CN106553333A - 熔融沉积成型机 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种熔融沉积成型机，包含：两供输驱动器、两喷头组件、至少一容器以及控制装置，两供输驱动器分别设置于成型线材的U型导送路径之前后段；每一喷头组件包含喷头墨匣，其内容置颜色染料；容器具有容置空间、挤出口及加热器；借此，成型线材受两供输驱动器导引驱动，以U型导送路径进给至喷头组件处，通过喷头组件对成型线材的二表面进行表面喷涂作业，以完成成型线材的完整线径着色，再输送至容器中，由控制装置控制加热器的温度，使成型线材加热熔融，并控制使熔融的液态成型线材由挤出口挤出，以层层堆叠成三维成型物。

Description

熔融沉积成型机

【技术领域】

本发明是关于一种熔融沉积成型机，尤指一种具有成型线材表面着色装置的熔融沉积成型机。

【背景技术】

三维成型技术，亦称为快速成型(Rapid Prototyping，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，因而使得三维打印成型技术广受青睐。

然快速成型技术中，有一种熔融沉积成型(Fused DepositionModeling，FDM)技术，其乃输送成型材料通过加热对成型材料加热成熔融液态，再由一挤出口挤出熔融液态成型材料而冷却堆叠出三维成型物。

然而，以目前熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling，FDM)技术而言，其所成型的三维成型物的色彩，主要是决定于当时供给FDM机的塑胶线材的颜色而定，且一般来说，该塑胶线材的颜色在生产时即已决定好，使用者仅能选择厂商所提供的特定色彩的塑胶线材，并无法依照需求而自行决定塑胶线材的颜色，如此一来，则通过FDM技术所成型的三维成型物，其色彩通常为单一色系，或是仅由几种特定的基本色系所构成，而无法供使用者灵活运用。

有鉴于此，本发明提供一种熔融沉积成型机，其内具有成型线材表面着色装置，用以将成型线材进行加温并可将成型线材的两表面均喷涂着色，如此供使用者可依照需求而将成型线材进行完整着色，并广泛地应用于三维成型技术中，供以产业上利用。

【发明内容】

本发明的主要目的在于提供一种熔融沉积成型机，其内具有成型线材表面着色装置，俾可解决目前熔融沉积成型(FDM)技术仅可制造单一色彩的三维成型物的技术瓶颈。

为达上述目的，本发明的一较广义实施态样为提供一种熔融沉积成型机，包含：两组供输驱动器，分别设置于成型线材的U型导送路径之前后段，供以导引驱动成型线材进给导料；两组喷头组件，分别设置于其对应的供输驱动器的一侧，每一组喷头组件包含至少一喷头墨匣，每一喷头墨匣内是容置至少一颜色染料，并分隔储置，以及每一喷头墨匣的底部内设有至少一喷液产生器，供与至少一颜色染料连通，每一喷头墨匣的底部更设置多个喷孔，且每一喷孔均与内部对应的喷液产生器相连通，促使喷液产生器受驱动时可控制至少一颜色染料由喷孔向外喷出；至少一容器，具有容置空间及挤出口，容置空间内更设有加热器；以及控制装置，与加热器及挤出口电连接；借此，成型线材受两组供输驱动器导引驱动并以U型导送路径进给至两组喷头组件处，通过两组喷头组件对成型线材的二表面进行表面喷涂作业，以完成成型线材的完整线径着色，其后再输入至至少一容置空间中，由控制装置控制加热器的温度，以使完成完整线径着色的成型线材熔融并储置于至少一容器的容置空间中，并通过控制装置的控制以使熔融后的液态成型线材由挤出口挤出，并层层堆叠成三维成型物。

