CN107627596A - 三维打印机的挤出装置及其冷却机构与冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种三维打印机的挤出装置及其冷却机构与冷却方法，三维打印机的挤出装置包括壳体、喷嘴、棘轮、加压惰轮以及冷却机构，其中喷嘴是与壳体相连接，棘轮是设置于壳体内，加压惰轮是邻设于棘轮，且棘轮与加压惰轮共同夹持热熔性材料，并导引热熔性材料经由喷嘴挤出。冷却机构是包括气泵及导流管，其中导流管是部分地设置于壳体内且与气泵相连接，以导引气泵抽取的空气经由导流管流至壳体内，进而降低壳体内环境温度。因此，通过设置导流式冷却机构，以达到有效提升冷却效果及打印质量的技术效果。

Description

三维打印机的挤出装置及其冷却机构与冷却方法

技术领域

本发明涉及一种三维打印机的挤出装置，特别涉及一种三维打印机的挤出装置及其冷却机构与冷却方法。

背景技术

近年来，随着3D打印(3D printing)，又称积层制造(Additive Manufacturing，AM)的普及化，其中熔融沉积式(Fused Deposition Modeling，FDM)积层制造广泛应用于众多机台之中，此种类型的积层制造主要原理为以三轴工具机配合挤出喷头来挤出塑料或其他材料成形，挤出喷头大都使用棘轮夹持材料线材，利用摩擦力带动线状热熔性材料往喷嘴推进，并在喷嘴端加热至一定温度，可使线状热熔性材料熔化成熔融状态，经由细小喷嘴喷出细线，将细线填满工件切层区域，如此层层堆栈成形。

熔融沉积式(FDM)积层制造所使用的材料大多为线状热熔性材料，热熔性材料本身存在一定的收缩比例，进一步影响打印的成形尺寸及质量。因此，为提升打印质量，须保持成形空间的温度略低于热熔性材料的热变形温度。

然而，由于熔融沉积式(FDM)积层制造的挤出喷头是在喷嘴端加热至一定温度，使线状热熔性材料熔化成熔融状态。若成形空间的温度略低于热熔性材料的热变形温度，则邻近棘轮的温度已接近材料的热变形温度，此时线状热熔性材料容易产生软化现象，使得材料强度降低，且棘轮与热熔性材料间的摩擦力亦因此改变，造成材料无法顺利挤出，进而降低打印质量。

于现有技术中，是直接于棘轮附近增加风扇，以气流进行降温，然由于邻近棘轮的温度已接近材料的热变形温度，使用内部空气进行对流的冷却效果实有限。此外，风扇转动时容易造成挤出喷头震动，使得打印过程不稳定而影响打印质量。

是以，如何发展一种有别于往的三维打印机的挤出装置及其冷却机构与冷却方法，以改善现有技术中的问题与缺点，解决热熔性材料的降温问题，且提升冷却效果及打印质量，实为目前技术领域中的重点课题。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种三维打印机的挤出装置及其冷却机构与冷却方法，以解决并改善前述现有技术的问题与缺点。

本发明的另一目的为提供一种三维打印机的挤出装置及其冷却机构，通过设置导流式冷却机构，对热熔性材料进行降温，以维持热熔性材料的强度，进而提升打印质量。

本发明的另一目的为提供三维打印机的挤出装置及其冷却机构，通过导流管导引气泵抽取的空气流至挤出装置，使环境温度降低且打印过程较为稳定，以达到有效提升冷却效果及打印质量的技术效果。此外，由于导流管为挠性，当挤出装置移动时，挠性导流管可配合其位置自动弯曲，不会影响气流流动。

本发明的另一目的为提供一种冷却方法，通过持续检测环境温度是否接近热熔性材料的热变形温度，以控制冷却机构进行冷却动作，进而确保热熔性材料维持一定强度，使得打印质量提升。

