CN106346778A - 三维全彩复合打印装置 - Google Patents

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莫皓然
韩永隆
黄启峰
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Abstract

本发明关于一种三维全彩复合打印装置，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；每一颜色墨水容设于其他壳体的空室中；喷墨芯片设于其他壳体的底面，且具有多个喷孔，并连通颜色墨水；成型托盘架构于建构槽中，由升降底座带动以进行上下位移；其中位移机构带动分离壳体位移，使光源组件照射至成型托盘上承载的粒状粉末，沿三维成型物的分层截面轮廓烧结成形，再由多个喷孔喷出颜色墨水于其上，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、激光烧结固态粉末成型(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，已知激光烧结固态粉末成型(Selective LaserSintering，SLS)技术主要则是在一个成型槽中，逐层铺上成型原料粉末，并利用激光光依分层截面轮廓进行扫描烧结，使成型原料粉末的温度上升至融化点，以使成型原料粉末粘接成一分层结构，并逐层堆叠成一3D成型物。然而于此SLS技术中，由于固态的成型原料粉末仅具有单一的色彩，且在其逐层堆叠的过程中，亦没有任何装置可实施全彩的喷印作业，故此SLS技术所制作出的3D成型物亦仅能维持原有固态成型原料粉末的原色，而无法制造出全彩化的3D成型物。
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，应用于激光烧结固态粉末成型(SLS)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，适用一建构槽内容置一粒状粉末成形的一三维成型物，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，提供一激光光源；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，架构于该建构槽中，由一升降底座带动以进行上下位移；其中，该至少一位移机构带动该分离壳体位移，使该光源组件照射至该粒状粉末上，并沿着该三维成型物的一分层截面轮廓进行烧结，以成形一单切层，再由该至少一位移机构带动该其他壳体位移，使设置于该其他壳体内的该至少一喷墨芯片的该多个喷孔喷出该至少一颜色墨水至该单切层上，复重复施作以该光源照射烧结成形该粒状粉末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，并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固态粉末成型机的较佳实施例示意图。
图4为本发明的三维全彩复合打印装置的位移机构上架构分离壳体及其他壳体的配置示意图。
【符号说明】
1：激光烧结固态粉末成型机
2：多功能复合打印装置
20：壳体
20a：分离壳体
20b：其他壳体
201、201a、201b、201c：空室
21：光源组件
22：颜色墨水
23：喷墨芯片
231：底面
24：成型托盘
25、25a、25b：位移机构
3：基座
31：工作平台
32：供粉槽
33：建构槽
34：滚轮
35a、35b：升降底座
36：粒状粉末
37：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，为本发明的三维全彩复合打印装置应用于激光烧结固态粉末成型(SLA)机的较佳实施例示意图。于本实施例为例，该激光烧结固态粉末成型(SLA)机1包含三维全彩复合打印装置2及基座3等组件，其中该三维全彩复合打印装置2包含多个壳体20、一光源组件21、至少一颜色墨水22、至少一喷墨芯片23及一成型托盘24，于基座3的表面上具有工作平台31，且基座3设置有内嵌式的供粉槽32及建构槽33，供粉槽32是邻设于建构槽33，其中，三维全彩复合打印装置2的壳体20、光源组件21、颜色墨水22、喷墨芯片23等构件是对应设置于基座3的工作平台31的上方，惟成型托盘24是设置于建构槽33内，且供粉槽32及建构槽33的底面是由活动式的升降底座35a、35b所构成，其可因应驱动装置(未图示)的驱动以进行上下往复式的升降作业，借以分别将供粉槽32及建构槽33内容设的粒状粉末36进行上下推送，举例来说，当欲进行激光烧结固态粉末成型(SLS)作业前，则借由升降底座35a的上升作业，以将供粉槽32内的粒状粉末36推送至略高于工作平台31的高度，其后再由滚轮34于工作平台31上进行水平位移的推送作业，进而可将粒状粉末36推移至邻设的建构槽33内，此时，建构槽33的升降底座35b则会略为下降，使多三维全彩复合打印装置2可对建构槽33内的粒状粉末36进行后续的激光烧结固态粉末成型(SLS)作业，如此透过供粉槽32及建构槽33彼此独立的往复式的升降作业，可有效调控粒状粉末36的供粉及成型作业。
