CN106560313A - 熔融沉积成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种熔融沉积成型装置，包含：至少一高分子材料、至少一容器、至少一喷头以及控制装置，容器内设有加热器；喷头具有喷孔；控制装置与加热器与喷孔电连接，以提供控制信号控制喷孔的启闭；其中，高分子材料导入容器中，由控制装置控制加热器对高分子材料加热熔融，并由控制装置控制使熔融后的高分子材料由喷孔挤出。

Description

熔融沉积成型装置

技术领域

本发明有关于一种熔融沉积成型装置，尤指一种适用于熔融沉积成型机的熔融沉积成型装置。

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 Deposition Modeling，FDM)技术，其乃输送成型材料透过加热器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迭出三维成型物。然而，在其对成型材料进行加热时，为了使成型材料形成熔融状态，加热器的温度通常相当高，如此一来，过高的温度及热能会使得加热器周边的组件亦随的受影响而易产生损坏，故若无法有效对加热器所产生的热能进行散热，则其周边的组件及熔融沉积成型机的整体使用寿命均可能受限。

有鉴于此，本发明提供一种熔融沉积成型装置，其内具有可耐受高温的容器，且于容器中更具有多个导热、散热结构，藉以辅助将加热器所产生的热能向外传递，以有效散热，并可延长熔融沉积成型的使用寿命。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种熔融沉积成型装置，透过其具有可耐受高温的容器，且容器中更具有多个导热、散热的结构，可解决目前熔融沉积成型机的散热不佳的技术瓶颈。

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装置，适用于熔融沉积成型机，包含：至少一高分子材料；至少一容器，其内设有加热器；至少一喷头，具有喷孔；以及控制装置，与加热器与喷孔电连接，以提供控制信号控制喷孔的启闭；其中，至少一高分子材料导入至少一容器中，由控制装置控制加热器对至少一高分子材料加热熔融，并由控制装置控制以使熔融后的高分子材料由喷孔挤出。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的熔融沉积成型(FDM)机的熔融沉积成型装置的示意图。

图2为本发明较佳实施例的熔融沉积成型装置的容器及喷头的结构示意图。

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：熔融沉积成型装置

11：高分子材料

11’：液态高分子材料

12：容器

120：第一开口

121：加热器

122：控制装置

123：风扇

124：热传导鳍片

125：隔热管

126：导热通道

127：第二开口

13：喷头

131：喷孔

14：材料匣

15：驱动轮

16：进料器

17：承载盘

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，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，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)机的熔融沉积成型装置的示意图，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)是具有熔融沉积成型装置10、材料匣14、驱动轮15、进料器16及承载盘17等组件，但不以此为限。其中，熔融沉积成型装置10包含：至少一高分子材料11、至少一容器12、至少一喷头13以及控制装置122，容器12内设有加热器121，喷头13具有喷孔131，控制装置122与加热器121及喷孔131电连接，以提供控制信号控制喷孔131的启闭；其中，至少一高分子材料11导入至少一容器12中，由控制装置122控制加热器121对至少一高分子材料11加热熔融，并由控制装置122控制以使熔融后的高分子材料由喷孔131挤出，以层层堆迭成三维成型物2。

于本实施例中，如图1所示，高分子材料11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。且以实施例为例，高分子材料11的直径介于0.01mm至2.0mm，且其较佳值则介于0.1mm至1.0mm。

举例来说，该高分子材料11材质可为但不限为一热塑性高分子材料，且该热塑性高分子材料还可为但不限为塑胶材料及支撑材料，举例来说，高分子材料11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的一种热塑性高分子材料，以作为塑胶材料，但不以此为限，又或者是，高分子材料11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)的至少其中的一种热塑性高分子材料，以作为支撑材料，但不以此为限。

请续参阅图1，如图所示，熔融沉积成型机1具有材料匣14，用以储置高分子材料11，高分子材料11透过驱动轮15及进料器16的导引驱动，进而以输送至容器12。于一些实施例中，驱动轮15及进料器16亦可为合而为一的驱动进料装置，主要作为辅助驱动高分子材料11进行进给输送之用，且其型态可依实际施作情形而任施变化，并不以本发明例示的两个别装置为限。

