CN106346772A - 三维全彩复合打印装置 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种三维全彩复合打印装置，适用于成形一液态树脂的成型物，包含多个壳体具有至少一空室，其中一分离壳体与其他壳体分离架构于至少一个位移机构上；光源组件设置于分离壳体的空室中；每一颜色墨水分别容设于其他壳体的空室中；喷墨芯片设于其他壳体的底面，具有多个喷孔，连通颜色墨水；成型托盘架构于升降台上进行Z方向位移，并承载支撑受光源组件照射而固化的液态树脂的微滴，再由多个喷孔喷出颜色墨水至固化微滴上，使其成形三维成型物的单切层，重复施作，以构造出多个堆叠层，最终固化成形全彩化的三维成型物。

Description

三维全彩复合打印装置

【技术领域】

本发明是关于一种三维全彩复合打印装置，尤指一种适用于立体快速成型机的三维全彩复合打印装置。

【背景技术】

3D打印(3D Printing)成型技术，亦称为快速成型(RapidPrrototyping，RP)技术，因快速成型技术具有自动、直接及快速，可精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或可制造直接使用的零件或成品，从而可对产品设计进行快速的评估，修改及功能试验，大大缩短产品的开发周期，因而使得3D打印成型技术广受青睐。

现今3D打印成型技术正处于蓬勃发展的阶段，所采用的快速成型技术也各异，目前业界所采用的快速成型技术主要包含下述几种技术：胶水喷印固化粉末成型(Color-Jet Printing，CJP，或称Binder Jetting)技术、熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling，FDM)技术、激光烧结液态树脂成型(StereoLithography Apparatus，SLA)技术、紫外光固化液态树脂成型(Multi-JetModeling，MJM)技术、或是激光烧结固态粉末成型(Selective Laser Sintering，SLS)技术等等，但不以此为限。

然前述这些快速成型技术中，除了胶水喷印固化粉末成型(Color-Jet Printing，CJP，或称Binder Jetting)技术能产生全彩的3D成型物外，其余3D打印成型技术均无法能制造全彩的产品，因此对被称为第三次工业革命的3D打印成型技术而言，是一个极大产品技术的缺失，没有真正全彩的产品，意味着人类的科技又回到一个色彩表现被限制的时代，对3D打印成型产业而言是一个致命缺失。

此技术瓶颈主要是因为3D打印成型技术是利用基层堆叠技术，即如图1所示，当欲制造出3D成型物A时，主要是先透过电脑解析A的型态与结构，将之切分为A’所示的多个叠层，随后再透过前述等3D打印成型技术，利用逐层印刷并堆叠成型的方式，将A’所示的叠层以XY的轴向进行印刷，再层层堆叠，使其于Z方向进行堆叠，最后会形成如A所示的半圆形的3D成型物。同样地，如欲进行图2所示的锥形瓶状的3D成型物B，则同样将B切分为B’所示的多个叠层，再进行逐层印刷并堆叠成型，从而制造出锥形瓶状的3D成型物B。然而，在很多3D打印成型技术的所以无法制成全彩3D产品，主要是在逐层堆叠时，缺乏相对应能产生全彩技术的打印头。

举例来说，已知激光烧结液态树脂成型(Stereo LithographyApparatus，SLA)技术则是透过以一UV光源照射，并沿着各分层截面轮廓，对液态UV固化树脂薄层产生聚合反应，以使该液态UV固化树脂薄层固化，再逐层堆叠成形。然而于此UV光固化液态树脂成型过程中，由于作为成型材料的液态UV固化树脂是为单一色彩，且在其以UV光照射进行固化及逐层堆叠过程中，没有任何装置可实施全彩的喷印作业，故以此SLA技术所制作出的3D成型物亦仅能维持原有液态UV固化树脂的原色，而无法制造出全彩化的3D产品。

是以，就目前3D打印成型技术装置的产业而言，其所面临的技术瓶颈即为全彩表现问题，因此如何使此致命的先前技术的缺失能被改善，是目前3D打印成型产业上迫切需要去解决的主要课题。

【发明内容】

本发明的主要目的在于提供一种可实施全彩化的3D打印的三维全彩复合打印装置，应用于激光烧结液态树脂成型(Stereo LithographyApparatus，SLA)技术以实施全彩化的3D打印，俾可解决目前众多3D打印成型技术无法制造出全彩化的技术瓶颈。

