图。立体打印装置100适于依据使用者的指令进行立体打印。更进一步而言，立体打印装置100可为食物打印机，而其打印材料为使用者自行调制的食用性打印材料。参照图1A与图1B，在本实施例中，立体打印装置100包括打印平台120、喷头模块140、校正图案160与控制单元180。
在本实施例中，打印平台120具有承载面120a，并且承载面120a上配置有校正图案160。喷头模块140设置在打印平台120上方。更详细而言，校正图案160设置在打印平台120与喷头模块140之间，并且至少包括基准线道160a以及第一辅助线道160b。控制单元180耦接喷头模块140，其例如是中央处理器、芯片组、微处理器、嵌入式控制器等具有运算功能的设备，在此不限制。一般而言，控制单元180依据使用者的指令控制喷头模块140在打印平台120进行立体打印。在本发明的一实施例中，控制单元180还控制喷头模块140沿基准线道160a喷涂打印材料，并且还根据打印材料在校正图案160上的覆盖宽度而相应调整喷头模块140的打印速度。
校正图案160在立体打印装置100中，主要用于协助判断喷头模块140的打印速度是否适用于所使用的打印材料。更详细而言，由于打印材料各自具有不同的粘稠度，故立体打印装置100利用打印材料在校正图案160的覆盖宽度来作为选择打印速度的依据。在本实施例中，校正图案160设置在打印平台120的承载面120a上，但本发明并不限于此。图2是依照本发明实施例所示出的打印校正板的示意图。请参照图2，在另一实施例中，立体打印装置100还包括一个打印校正板200，而校正图案160设置在打印校正板200上。打印校正板200例如是可拆卸式地设置在立体打印装置100中。更详细而言，打印校正板200包括基板210与校正图案160，而校正图案160设置在基板210上。基板210配置在立体打印装置100的打印平台120的承载面120a上。当打印校正板200设置在打印平台120与喷头模块140之间时，立体打印装置100以控制单元180控制喷头模块140在打印校正板200上喷涂打印材料，并根据打印材料在打印校正板200上的覆盖宽度校正喷头模块140的打印速度。校正图案160中的基准线道160a与第一辅助线道160b等多条线道可以是由多条线段各自间隔一距离并且平行排列而形成。在其它实施例中，校正图案160中的线道可以是具有颜色的色带，并且相邻的色带为不同颜色。
图3A与3B是依照本发明实施例所示出的校正图案的部分示意图。请参照图3A，在本发明一实施例中，校正图案160包括基准线道160a、第一辅助线道160b、第二辅助线道160c、第三辅助线道160d以及第四辅助线道160e。在本实施例中，第一基准线a1及第二基准线a2间隔排列而构成基准线道160a。基准线道160a一侧间隔排列第一辅助线b1而构成第一辅助线道160b。更有甚者，基准线道160a的另一侧同样间隔排列第二辅助线b2而构成第二辅助线道160c。第一辅助线道160b的一侧还间隔排列第三辅助线b3而构成第三辅助线道160d，并且第二辅助线道160c的一侧还间隔排列第四辅助线b4而构成第四辅助线道160e。在本发明另一实施例中，校正图案160包括基准线道160a、第一辅助线道160b与第二辅助线道160c。基准线道160a同样由第一基准线a1及第二基准线a2间隔排列而构成。基准线道160a一侧间隔排列第一辅助线b1而构成第一辅助线道160b。第一辅助线道160b一侧还间隔排列第二辅助线b2而构成第二辅助线道160c。基准线道160a排列在第一辅助线道160b的一侧，而第二辅助线道160c排列在第一辅助线道160b的另一侧。与图3A的实施例相比，校正图案160仅在基准线道160a的一侧设置第一辅助线道160b与第二辅助线道160c，进而缩减了整体校正图案160所占用的面积。值得注意的是，在一实施例中，基准线道160a、第一辅助线道160b与第二辅助线道160c的宽度可以都为一预设宽度，但在其它实施例中，基准线道160a、第一辅助线道160b与第二辅助线道160c的宽度可不一致。
更进一步而言，校正图案160可以为不同形状的同心排列图案。图4A～4C是依照本发明实施例所示出的校正图案的示意图。请参照图4A～4C，校正图案为多条线道(例如为图3A与图3B所示的基准线道160a、第一辅助线道160b、第二辅助线道160c、第三辅助线道160d以及第四辅助线道160e)所构成的封闭同心圆排列图案、封闭同心矩形排列图案、封闭同心三角形排列图案或封闭同心不规则形排列图案(未示出)。更详细而言，校正图案160可依实际使用需求而设计，且并不仅限于前述的封闭同心排列图案。