请同时参阅图1及图2，图2为本发明较佳实施例的熔融沉积成型装置的容器及喷头的结构示意图。如图所示，本发明仅以单一容器12进行例示，然本发明的至少一容器12可由多个容器12所组成，用以供多个高分子材料11分别导入每一容器12中，换言之，本发明的容器12的数量及结合型态可依照实际施作情形而任施变化，并不以此为限。又，如图所示，容器12为一壳体结构，且每一容器12的壳体可为但不限为由金属材料所制成，或是可由其他可耐受高温的材质所制成，并不以此为限，其主要为使容器12可耐受高温而不致产生变形或是结构受损。

请续参阅图2，如图所示，容器12的顶部及底部分别具有第一开口120及第二开口127，用以供线形的高分子材料11由第一开口120导引输入容器12内，并由第二开口127输出于容器12之外。于一些实施例中，第一开口120及第二开口127的口径略大于高分子材料11的线径，但不以此为限。喷头13设置于容器12的底部，并对应设置于容器12的第二开口127处，且于第二开口127相连通，于本实施例中，喷头13可为但不限为一渐缩的锥形中空结构，且于喷头13的末端具有一喷孔131，供以输出熔融后的高分子材料11。于一些实施例中，喷孔131的直径为0.05～0.2mm，但不以此为限。又于本实施例中，容器12内部还具有隔热管125及加热器121，隔热管125为一管状结构，设置于第一开口120及第二开口127之间，且与第一开口120、第二开口127相连通，供以辅助高分子材料11于容器12中进行输送，且隔热管125还可透过第二开口127而与喷头13的喷孔131相连通，可将高分子材料11导送至喷孔131处。

于本实施例中，加热器121设置于容器12内部，且设置于容器12的底部区域，并与隔热管125相邻接，当高分子材料11经由隔热管125的导引而输送至加热器121处时，则可透过加热器121的加热熔融，使之成为液态状态，再将熔融后的液态高分子材料11’向下输送至喷头13的喷孔131处，以输出液态的高分子材料11’。于一些实施例中，加热器121可为但不限为一热电阻加热器、一激光加热器、一其它结构的加热器的其中之一。

请续参阅图2，如图所示，于本实施例中，熔融沉积成型装置10的控制装置122亦设置于容器12内，但不以此为限，且控制装置122邻设于加热器121之上，并与加热器121及喷头13的喷孔131电连接，进而可控制加热器121的加热温度，举例来说，于较佳实施例中，控制装置122控制加热器121的加热温度系介于100～300度之间，但不以此为限，藉由此加热温度将高分子材料11熔融为液态，其后再由控制装置122控制喷孔131的启闭，进而使熔融后的液态成型线材11”可由喷孔131挤出。

以及，于本实施例中，容器12具有至少一导热通道126以及热传导鳍片124等导热及散热组件，但不以此为限；其中，该至少一热传导通道126可为但不限为环绕设置于隔热管125周缘的中空通道结构，且于一些实施例中，其可设置于热传导鳍片124及加热器121之间，但并不以此为限，主要用以将加热器121所散发的热能予以热传导，并将热能传递至与该热传导通道126相连通的热传导鳍片124处，以使热能于热传导鳍片124处实施热交换作用；甚至于，于另一些实施例中，容器12还具有风扇123，且风扇123设置于热传导鳍片124之上，但不以此为限，用以对热传导鳍片124吹拂，以辅助该热传导鳍片124可更快速地将热能传递出去，即该风扇124可加强热传导鳍片124实施热交换作用，进而以达到有效散热的目的。