【附图说明】

图1为本发明较佳实施例的适用于熔融沉积成型(FDM)机的成型线材表面着色装置的示意图。

图2为本发明较佳实施例的熔融沉积成型(FDM)机的成型线材表面着色装置的喷头墨匣的底部示意图。

图3为本发明较佳实施例的熔融沉积成型(FDM)机的示意图。

【符号说明】

1：熔融沉积成型机

10：成型线材表面着色装置

11：成型线材

11’：已完成完整线径着色的成型线材

11”：液态成型线材

110：第一表面

111：第二表面

12：材料匣

131、132：供输驱动器

141、142：预热器

151、152：喷头组件

1511、1521：喷头墨匣

1511a：喷墨芯片

1511b：喷孔

1511c：喷液产生器

1512、1522：承载座

1513、1523：喷液回收盒

16：喷头

161：挤出口

17：承载盘

18：驱动轮

2：三维成型物

【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。

请同时参阅图1及图3，图1为本发明较佳实施例的熔融沉积成型(FDM)机的成型线材表面着色装置的示意图，图3为本发明较佳实施例的熔融沉积成型(FDM)机的示意图。如图所示，熔融沉积成型(FDM)机1(如图3所示)是具有成型线材表面着色装置10、容器16、控制装置17及承载盘18等组件，其中，成型线材表面着色装置10包含成型线材11、材料匣12、两组供输驱动器131、132、两组预热器141、142、两组喷头组件151、152等组件。材料匣12用以储置成型线材11，两组供输驱动器131、132分别设置于成型线材11的U型导送路径之前后段，供以导引、驱动成型线材11进给导料，两组预热器141、142及两组喷头组件151、152均分别设置于其对应的供输驱动器131、132的一侧，每一组喷头组件151、152各包含至少一喷头墨匣1511、1521，且每一喷头墨匣1511、1521内均容置至少一颜色染料(未图示)，并分隔储置，且每一喷头墨匣1511、1521的底部内设有至少一喷液产生器1511c(如图2所示)，供与至少一颜色染料连通，每一喷头墨匣1511、1521的底部更设置多个喷孔1511b，且每一喷孔1511b均与内部对应的喷液产生器1511c相连通，促使喷液产生器1511c受驱动时可控制至少一颜色染料由喷孔1511b向外喷出。如图3所示，容器16具有容置空间160及挤出口162，且容置空间160内更设有加热器161；以及控制装置17是与加热器161及挤出口162电连接；借此，成型线材11受此两组供输驱动器131、132导引驱动并以U型导送路径进给至两组喷头组件151、152处，通过两组喷头组件151、152对成型线材11的二表面进行表面喷涂作业，以完成成型线材11的完整线径着色，其后再输入至容器16的容置空间160中，由控制装置17控制加热器161的温度，以使完成完整线径着色的成型线材11’熔融并储置于容器16的容置空间160中，并通过控制装置17的控制以使熔融后的液态成型线材11”由挤出口162挤出，并层层堆叠成三维成型物2。

于本实施例中，如图1所示，成型线材11是可为但不限为一细微的线状体，例如：细微的塑胶线，但不以此为限，且其大致上可区分为第一表面110及第二表面111。于本实施例中，成型线材11的直径是介于0.01mm至2.0mm，且其较佳值则介于0.1mm至1.0mm。以及，该成型线材11的材质是可为但不限为一热塑性高分子材料。

举例来说，该成型线材11的热塑性高分子材料是可为但不限为塑胶材料及支撑材料，举例来说，高分子材料是为一聚氯乙烯、一聚乙烯、一聚苯乙烯、一聚氨基甲酸酯、一聚酰胺、一聚甲醛、一纤维素塑料、一聚四氟乙烯、一聚酰亚胺、一聚苯硫醚、一聚碳酸脂的至少其中之一种高分子材料，以作为塑胶材料，但不以此为限，又或者是，该成型线材11的热塑性高分子材料是可为一聚乳酸(PLA)、一丙烯腈－丁二烯－苯乙烯(ABS)、一丁二烯－苯乙烯(BS)、一丙烯腈－苯乙烯(AS)、一聚乙酰胺(PA)、一尼龙6、一尼龙66、一聚酸甲酯(PMMA)、一氯化聚乙烯(CPE)、一硝酸纤维素、一聚对苯二甲酸乙二酯(PETE或PET)、一聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、一聚对苯二甲酸二丁酯(PBT)、一改质聚氯化二甲基苯(m-PPE)的至少其中之一种高分子材料，以作为支撑材料，但不以此为限。

请续参阅图1，如图所示，成型线材表面着色装置10具有材料匣12，用以储置未进行喷涂着色的成型线材11，成型线材11先是通过第一组供输驱动器131的导引驱动，使该成型线材11的第一表面110向上进行输送，并输送至邻设于第一组供输驱动器131一侧的预热器141中，以进行加温，于本实施例中，该预热器141的预热温度是介于50～100度之间，且其较佳的预热温度是介于70～75度之间，但不以此为限。经过预热器141进行加温的成型线材11并不会完全熔融，待加温后的成型线材11通过供输驱动器131的导引驱动再向前输送，则会继续输送至邻设于预热器141一侧的喷头组件151中。