校正图案160的多线道设计有助于协助判别喷头模块140的打印速度是否合宜。当控制单元180控制喷头模块140沿基准线道160a喷涂打印材料时，打印材料在校正图案160上的覆盖宽度会受到喷头模块140的喷头移动速度、供料速度以及打印材料的粘稠度影响而有所不同。换言之，可通过选择合适的打印速度来避免因打印材料的粘稠度不同所造成的打印成品失真。
更详细而言，打印速度受到喷头模块140的喷头移动速度与打印材料的供料速度两者影响，故可至少选择调整其中一者来校正打印速度。在本实施例中，喷头移动速度与供料速度都可依照速度快慢而切分为多种等级(例如为五等级)，并且设定在立体打印装置100中。表1为喷头移动速度与供料速度依快慢等级切分为五等级的示意表。
表1喷头移动速度与供料速度分级表
喷头移动速度 供料速度
最慢 M1 S1
慢 M2 S2
中 M3 S3
快 M4 S4
最快 M5 S5
一般而言，立体打印装置100可以设定初始喷头移动速度为M3，初始供料速度为S3，而控制单元180根据打印材料在校正图案160上的覆盖宽度，进一步调整喷头移动速度与供料速度中至少一者以校正打印速度。图5A～5D是依照本发明实施例所示出的打印材料在校正图案上的覆盖宽度的示意图。以下将搭配表1与图5A～5D，说明控制单元180如何根据打印材料在校正图案160上的覆盖宽度，进而校正打印速度。
在图5A～5D的实施例中，校正图案160为图3A实施例中的校正图案160形式，并且基准线道160a、第一辅助线道160b、第二辅助线道160c、第三辅助线道160d以及第四辅助线道160e的宽度都为预设宽度L。此外，初始喷头移动速度为M3，而初始供料速度为S3。请参照图5A，在本实施例中，当打印材料在校正图案160上的覆盖宽度C1超出期望打印宽度E至少一单位的预设宽度L时，代表初始的(或目前的)喷头移动速度M3太慢或者初始的(或目前的)供料速度S3过快。因此，控制单元180可通过增加喷头移动速度与降低供料速度中至少一者来校正打印速度。举例而言，控制单元180可单独调整喷头移动速度，使喷头移动速度由M3提高为M4或M5。此外，控制单元180可单独调整供料速度，使供料速度由S3降低为S2或S1。更进一步而言，控制单元180也可以同时调整喷头移动速度与供料速度，使喷头移动速度提高为M4或M5，而供料速度由S3降低为S2或S1。
值得注意的是，在图5A～5D的实施例中，期望打印宽度E都设为三单位的预设宽度L(即为基准线道160a、第一辅助线道160b以及第二辅助线道160c的合计宽度)，但不限于此，而可以依照实际校正情形变动。
请参照图5B，在本实施例中，当打印材料在校正图案160上的覆盖宽度C2低于期望打印宽度E至少一单位的预设宽度L时，代表初始的(或目前的)喷头移动速度M3太快或者初始的(或目前的)供料速度S3过慢。因此，控制单元180可通过降低喷头移动速度与增加供料速度中至少一者来校正打印速度。举例而言，控制单元180可单独调整喷头移动速度，使喷头移动速度由M3降低为M2或M1。此外，控制单元180可单独调整供料速度，使供料速度由S3升高为S4或S5。更进一步而言，控制单元180也可以同时调整喷头移动速度与供料速度，使喷头移动速度降低为M2或M1，而供料速度由S3升高为S4或S5。
请参照图5C，在本实施例中，打印材料由于无法连续输出，因而同样造成打印材料在校正图案160上的覆盖宽度C3低于期望打印宽度E至少一单位的预设宽度L。此时，控制单元180同样可通过降低喷头移动速度与增加供料速度中至少一者来校正打印速度。具体的喷头移动速度与供料速度的调整方式，请参照图5B与相关的实施例，在此不再赘述。请参照图5D，在本实施例中，打印材料在校正图案160上的覆盖宽度C4并无超出或低于期望打印宽度E至少一单位的预设宽度L。换言之，代表整体的打印速度尚属合宜，而不需要调整喷头移动速度与增加供料速度来校正打印速度。
由图5A～5D的实施例可知，因打印材料的粘稠度所造成的打印误差，可以通过调整喷头移动速度与供料速度来进行校正。然而在本发明另一实施例中，若打印材料太过粘稠或太过稀薄，导致无论如何调整喷头移动速度与供料速度都无法使打印材料在校正图案160上的覆盖宽度符合期望打印宽度E时，则控制单元180还可以直接停止喷头模块140，甚至是立体打印装置100的运作。
