CN107538739A - 复合式三维成型机及其打印模块 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种复合式三维成型机及其打印模块，主要包含建构平台、建构位移平台及打印模块，建构平台具有供料槽与成型槽，分别用以容置建构材料及三维成型物；建构位移平台则架构于该建构平台上，以进行相对位移；打印模块则架构于该建构位移平台上，其包含滚轴、第一喷印模块、第二喷印模块，通过建构位移平台驱动滚轴将该建构材料推送至该成型槽内，再通过第一喷印模块及第二喷印模块分别喷印出第一喷印材料及第二喷印材料于成型槽的建构材料上，借此方式层层堆叠，俾成型出该三维成型物。

Description

复合式三维成型机及其打印模块

【技术领域】

本发明是关于一种复合式三维成型机，尤指一种可同时喷印多个种胶合剂的三维成型机。

【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-JetPrinting，CJP，或称Binder Jetting)技术、熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling，FDM)技术、激光烧结液态树脂成型(Stereo Lithography Apparatus，SLA)技术、紫外光固化液态树脂成型(Multi-Jet Modeling，MJM)技术、或是激光烧结固态粉末成型(SelectiveLaser Sintering，SLS)技术等等，但不以此为限。

然快速成型技术中，胶水喷印固化粉末成型(Color-Jet Printing，CJP，或称Binder Jetting)技术是通过于粉末上喷印胶合剂以成型出三维成型物，然前述的喷印技术中，其喷头只能喷印出同属性粘度的胶合剂，使喷印处理中的三维成型物与支撑材料需特别处理，并于喷印完成后需去除支撑材以成型出三维成型物，举例来说，已知的喷墨技术(BJ)只能喷印低粘度低百分比的粘结剂，例如：酚醛树脂、呋喃树脂或硅酸盐等，喷印于与陶瓷粉混和的固化剂粉体上，以进行固化，该低粘度低百分比的粘结剂的支撑性不足，需通过支撑材以辅助喷印，并于喷印完成后需去除支撑材，才能成型出该欲成型的三维成型物。前述通过支撑材以辅助喷印的过程，使得喷印过程繁琐复杂，且需于喷印完成时去除支撑材造成耗时且不便利。

除此之外，目前市面上的粉末三维成型机亦均只能适用单一种或同属性的胶合剂，无法同时使用多个种不同的胶合剂于打印粉末上，使打印的粉末仅以单一种胶合剂结合，且无法因应材料变化或特殊结构的强度需求而使用不同种类的胶合剂，使成型物材料单一且无法因应需求而变化。

有鉴于此，如何发展一种适用多个种不同属性喷印材料进行喷印的粉末式三维成型机，实为目前迫切需要解决的问题。

【发明内容】

本发明的主要目的在于解决已知的粉末三维成型机亦均只能适用单一种或同属性的胶合剂，无法同时使用多个种不同的胶合剂于打印粉末上的问题，且无法达到因应材料变化或特殊结构的强度需求而使用不同种类的胶合剂，使成型物材料单一且无法因应需求而变化。

本发明的另一目的在于解决已知的粉末三维成型过程中，需使用支撑材料辅助喷印，使得喷印过程繁琐复杂，且需于喷印完成时去除支撑材造成耗时且不便利的问题。

为达上述目的，本发明的一较广义实施态样为提供一种复合式三维成型机，包含：一建构平台，包含一供料槽与一成型槽，该供料槽用于容置一建构材料，该成型槽用以容置一三维成型物；一建构位移平台，架构于该建构平台上，以进行相对位移；以及，一打印模块，架构于该建构位移平台上，其包含：一滚轴，用以将该建构材料推送至该成型槽内；一第一喷印模块，包含一第一位移机构以及一第一喷印头，其中该第一喷印头架构于该第一位移机构上，通过该第一位移机构驱动该第一喷印头进行单一方向往复位移，并借由于该第一喷印头中导入一第一喷印材料以于该成型槽中以进行喷印作业；以及，一第二喷印模块，包含一第二位移机构以及一第二喷印头，其中该第二喷印头架构于该第二位移机构上，通过该第二位移机构驱动该第二喷印头进行单一方向往复位移，并借由于该第二喷印头中导入一第二喷印材料以于该成型槽中以进行喷印作业；当进行三维喷印时，借由该滚轴将该建构材料铺平于该成型槽中，再通过该第一喷印模块及第二喷印模块分别喷印该第一喷印材料及该第二喷印材料于该建构材料上，借此方式层层堆叠，俾成型出该三维成型物。

