CN105196536A - 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，包括摆动盛槽、摆动机构、升降平台、光源及控制单元。摆动盛槽用以盛装液态成型材。摆动盛槽包括支点侧及适于以支点侧为中心摆动的摆动侧。摆动机构包括凸轮及用以带动凸轮转动的马达。凸轮设置于摆动侧且其外缘抵靠摆动侧以带动摆动侧摆动。升降平台及光源分别配置于摆动盛槽上方及下方。控制单元控制升降平台浸入液态成型材至深度。光源照射并固化位于升降平台与摆动盛槽的底部间的液态成型材。此时，控制单元控制摆动机构带动摆动侧摆动，使固化的液态成型材与底部分离而位于升降平台上。
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光固化立体成型(Stereolithography)的立体打印装置。
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(additivemanufacturingtechnology)来建造物理三维(threedimensional,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(computeraideddesign,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。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。
以光固化立体成型(Stereolithography)的立体打印装置为例，升降平台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，以使液态成型材受光照而固化，并逐层堆叠于升降平台上。如此，通过升降平台沿着轴向Z逐层移动，即可使液态成型材逐层固化并彼此堆叠于升降平台上而形成立体物件。在立体物件通过逐层堆叠而成型的过程中，被固化的液态成型材也会粘着于盛槽的底部，若移动升降平台，则可能使粘着于盛槽底部的被固化的液态成型材产生破裂或损毁。此外，若已固化的液态成型材沾粘在盛槽的底部，也可能干扰光源的照射而影响后续的成型结果。因此，在现有的立体打印技术下，如何使立体打印装置所打印出的立体物件具有良好的打印品质，也逐渐成为本领域开发人员关注的焦点。
发明内容
本发明提供一种立体打印装置，其具有良好的打印品质。
本发明的一种立体打印装置，包括摆动盛槽、摆动机构、升降平台、光源及控制单元。摆动盛槽用以盛装液态成型材。摆动盛槽包括支点侧以及摆动侧。摆动侧适于以支点侧为枢转中心而摆动。摆动机构包括凸轮以及驱动马达。凸轮设置于摆动侧且包括至少一凸缘。凸轮抵靠于摆动侧，以旋转而通过该至少一凸缘带动摆动侧进行往复摆动。驱动马达用以带动凸轮转动。升降平台可移动地配置于摆动盛槽的上方。光源配置于摆动盛槽的下方，以照射并固化液态成型材。控制单元耦接光源、摆动机构与升降平台。控制单元控制升降平台浸入液态成型材至初始深度。光源照射并固化位于升降平台与摆动盛槽的底部之间的液态成型材。此时，控制单元控制摆动机构带动摆动侧摆动，以使被固化的液态成型材与底部分离而位于升降平台上，被固化的液态成型材逐层堆叠于升降平台上而形成立体物件。
在本发明的一实施例中，上述的立体打印装置还包括驱动齿轮以及蜗杆。驱动齿轮包括驱动转轴，连接凸轮的转轴，以使凸轮随着驱动齿轮转动。蜗杆连接驱动马达并与驱动齿轮啮合。驱动马达驱动蜗杆转动，以使蜗杆带动驱动齿轮转动。
在本发明的一实施例中，上述的凸轮为偏心凸轮。偏心凸轮的形心与转轴之间具有间距。
在本发明的一实施例中，上述的凸轮包括多个凸缘。凸轮旋转一周带动摆动侧进行多次往复摆动，其中凸缘的数量等于凸轮旋转一周带动摆动侧进行往复摆动的次数。
在本发明的一实施例中，上述的凸轮带动摆动侧往远离升降平台的方向摆动，使摆动侧相对于水平面低于支点侧。
在本发明的一实施例中，上述的立体打印装置还包括至少一弹性复位件，设置于摆动侧，以在摆动机构带动摆动侧摆动后，将摆动侧回复原位，使摆动侧与支点侧位于同一水平面上。
