CN106584833A - 多段拉拔力的三维打印装置 - Google Patents

Abstract

一种多段拉拔力的三维打印装置，包含：一树酯槽、一升降机构，及一成型机构。树酯槽用于盛装光固化性液态原料，并包括一具透光性的底板。升降机构设置于树酯槽的一侧，且包括一上下延伸的升降柱及一能沿升降柱上下位移的升降单元。成型机构包括一成型臂及一成型平台，成型臂连接于升降单元并朝树酯槽的方向水平延伸，成型平台安装于成型臂且受成型臂带动能下降至树酯槽之内而相对于底板上下移动，成型平台具有一设置于成型臂且水平延伸的第一板部、一由第一板部靠近升降机构的一侧向下延伸的第二板部，及一由第二板部朝远离升降机构的方向水平延伸的第三板部。通过成型平台设计，可避免在拉拔过程中破坏由光固化性液态原料形成的固化层。

Description

多段拉拔力的三维打印装置

技术领域

本发明涉及一种打印装置，特别是涉及一种多段拉拔力的三维打印装置。

背景技术

参阅图1至图4，现有的立体印刷法(Stereolithography,SLA)之3D打印机包含一树酯槽91、一投射光源92、及一成型机构93。该树酯槽91用于盛装光固化树酯94并具有一透光离型膜95，该投射光源92位置低于该树酯槽91，并用于发射一光束96至该透光离型膜95，且将该光束96投射至该树酯槽91之透光离型膜95并照射于该光固化树酯94，借由该光固化树酯94接收相应的光波长而达固化成型。该成型机构93包括一成型板97，该成型板97可下降至该树酯槽91内，并可相对于该透光离型膜95上下移动，借以建构出光固化树酯94固化后的固化层98。

不过上述的成型方式是逐层逐层建构，也就是说，如图5与图6所示，将整层光固化树酯94以投射光源92照射后该层即一次成型，如此在光固化树酯94固化时易导致固化层98会与该透光离型膜95无间隙，而当该成型板97上移时必须要利用该成型板97与固化层98间的固着力对抗固化层98与该透光离型膜95间的真空拉拔力，如此容易造成固化后的固化层98因为拉拔力过大而断裂或变形，甚至在拉拔过程中容易造成成型工件的损坏。因此，如何开发出能降低成型时之拉拔力的3D打印设备是目前值得研究的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多段拉拔力的三维打印装置。

本发明多段拉拔力的三维打印装置在一些实施态样中，是包含：一树酯槽、一升降机构、一成型机构，及一动态光罩产生器。该树酯槽用于盛装光固化性液态原料，并包括一具透光性的底板，及一由该底板周沿延伸的槽壁。该升降机构设置于该树酯槽的一侧，且包括一上下延伸的升降柱，及一可移动地设置于该升降柱并能沿该升降柱上下位移的升降单元。该成型机构包括一成型臂，及一成型平台，该成型臂连接于该升降机构的升降单元并朝该树酯槽的方向水平延伸，该成型平台可拆卸地安装于该成型臂且受该成型臂带动能下降至该树酯槽之内而相对于该底板上下移动，该成型平台具有一设置于该成型臂且水平延伸的第一板部、一由该第一板部靠近该升降机构的一侧向下延伸的第二板部，及一由该第二板部朝远离该升降机构的方向水平延伸的第三板部。该动态光罩产生器位于该树酯槽的底板下方，并用于发射一光束。

当该升降机构的升降单元带动该成型机构的成型臂下移，使该成型平台的第三板部下降至与该树酯槽的底板之间存在一间隙而供该光固化性液态原料填充其间时，该动态光罩产生器的光束由该底板下方朝该间隙内的光固化性液态原料照射，使该光固化性液态原料固化而形成一固化层，于该动态光罩产生器完成照射后，该成型臂带动该成型平台上移而拉拔该固化层，使该固化层与该底板由靠近该升降机构的一侧破开而分离且两者间存在另一间隙而供该光固化性液态原料填充其间。