于一些实施例中，粒状粉末36是为一复合塑胶粉末、一金属粉末及一复合金属粉末的至少其中的一，但不以此为限。
于本实施例中，该三维全彩复合打印装置2的多个壳体20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，且该多个壳体20可区分为至少一分离壳体20a与其他壳体20b，该至少一分离壳体20a与其他壳体20b是彼此分离地设置，且每一壳体20中包含至少一空室201。
以本实施例为例，该多个壳体20区分为一个分离壳体20a与其他壳体20b，该分离壳体20a具有一空室201a，而该其他壳体20b具有二个空室201b、201c，但分离壳体20a与其他壳体20b的空室201的数量并不以此为限。
如图3所示，该多个壳体20是架构于至少一个位移机构25上以进行XY方向的平面位移，但不以此为限，举例来说，其中该至少一分离壳体20a与该其他壳体20b分离架构于该至少一个位移机构25上，亦即该分离壳体20a及该其他壳体20b是共同架构于同一位移机构25上以进行XY方向的平面位移，然由于该分离壳体20a及该其他壳体20b是为分离地架构于同一该位移机构25上，故其分别于不同的位置上进行XY方向的平面位移；又或者是，于另一实施例中，如图4所示，该分离壳体20a架构于一个位移机构25a上以进行XY方向的平面位移，而该其他壳体20b则架构于另一个位移机构25b上以进行XY方向的平面位移，即该分离壳体20a与该其他壳体20b是彼此分离地设置于两位移机构25a、25b上进行XY方向的平面位移，然其是可依实际施作情形而任施变化，并不以此为限。
除此之外，于另一些实施例中，如图3所示，该多个壳体20更可架构于至少一个位移机构25上以进行XYZ三方向的位移，换言之，该多个壳体20增加了如图所示的Z方向的位移，且该至少一分离壳体20a与该其他壳体20b是可分离地、共同架构于同一个位移机构25上，以进行XYZ三方向的位移，然此该分离壳体20a及该其他壳体20b是为分离地架构于该位移机构25的不同位置上以进行XYZ三方向的位移，又或者是该分离壳体20a可单独架构于一个位移机构25a上以进行XYZ三方向的位移(如图4所示)，而该其他壳体20b亦可单独架构于另一个位移机构25b上以进行XYZ三方向的位移(如图4所示)，换句话说，该分离壳体20a及该其他壳体20b可分离地设置于同一位移机构25上，或是可分离地设置于不同的位移机构25a及25b上，其是可依照实际施作情形而任施变化，并不以此为限。
以本发明实施例为例，三维全彩复合打印装置2的该光源组件21设置于该分离壳体20a的空室201a中，提供一激光光源，用以对基座3的建构槽33内的粒状粉末36照射，并沿着成型物37的一分层截面轮廓进行烧结，使粒状粉末36温度升至融点而固化。
又于本实施例中，三维全彩复合打印装置2的该至少一颜色墨水22可为黑色墨水或彩色墨水，但不以此为限。每一该颜色墨水22分别容设于该其他壳体20b的该至少一空室201b、201c中。
该至少一喷墨芯片23对应设于该其他壳体20b的一底面231，且每一该喷墨芯片23均具有多个喷孔(未图示)，连通该至少一颜色墨水22，并受该至少一喷墨芯片23驱动喷出该至少一颜色墨水22；于一些实施例中，该喷墨芯片23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23。
又以本发明实施例为例，该其他壳体20b的空室201b内为容置黑色的颜色墨水22，则其所对应的喷墨芯片23则为具有单一流道的黑色喷墨芯片23，而该其他壳体20b的另一个空室201c内为容置彩色的颜色墨水22，其所对应于彩色的颜色墨水22的喷墨芯片23则为具有三流道的彩色喷墨芯片23，但不以此为限。或是于另一些实施例中，该至少一喷墨芯片23是为二个喷墨芯片23，分别对应于空室201b、201c，且该二喷墨芯片23是为具有二流道的双色喷墨芯片23，但不以此为限。
除此之外，于另一些实施例中，该多个壳体20的该其他壳体20b亦可具有四个用以容设四种颜色墨水22的空室201，其中四个容设一种颜色墨水22的每一空室201中，由其所对应的喷墨芯片23的喷孔输出颜色墨水22，则该对应的喷墨芯片23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23。当然，壳体20的该其他壳体20b亦可具有六个用以容设六种颜色墨水22的空室201，由其所对应的喷墨芯片23的喷孔输出颜色墨水22，则该对应的喷墨芯片23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23，甚至，壳体20的该其他壳体20b亦可具有七个用以容设七种颜色墨水22的空室201，由其所对应的喷墨芯片23的喷孔输出颜色墨水22，则该对应的喷墨芯片23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23。由此可见，该其他壳体20b内的空室201、颜色墨水22及喷墨芯片23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。