为达上述目的，本发明的一较广义实施态样为提供一种全彩复合打印装置，适用于成形一液态树脂的成型物，其包含：多个壳体，具有至少一分离壳体及一其他壳体，每一该壳体具有至少一个空室，且该至少一分离壳体与该其他壳体分离架构于至少一个位移机构上以进行XY方向的平面位移；光源组件，设置于该至少一分离壳体的该空室中，提供一光源；至少一颜色墨水，每一该颜色墨水分别容设于该其他壳体的该至少一空室中；至少一喷墨芯片，每一该喷墨芯片对应设于该其他壳体的一底面，且每一该喷墨芯片均具有多个喷孔，连通该至少一颜色墨水，并受该至少一喷墨芯片驱动喷出该至少一颜色墨水；以及一成型托盘，架构于一升降台上，以进行Z方向的位移；该成型托盘上承载支撑由该分离壳体的该光源组件的该光源照射该液态树脂的微滴，使之固化成形的一固化微滴，再由该其他壳体上的该喷墨芯片的该多个喷孔喷出该至少一颜色墨水至该固化微滴上，使其成形一三维成型物的一单切层，经重复施作该光源照射固化该液态树脂的微滴及喷印该颜色墨水于该单切层上，以构造出该三维成型物的一堆叠层，如此反复构造出多个该堆叠层，最终固化成形一全彩化的三维成型物。

为达上述目的，本发明的另一较广义实施态样为一种全彩复合打印装置，适用于成形一液态树脂的成型物，其包含：多个壳体具有至少一分离壳体及一其他壳体，每一该壳体具有至少一个空室，且至少一分离壳体与其他壳体分离架构于至少一个位移机构上以进行XYZ三方向的位移；光源组件，设置于至少一分离壳体的该空室中，提供一光源；至少一颜色墨水，每一该颜色墨水分别容设于该其他壳体的该至少一空室中；至少一喷墨芯片，每一该喷墨芯片对应设于该其他壳体的一底面，且每一该喷墨芯片均具有多个喷孔，连通该至少一颜色墨水，并受该至少一喷墨芯片驱动喷出该至少一颜色墨水；以及一成型托盘，架构于一升降台上，，以进行Z方向的位移；该成型托盘上承载支撑由该分离壳体的该光源组件的该光源照射该液态树脂的微滴，使之固化成形的一固化微滴，再由该其他壳体上的该喷墨芯片的该多个喷孔喷出该至少一颜色墨水至该固化微滴上，使其成形一三维成型物的一单切层，经重复施作该光源照射固化该液态树脂的微滴及喷印该颜色墨水于该单切层上，以构造出三维成型物的一堆叠层，如此反复构造出多个该堆叠层，最终固化成形一全彩化的三维成型物。

【附图说明】

图1为已知的3D成型物的堆叠分层示意图。

图2为另一已知的3D成型物的堆叠分层示意图。

图3为本发明的三维全彩复合打印装置应用于激光烧结液态树脂成型机的第一较佳实施例示意图。

图4为位移机构上架构分离壳体及其他壳体的配置示意图。

图5为本发明的三维全彩复合打印装置应用于激光烧结液态树脂成型机的第二较佳实施例示意图。

【符号说明】

1、3：激光烧结液态树脂成型机

10、30：壳体

10a、30a：分离壳体

10b、30b：其他壳体

101、101a、101b、101c、301、301a、301b、301c：空室

11、31：光源组件

12、32：颜色墨水

13、33：喷墨芯片

131：底面

14、34：成型托盘

15、35：多功能复合打印装置

16、36：成型槽

17、37：升降台

18、18a、18b、38、38a、38b：位移机构

19、39：液态树脂

2、4：成型物

A、B：3D成型物

A’、B’：3D成型物的分层结构

【具体实施方式】

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非架构于限制本发明。

请参阅图3，其是为本发明的三维全彩复合打印装置应用于激光烧结液态树脂成型(SLA)机的第一较佳实施例示意图。于本实施例为例，该三维全彩复合打印装置15是适用于激光烧结液态树脂成型(SLA)机1中，以成形一液态树脂19的成型物2，该液态树脂19容置于一成型槽16中，而该三维全彩复合打印装置15包含多个壳体10、一光源组件11、至少一颜色墨水12、至少一喷墨芯片13及一成型托盘14。

于本实施例中，该多个壳体10包含至少一分离壳体10a及其他壳体10b，且每一壳体10中至少包含一个空室101，且该多个壳体10是可由但不限由金属材质、塑胶材质、塑胶包覆金属材质的至少其中之一种材质所构成。以本实施例为例，该多个壳体10是区分为一个分离壳体10a与其他壳体10b，且分离壳体10a与其他壳体10b是彼此分离设置，且该分离壳体10a具有一空室101a，而该其他壳体10b则具有二个空室101b、101c，但不以此为限。

