CN106853674A - 熔融沉积成型装置 - Google Patents

Abstract

一种熔融沉积成型装置，适用于熔融沉积成型机，包含：高分子材料、容器、喷头、打印驱动平台及电脑系统；容器内设有加热器，供高分子材料导入，并由加热器对其加热熔融；喷头具有喷孔，设置于容器一端，使容器中熔融的高分子材料由喷孔挤出；打印驱动平台用以供喷头架构于其上，以进行三轴位移；电脑系统包括接口控制系统及数据传输平台，数据传输平台依据操作指令进行切层运算产生打印数据，并传输至接口控制系统，且接口控制系统包括控制面板，以供使用者控制驱动打印驱动平台运作，以进行熔融沉积成型装置的三维成型作业。

Description

熔融沉积成型装置

【技术领域】

本发明是关于一种熔融沉积成型装置，尤指一种具有电脑系统，且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 DepositionModeling，FDM)技术，其乃输送成型材料通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叠出三维成型物。此熔融沉积成型技术可以精确地构成非常复杂的产品，而且成型的过程中无需模具的辅助，更可以完成传统工艺无法完成的一些特殊形状产品，因此熔融沉积成型技术已被广泛地运用在市面上的三维成型机构。

一般来说，传统的熔融沉积成型机须通过与外部电脑系统的连结，方可将所欲成型的三维成型物进行切层打印格式影像分析作业，再将这些分析后的影像数据输入熔融沉积成型机中，以进行对应的三维打印成型作业，然此等作业需通过使用者于外部电脑系统端进行相关操作，且该外部电脑系统亦需设定熔融沉积成型机的相关驱动及运算程序，操作起来并不便利。

此外，在以熔融沉积成型技术进行三维打印成型作业时，当对输入的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，其内具电脑系统可进行待打印的立体物件的相关切层运算，且更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，借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机的使用寿命。

【发明内容】

本发明的主要目的在于提供一种以熔融沉积成型装置，适用于一熔融沉积成型机，俾解决已知的熔融沉积成型装置需与外部电脑系统连接，导致使用者使用上的不便等缺失。

本发明的又一目的在于提供一种熔融沉积成型装置，通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，俾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，该至少一高分子材料是导入该至少一容器中，由该加热器对该至少一高分子材料加热熔融；至少一喷头，具有一喷孔，设置于该至少一容器的一端，使该容器中熔融后的该高分子材料由该喷孔挤出；一打印驱动平台，用以供该至少一喷头架构于其上，以进行三轴位移；以及一电脑系统，包括一接口控制系统及一数据传输平台，该数据传输平台依据一操作指令进行一切层运算而产生一打印数据，其中该切层运算即为将欲成型的一立体物件的一切层程序数据转换成一二维切层打印格式影像数据，并传输至该接口控制系统，且该接口控制系统包括一控制面板，以供一使用者控制驱动该打印驱动平台运作，以进行该熔融沉积成型装置的三维成型作业。

【附图说明】

图1为本发明较佳实施例的熔融沉积成型机的示意图。

图2为图1所示的熔融沉积成型装置的容器及喷头的结构示意图。

图3为图1所示的熔融沉积成型装置的电脑系统的架构示意图。

【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

121：第一开口

122：加热器

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：电脑系统

141：接口控制系统

1411：控制面板

142：数据传输平台

15：打印驱动平台

16：材料匣

17：驱动轮

18：进料器

19：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机的示意图，图3为图1所示的熔融沉积成型装置的电脑系统的架构示意图。如图1所示，本发明的熔融沉积成型装置10是适用于一熔融沉积成型机1中，且熔融沉积成型装置10是包含：至少一高分子材料11、至少一容器12、至少一喷头13、电脑系统14以及打印驱动平台15，其中容器12内设有加热器122，高分子材料11是导入容器12中，由加热器122对高分子材料11加热熔融；喷头13具有喷孔131，且设置于容器12的一端，使容器12中熔融后的液态高分子材料11’由喷孔131挤出；打印驱动平台15用以供喷头13架构于其上，以进行三轴位移；以及如图3所示，电脑系统14包括接口控制系统141及数据传输平台142，数据传输平台142依据一操作指令以进行一切层运算，而产生一打印数据，其中该切层运算即为将欲成型的立体物件2的切层程序数据转换成二维切层打印格式影像数据，并传输至接口控制系统141，且接口控制系统141包括控制面板1411，以供使用者控制驱动打印驱动平台15运作，以进行熔融沉积成型装置10的三维成型作业。