在本发明的一实施例中，上述的立体打印装置还包括固定架，支点侧枢设于固定架上，使摆动侧适于以支点侧为枢转中心而摆动。
在本发明的一实施例中，上述的驱动马达固设于固定架上。
在本发明的一实施例中，上述的立体打印装置还包括托架，设置于摆动侧。凸轮配置于托架内，且外缘抵靠于托架上，以在凸轮旋转时带动托架摆动。
在本发明的一实施例中，上述的立体打印装置还包括感测元件，用以感测摆动侧的位置。
在本发明的一实施例中，上述的控制单元依据感测元件的感测结果控制驱动马达是否带动凸轮转动。
基于上述，本发明设置摆动机构于摆动盛槽的摆动侧上，并将摆动机构的凸轮抵靠于摆动侧，以使凸轮在转动时带动摆动盛槽的摆动侧进行摆动。如此，立体打印装置即可通过摆动摆动盛槽的摆动侧而使被固化的液态成型材与摆动盛槽的底部轻易分离，因而可避免被固化的液态成型材粘着于摆动盛槽的底部而在升降平台上移时破裂的情形，也可避免被固化的液态成型材沾粘于摆动盛槽的底部而影响后续的打印品质。因此，本发明确实可提高立体打印装置的打印品质。
此外，本发明利用驱动马达驱动凸轮进行转动，因此，在凸轮转动至定位后，立体打印装置无需对驱动马达持续通电即可使摆动盛槽的摆动侧维持在当前的位置上，因而可降低维护及操作成本。此外，由于本发明的立体打印装置在凸轮转动到定位之后即无需对驱动马达持续通电，因而能有效控制驱动马达所产生的热能，进而提升立体打印装置的产品可靠性及安全性。
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是本发明的一实施例的一种立体打印装置的示意图；
图2是本发明的一实施例的摆动盛槽的立体示意图；
图3是图2的摆动盛槽的摆动侧的剖面示意图；
图4是本发明的一实施例的摆动机构的局部放大示意图；
图5是本发明的另一实施例的摆动机构的局部放大示意图；
图6是图2的摆动盛槽的摆动侧的立体示意图；
图7是本发明的一实施例的摆动盛槽于打印状态的示意图；
图8是本发明的一实施例的摆动盛槽于摆动状态的示意图。
附图标记说明：
10：立体物件；
100：立体打印装置；
110：摆动盛槽；
112：支点侧；
114：摆动侧；
116：液态成型材；
118：底部；
120：摆动机构；
122：凸轮；
122a：转轴；
122b：凸缘；
122c：形心；
124：驱动马达；
126：驱动齿轮；
126a：驱动转轴；
128：蜗杆；
130：升降平台；
140：光源；
150：控制单元；
160：弹性复位件；
170：固定架；
180：托架；
190：感测元件；
D1：初始深度；
G1：间距；
S1：摆动方向。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图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，仅是参考附图的方向。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是本发明的一实施例的一种立体打印装置的示意图。图2是本发明的一实施例的摆动盛槽的立体示意图。请同时参照图1以及图2，本实施例的立体打印装置100适于依据数字立体模型信息打印出立体物件10。立体打印装置100包括摆动盛槽110、摆动机构120、升降平台130、光源140及控制单元150。在本实施例中，控制单元150用以读取数字立体模型，并耦接光源140、摆动机构120与升降平台130，以依据此数字立体模型控制摆动机构120、升降平台130及光源140的动作。在本实施例中，数字立体模型可为数字立体图像文件，其例如由电脑主机通过电脑辅助设计(computer-aideddesign,简称CAD)或动画建模软件等建构而成。
在本实施例中，摆动盛槽110用以盛装液态成型材116，而升降平台130可移动地配置于摆动盛槽110的上方，并适于往靠近摆动盛槽110的方向移动，以浸入液态成型材116中。光源140配置于摆动盛槽110的下方，用以照射并固化特定部分的液态成型材116。立体打印装置100适于读取前述的数字立体模型，并将此数字立体模型横切为多个横截面。控制单元150依据此数字立体模型的横截面逐层打印而堆叠出立体物件10，此立体物件10即是通过光源140照射并固化液态成型材116而得。