在一些实施态样中，该成型机构的成型平台的第一板部、第二板部及第三板部三者概呈C形配置。

在一些实施态样中，该成型机构的成型平台的第三板部的长度大于该第一板部的长度，且该成型平台还具有一第四板部及一第五板部，该第四板部由该第三板部向上延伸且其长度大于该第二板部的长度，该第五板部由该第四板部朝该升降机构的方向水平延伸至该第一板部的上方，且该第五板部与该第一板部相间隔。

在一些实施态样中，该成型机构的成型平台还具有至少一螺栓，该螺栓穿设于该第五板部，且该螺栓底端与该第一板部相配合形成一间隙，该螺栓能上下位移以调整该间隙的大小。

在一些实施态样中，该树酯槽的底板具有一基壁，及一由该基壁周沿向外凸出的凸缘，该升降机构还包括一基座，该基座供该升降柱设置于其上，且该基座具有一朝该树酯槽的方向凸出的抵压部，该抵压部由上往下压抵于该树酯槽的部分凸缘。

在一些实施态样中，该底板还具有一设置于该基壁上的弹性层，及一设置于该弹性层上的离形薄膜。

在一些实施态样中，该树酯槽的底板的离形薄膜的材质为特氟龙。

在一些实施态样中，该成型机构还包括一设置于该成型臂上的定位件，该成型平台的第一板部形成有一沟槽，该第二板部形成有一与该沟槽相连通的开槽，该沟槽与该开槽分别供该定位件与该成型臂穿设，以将该成型平台安装于该成型臂。

本发明的有益效果在于：通过该成型臂是施力于该第一板部而连带该第二板部上移，因此该第三板部是由靠近该升降机构的一侧朝远离该升降机构的另一侧向下倾斜，也就是说该第三板部靠近该升降机构的一侧受到较大的抬升力，使得该固化层与该底板能顺利地由靠近该升降机构的一侧破开而分离，如此有助于该固化层由侧边先离形，进而降低真空力，以避免在拉拔过程中破坏该固化层。

附图说明

图1是一平面示意图，说明以往的一SLA之3D打印机；

图2至图4分别是一平面示意图，说明以往的该3D打印机之制作过程；

图5是一平面示意图，说明以往的该3D打印机制作固化后的固化层因为拉拔力过大而断裂；

图6是一平面示意图，说明以往的该3D打印机制作固化后的固化层因为拉拔力过大而变形；

图7是一平面示意图，说明本发明多段拉拔力的三维打印装置的一实施例；

图8是一局部立体图，说明该实施例的一成型机构的一成型平台与一成型臂的组装结构；

图9是一平面示意图，说明该实施例的一动态光罩产生器的光束将一树酯槽内的光固化性液态原料固化而形成一固化层；

图10是一平面示意图，说明该实施例的成型机构带动成型平台上移而拉拔一固化层，使该固化层与一离形薄膜分离的过程；及

图11是一平面示意图，说明该实施例的该固化层与该离形薄膜分离。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

下列实施例的说明是参考附加的图式，用于例示本发明可用于实施之特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而非用来限制本发明。

参阅图7与图8，本发明多段拉拔力的三维打印装置之一实施例包含：一树酯槽1、一升降机构2、一成型机构3，及一动态光罩产生器4。

该树酯槽1置于一承载面10，并用于盛装光固化性液态原料5，且该树酯槽1包括一具透光性的底板11，及一由该底板11周沿延伸的槽壁12。更进一步来说，该底板11具有一基壁111、一设置于该基壁111上的弹性层112、一设置于该弹性层112上的离形薄膜113，及一由该基壁111周沿向外凸出的凸缘110。在本实施例中，该基壁111与该凸缘110皆为刚性材质如压克力，该弹性层112为弹性材质如硅胶，而该离形薄膜113的材质则为特氟龙(Teflon)材料。