请参阅图3，如前所述，熔融沉积成型机1包含熔融沉积成型装置10、材料匣14、驱动轮15、进料器16及承载盘17等组件。其中，熔融沉积成型装置10包含：至少一高分子材料11、至少一容器12、至少一喷头13以及控制装置122。于本实施例中，高分子材料11由材料匣14输出，透过驱动轮15及进料器16的驱动导引，而使高分子材料11由容器12的第一开口120而输入至容器12中，并设置于容器12的隔热管125中，透过驱动轮15及进料器16的驱动而向下输送至加热器121处，再透过控制装置122的控制，使加热器121对高分子材料11加热熔融，以形成液态高分子材料11’，并由控制装置121控制使熔融后的液态高分子材料11’由设置于容器12下的喷头13的喷孔131挤出至承载盘17上，并依据每一层不同的断面图形进行堆迭，且随着液态高分子材料11’的自然冷却固化、依序堆迭成型，进而以层层堆迭出一三维成型物2。于进行此三维成型作业过程中，透过容器12中的热传导通道126、热传导鳍片124及风扇123等组件，藉以将加热器121运作时产生的热能向上传递，并透过风扇123的强制排热，以使热能可由热传导鳍片124而传递出去，进而达到有效散热的目的。

综上所述，本发明的熔融沉积成型装置主要透过熔融沉积成型机之驱动轮及进料器使高分子材料进给输送至容器中，并由控制装置控制加热器使的加热熔融，且透过控制装置以控制容器底部设置的喷头的喷孔的启闭，藉以由喷孔输出已熔融的液态高分子材料，同时更透过容器内设置的隔热管、导热通道、热传导鳍片及风扇等组件以加强容器的热交换作业，可有效进行散热，藉以延长容器及熔融沉积成型机的使用寿命。

本发明得由熟悉本技术领域者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。

Claims (14)

1.一种熔融沉积成型装置，适用于一熔融沉积成型机，包含：

至少一高分子材料；

至少一容器，其内设有一加热器；

至少一喷头，具有一喷孔；以及

一控制装置，与该加热器与该喷孔电连接，以提供一控制信号控制该喷孔的启闭；

其中，该至少一高分子材料导入该至少一容器中，由该控制装置控制该加热器对该至少一高分子材料加热熔融，并由该控制装置控制以使熔融后的该高分子材料由该喷孔挤出。

2.如权利要求1所述的熔融沉积成型装置，其特征在于，该高分子材料为一热塑性高分子材料，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。

3.如权利要求1所述的熔融沉积成型装置，其特征在于，该高分子材料为一热塑性高分子材料，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

4.如权利要求1所述的熔融沉积成型装置，其特征在于，该至少一容器由一金属材料所制成。

5.如权利要求1所述的熔融沉积成型装置，其特征在于，该熔融沉积成型机还包括一材料匣及一进料器，该至少一高分子材料为一成型线材，且储置于该材料匣中，并透过该进料器的驱动以供给输入至该至少一容器中，

6.如权利要求5所述的熔融沉积成型装置，其特和下在于，该成型线材的直径介于0.01mm至2.0mm之间。

7.如权利要求5所述的熔融沉积成型装置，其特征在于，该成型线材的直径介于0.1mm至1.0mm之间。

8.如权利要求1所述的熔融沉积成型装置，其特征在于，该至少一容器还具有一隔热管，并与该喷孔连通，供以将该至少一高分子材料导送至该喷孔处。

9.如权利要求8所述的熔融沉积成型装置，其特征在于，该加热器设置于该至少一容器的底部，并与该隔热管相邻接，该至少一高分子材料经该隔热管导送至该加热器处，即透过该加热器加热熔融，再由该喷孔挤出熔融后的该高分子材料。

10.如权利要求1所述的熔融沉积成型装置，其特征在于，该加热器为一热电阻加热器、一激光加热器、一其它结构的加热器的其中之一。

11.如权利要求1所述的熔融沉积成型装置，其特征在于，该喷孔直径为0.05～0.2mm。

12.如权利要求1所述的熔融沉积成型装置，其特征在于，该至少一容器还具有至少一导热通道，供以将该加热器所散发出的热能予以热传导。

13.如权利要求12所述的熔融沉积成型装置，其特征在于，该至少一容器还具有一热传导鳍片，供以与该至少一导热通道连通，以实施热交换作用。

14.如权利要求13所述的熔融沉积成型装置，其特征在于，该至少一容器还具有一风扇，供以加强该热传导鳍片实施热交换作用。