具体而言，在本实施例中，升降平台130配置于摆动盛槽110的上方，并适于沿轴向相对于摆动盛槽110移动，此轴向可例如垂直于液态成型材116的液面。举例而言，在图1中，升降平台130适于沿Z轴移动而浸入盛装在摆动盛槽110内的液态成型材116。在本实施例中，升降平台130具有承载面，用以承载立体物件10，承载面朝向光源140。光源140设置于摆动盛槽110的下方，且光源140包括激光元件和/或振镜模块。激光元件适于发出激光，振镜模块适于将激光投射至液态成型材116。然而，本发明并不限制光源140的种类及组成元件。在本实施例中，液态成型材116例如是光敏树脂或其他适用的光固化材料，因此，液态成型材116受到光源140的照射后固化。如此，控制单元150控制升降平台130浸入液态成型材116至初始深度D1，并控制升降平台130在液态成型材116中自上述的初始深度D1逐层往远离光源140的方向移动，并且控制光源140逐层照射位于升降平台130与摆动盛槽110的底部118之间的液态成型材116，以逐层固化被照射的特定部分液态成型材116，而在升降平台130的承载面上逐层堆叠而形成立体物件10。
承上述，由于液态成型材116被固化于升降平台130与摆动盛槽110的底部118之间，被固化的液态成型材116也有可能粘着于摆动盛槽110的底部118。因此，为了避免粘着于底部118的被固化的液态成型材116因为升降平台130的上移而破裂，或是避免已固化的液态成型材116沾黏于底部118而干扰光源140的照射，本实施例的摆动盛槽110还如图2所示包括支点侧112以及摆动侧114，摆动侧114适于通过摆动机构120的带动而以支点侧112为枢转中心沿摆动方向S1进行摆动。如此，当控制单元150控制升降平台130浸入液态成型材116至预定深度，并使光源140照射并固化位于升降平台130与底部118之间的液态成型材116之后，控制单元150即可控制摆动机构120带动摆动侧114沿摆动方向S1进行摆动，以使被固化的液态成型材116与底部118完整分离，并如图1所示地位于升降平台130上。
图3是图2的摆动盛槽的摆动侧的剖面示意图。图4是本发明的一实施例的摆动机构的局部放大示意图。具体来说，摆动机构120包括设置于摆动侧114的凸轮122以及用以带动凸轮122转动的驱动马达124。凸轮122包括至少一凸缘122b(图4示出为一个)以及转轴122a，其中，凸轮122抵靠于摆动侧114，以旋转而通过上述的凸缘122b带动摆动侧114进行往复摆动。在本实施例中，凸轮122为偏心凸轮，其具有一个凸缘122b，而转轴122a与凸轮122的形心122c之间具有间距G1。凸轮122抵靠于摆动侧114，如此，凸轮122旋转一周可通过凸缘122b带动摆动侧114进行一次往复摆动。
图5是本发明的另一实施例的摆动机构的局部放大示意图。在此必须说明的是，本实施例的摆动机构120与图4的摆动机构120相似，因此，本实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，本实施例不再重复赘述。请参照图5，以下将针对本实施例的摆动机构120与图4的摆动机构120的差异做说明。
本实施例的摆动机构120也包括设置于摆动侧114的凸轮122以及用以带动凸轮122转动的驱动马达124，惟本实施例的凸轮122如图5所示包括多个凸缘122b(图5示出为两个呈对称设置的凸缘122b)，其中，凸轮122抵靠于摆动侧114，以旋转而通过上述的多个凸缘122b带动摆动侧114进行多次往复摆动。在本实施例中，凸缘122b的数量为两个，其彼此呈对称设置。在此配置情况下，凸轮122可呈椭圆形，而相对两凸缘122b则可位于此椭圆形的长轴的相对两端。上述的凸轮122抵靠于摆动侧114，如此，凸轮122旋转一周可通过其两个凸缘122b来带动摆动侧114进行两次往复摆动。须说明的是，由于凸轮122是通过其凸缘122b来带动摆动侧114进行往复摆动，因此，凸缘122b的数量等于凸轮122旋转一周可带动摆动侧114进行往复摆动的次数。使用者可依实际产品需求来设计凸轮122所需的凸缘数量。