仔细而言，当打印材料在校正图案160上的覆盖宽度超出期望打印宽度E至少一单位的预设宽度L，而喷头移动速度不能再增加(例如喷头移动速度为M5)并且供料速度不能再降低(例如供料速度为S1)时，控制单元180停止喷头模块140继续喷涂打印材料。反之，当打印材料在校正图案160上的覆盖宽度低于期望打印宽度E至少一单位的预设宽度L，而喷头移动速度不能再降低(例如喷头移动速度为M1)并且供料速度不能再增加(例如供料速度为S5)时，控制单元180同样地停止喷头模块140继续喷涂打印材料。
由前述实施例可知，控制单元180主要是根据打印材料在校正图案160上的覆盖宽度来决定是否进行打印速度校正以及如何进行打印速度校正。校正图案160的多线道设计则有助于比较打印材料在校正图案160上的覆盖宽度与期望打印宽度间的大小关系。在本发明另一实施例中，立体打印装置100还包括识别模块(未示出)。识别模块判断打印材料在校正图案160上的覆盖宽度，并传输识别结果至控制单元180。举例而言，识别模块例如包括摄像单元与影像分析模块，通过分析打印材料在校正图案160上的覆盖宽度，以回传识别结果至控制单元180，而控制单元180则依据识别结果对喷头模块的打印速度进行调整与校正。
图6是依照本发明实施例所示出的立体打印校正方法的流程图。请参照图6以及图1～图5D的示意图，立体打印校正方法适于校正喷头模块的打印速度，并且包括下列步骤。在步骤S520中，提供一校正图案。校正图案至少包括基准线道与第一辅助线道。在步骤S540中，由喷头模块沿基准线道喷涂打印材料。最后，在步骤S560中，根据打印材料在校正图案上的覆盖宽度，相应校正打印速度。
更详细而言，在本实施例中，校正喷头模块的打印速度的方法为调整喷头模块的喷头移动速度与打印材料的供料速度中至少一者以校正打印速度。当打印材料在校正图案上的覆盖宽度超出期望打印宽度至少一单位的预设宽度时，通过增加喷头移动速度与降低供料速度中至少一者来校正打印速度。相反地，当打印材料在校正图案上的覆盖宽度低于期望打印宽度至少一单位的预设宽度时，控制单元通过降低喷头移动速度与增加供料速度中至少一者来校正打印速度。
值得注意的是，在本发明一实施中，每一线道的宽度可都为预设宽度，而期望打印宽度设定为三单位的预设宽度，但并不以此为限。立体打印校正方法的详细运作流程及设定，请参照前述立体打印装置的详述，在此不再赘述。
综上所述，本发明通过在校正图案上喷涂打印材料，使得立体打印装置可以根据打印材料在校正图案上的覆盖宽度来调整打印速度。立体打印装置通过试印的方式，可针对打印材料的粘稠度来选择合适的打印速度，以此维持打印的品质。换言之，当立体打印装置的打印品质不佳时，可通过调整打印速度或者是打印材料的粘稠度来改善立体打印装置的打印品质。若立体打印装置为食物打印机，当使用者提供不同粘稠度的食用性材料时，立体打印装置都可以对应地选择合适的打印速度。如此一来，即可避免打印成品失真的问题，进而提升立体打印品质。
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 (15)

1.一种立体打印装置，适于喷涂打印材料，其特征在于，该立体打印装置包括：
喷头模块；
打印平台，具有承载面，该承载面上配置校正图案，该校正图案至少包括基准线道以及第一辅助线道，其中第一基准线及第二基准线间隔排列而构成该基准线道，且该基准线道一侧间隔排列第一辅助线而构成该第一辅助线道；以及
控制单元，耦接该喷头模块，该控制单元控制该喷头模块沿该基准线道喷涂该打印材料，并且还根据该打印材料在该校正图案上垂直该基准线道方向的覆盖宽度而相应调整该喷头模块的打印速度以对应该打印材料的黏稠度。
2.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该基准线道的另一侧同样间隔排列第二辅助线而构成第二辅助线道，该第一辅助线道的一侧还设置第三辅助线而构成第三辅助线道，并且该第二辅助线道的一侧还设置第四辅助线而构成第四辅助线道。
3.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该第一辅助线道一侧还间隔排列第二辅助线而构成第二辅助线道，该基准线道排列在该第一辅助线道的一侧，而该第二辅助线道排列在该第一辅助线道的另一侧。