于一些实施例中，如图3所示，该多个壳体10架构于至少一个位移机构18上以进行XY方向的平面位移，且该至少一分离壳体10a与该其他壳体10b是分离地架构于该至少一个位移机构18上，亦即该分离壳体10a及该其他壳体10b共同架构于同一个位移机构18上以进行XY方向平面位移，但该分离壳体10a及该其他壳体10b是为分离架构于该位移机构18的不同位置上，以进行XY方向平面位移，又或者是，于另一些实施例中，如图4所示，该分离壳体10a是可架构于一个位移机构18a上以进行XY方向的平面位移，而该其他壳体10b则架构于另一个位移机构18b上以进行XY方向的平面位移，换言之，该分离壳体10a及该其他壳体10b是可架构于同一位移机构18上或是不同的位移机构18a、18b上以进行XY方向的平面位移，其是可依照实际施作情形而任施变化。

请续参阅图3，如图所示，本实施例的三维全彩复合打印装置15的光源组件11是设置于该分离壳体10a的空室101a中，以提供一光源，对液态树脂19照射，并沿着成型物2的一分层截面轮廓进行扫描，使液态树脂19产生聚合反应，以固化成一树脂微粒(未图示)。于本实施例中，光源组件11所提供的光源是为一紫外线(UV)光，且于光源组件11的底部更具有可提供对准照射的相关结构(未图示)，俾可供该紫外线光对液态树脂19进行对准照射。

于本实施例中，该至少一颜色墨水12可为黑色墨水或彩色墨水，但不以此为限。每一该颜色墨水12分别容设于该其他壳体10b的该至少一空室101b、101c中。

每一该至少一喷墨芯片13是对应设置于该其他壳体10b的一底面131，且每一该喷墨芯片13均具有多个喷孔(未图示)，连通该至少一颜色墨水12，并受该至少一喷墨芯片13驱动喷出该至少一颜色墨水12；于一些实施例中，该喷墨芯片13是可为但不限为热汽泡式喷墨芯片、压电式喷墨芯片及微机电(MEMS)制程制造的至少其中之一种喷墨芯片13。

又以本实施例为例，该其他壳体10b的空室101b内为容置黑色的颜色墨水12，则其所对应的喷墨芯片13则为具有单一流道的黑色喷墨芯片13，而该其他壳体10b的另一个空室101c内为容置彩色的颜色墨水12，其所对应于彩色的颜色墨水12的喷墨芯片13则为具有三流道的彩色喷墨芯片13，但不以此为限。或是于另一些实施例中，该至少一喷墨芯片13是为二个喷墨芯片13，分别对应于空室101b、101c，且该二喷墨芯片13是为具有二流道的双色喷墨芯片13，但不以此为限。

除此之外，于另一些实施例中，该多个壳体10的该其他壳体10b亦可具有四个用以容设四种颜色墨水12的空室101，且每一空室101各容设一种颜色墨水12，并由其所对应的喷墨芯片13的喷孔对应输出其对应的颜色墨水12，该对应的喷墨芯片13的数量同样为四，且其是均为具有单一流道的单色喷墨芯片13。当然，壳体10的该其他壳体10b亦可具有六个用以容设六种颜色墨水12的空室101，由其所对应的喷墨芯片13的喷孔输出对应的颜色墨水12，且该对应的喷墨芯片13的数量同样为六个，且其是均为具有单一流道的单色喷墨芯片13，甚至，壳体10的该其他壳体10b亦可具有七个用以容设七种颜色墨水12的空室101，由其所对应的喷墨芯片13的喷孔输出对应的颜色墨水12，则该对应的喷墨芯片13的数量同样为七个，且其是均为具有单一流道的单色喷墨芯片13。由此可见，其他壳体10b的空室101、颜色墨水12及喷墨芯片13的数量、设置方式及型态等是可依照实际情形而任施变化，并不以此为限。

如图3所示，本发明的三维全彩复合打印装置15的成型托盘14亦设置于成型槽16中，且架构于一升降台17上，并可由升降台17的带动以进行Z方向的垂直升降位移，且于成型托盘14上承载支撑由该光源组件11的光源照射该液态树脂19的微滴，使之固化成型于该成型托盘14上。