详细来说，立体打印装置100还可包括固定架170。支点侧112如图2所示枢设于固定架170上，使摆动侧114适于以支点侧112为枢转中心而沿摆动方向S1进行摆动。驱动马达124则可固设于固定架170上。进一步来说，立体打印装置100还可包括托架180，其设置于摆动侧114。凸轮122如图4或图5所示配置于托架180内，且其外缘抵靠于托架180上。如此，由于其转轴122a的偏心配置，离转轴122a较远的部分外缘会在凸轮122旋转的过程中往下压迫托架180，因而带动托架180如图4的箭头所示的方向移动，而托架180如图3所示锁固于摆动侧114上，因而能带动摆动盛槽110的摆动侧114如图2所示地以支点侧112为枢转中心沿摆动方向S1进行摆动。
图6是图2的摆动盛槽的摆动侧的立体示意图。进一步而言，立体打印装置100还包括驱动齿轮126以及蜗杆128。驱动齿轮126包括驱动转轴126a，其中，驱动转轴126a连接如图4或图5所示的凸轮122的转轴122a，以使凸轮122随着驱动齿轮126转动。蜗杆128则连接驱动马达124并如图6所示地与驱动齿轮126啮合。驱动马达124用以驱动蜗杆128转动，以使蜗杆128带动驱动齿轮126转动，进而使驱动齿轮126带动凸轮122转动。如此，本实施例即可利用驱动马达124驱动蜗杆128的特性来带动凸轮122转动，进而带动摆动盛槽110的摆动侧114进行摆动。
此外，在本实施例中，立体打印装置100还可包括感测元件190，用以感测摆动侧114的位置，而控制单元150可依据感测元件190的感测结果来控制驱动马达124是否带动凸轮122转动。详细来说，控制单元150可依据感测元件190所感测到的摆动侧114的位置来控制驱动马达124是否须带动凸轮122转动而调整摆动侧114的位置。如此配置，由于本实施例是利用驱动马达124驱动蜗杆128来带动凸轮122转动，因此，在感测元件190感测到凸轮122转动至定位后，立体打印装置100无需对驱动马达124持续通电即可使摆动盛槽110的摆动侧114维持在当前的位置上，因而可降低维护及操作成本。此外，由于本实施例在凸轮122转动到定位之后即无需对驱动马达124持续通电，因而能有效控制驱动马达124所产生的热能，进而提升立体打印装置100的产品可靠性及安全性。
图7是本发明的一实施例的摆动盛槽于打印状态的示意图。图8是本发明的一实施例的摆动盛槽于摆动状态的示意图。请同时参照图7以及图8，本实施例的摆动盛槽110在立体打印装置100进行打印时呈现如图7所示的打印状态，其摆动侧114与支点侧112位于同一水平面上，而在光源照射并固化位于升降平台130与摆动盛槽110的底部118之间的液态成型材116之后，摆动机构120的凸轮122带动摆动侧114往远离升降平台130的方向摆动，使摆动侧114如图8所示相对于水平面(例如升降平台130的承载面)低于支点侧112，以使被固化的液态成型材116可轻易与摆动盛槽110的底部118分离。
此外，在本实施例中，立体打印装置100还可如图3、图7及图8所示包括至少一弹性复位件160。在此须说明的是，为求图面简洁，图7以及图8省略了前述的固定架170，以更清楚示出弹性复位件160。弹性复位件160设置于摆动侧114，因此，在摆动机构120带动摆动侧114往下摆动后，弹性复位件160如图8所示受到压迫而产生弹性回复力，因此，在凸轮122a对摆动侧114的下压力消失后，弹性复位件160可利用其弹性回复力将摆动侧114回复原位，也即使摆动侧114回到如图7所示与支点侧112位于同一水平面的位置。
综上所述，本发明于摆动盛槽的摆动侧上设置摆动机构，并将摆动机构的凸轮抵靠于摆动侧，以在凸轮转动时带动摆动盛槽的摆动侧进行摆动。如此，立体打印装置即可通过对摆动盛槽的摆动侧进行摆动而使被固化的液态成型材与摆动盛槽的底部分离，因而可避免被固化的液态成型材粘着于摆动盛槽的底部而在升降平台上移时破裂的情形，也可避免被固化的液态成型材沾粘于摆动盛槽的底部而影响后续的打印品质。因此，本发明确实可提高立体打印装置的打印品质。