该升降机构2置于该承载面10，并设置于该树酯槽1的一侧(如图7的树酯槽1左侧)，且该升降机构2包括一基座21、一升降柱22，及一升降单元23。该基座21具有一朝该树酯槽1的方向凸出的抵压部211，该抵压部211由上往下压抵于该树酯槽1的部分凸缘110，该升降柱22由该基座21向上延伸，而该升降单元23则可移动地设置于该升降柱22并能沿该升降柱22上下位移。

该成型机构3包括一成型臂31、一定位件32，及一成型平台33。该成型臂31连接于该升降机构2的升降单元23并朝该树酯槽1的方向水平延伸，该定位件32设置于该成型臂31上且位于该成型臂31的端部，在本实施例中，该定位件32为一螺栓，搭配参阅图9，该成型平台33可拆卸地安装于该成型臂31且受该成型臂31带动能下降至该树酯槽1之内而相对于该底板11上下移动。具体来说，该成型平台33具有一第一板部311、一第二板部312、一第三板部313、一第四板部314、一第五板部315，及一螺栓316。该第一板部311设置于该成型臂31并水平延伸，该第二板部312由该第一板部311靠近该升降机构2的一侧向下延伸，该第三板部313由该第二板部312朝远离该升降机构2的方向水平延伸，且第三板部313的长度大于该第一板部311的长度，其中，该第一板部311、第二板部312及第三板部313相配合概呈C形配置的结构。而该第四板部314则由该第三板部313向上延伸且其长度大于该第二板部312的长度，该第五板部315由该第四板部314朝该升降机构2的方向水平延伸至该第一板部311的上方，且该第五板部315与该第一板部311相间隔。该螺栓316由上往下穿设于该第五板部315，且该螺栓316底端与该第一板部311相配合形成一间隙317，该螺栓316能上下位移以调整该间隙317的大小。

特别要说明的是，如图8所示，本实施例的成型平台33是可拆卸地组装于该成型臂31，由于该第一板部311形成有一沟槽319，该第二板部312形成有一与该沟槽319相连通的开槽318，因此，在组装上是先将该定位件32与该成型臂31分别穿设于该沟槽319与该开槽318，然后再将该定位件32往下锁于该第一板部311，进而使该成型平台33安装于该成型臂31；相反地，在拆解上是先将该定位件32解锁，然后将该成型平台33从该成型臂31滑出，通过该沟槽319与该开槽318的设计，有助于将打印完成的制品取下。

该动态光罩产生器4位于该树酯槽1的底板11下方，并用于发射一光束41(见图9)，该光束41例如是一激光光或投影机所产生之光罩。

为进一步说明本实施例之实际应用，以下说明该三维打印装置的运作方式。

参阅图9，首先，该升降机构2的升降单元23带动该成型机构3的成型臂31下移，使该成型平台33的第三板部313下降至与该树酯槽1的底板11之间存在一间隙而供该光固化性液态原料5填充其间，接着，该动态光罩产生器4的光束41由该底板11下方朝该间隙内的光固化性液态原料5照射，使该光束41通过该弹性层112及该离形薄膜113后，将该间隙内的光固化性液态原料5固化而形成一固化层6。

参阅图10与图11，于该动态光罩产生器4完成照射后，该升降单元23带动该成型臂31与该成型平台33上移而拉拔该固化层6，详细来说，该拉拔的过程主要可分为五段拉拔力，且是由弹性系数较小的结构所产生的拉拔力依序执行至弹性系数较大的结构所产生的拉拔力。首先，第一段拉拔力是成型平台33上移而拉拔该固化层6，使该弹性层112与该离形薄膜113变形，进而使该固化层6与该离形薄膜113逐渐分离，由于该离形薄膜113的材质为特氟龙，通过特氟龙材料具有良好的非黏着性、自润性及低磨擦系数等特性，使物质不易沾黏于其上，因此，当该成型平台33上移而拉拔该固化层6时，能降低该固化层6与该离形薄膜113之间的黏着力，进而使该固化层6能顺利地与该离形薄膜113分离。另外，借由该弹性层112自身的弹性，有助于降低该固化层6与该离形薄膜113之间的拉拔力，以利于该固化层6脱离该底板11。详细来说，由于该弹性层112十分柔软、具有弹性，因此当该成型平台33上移时，该弹性层112会被带动而变形，而使离形薄膜113与弹性层112产生一紧缩力，然后使得破真空变得容易，接着该固化层6逐渐与该离形薄膜113分离而该弹性层112回复原状。