于一些实施例中，喷头组件151具有喷头墨匣1511、承载座1512及喷液回收盒1513等组件，但不以此为限，其中承载座1512是用以供该喷头墨匣1511架构于其上，且喷液回收盒1513是对应设置于喷头墨匣1511的下方，用以将喷头墨匣1511喷出的颜色染料(未图示)予以集中回收处理。且如前所述，每一喷头墨匣1511的底部内设有至少一喷液产生器1511c(如图2所示)，供与颜色染料(未图示)连通，以及，每一喷头墨匣1511的底部更设置多个喷孔1511b(如图2所示)，每一喷孔1511b均与内部对应的喷液产生器1511c相连通，促使喷液产生器1511c受驱动时可控制颜色染料由喷孔1511b向外喷出，因此，当加温后的成型线材11输送至喷头组件151处时，则可由喷头墨匣1511对加温后的成型线材11的第一表面110进行喷涂表面着色程序。

请续参阅图1，如图所示，该完成第一表面110的喷涂表面着色程序的成型线材11会再因应另一组供输驱动器132的导引驱动，而继续以U型导送路径进行输送，当该成型线材11输送至第二组供输驱动器132处时，则会如图1所示，成型线材11未着色的第二表面111会因其U型的导送路径而转为朝上，再通过第二组供输驱动器132的导引以向前输送至邻设于第二组供输驱动器132一侧的预热器142，以对成型线材11的第二表面111实施加温，其后，经加温后的成型线材11则会继续输送至邻设于预热器142一侧的喷头组件152。于本实施例中，第二组喷头组件152是与第一组喷头组件151相同，同样具有喷头墨匣1521、承载座1522及喷液回收盒1523，且其设置方式均与前述第一组喷头组件151相同，故不再赘述之。当加温后的成型线材11输送至第二组喷头组件152处时，则可由喷头墨匣1521对加温后的成型线材11的第二表面111进行喷涂表面着色程序，如此一来，通过两组供输驱动器131、132使成型线材11可以U型导送路径进行输送，并由两组预热器141、142以分别对成型线材11的第一表面110及第二表面111实施表面加温，更通过喷头组件151、152分别对成型线材11的第一表面110及第二表面111实施喷涂表面着色程序，如此即可直接完成成型线材11的完整线径着色。

请参阅图2，其为本发明较佳实施例的熔融沉积成型(FDM)机的成型线材表面着色装置的喷头墨匣的底部示意图。于本实施例中，喷头组件151、152的喷头墨匣1511、1521是为两相同的墨匣结构，故以下仅以喷头墨匣1511为例示说明之。如图所示，喷头墨匣1511是为一匣体结构，且其内具有容置空间(未图示)，用以供至少一颜色染料(未图示)容置于其内。于一些实施例中，每一喷头墨匣1511所容置的颜色染料是可为单色或是多色，意即当喷头墨匣1511容置多色颜料染料时，则其内的每一颜色染料均为分隔储置。以及，在喷头墨匣1511的匣体底部设有一喷墨芯片1511a，喷墨芯片1511a上具有多个喷孔1511b，每一喷孔1511b均与其内部的一喷液产生器1511c对应连通，且每一喷液产生器1511c亦与喷头墨匣1511内储置的颜色染料对应连通，是以，当喷液产生器1511c接获信号受驱动时，则可控制与其相连通的颜色染料由对应的喷孔1511b向外喷出，以进行喷涂表面着色程序。

于另一些实施例中，喷头墨匣1511中所容置的颜色染料是为一青色(Cyan)染料、一洋红色(Magenta)染料、一黄色(Yellow)染料、一黑色(Black)染料的至少其中之一。且喷液产生器1511c是可为但不限为一热汽泡式喷头、一压电式喷头、一微机电制程制造喷头的至少其中之一种喷液产生器1511c。