4.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该校正图案为至少由该基准线道及该第一辅助线道所构成的同心圆排列图案、同心矩形排列图案、同心三角形排列图案或同心不规则形排列图案。
5.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该控制单元根据该覆盖宽度而调整该喷头模块的喷头移动速度与该打印材料的供料速度中至少一者而相应调整该喷头模块的该打印速度。
6.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，还包括识别模块，该识别模块判断该打印材料在该校正图案上的该覆盖宽度，并传输识别结果至该控制单元，而该控制单元依据该识别结果相应调整该喷头模块的该打印速度。
7.一种打印校正板，适于与喷头模块相对配置，而由该喷头模块喷涂打印材料，其特征在于，该打印校正板包括：
基板；以及
校正图案，设置在该基板上，该校正图案至少包括基准线道以及第一辅助线道，其中第一基准线及第二基准线间隔排列而构成该基准线道，且该基准线道一侧间隔排列第一辅助线而构成该第一辅助线道，使该喷头模块沿着该基准线道及该第一辅助线道喷涂该打印材料而呈现对应该打印材料黏稠度且垂直该基准线道方向的覆盖宽度。
8.根据权利要求7所述的打印校正板，其特征在于，该基准线道的另一侧同样间隔排列第二辅助线而构成第二辅助线道，该第一辅助线道的一侧还间隔排列第三辅助线而构成第三辅助线道，并且该第二辅助线道的一侧还间隔排列第四辅助线而构成第四辅助线道，使该喷头模块沿着该基准线道、该第一辅助线道、该第二辅助线道、该第三辅助线道以及该第四辅助线道喷涂该打印材料而呈现该覆盖宽度。
9.根据权利要求7所述的打印校正板，其特征在于，该第一辅助线道一侧还间隔排列第二辅助线而构成第二辅助线道，该基准线道排列在该第一辅助线道的一侧，而该第二辅助线道排列在该第一辅助线道的另一侧，使该喷头模块沿着该基准线道、该第一辅助线道以及该第二辅助线道喷涂该打印材料而呈现该覆盖宽度。
10.根据权利要求7所述的打印校正板，其特征在于，该校正图案为至少由该基准线道及该第一辅助线道所构成的同心圆排列图案、同心矩形排列图案、同心三角形排列图案或同心不规则形排列图案。
11.根据权利要求7所述的打印校正板，其特征在于，该基板配置在立体打印装置的打印平台的承载面上。
12.一种立体打印校正方法，适于校正喷头模块的打印速度，其特征在于，该立体打印校正方法包括：
提供校正图案，该校正图案至少包括基准线道以及第一辅助线道；
由该喷头模块沿该基准线道喷涂打印材料；以及
根据该打印材料在该校正图案上垂直该基准线道方向的覆盖宽度，而相应调整该喷头模块的该打印速度以对应该打印材料的黏稠度。
13.根据权利要求12所述的立体打印校正方法，其特征在于，校正该喷头模块的该打印速度的方法，还包括：
调整该喷头模块的喷头移动速度与该打印材料的供料速度中至少一者而相应调整该喷头模块的该打印速度。
14.根据权利要求13所述的立体打印校正方法，其特征在于，根据该打印材料在该校正图案上的该覆盖宽度，相应调整该喷头模块的该打印速度的步骤，还包括：
当该打印材料在该校正图案上的该覆盖宽度超出期望打印宽度至少一单位的预设宽度时，通过增加该喷头移动速度与降低该供料速度中至少一者而相应调整该喷头模块的该打印速度；
当该打印材料在该校正图案上的该覆盖宽度低于该期望打印宽度至少一单位的该预设宽度时，通过降低该喷头移动速度与增加该供料速度中至少一者而相应调整该喷头模块的该打印速度；
当该打印材料在该校正图案上的该覆盖宽度超出该期望打印宽度至少一单位的该预设宽度，而该喷头移动速度不能再增加并且该供料速度不能再降低时，停止由该喷头模块喷涂该打印材料；以及
当该打印材料在该校正图案上的该覆盖宽度低于该期望打印宽度至少一单位的该预设宽度，而该喷头移动速度不能再降低并且该供料速度不能再增加时，停止由该喷头模块喷涂该打印材料。
15.根据权利要求14所述的立体打印校正方法，其特征在于，还包括：
由识别程序判断该打印材料在该校正图案上的该覆盖宽度而产生识别结果，以依据该识别结果相应调整该喷头模块的该打印速度。
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