接着，第二段拉拔力是由该第三板部313受力而倾斜变形所产生的力。由于该成型臂31是施力于该第一板部311而连带该第二板部312上移，因此该第三板部313是由靠近该升降机构2的一侧朝远离该升降机构2的另一侧向下倾斜(如图10的第三板部313由左往右向下倾斜)，也就是说该第三板部313靠近该升降机构2的一侧受较大的抬升力，使得该固化层6与该底板11由靠近该升降机构2的一侧破开而分离，如此有助于该固化层6由侧边先离形，进而降低真空力，以避免在拉拔过程中破坏该固化层6。

然后，第三段拉拔力是该第一板部311持续向上并顶抵于该螺栓316底端所产生的力。由于该第一板部311顶抵于该螺栓316，因此若该成型平台33欲继续上移，该成型臂31必须产生更大的力来带动该第一板部311抵抗该螺栓316，因此该固化层6与该离形薄膜113之间亦会连带受到较大的作用力而分开，且该螺栓316受该第一板部311的顶抵，也会同时将该第五板部315与该第四板部314向上抬升，进而使该第三板部313远离该升降机构2的一侧渐渐受到较大的抬升力，以利于整体固化层6逐渐与该离形薄膜113分离。

在本实施例中，如图9与图10所示，该螺栓316能上下位移以调整该间隙317的大小，当该螺栓316往下旋入，使该间隙317变小时，该第一板部311可较快顶抵于该螺栓316底端，使该三维打印装置可较快进入该第三段拉拔力的过程，也就是说更快产生较大的作用力；相反地，当该螺栓316往上旋出，使该间隙317变大时，该第一板部311可较慢顶抵于该螺栓316底端，此时，该三维打印装置则较慢进入该第三段拉拔力的过程，也就是说更慢产生较大的作用力。如此可随着所需制品的细致度与复杂度来调整拉拔力的作用力道与时间长短，以避免在拉拔过程中破坏固化层6。当然，在其他实施例中，该三维打印装置也可不需要螺栓316，而该第一板部311是直接顶抵于该第五板部315，如此同样能够产生第三段拉拔力，以达到较大的作用力。

接着，第四段拉拔力是该树酯槽1的凸缘110受到该基座21的抵压部211向下压抵所产生的力。该成型平台33向上拉拔该固化层6的过程中，会由于该固化层6与该底板11之间的黏着力而稍微抬升该树酯槽1，然而部份的该凸缘110受到该抵压部211向下的抵压力，使得该底板11靠近该升降机构2的一侧产生向下的作用力，如此亦有助于该固化层6与该底板11由靠近该升降机构2的一侧破开而分离，使得“破真空”变得容易。

最后，第五段拉拔力是该成型臂31带动该成型平台33上移而倾斜所产生的力。借由该成型臂31的形变能够使该成型平台33对该固化层6产生更大的拉拔力，以顺利地将该固化层6与该底板11分离。

通过上述五段拉拔力的作用，使该固化层6与该底板11由靠近该升降机构2的一侧先破开而分离。分离后该弹性层112与离形薄膜113迅速回复平整，使该固化层6与该离形薄膜113之间存在另一间隙而供该光固化性液态原料5填充其间。然后重复上述的步骤，也就是说进行下一次的照射与上移，如此随着固化层6不断增长、叠加，直至完成全部的结构为止。