为达上述目的，本发明的另一较广义实施态样为提供一种打印模块，适用于一复合式三维成型机，该复合式三维成型机包含一建构平台及一建构位移平台，该建构平台包含一供料槽与一成型槽，该供料槽用于容置一建构材料，该成型槽用以容置一三维成型物，该建构位移平台架构于该建构平台上，以进行相对位移，该打印模块架构于该建构位移平台上，其包含：一滚轴，用以将该建构材料推送至该成型槽内；一第一喷印模块，包含一第一位移机构以及一第一喷印头，其中该第一喷印头架构于该第一位移机构上，通过该第一位移机构驱动该第一喷印头进行单一方向往复位移，并借由于该第一喷印头中导入一第一喷印材料以于该成型槽中以进行喷印作业；以及，一第二喷印模块，包含一第二位移机构以及一第二喷印头，其中该第二喷印头架构于该第二位移机构上，通过该第二位移机构驱动该第二喷印头进行单一方向往复位移，并借由于该第二喷印头中导入一第二喷印材料以于该成型槽中以进行喷印作业；当进行三维喷印时，借由该滚轴将该建构材料铺平于该成型槽中，再通过该第一喷印模块及第二喷印模块分别喷印该第一喷印材料及该第二喷印材料于该建构材料上，借此方式层层堆叠，俾成型出该三维成型物。

【附图说明】

图1为本发明较佳实施例的复合式三维成型机示意图。

图2为本发明较佳实施例的复合式三维成型机示意图的上视图。

图3为本发明较佳实施例的打印模块示意图。

图4为本发明较佳实施例的复合式三维成型机的剖面侧视图。

【符号说明】

1：复合式三维成型机

11：建构平台

11a：供料槽

11a1：第一升降机构

11a2：第一升降平台

11b：建构槽

11b1：第二升降机构

11b2：第二升降平台

12：建构位移平台

12a：驱动位移机构

13：打印模块

130：滚轴

131：第一打印模块

131a：第一喷印头

131b：第一位移机构

131c：第一驱动机构

131d：第一导杆

131e：第一驱动源

132：第二打印模块

132a：第二喷印头

132b：第二位移机构

132c：第二驱动机构

132d：第二导杆

132e：第二驱动源

133：打印模块支架

133a、133b：支臂

133c：中轴

14：粉末回收装置

14a：粉末回收口

H1：上推移的距离

H2：下推移的距离

【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2，图1为本发明较佳实施例的复合式三维成型机。图2为本发明较佳实施例的复合式三维成型机上视图。如图1及图2所示，本发明较佳实施例的复合式三维成型机1是为一胶水喷印固化粉末成型(Color-Jet Printing，CJP)技术的三维成型装置，但不以此为限，该复合式三维成型机1主要包含：建构平台11、建构位移平台12及打印模块13，其中建构平台11更包含一供料槽11a与一成型槽11b，供料槽11a用于容置一建构材料，且于本实施例中，建构材料是为一粉末材料，但不以此为限，可依据实际操作情形任施变化；该成型槽11b用以容置一欲成型的三维成型物；建构位移平台12则架构于该建构平台11上，并借由驱动位移机构12a(如图2所示)的带动，进而使其可相对于建构平台11进行X轴方向的水平位移，于一些实施例中，驱动位移机构12a可为一马达及滑轨所组成，但不以此为限；打印模块13是架构于该建构位移平台12上，且该打印模块13更包含一滚轴130、第一喷印模块131以及第二喷印模块132，其中第一喷印模块131及第二喷印模块132分别用于喷印不同属性的喷印材料，当进行三维喷印时，通过建构位移平台12与建构平台11进行X轴方向相对位移，使滚轴130将粉末由供料槽11a推送并铺平于成型槽11b内，再通过第一喷印模块131及第二喷印模块132分别依据需求以喷印不同属性的喷印材料于成型槽11b内的粉末材料上，并借此方式层层堆叠，俾成型出该三维成型物。