请参阅图3，如前所述，熔融沉积成型(FDM)机1是包含成型线材表面着色装置10、容器16、控制装置17及承载盘18等组件。其中，成型线材表面着色装置10包含成型线材11、材料匣12、两组供输驱动器131、132、两组预热器141、142、两组喷头组件151、152等组件。于一些实施例中，容器16是可为一喷头，但不以此为限，且容器16内部是具有容置空间160，而在容器16的底部则具有一挤出口162，容置空间160内主要用以供已完成完整线径着色的成型线材11’设置于其中，且在容置空间160的底部更具有加热器161，通过加热器161的加热，使得已完成完整线径着色的成型线材11’熔融为液态，再由挤出口162将熔融后的液态成型线材11”挤出，使其于承载盘18上层层堆叠，以构成三维成型物2。

于本实施例中，熔融沉积成型(FDM)机1更包括控制装置17，且于一些实施例中，控制装置17是设置于容器16的容置空间160内，但不以此为限。控制装置17是与加热器161及挤出口162电连接，进而可控制加热器161的加热温度，举例来说，于较佳实施例中，控制装置17是控制加热器161的加热温度是介于100～300度之间，但不以此为限，借由此加热温度将已完成完整线径着色的成型线材11’熔融为液态，其后再由控制装置17控制使熔融后的液态成型线材11”由挤出口162挤出。

故于本实施例中，如图3所示，熔融沉积成型(FDM)机1主要为直接采用成型线材表面着色装置10，将成型线材11由材料匣12输出，并通过成型线材表面着色装置10的两组供输驱动器131、132、两组预热器141、142、两组喷头组件151、152等组件以分别对成型线材11的第一表面110及第二表面111实施表面加温及喷涂表面着色程序，如此以输出完整线径着色的成型线材11’，其后，再将已完成完整线径着色的成型线材11’直接输送至容器16的容置空间160中；再通过控制装置17的控制，使加热器161对已完成完整线径着色的成型线材11’加热熔融，以形成液态成型线材11”，并由控制装置17控制使熔融后的液态成型线材11”由挤出口162挤出至承载盘17上，并依据每一层不同的断面图形进行堆叠，且随着液态成型线材11”的自然冷却固化、依序堆叠成型，进而以层层堆叠出一三维成型物2。由此可见，于本实施例中，主要是直接将成型线材表面着色装置10应用于熔融沉积成型(FDM)机1中，并使成型线材表面着色装置10输出的已完成完整线径着色的成型线材11’可直接于熔融沉积成型(FDM)机1中进行熔融及挤出成型等作业，借此，则可供使用者自行调配喷涂出其所需的成型线材11的色彩，增添三维成型物2的色彩拟真及艺术性。

除此之外，于另一些实施例中，熔融沉积成型(FDM)机1亦可直接应用储置已完成完整线径着色的成型线材11’的材料匣(未图示)，当欲进行三维成型时，则可通过驱动轮(未图示)的驱动导引，而将材料匣中储置的已完成完整线径着色的成型线材11’向外导出输送，并输送至容器16的容置空间160中，并同样可通过控制装置17的控制，使加热器161对已完成完整线径着色的成型线材11’加热熔融，以形成液态成型线材11”，再由控制装置17控制使熔融后的液态成型线材11”由挤出口162挤出至承载盘17上，并依据每一层不同的断面图形进行堆叠，且随着液态成型线材11”的自然冷却固化、依序堆叠成型，进而以层层堆叠出一三维成型物2。

综上所述，本发明的熔融沉积成型机，主要通过成型线材表面着色装置以U型导送路径搭配两组供输驱动器、两组预热器、两组喷头组件等组件以分别对成型线材的第一表面及第二表面实施表面加温及喷涂表面着色程序，以使其完成完整线径着色，其后再将已完成完整线径着色的成型线材直接输入于容器的容置空间中，由控制装置控制加热器使的加热熔融，并挤出堆叠成型出其所需色彩的三维成型物，不仅可突破传统单色的三维成型物的技术瓶颈，更可提供使用者自行调配喷涂出其所需的成型线材的色彩，借此以增加三维成型物的色彩拟真及艺术性，同时更利于推广彩色三维打印技术，并使彩色三维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 (16)