为达到上述目的，本发明的一较佳实施方式为提供一种三维打印机的挤出装置，包括：一壳体；一喷嘴，是与该壳体相连接；一棘轮，设置于该壳体内；一加压惰轮，邻设于该棘轮，其中该棘轮与该加压惰轮共同夹持一热熔性材料，并导引该热熔性材料经由该喷嘴挤出；一冷却机构，包括一气泵及一导流管，其中该导流管是部分地设置于该壳体内且与该气泵相连接，以导引该气泵抽取的空气经由该导流管流至该壳体内，进而降低壳体内环境温度。

为达到上述目的，本发明的另一较佳实施方式为提供一种冷却机构，适用于一三维打印机的挤出装置，该三维打印机的挤出装置包括一壳体以及一棘轮，该棘轮是设置于该壳体内，该冷却机构包括：一气泵；一导流管，是部分地设置于该壳体内且与该气泵相连接，以导引该气泵抽取的空气经由该导流管流至该壳体内，进而降低壳体内环境温度。

为达到上述目的，本发明的又一较佳实施方式为提供一种冷却方法，包括步骤：(a)提供一棘轮、一感测组件及一冷却机构，其中该冷却机构是包括一气泵及一导流管；(b)以该感测组件检测邻近该棘轮的一环境温度；(c)判断该环境温度是否高于一阈值温度；(d)该冷却机构进行一冷却动作，使该气泵抽取空气，并由该导流管导引该气泵抽取的空气经由该导流管流至该棘轮，进而降低该环境温度；(e)停止该冷却动作；其中，当该步骤(c)的判断结果为是，是执行该步骤(d)，并重新执行该步骤(b)及该步骤(c)，且当该步骤(c)的判断结果为否，是执行该步骤(e)，并重新执行步骤(b)。

本发明的有益效果在于：本发明提供一种三维打印机的挤出装置及其冷却机构与冷却方法，通过设置导流式冷却机构，对热熔性材料进行降温，以维持热熔性材料的强度，进而提升打印质量。并且，通过导流管导引气泵抽取的空气流至挤出装置，使环境温度降低且打印过程较为稳定，以达到有效提升冷却效果及打印质量的技术效果。此外，由于导流管为挠性，当挤出装置移动时，挠性导流管可配合其位置自动弯曲，不会影响气流流动。同时，通过持续检测环境温度是否接近热熔性材料的热变形温度，以控制冷却机构进行冷却动作，进而确保热熔性材料维持一定强度，使得打印质量提升。

附图说明

图1是显示本发明较佳实施例的三维打印机的挤出装置及其冷却机构的结构示意图。

图2是显示本发明另一实施例的三维打印机的挤出装置及其冷却机构的结构示意图。

图3是显示本发明又一实施例的三维打印机的挤出装置及其冷却机构的结构示意图。

图4是显示本发明较佳实施例的三维打印机的挤出装置的冷却方法流程图。

其中，附图标记说明如下：

1：三维打印机的挤出装置

10：壳体

11：喷嘴

12：棘轮

13：加压惰轮

14：冷却机构

140：气泵

141：导流管

15：温度感测组件

2：热熔性材料

3：控温室

4：加热平板

A：出风口

S10、S20、S30、S40、S50：步骤

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是当作对其进行说明用，而非架构于限制本发明。

请参阅图1、图2及图3，其中图1是显示本发明较佳实施例的三维打印机的挤出装置及其冷却机构的结构示意图，图2是显示本发明另一实施例的三维打印机的挤出装置及其冷却机构的结构示意图，图3是显示本发明又一实施例的三维打印机的挤出装置及其冷却机构的结构示意图。如图1、图2及图3所示，本发明的三维打印机的挤出装置1是包括壳体10、喷嘴11、棘轮12、加压惰轮13以及冷却机构14，其中壳体10可为密闭壳体或非密闭壳体，喷嘴11是与壳体10相连接，棘轮12是设置于壳体10内，而加压惰轮13是邻设于棘轮12，且棘轮12与加压惰轮13共同夹持热熔性材料2，并导引热熔性材料2经由喷嘴11挤出。冷却机构14是包括气泵140及导流管141，其中导流管141是部分地设置于壳体10内且与气泵140相连接，以导引气泵140抽取的空气经由导流管141流至壳体10内，进而降低壳体10内环境温度。