请同时参阅图2及图3，图3为本发明较佳实施例的打印模块示意图。如图2及图3所示，于本实施例中，打印模块13包含一滚轴130、第一喷印模块131、第二喷印模块132以及打印模块支架133，其中滚轴130、第一喷印模块131、第二喷印模块132是架构于打印模块支架133上。于一些实施例中，打印模块支架133是可为但不限为一“工”字型的支架结构，其具有两平行设置的支臂133a、133b，并跨设于建构平台11的两侧，且具有一中轴133c连接该两平行设置的支臂133a、133b，但其形态及设置方式并不以此为限。以及，第一喷印模块131更具有第一喷印头131a及第一位移机构131b，第一位移机构131b是由第一驱动机构131c、第一导杆131d及第一驱动源131e所组成，但不以此为限，第一驱动机构131c及第一导杆131d的两端均分别连接于该打印模块支架133的两平行支臂133a、133b上，且彼此相邻设置，且第一驱动机构131c的一侧更与第一驱动源131e相连接，以本实施例为例，第一驱动源131e是为一马达，用以提供动力来源。第一喷印头131a可移动式地设置于第一驱动机构131c及第一导杆131d上，并可通过第一驱动源131e驱动该第一驱动机构131c，于另一些实施例中，第一驱动机构131c是为一导螺杆，第一喷印头131a内则可设有对应于导螺杆的纹路轨道，但不以此为限，借由旋转导螺杆使第一喷印头131a沿纹路轨道及导杆131d进行Y轴方向往复位移，以利于该成型槽11b(如图2所示)中进行喷印作业。

请继续参阅图3，于本实施例中，第二喷印模块132更具有第二喷印头132a及第二位移机构132b，第二位移机构132b同样亦可由第二驱动机构132c、第二导杆132d及第二驱动源132e所组成，但不以此为限，第二导杆132d的两端均连接于该打印模块支架133的两平行支臂133a、133b上，第二驱动源132e则设置于打印模块支架133的中轴133c上，但其设置的位置并不以此为限，是可依照实际施作情形而任施变化，且第二驱动源132e与第二驱动机构132c相连接，于一些实施例中，第二驱动源132e是为一马达，用以提供动力来源。于本实施例中，第二驱动机构132c是可为但不限为一皮带结构，第二喷印头132a的一侧设有对应于该皮带结构的连动装置，但不以此为限，可依据实际情形任施变化，通过第二驱动源132e驱动第二驱动机构132c，使第二喷印头132a于第二导杆132d上进行Y轴方向往复位移，以利于该成型槽11b(如图2所示)中进行喷印作业。

于本实施例中，第一喷印模块131是为一连续式喷出(CTJ)的喷印模块，该第一喷印头131a用以喷印出高粘度胶合剂，并针对三维成型物的切层封闭曲线部分进行连续喷印，高粘度胶合剂强度较一般胶合剂强，以使喷印时不需额外使用支撑材料便可成型出该三维成型物，并达到简化喷印过程，且避免于喷印完成时去除支撑材造成耗时且不便利性。且第一喷印模块131更包含第一供料模块(未图示)，用以容置该高粘度胶合剂，该第一供料模块是与第一喷印头131a相连通，用以供应高粘度胶合剂至第一喷印头131a进行喷印。