1.一种熔融沉积成型机，包含：

两组供输驱动器，分别设置于一成型线材的一U型导送路径的前后段，供以导引驱动该成型线材进给导料；

两组喷头组件，分别设置于其对应的该供输驱动器的一侧，每一组该喷头组件包含至少一喷头墨匣，每一该喷头墨匣内容置至少一颜色染料，并分隔储置，以及每一该喷头墨匣的底部内设有至少一喷液产生器，供与该至少一颜色染料连通，每一该喷头墨匣的底部更设置多个喷孔，且每一该喷孔均与内部对应的该喷液产生器相连通，促使该喷液产生器受驱动时可控制该至少一颜色染料由该喷孔向外喷出；

至少一容器，具有一容置空间及一挤出口，该容置空间内更设有一加热器；以及

一控制装置，与该加热器及该挤出口电连接；

借此，该成型线材受该两组供输驱动器导引驱动并以该U型导送路径进给至该两组喷头组件处，通过该两组喷头组件对该成型线材的二表面进行表面喷涂作业，以完成该成型线材的完整线径着色，其后再输入至该至少一容置空间中，由该控制装置控制该加热器的温度，以使完成完整线径着色的该成型线材熔融并储置于该至少一容器的该容置空间中，并通过该控制装置的控制以使熔融后的一液态成型线材由该挤出口挤出，并层层堆叠成一三维成型物。

2.如权利要求1所述的熔融沉积成型机，其特征在于，该成型线材的直径介于0.01mm至2.0mm之间。

3.如权利要求1所述的熔融沉积成型机，其特征在于，该成型线材的直径介于0.1mm至1.0mm之间。

4.如权利要求1所述的熔融沉积成型机，其特征在于，该成型线材为一热塑性高分子材料。

5.如权利要求4所述的熔融沉积成型机，其特征在于，该热塑性高分子材料为一聚氯乙烯、一聚乙烯、一聚苯乙烯、一聚氨基甲酸酯、一聚酰胺、一聚甲醛、一纤维素塑料、一聚四氟乙烯、一聚酰亚胺、一聚苯硫醚、一聚碳酸脂的至少其中之一或其混合物。

6.如权利要求4所述的熔融沉积成型机，其特征在于，该热塑性高分子材料为一聚乳酸(PLA)、一丙烯腈－丁二烯－苯乙烯(ABS)、一丁二烯－苯乙烯(BS)、一丙烯腈－苯乙烯(AS)、一聚乙酰胺(PA)、一尼龙6、一尼龙66、一聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、一氯化聚乙烯(CPE)、一醋酸纤维素、一聚对苯二甲酸乙二酯(PETE或PET)、一聚氯乙烯(PVC)、一聚丙烯(PP)、一聚对苯二甲酸二丁酯(PBT)、一改质聚氯化二甲基苯(m-PPE)的至少其中之一或其混合物。

7.如权利要求1所述的熔融沉积成型机，其特征在于，该加热器的温度介于100～300度之间。

8.如权利要求1所述的熔融沉积成型机，其特征在于，该颜色染料为一青色(Cyan)染料。

9.如权利要求1所述的熔融沉积成型机，其特征在于，该颜色染料为一洋红色(Magenta)染料。

10.如权利要求1所述的熔融沉积成型机，其特征在于，该颜色染料为一黄色(Yellow)染料。

11.如权利要求1所述的熔融沉积成型机，其特征在于，该颜色染料为一黑色(Black)染料。

12.如权利要求1所述的熔融沉积成型机，其特征在于，该喷液产生器为一热汽泡式喷头、一压电式喷头、一微机电制程制造喷头的至少其中之一。

13.如权利要求1所述的熔融沉积成型机，其特征在于，该熔融沉积成型机更包括两组预热器，分别设置于其对应的该供输驱动器的一侧，以对该成型线材实施表面加温，俾利于该两组喷头组件对该成型线材的二表面进行表面喷涂作业。

14.如权利要求13所述的熔融沉积成型机，其特征在于，该预热器的预热温度介于50～100度之间。

15.如权利要求13所述的熔融沉积成型机，其特征在于，该预热器的预热温度介于70～75度之间。

16.如权利要求1所述的熔融沉积成型机，其特征在于，每一该喷头组件更包括一承载座及一喷液回收盒，该承载座供该至少一喷头墨匣架构于其上，该喷液回收盒对应设置于该至少一喷头墨匣的下方，用以将已喷出的该颜色染料予以集中回收处理。