根据本发明的构思，当棘轮12旋转时，加压惰轮13可提供热熔性材料2正向力，使棘轮12与热熔性材料2间产生磨擦力，并导引热熔性材料2经由喷嘴11挤出。并且，加压惰轮13是受热熔性材料2带动，与棘轮12反向旋转。

于一些实施例中，本发明的三维打印机的挤出装置1还包括控温室3，且壳体10及喷嘴11是设置于控温室3内，气泵140是设置于控温室3外，以抽取控温室3外的空气。且导流管141是部分地设置于控温室3内，以导引气泵140抽取的空气经由导流管141流至壳体10内，进而降低壳体10内环境温度。于另一些实施例中，三维打印机的挤出装置1还包括加热平板4，且加热平板4是相对喷嘴11设置于控温室3内，但并不以此为限。

根据本发明的构思，本发明的三维打印机的挤出装置1还包括温度感测组件15及控制组件(未图标)，温度感测组件15是邻设于棘轮12，且控制组件是与温度感测组件15及冷却机构14相连接。其中温度感测组件15感测的温度数值由控制组件接收并解析后，再传送至冷却机构14以控制冷却机构14进行冷却动作。

请再参阅图1。如图1所示，导流管141的出风口A是邻设于棘轮12，以导引气泵140抽取的空气经由导流管141流至棘轮12。于一些实施例中，导流管141是为挠性管，当三维打印机的挤出装置1移动时，导流管141可配合三维打印机的挤出装置1的位置自动弯曲，不会影响气流流动。

请再参阅图2。在一些实施例中，导流管141的出风口A亦可邻设于热熔性材料2与壳体10的交界处，以导引气泵140抽取的空气经由该导流管141流至热熔性材料2。通过直接将出风口A指向热熔性材料2，以更有效地对热熔性材料2进行冷却。

换言之，本发明提供一种三维打印机的挤出装置，通过设置导流式冷却机构，对热熔性材料进行降温，以维持热熔性材料的强度，进而提升打印质量。并且，通过导流管导引气泵抽取的空气流至挤出装置，使环境温度降低且打印过程较为稳定，以达到有效提升冷却效果及打印质量的技术效果。

请参阅图4并配合图1、图2及图3，其中图4是显示本发明较佳实施例的三维打印机的挤出装置的冷却方法的流程图。如图1、图2、图3及图4所示，本发明较佳实施例的三维打印机的挤出装置的冷却方法包括以下步骤：首先，如步骤S10所示，提供棘轮12、感测组件15及冷却机构14，其中14冷却机构是包括气泵140及导流管141。于一些实施例中，导流管141是为挠性管，但不以此为限。

其次，如步骤S20所示，以感测组件15检测邻近棘轮12的环境温度。接着，如步骤S30所示，判断环境温度是否高于阈值温度，其中阈值温度可为例如但不限于选自低于热熔性材料2的热变形温度10℃至20℃间的温度范围的任一温度。举例而言，若热熔性材料2的热变形温度为60℃，阈值温度可为选自40℃至50℃间的温度范围的任一温度。于一些实施例中，是由控制组件接收并解析温度感测组件15检测的环境温度数值后，判断环境温度是否高于阈值温度，但并不以此为限。

当步骤S30的判断结果为是，是执行步骤S40，并重新执行步骤S20及步骤S30。如步骤S40所示，冷却机构14是进行冷却动作，使气泵140抽取空气，并由导流管141导引气泵140抽取的空气经由导流管141流至棘轮12，进而降低环境温度。当步骤S30的判断结果为否，是执行步骤S50，以停止冷却动作，并重新执行步骤S20及步骤S30，以持续检测环境温度是否高于阈值温度。