请续参阅图1，于本实施例中，熔融沉积成型机1更包括材料匣16及进料器18，但不以此为限，其中材料匣16用以储置高分子材料11，且该高分子材料11是可通过驱动轮17及进料器18的导引驱动，进而以输送至容器12。于一些实施例中，驱动轮17及进料器18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，且其型态是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。

又于本实施例中，如图1所示，高分子材料11是可为但不限为一成型线材，即为一细微的线状体，例如：细微的塑胶线，但不以此为限。且以本实施例为例，高分子材料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。

于一些实施例中，该高分子材料11材质是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更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或其混合物的热塑性高分子材料，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)的至少其中之一或其混合物的热塑性高分子材料，以作为支撑材料，但不以此为限。

请同时参阅图1及图2，图2为图1所示的熔融沉积成型装置的容器及喷头的结构示意图，如图1及图2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是可由多个容器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的数量及结合型态是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是为一壳体结构，且每一容器12的壳体是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，其主要是为使容器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121及第二开口127，用以供线形的高分子材料11由第一开口121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121及第二开口127的口径是略大于高分子材料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的直径是为0.05～0.2mm，但不以此为限。又于本实施例中，容器12内部更具有隔热管125及加热器122，隔热管125是为一管状结构，设置于第一开口121及第二开口127之间，且与第一开口121、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更可通过第二开口127而与喷头13的喷孔131相连通，俾可将高分子材料11导送至喷孔131处。

于本实施例中，加热器122是设置于容器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122处时，则可通过加热器122的加热熔融，使的成为液态状态，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122是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。

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，其是可设置于热传导鳍片124及加热器122之间，但并不以此为限，主要用以将加热器122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更具有风扇123，且风扇123是设置于热传导鳍片124的上，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是可加强热传导鳍片124实施热交换作用，进而以达到有效散热的目的。

请同时参阅图1及图3，于本实施例中，电脑系统14是设置于熔融沉积成型机1中，换言之，及本发明的电脑系统14是内建于熔融沉积成型机1中，故使用者无需再另行连接一外接式的电脑系统；以及，本发明的电脑系统14是与熔融沉积成型机1的容器12、材料匣16、驱动轮17及进料器18等机构电连接，但不以此为限。且于一些实施例中，接口控制系统141是具有控制面板1411，用以供使用者可直接于控制面板1411上进行操控，进而可控制及驱动打印驱动平台15进行位移，俾进行熔融沉积成型装置10的三维成型作业。于另一些实施例中，电脑系统14的数据传输平台142中更可具备一处理器(未图示)，但不以此为限，用以对欲成型的立体物件2进行切层运算，以将该欲成型的立体物件2的切层程序数据转换成二维切层打印格式影像数据，并传输至接口控制系统141。

此外，于另一些实施例中，电脑系统14的数据传输平台142更可通过一通用序列总线(USB)传输接口，以接收该对欲成型的立体物件2的二维切层打印格式影像数据，但不以此为限，且通过数据传输平台142中的处理器对该二维切层打印格式影像数据进行解译以及编排的动作，以完成驱动前置工作，再传输一信号给接口控制系统141，进而以控制及驱动打印驱动平台15随的位移，并使喷头13依据接口控制系统141传送过来的打印数据及打印指令，以进行熔融沉积成型装置10的三维成型作业。又于一些实施例中，该通用序列总线(USB)传输接口包含一打印格式系统(Print Form Host Application)及一影像数据处理器(ImageData Processor)的至少其中之一，且不以此为限。