此外，本发明利用驱动马达驱动凸轮进行转动，因此，在凸轮转动至定位后，立体打印装置无需对驱动马达持续通电即可使摆动盛槽的摆动侧维持在当前的位置上，因而可降低维护及操作成本。此外，由于本发明的立体打印装置在凸轮转动到定位之后即无需对驱动马达持续通电，因而能有效控制驱动马达所产生的热能，进而提升立体打印装置的产品可靠性及安全性。
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 (12)
1.一种立体打印装置，其特征在于，包括：
摆动盛槽，用以盛装液态成型材，该摆动盛槽包括支点侧以及摆动侧，该摆动侧适于以该支点侧为枢转中心而摆动；
摆动机构，包括：
凸轮，设置于该摆动侧且包括转轴以及至少一凸缘，该凸轮抵靠于该摆动侧，以旋转而通过该至少一凸缘带动该摆动侧进行往复摆动；以及
驱动马达，用以带动该凸轮转动；
升降平台，可移动地配置于该摆动盛槽的上方；
光源，配置于该摆动盛槽的下方，以照射并固化该液态成型材；以及
控制单元，耦接该光源、该摆动机构与该升降平台，该控制单元控制该升降平台浸入该液态成型材至初始深度，该光源照射并固化位于该升降平台与该摆动盛槽的底部之间的液态成型材，此时，该控制单元控制该摆动机构带动该摆动侧摆动，以使被固化的液态成型材与该底部分离而位于该升降平台上，被固化的液态成型材逐层堆叠于该升降平台上而形成立体物件。
2.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，还包括：
驱动齿轮，包括驱动转轴，连接该转轴，以使该凸轮随着该驱动齿轮转动；以及
蜗杆，连接该驱动马达并与该驱动齿轮啮合，该驱动马达驱动该蜗杆转动，以使该蜗杆带动该驱动齿轮转动。
3.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该凸轮为偏心凸轮，该偏心凸轮的形心与该转轴之间具有间距。
4.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该凸轮包括对称设置的多个凸缘，该转轴与该凸轮的形心重合，该凸轮旋转一周带动该摆动侧进行多次往复摆动。
5.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该凸缘的数量等于该凸轮旋转一周带动该摆动侧进行往复摆动的次数。
6.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该凸轮带动该摆动侧往远离该升降平台的方向摆动，使该摆动侧相对于水平面低于该支点侧。
7.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，还包括至少一弹性复位件，设置于该摆动侧，以在该摆动机构带动该摆动侧摆动后，将该摆动侧回复原位，使该摆动侧与该支点侧位于同一水平面上。
8.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，还包括固定架，该支点侧枢设于该固定架上，使该摆动侧适于以该支点侧为枢转中心而摆动。
9.根据权利要求8所述的立体打印装置，其特征在于，该驱动马达固设于该固定架上。
10.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，还包括托架，设置于该摆动侧，该凸轮配置于该托架内，且该外缘抵靠于该托架上，以在该凸轮旋转时带动该托架摆动。
11.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，还包括感测元件，用以感测该摆动侧的位置。
12.根据权利要求11所述的立体打印装置，其特征在于，该控制单元依据该感测元件的感测结果控制该驱动马达是否带动该凸轮转动。
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