简言之，通过本发明的冷却方法，可实现对三维打印机的挤出装置的环境温度的不间断连续监控，以确保三维打印的成形质量。

综上所述，本发明提供一种三维打印机的挤出装置及其冷却机构与冷却方法，通过设置导流式冷却机构，对热熔性材料进行降温，以维持热熔性材料的强度，进而提升打印质量。并且，通过导流管导引气泵抽取的空气流至挤出装置，使环境温度降低且打印过程较为稳定，以达到有效提升冷却效果及打印质量的技术效果。此外，由于导流管为挠性，当挤出装置移动时，挠性导流管可配合其位置自动弯曲，不会影响气流流动。同时，通过持续检测环境温度是否接近热熔性材料的热变形温度，以控制冷却机构进行冷却动作，进而确保热熔性材料维持一定强度，使得打印质量提升。

纵使本发明已由上述的实施例详细叙述而可由本领域技术人员任意进行构思而作出各种修饰，然而皆不脱离本发明的权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种三维打印机的挤出装置，包括：

一壳体；

一喷嘴，是与该壳体相连接；

一棘轮，设置于该壳体内；

一加压惰轮，邻设于该棘轮，其中该棘轮与该加压惰轮共同夹持一热熔性材料，并导引该热熔性材料经由该喷嘴挤出；以及

一冷却机构，包括一气泵及一导流管，其中该导流管是部分地设置于该壳体内且与该气泵相连接，以导引该气泵抽取的空气经由该导流管流至该壳体内，进而降低该壳体内环境温度。

2.如权利要求1所述的三维打印机的挤出装置，其中当该棘轮旋转时，该加压惰轮提供该热熔性材料一正向力，并导引该热熔性材料经由该喷嘴挤出，且该加压惰轮是受该热熔性材料带动，与该棘轮反向旋转。

3.如权利要求1所述的三维打印机的挤出装置，其中该导流管是邻设于该棘轮，以导引该气泵抽取的空气经由该导流管流至该棘轮。

4.如权利要求1所述的三维打印机的挤出装置，其中该导流管是邻设于该热熔性材料与该壳体交界处，以导引该气泵抽取的空气经由该导流管流至该热熔性材料。

5.如权利要求1所述的三维打印机的挤出装置，还包括一温度感测组件，是邻设于该棘轮，以感测温度并控制该冷却机构。

6.如权利要求1所述的三维打印机的挤出装置，还包括一控温室，该壳体及该喷嘴是设置于该控温室内，该气泵是设置于该控温室外，且该导流管是部分地设置于该控温室内，以导引该气泵抽取的空气经由该导流管流至该壳体内，进而降低该壳体内环境温度。

7.如权利要求6所述的三维打印机的挤出装置，还包括一加热平板，是相对该喷嘴设置于该控温室内。

8.一种冷却机构，适用于一三维打印机的挤出装置，该三维打印机的挤出装置包括一壳体以及一棘轮，该棘轮是设置于该壳体内，该冷却机构包括：

一气泵；以及

一导流管，是部分地设置于该壳体内且与该气泵相连接，以导引该气泵抽取的空气经由该导流管流至该壳体内，进而降低该壳体内环境温度。

9.如权利要求8所述的冷却机构，其中该导流管是为一挠性管。

10.一种冷却方法，包括步骤：

(a)提供一棘轮、一感测组件及一冷却机构，其中该冷却机构是包括一气泵及一导流管；

(b)以该感测组件检测邻近该棘轮的一环境温度；

(c)判断该环境温度是否高于一阈值温度；

(d)该冷却机构进行一冷却动作，使该气泵抽取空气，并由该导流管导引该气泵抽取的空气经由该导流管流至该棘轮，进而降低该环境温度；以及

(e)停止该冷却动作；

其中，当该步骤(c)的判断结果为是，是执行该步骤(d)，并重新执行该步骤(b)及该步骤(c)，且当该步骤(c)的判断结果为否，是执行该步骤(e)，并重新执行该步骤(b)及该步骤(c)。