综上所述，通过五段拉拔力的作用，可控制拉拔该固化层6的力道与作用时间长短，进而逐步地将该固化层6与该底板11分离。尤其该三维打印装置主要是借由该第一板部311、第二板部312及第三板部313相配合概呈C形结构的配置，使该成型臂31施力于该第一板部311而连带该第二板部312上移，因此该第三板部313靠近该升降机构2的一侧受到较大的抬升力，使得该固化层6与该底板11能顺利地由靠近该升降机构2的一侧破开而分离，如此有助于该固化层6由侧边先离形，进而降低真空力，以避免在拉拔过程中破坏该固化层6，故确实能达成本发明之目的。

惟以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求书及专利说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (8)

1.一种多段拉拔力的三维打印装置，其特征在于：该三维打印装置包含：

一树酯槽，用于盛装光固化性液态原料，并包括一具透光性的底板，及一由该底板周沿延伸的槽壁；

一升降机构，设置于该树酯槽的一侧，且包括一上下延伸的升降柱，及一可移动地设置于该升降柱并能沿该升降柱上下位移的升降单元；

一成型机构，包括一成型臂，及一成型平台，该成型臂连接于该升降机构的升降单元并朝该树酯槽的方向水平延伸，该成型平台可拆卸地安装于该成型臂且受该成型臂带动能下降至该树酯槽之内而相对于该底板上下移动，该成型平台具有一设置于该成型臂且水平延伸的第一板部、一由该第一板部靠近该升降机构的一侧向下延伸的第二板部，及一由该第二板部朝远离该升降机构的方向水平延伸的第三板部；及

一动态光罩产生器，位于该树酯槽的底板下方，并用于发射一光束，

当该升降机构的升降单元带动该成型机构的成型臂下移，使该成型平台的第三板部下降至与该树酯槽的底板之间存在一间隙而供该光固化性液态原料填充其间时，该动态光罩产生器的光束由该底板下方朝该间隙内的光固化性液态原料照射，使该光固化性液态原料固化而形成一固化层，于该动态光罩产生器完成照射后，该成型臂带动该成型平台上移而拉拔该固化层，使该固化层与该底板由靠近该升降机构的一侧破开而分离且两者间存在另一间隙而供该光固化性液态原料填充其间。

2.如权利要求1所述的多段拉拔力的三维打印装置，其特征在于：该成型机构的成型平台的第一板部、第二板部及第三板部三者概呈C形配置。

3.如权利要求2所述的多段拉拔力的三维打印装置，其特征在于：该成型机构的成型平台的第三板部的长度大于该第一板部的长度，且该成型平台还具有一第四板部及一第五板部，该第四板部由该第三板部向上延伸且其长度大于该第二板部的长度，该第五板部由该第四板部朝该升降机构的方向水平延伸至该第一板部的上方，且该第五板部与该第一板部相间隔。

4.如权利要求3所述的多段拉拔力的三维打印装置，其特征在于：该成型机构的成型平台还具有至少一螺栓，该螺栓穿设于该第五板部，且该螺栓底端与该第一板部相配合形成一间隙，该螺栓能上下位移以调整该间隙的大小。

5.如权利要求1所述的多段拉拔力的三维打印装置，其特征在于：该树酯槽的底板具有一基壁，及一由该基壁周沿向外凸出的凸缘，该升降机构还包括一基座，该基座供该升降柱设置于其上，且该基座具有一朝该树酯槽的方向凸出的抵压部，该抵压部由上往下压抵于该树酯槽的部分凸缘。

6.如权利要求5所述的多段拉拔力的三维打印装置，其特征在于：该底板还具有一设置于该基壁上的弹性层，及一设置于该弹性层上的离形薄膜。

7.如权利要求6所述的多段拉拔力的三维打印装置，其特征在于：该树酯槽的底板的离形薄膜的材质为特氟龙。

8.如权利要求1所述的多段拉拔力的三维打印装置，其特征在于：该成型机构还包括一设置于该成型臂上的定位件，该成型平台的第一板部形成有一沟槽，该第二板部形成有一与该沟槽相连通的开槽，该沟槽与该开槽分别供该定位件与该成型臂穿设，以将该成型平台安装于该成型臂。