本发明的三维全彩复合打印装置15进行全彩化的三维成型程序是为先由该位移机构18控制位移该分离壳体10a，使该分离壳体10a内装设的光源组件11以紫外光源照射该成型托盘14上的该液态树脂19的微滴，使之固化成型于该成型托盘14上欲成型的位置，复由该位移机构18控制位移该其他壳体10b，使设置于其他壳体10b上的喷墨芯片13的多个喷孔对应到该成型托盘14上的该液态树脂19的微滴成型固化位置上，并使该喷孔于一预定时间喷出颜色墨水12附着于该固化微滴上，以成形一三维成型物的单切层，再由该升降台17控制在Z方向位移，以带动成型托盘24于Z方向位移欲成型另一层单切层的高度，复重复施作光固化该液态树脂19的微滴及喷印颜色墨水12于该已成型单切层上，以构造出三维成型物的堆叠层，如此反复上述堆叠位移、光固化液态树脂19及喷色制程构造出多个堆叠层，最终固化成形一全彩化的三维成型物2。

又请续参阅图5，其是为本发明三维全彩复合打印装置应用于激光烧结液态树脂成型(SLA)机的第二较佳实施例示意图。以本实施例为例，该三维全彩复合打印装置35包含多个壳体30、一光源组件31、至少一颜色墨水32、至少一喷墨芯片33及一成型托盘34。其相关结构特征如前第一较佳实施例所述，在此不再赘述，仅就与第一较佳实施例不同的处做说明。

于本实施例中，该多个壳体30同样包含至少一分离壳体30a与其他壳体30b，且分离壳体30a与其他壳体30b是架构于至少一个位移机构38上做XYZ方向平面位移，与前述实施例不同的是，本实施例的多个壳体30更增加了Z方向的位移，其中该至少一分离壳体30a与该其他壳体30b是分离架构于该同一个位移机构38上，亦即该分离壳体30a及该其他壳体30b共同架构于一个位移机构38上做XYZ方向平面位移，但该分离壳体30a及该其他壳体30b是为分离架构于该位移机构38的不同位置上以进行XYZ方向平面位移，又于另一些实施例中，该分离壳体30a亦可架构于一个位移机构38a上以进行XYZ方向的位移(如图4所示)，而该其他壳体30b则架构于另一个位移机构38b上以进行XYZ方向的位移(如图4所示)，换句话说，该分离壳体30a及该其他壳体30b可分离地设置于同一位移机构38上，或是可分离地设置于不同的位移机构38a及38b上，其是可依照实际施作情形而任施变化，并不以此为限。

于本实施例中，本发明的三维全彩复合打印装置35进行全彩化的三维成型程序是为先由该位移机构38控制该分离壳体30a以进行XYZ三方向的位移，使该分离壳体30a内装设的光源组件31以紫外光源照射该成型托盘34上的该液态树脂39的微滴，使之固化成型于该成型托盘34上欲成型的位置，复由该位移机构38控制该其他壳体30b进行XYZ三方向的位移，使设置于其他壳体10b上的喷墨芯片33的喷孔对应到该成型托盘34上的该液态树脂39的微滴成型固化位置上，并使该喷孔于一预定时间喷出颜色墨水32附着于该固化微滴上，以成形一三维成型物的单切层，再由该升降台37控制在Z方向位移，以带动成型托盘34于Z方向位移欲成型另一层单切层的高度，复重复施作光固化该液态树脂39的微滴及喷印颜色墨水32于该已成型单切层上，以构造出三维成型物的堆叠层，如此反复上述堆叠位移、光固化液态树脂19及喷色制程构造出多个堆叠层，最终固化成形一全彩化的三维成型物4。

综上所述，本发明的三维全彩复合打印装置，能广泛应用于激光烧结液态树脂成型(SLA)技术，透过位移机构带动三维全彩复合打印装置的壳体于XY方向上进行平面位移、或是于XYZ三方向进行位移，以有效地实施全彩化的3D打印，不仅可突破传统单色的3D成型物的技术瓶颈，增加3D成型物的色彩拟真及艺术性，同时更利于推广全彩化3D打印技术，并使全彩化3D打印技术更为普及化。

本发明得由熟知此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护者。

Claims (15)

1.一种全彩复合打印装置，适用于成形一液态树脂的成型物，其包含：

多个壳体，具有至少一分离壳体及一其他壳体，每一该壳体具有至少一个空室，且该至少一分离壳体与该其他壳体是分离架构于至少一个位移机构上以进行XY方向的平面位移；

一光源组件，设置于该至少一分离壳体的该空室中，提供一光源；

至少一颜色墨水，每一该颜色墨水分别容设于该其他壳体的该至少一空室中；

至少一喷墨芯片，每一该喷墨芯片对应设于该其他壳体的一底面，且每一该喷墨芯片均具有多个喷孔，连通该至少一颜色墨水，并受该至少一喷墨芯片驱动喷出该至少一颜色墨水；以及