又于本实施例中，第二喷印模块132是为一指令式喷印技术(DOP)的喷印模块，该第二喷印头132a用以喷印出一般粘度胶合剂，并针对三维成型物的切层封闭曲线内未喷印的部分进行指令式喷印，搭配第一喷印头131a对三维成型物的切层封闭曲线部分连续喷印高粘度胶合剂，使每一切层面皆由高粘度胶合剂及一般粘度胶合剂完全填满，并借此方式层层堆叠，俾成型出该三维成型物。于本实施例中，第二喷印模块132更包含第二供料模块(未图示)，用以容置该一般粘度胶合剂，且第二供料模块与第二喷印头132a相连通，用以供应一般粘度胶合剂至第二喷印头132a进行喷印。于一些实施例中，该第二喷印头132a内更设有一高功率固化装置(未图示)，用以加速胶合剂固化，减少打印所消耗的时间，且该高功率固化装置是可为一激光光固化装置，但不以此为限。

请参阅图4并配合图1，图4为本发明较佳实施例的复合式三维成型机的剖面侧视图。如图所示，可见本发明的复合式三维成型机1的供料槽11a与成型槽11b是嵌设于建构平台11内，但不以此为限，且于供料槽11a内更可设置第一升降平台11a2，但不以此为限，通过供料槽11a下方设置的第一升降机构11a1推送第一升降平台11a2进行垂直方向的位移，例如可为图4所示的第一升降平台11a2的向上推移的距离H1，进而以导送推移一定需求量的建构材料至最上层，并与建构平台11保持一水平推移堆积量，再由打印模块13的滚轴130将该建构材料推送至建构槽11b处；同样地，于建构槽11b中亦具有第二升降平台11b2，用以供放置层层堆叠成型的三维成型物，且与建构槽11b下方设置的第二升降机构11b1相连接定位，主要依第二升降机构11b1的带动而于建构槽11b的内部进行升降，由第二升降平台11b2控制推送位移与建构槽11b保持一需求铺料层的空间，例如可为图4所示的第二升降平台11b2向下推移的距离H2，并将需求量的建构材料通过滚轴130铺置至此铺料空间，以产生一堆叠层，借由第一喷印模块131的第一喷印头131a连续喷出高粘度胶合剂于此铺料空间，并针对三维成型物的切层封闭曲线部分进行喷印，同时通过第二喷印模块132的第二喷印头132a喷印出一般粘度胶合剂，并针对三维成型物的切层封闭曲线内未喷印的部分进行指令式喷印，借此使三维成型物的切层封闭曲线切层面皆由高粘度胶合剂及一般粘度胶合剂完全填满，并重复上述铺料、喷印作业，即可层层堆叠成型出三维成型物。

另于本实施例中，复合式三维成型机1更可包含一粉末回收装置14，但不以此为限，粉末回收装置14是以一粉末回收口14a连接于建构槽11b的一侧，用以将建构槽11b最上层进行铺料作业后多余的建构材料集中收集，并于收集之后，将收集的建构材料通过一筛滤器(未图示)进行筛滤，并回收再利用。

综上所述，本发明的打印模块可喷印出高粘度胶合剂及一般粘度胶合剂于应三维成型物的切层面上，以解决已知三维喷印技术仅能喷印一种属性胶合剂而无法因应三维成型物的需求喷印不同粘度的胶合剂；并针对三维成型物的切层封闭曲线喷印粘度较强的高粘度胶合剂，增强打印时三维成型物切层封闭曲线的强度，以解决已知喷印技术于打印时需额外使用支撑材料的问题，更节省于打印完成后去除支撑材料的时间及人力成本；再者，通过高粘度胶合剂及一般粘度胶合剂于不同位置进行喷印，可使三维成型物结构强度增强，并可达到大范围切层面喷印，以解决已知一般粘度胶合剂强度不足的问题。

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 (12)

1.一种复合式三维成型机，包含：

一建构平台，包含一供料槽与一成型槽，该供料槽用于容置一建构材料，该成型槽用以容置一三维成型物；

一建构位移平台，架构于该建构平台上，以进行相对位移；以及，

一打印模块，架构于该建构位移平台上，其包含：

一滚轴，用以将该建构材料推送至该成型槽内；

一第一喷印模块，包含一第一位移机构以及一第一喷印头，其中该第一喷印头架构于该第一位移机构上，通过该第一位移机构驱动该第一喷印头进行单一方向往复位移，并借由于该第一喷印头中导入一第一喷印材料以于该成型槽中以进行喷印作业；以及，