以及，如前所述，本发明的三维全彩复合打印装置2的该成型托盘24是架构于建构槽33的升降底座35b上，以随着升降底座35b的驱动进行上下方向的位移，且于成型托盘24上承载支撑由该光源组件21的光源照射粒状粉末36，而固化成形的三维成型物37的单切层。
于本实施例中，本发明的三维全彩复合打印装置2进行全彩化的三维成型程序是为先由位移机构25控制该分离壳体20a以进行XY方向或是XYZ三方向的位移，借以使该分离壳体20a的位置对应于基座3的建构槽33，并使分离壳体20a内装设的光源组件21以光源照射设置于建构槽33中的该粒状粉末36，使之于该成型托盘24上欲成型的位置产生固化，复由该位移机构25控制该其他壳体20b进行XY方向或是XYZ三方向的位移，使该其他壳体20b内的该喷墨芯片23的喷孔对应到前述该粒状粉末36成形固化的位置，并使该喷孔于一预定时间喷出颜色墨水22附着于该烧结成形的粒状粉末36上，以成形一三维成型物37的单切层，再透过设置于建构槽33下方的升降底座35b以控制该成型托盘24向下位移至欲成型另一层单切层的高度，复重复施作以光源组件21照射烧结成形粒状粉末36及喷印颜色墨水22于该已成型的单切层上，以构造出三维成型物37的堆叠层，如此反复上述的光源照射烧结成形粒状粉末36及喷印颜色墨水22制程，进而构造出多个堆叠层，最终固化成形以一全彩化的三维成型物37。
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固态粉末成型(SLS)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 (14)

1.一种三维全彩复合打印装置，适用一建构槽内容置一粒状粉末成形的一三维成型物，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，提供一激光光源；
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，架构于该建构槽中，由一升降底座带动以进行上下位移；
其中，该至少一位移机构带动该分离壳体位移，使该光源组件照射至该成型托盘上承载的该粒状粉末，并沿着该三维成型物的一分层截面轮廓进行烧结，以成形一单切层，再由该至少一位移机构带动该其他壳体位移，使设置于该其他壳体内的该至少一喷墨芯片的该多个喷孔喷出该至少一颜色墨水至该单切层上，复重复施作以该光源照射烧结成形该粒状粉末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，并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所述的三维全彩复合打印装置，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，以进行做XY方向的平面位移。
3.如权利要求1所述的三维全彩复合打印装置，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，以进行做XY方向的平面位移。
4.如权利要求1所述的三维全彩复合打印装置，其特征在于，该多个壳体的该分离壳体及该其他壳体一共同架构于同一个该位移机构上，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。
5.如权利要求1所述的三维全彩复合打印装置，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，以进行做XYZ三方向的位移。
6.如权利要求1所述的三维全彩复合打印装置，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。
7.如权利要求1所述的三维全彩复合打印装置，其特征在于，该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种喷墨芯片。
8.如权利要求1所述的三维全彩复合打印装置，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。
9.如权利要求1所述的三维全彩复合打印装置，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。
10.如权利要求1项所述的三维全彩复合打印装置，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。
11.如权利要求1所述的三维全彩复合打印装置，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。
12.如权利要求1所述的三维全彩复合打印装置，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。
13.如权利要求1所述的三维全彩复合打印装置，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。
14.如权利要求1所述的三维全彩复合打印装置，其特征在于，该粒状粉末是为一复合塑胶粉末、一金属粉末及一复合金属粉末的至少其中的一种粒状粉末。
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