一成型托盘，架构于一升降台上，以进行Z方向的位移；

该成型托盘上承载支撑由该分离壳体的该光源组件的该光源照射该液态树脂的微滴，使之固化成形的一固化微滴，再由该其他壳体上的该喷墨芯片的该多个喷孔喷出该至少一颜色墨水至该固化微滴上，使其成形一三维成型物的一单切层，经重复施作该光源照射固化该液态树脂的微滴及喷印该颜色墨水于该单切层上，以构造出该三维成型物的一堆叠层，如此反复构造出多个该堆叠层，最终固化成形一全彩化的三维成型物。

2.如权利要求1所述的全彩复合打印装置，其特征在于，该多个壳体的该分离壳体及该其他壳体共同架构于同一该位移机构上，以进行XY方向的平面位移，且该分离壳体及该其他壳体为分离地架构于该位移机构不同位置上，以进行XY方向的平面位移。

3.如权利要求1所述的全彩复合打印装置，其特征在于，该多个壳体的该分离壳体架构于其中一个该位移机构上，以进行XY方向的平面位移，该其他壳体则架构于另一个该位移机构上，以进行XY方向的平面位移。

4.一种全彩复合打印装置，适用于成形一液态树脂的成型物，其包含：

多个壳体具有至少一分离壳体及一其他壳体，每一该壳体具有至少一个空室，且该至少一分离壳体与该其他壳体分离架构于至少一个位移机构上以进行XYZ三方向的位移；

一光源组件，设置于该至少一分离壳体的该空室中，提供一光源；

至少一颜色墨水，每一该颜色墨水分别容设于该其他壳体的该至少一空室中；

至少一喷墨芯片，每一该喷墨芯片对应设于该其他壳体的一底面，且每一该喷墨芯片均具有多个喷孔，连通该至少一颜色墨水，并受该至少一喷墨芯片驱动喷出该至少一颜色墨水；以及

一成型托盘，架构于一升降台上，以进行Z方向的位移；

该成型托盘上承载支撑由该分离壳体的该光源组件的该光源照射该液态树脂的微滴，使之固化成形的一固化微滴，再由该其他壳体上的该喷墨芯片的该多个喷孔喷出该至少一颜色墨水至该固化微滴上，使其成形一三维成型物的一单切层，经重复施作该光源照射固化该液态树脂的微滴及喷印该颜色墨水于该单切层上，以构造出该三维成型物的一堆叠层，如此反复构造出多个该堆叠层，最终固化成形一全彩化的三维成型物。

5.如权利要求4所述的全彩复合打印装置，其特征在于，该多个壳体的该分离壳体及该其他壳体共同架构于同一该位移机构上，以进行XYZ三方向的位移，且该分离壳体及该其他壳体为分离架构于该位移机构的不同位置上，以进行XYZ三方向的位移。

6.如权利要求4所述的全彩复合打印装置，其特征在于，该多个壳体的该分离壳体架构于其中一个该位移机构上，以进行XYZ三方向的位移，该其他壳体则架构于另一该位移机构上，以进行XYZ三方向的位移。

7.如权利要求1或4所述的全彩复合打印装置，其特征在于，该多个壳体是由一金属材质、一塑胶材质、一塑胶包覆金属材质的至少其中之一种材质所构成。

8.如权利要求1或4所述的全彩复合打印装置，其特征在于，该光源组件所提供的该光源是为一紫外线光。

9.如权利要求1或4所述的全彩复合打印装置，其特征在于，该至少一喷墨芯片是为一热汽泡式喷墨芯片、一压电式喷墨芯片及一微机电制程制造的喷墨芯片的至少其中之一。

10.如权利要求1或4所述的全彩复合打印装置，其特征在于，该至少一喷墨芯片是为二个喷墨芯片，分别为一具有三流道的彩色喷墨芯片及一具有单一流道的黑色喷墨芯片。

11.如权利要求1或4所述的全彩复合打印装置，其特征在于，该至少一喷墨芯片是为二个喷墨芯片，分别为具有二流道的双色喷墨芯片。

12.如权利要求1或4所述的全彩复合打印装置，其特征在于，该至少一喷墨芯片是为四个喷墨芯片，分别为四个具有单一流道的单色喷墨芯片。

13.如权利要求1或4所述的全彩复合打印装置，其特征在于，该至少一喷墨芯片是为六个喷墨芯片，分别为六个具有单一流道的单色喷墨芯片。

14.如权利要求1或4所述的全彩复合打印装置，其特征在于，该至少一喷墨芯片是为七个喷墨芯片，分别为七个具有单一流道的单色喷墨芯片。

15.如权利要求1或4所述的全彩复合打印装置，其特征在于，该至少一颜色墨水是为四种颜色墨水，且分别容设于该壳体的该至少一空室中。