请同时参阅第1～3图，如前所述，熔融沉积成型机1是包含熔融沉积成型装置10、材料匣16、驱动轮17、进料器18及承载盘19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、电脑系统14及打印驱动平台15，该打印驱动平台15为可移动式的平台，其上承载容器12及喷头13，且打印驱动平台15主要通过一驱动元件(未图示)所驱动，以进行上下、或是左右的XYZ三轴的位移。于本实施例中，使用者可通过电脑系统14的数据传输平台142的通用序列总线(USB)传输接口，以将欲成型的立体物件的二维切层打印格式影像数据输入至电脑系统14中，并通过数据传输平台142中的处理器(未图示)对所输入的二维切层打印格式影像数据进行切层运算，以将该欲成型的立体物件2的切层程序数据转换成二维切层打印格式影像数据，并传输至接口控制系统141；此时，使用者再通过电脑系统14的控制面板1411，以对熔融沉积成型机1进行操控，而使该打印驱动平台15先位移至一打印位置，且该打印位置是可相对于一承载盘19，但不以此为限，此时架构于其上的容器12及喷头13即随的位移至该打印位置，以利于进行欲成型的立体物件的三维成型作业。其后，当熔融沉积成型机1接获打印指令后，则高分子材料11会由材料匣16输出，通过驱动轮17及进料器18的驱动导引，而使高分子材料11由容器12的第一开口121而输入至容器12中，并设置于容器12的隔热管125中，通过驱动轮17及进料器18的驱动而向下输送至加热器122处，使加热器122对高分子材料11加热熔融，以形成液态高分子材料11’，并由设置于容器12下的喷头13的喷孔131挤出至承载盘19上，并依据每一层不同的断面图形进行堆叠，且随着液态高分子材料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。于进行此三维成型作业过程中，通过容器12中的热传导通道126、热传导鳍片124及风扇123等组件，借以将加热器122运作时产生的热能向上传递，并通过风扇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。

本发明的熔融沉积成型装置主要通过其内设置的电脑系统以直接对所欲成型的立体物件进行切层运算而产生打印数据，而无需另行连接额外设置的电脑系统，此外，更通过熔融沉积成型机的驱动轮及进料器使高分子材料进给输送至容器中，并由加热器使的加热熔融，再借由喷孔输出已熔融的液态高分子材料，同时更通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，俾可有效进行散热，借以延长容器及熔融沉积成型机的使用寿命。

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，该至少一高分子材料是导入该至少一容器中，由该加热器对该至少一高分子材料加热熔融；

至少一喷头，具有一喷孔，设置于该至少一容器的一端，使该容器中熔融后的该高分子材料由该喷孔挤出；

一打印驱动平台，用以供该至少一喷头架构于其上，以进行三轴位移；以及

一电脑系统，包括一接口控制系统及一数据传输平台，该数据传输平台依据一操作指令进行一切层运算而产生一打印数据，该切层运算即为将欲成型的一立体物件的一切层程序数据转换成一二维切层打印格式影像数据，并传输至该接口控制系统，且该接口控制系统包括一控制面板，以供一使用者控制驱动该打印驱动平台运作，以进行该熔融沉积成型装置的三维成型作业。

2.如权利要求1所述的熔融沉积成型装置，其特征在于，该电脑系统的该数据传输平台是通过一通用序列总线传输接口，以接收该二维切层打印格式影像数据，并对该二维切层打印格式影像数据进行解译以及编排的动作，以完成驱动前置工作，再传输一信号给该接口控制系统，以控制及驱动该打印驱动平台位移，以进行该熔融沉积成型装置的三维成型作业。

3.如权利要求2所述的熔融沉积成型装置，其特征在于，该通用序列总线传输接口包含一打印格式系统及一影像数据处理器的至少其中之一。

4.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。

5.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。

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

7.如权利要求6所述的熔融沉积成型装置，其特征在于，该成型线材的直径是介于0.01mm至2.0mm之间。

8.如权利要求6所述的熔融沉积成型装置，其特征在于，该成型线材的直径是介于0.1mm至1.0mm之间。

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

10.如权利要求1所述的熔融沉积成型装置，其特征在于，该至少一容器更具有一隔热管，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。

11.如权利要求10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，即通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。

12.如权利要求1所述的熔融沉积成型装置，其特征在于，该加热器是为一热电阻加热器、一激光加热器的其中之一。

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

14.如权利要求1所述的熔融沉积成型装置，其特征在于，该至少一容器更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。

15.如权利要求14所述的熔融沉积成型装置，其特征在于，该至少一容器更具有一热传导鳍片，供以与该至少一导热通道连通，以实施热交换作用。

16.如权利要求15所述的熔融沉积成型装置，其特征在于，该至少一容器更具有一风扇，供以加强该热传导鳍片实施热交换作用。