一第二喷印模块，包含一第二位移机构以及一第二喷印头，其中该第二喷印头架构于该第二位移机构上，通过该第二位移机构驱动该第二喷印头进行单一方向往复位移，并借由于该第二喷印头中导入一第二喷印材料以于该成型槽中以进行喷印作业；

当进行三维喷印时，借由该滚轴将该建构材料铺平于该成型槽中，再通过该第一喷印模块及第二喷印模块分别喷印该第一喷印材料及该第二喷印材料于该建构材料上，借此方式层层堆叠，俾成型出该三维成型物。

2.如权利要求1所述的复合式三维成型机，其特征在于，该第一喷印模块为一连续式喷印模块。

3.如权利要求1所述的复合式三维成型机，其特征在于，该第二喷印模块为一指令式喷印模块。

4.如权利要求1所述的复合式三维成型机，其特征在于，该第一喷印模块还包含一第一供料模块，第一供料模块与该第一喷印头相连接，用以供应该第一喷印材料。

5.如权利要求1所述的复合式三维成型机，其特征在于，该第二喷印模块还包含一第二供料模块，第二供料模块与该第二喷印头相连接，用以供应该第二喷印材料。

6.如权利要求4所述的复合式三维成型机，其特征在于，该第一喷印材料为一高粘度胶合剂。

7.如权利要求1所述的复合式三维成型机，其特征在于，该供料槽底部更设有一第一升降平台及一第一升降机构，通过该第一升降机构上升使该第一升降平台将该建构材料推出该供料槽中。

8.如权利要求1所述的复合式三维成型机，其特征在于，该成型槽底部更设有一第二升降平台及一第二升降机构，通过该第二升降机构下降使该第二升降平台产生一铺料空间，使该建构材料可铺料于其中。

9.如权利要求1所述的复合式三维成型机，其特征在于，该复合式三维成型机更包含一驱动位移机构，其是由一马达及一滑轨组成，该滑轨设置于该建构平台及该建构位移平台之间，并通过该马达驱动该建构位移平台，于该建构平台上进行单一方向往复位移。

10.如权利要求1所述的复合式三维成型机，其特征在于，该第一位移机构更包含一第一驱动源、一第一导杆以及一第一驱动机构，该第一喷印头架构于该第一导杆以及该第一驱动机构上，并通过该驱动源驱动该第一驱动机构，使该第一喷印头沿该第一导杆于该成型槽上进行单一方向往复位移。

11.如权利要求1所述的复合式三维成型机，其特征在于，该第二位移机构更包含一第二驱动源、一第二导杆以及一第二驱动机构，该第二喷印头架构于该第二导杆以及该第二驱动机构上，并通过该第二驱动源该第二驱动机构，使该第二喷印头沿该第二导杆于该成型槽上进行单一方向往复位移。

12.一种打印模块，适用于一复合式三维成型机，该复合式三维成型机包含一建构平台及一建构位移平台，该建构平台包含一供料槽与一成型槽，该供料槽用于容置一建构材料，该成型槽用以容置一三维成型物，该建构位移平台架构于该建构平台上，以进行相对位移，该打印模块架构于该建构位移平台上，其包含：

一滚轴，用以将该建构材料推送至该成型槽内；

一第一喷印模块，包含一第一位移机构以及一第一喷印头，其中该第一喷印头架构于该第一位移机构上，通过该第一位移机构驱动该第一喷印头进行单一方向往复位移，并借由于该第一喷印头中导入一第一喷印材料以于该成型槽中以进行喷印作业；以及，

一第二喷印模块，包含一第二位移机构以及一第二喷印头，其中该第二喷印头架构于该第二位移机构上，通过该第二位移机构驱动该第二喷印头进行单一方向往复位移，并借由于该第二喷印头中导入一第二喷印材料以于该成型槽中以进行喷印作业；

当进行三维喷印时，借由该滚轴将该建构材料铺平于该成型槽中，再通过该第一喷印模块及第二喷印模块分别喷印该第一喷印材料及该第二喷印材料于该建构材料上，借此方式层层堆叠，以成型出该三维成型物。