CN108068307B - 打印头模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种打印头模块。本发明的打印头模块适于设置于立体打印装置的基座上方，以打印立体对象，其包括立体打印头、喷墨头及烘干模块。立体打印头包括熔融模块及基材喷嘴，以将立体打印基材熔融并打印于基座上而形成多个叠构层。喷墨头连接立体打印头。喷墨头包括墨水喷嘴，以将墨水逐层喷涂于各叠构层上。烘干模块设置于立体打印头与喷墨头之间并包括风扇、出风罩及加热模块。风扇包括朝向基座的出风侧，以提供气流。出风罩设置于出风侧。加热模块设置于风扇与出风罩之间，以加热气流并由出风罩吹出而烘干各叠构层上的墨水。本发明提供的打印头模块可使立体对象具有良好的色彩呈现度与变化性。

Description

打印头模块
技术领域
本发明涉及一种打印头模块，且特别涉及一种具有烘干模块的打印头模块。
背景技术
随着计算机辅助制造(Computer-Aided Manufacturing,CAM)的进步，制造业发展了立体打印技术，能很迅速的将设计原始构想制造出来。立体打印技术实际上是一系列快速原型成型(Rapid Prototyping,RP)技术的统称，其基本原理都是叠层制造，由快速原型机在X-Y平面内通过扫描形式形成工件的截面形状，而在Z坐标间断地作层面厚度的位移，最终形成立体对象。立体打印技术能无限制几何形状，而且越复杂的零件越显示RP技术的卓越性，更可大大地节省人力与加工时间，在时间最短的要求下，将3D计算机辅助设计(Computer-Aided Design,CAD)软件所设计的数字立体模型真实地呈现出来，不但摸得到，亦可真实地感受得到它的几何曲线，更可以试验零件的装配性、甚至进行可能的功能试验。
以熔融沉积造型(fused deposition modeling，FDM)技术为例，其将成型材料制作成线材，并将成型材料加热熔融后依据所需形状/轮廓在成型平台上逐层堆栈构成立体对象。因此，在已知的彩色熔融沉积造型立体打印方法中，外观颜色通常是待立体对象完成后方进行着色，或者使用具有颜色的成型材料制作立体对象。然而，前者的彩色颜料只附着在立体对象的外表面，其色彩呈现度与变化性略显不足。并且，后者通常使用单一颜色的成型线材形成有色对象，其色彩呈现度与变化性较差，且其达到多色彩的方式较为困难(例如需反复更换使用不同颜色的成型线材方能达到多彩效果)，进而降低彩色立体对象的制作效率。
发明内容
本发明提供一种打印头模块，其可使立体对象具有良好的色彩呈现度与变化性。
本发明的打印头模块适于设置于立体打印装置的基座上方，以打印立体对象，其包括立体打印头、喷墨头及烘干模块。立体打印头包括熔融模块及基材喷嘴，以将立体打印基材熔融并打印于基座上而形成多个叠构层。喷墨头连接立体打印头。喷墨头包括墨水喷嘴，以将墨水逐层喷涂于各叠构层上而形成多个墨水层。烘干模块设置于立体打印头与喷墨头之间并包括风扇模块、出风罩及加热模块。风扇模块包括朝向基座的出风侧，以提供气流。出风罩设置于出风侧。加热模块设置于风扇模块与出风罩之间，以加热气流并由出风罩吹出，以烘干各叠构层上的各墨水层。
在本发明的一实施例中，上述的烘干模块还包括壳体，加热模块设置于壳体内。风扇模块及出风罩设置于壳体的相对两侧。
在本发明的一实施例中，上述的风扇模块以出风侧固定于壳体上。
在本发明的一实施例中，上述的出风罩的罩口与墨水喷嘴之间的最短水平距离介于35毫米(mm)至50毫米(mm)之间。
在本发明的一实施例中，上述的加热后的气流的温度介于65度(℃)至70度(℃)之间。
在本发明的一实施例中，上述的打印头模块还包括散热风扇及喷嘴导风罩。散热风扇对应立体打印头的进料管道设置，其中进料管道连接基材喷嘴。喷嘴导风罩对应散热风扇设置并包括喷嘴出风口。喷嘴出风口位于基材喷嘴与基座之间。
在本发明的一实施例中，上述的喷嘴出风口对应立体物品，以对自基材喷嘴挤出的立体打印基材进行降温。
在本发明的一实施例中，上述的由喷嘴出风口流出的冷却气流的温度低于加热后的气流的温度。
在本发明的一实施例中，上述的由喷嘴出风口流出的冷却气流的温度介于30度(℃)至50度(℃)之间。
本发明的一种打印头模块适于设置于立体打印装置的基座上方，以打印立体对象，其包括立体打印头、喷墨头、风扇模块以及烘干模块。立体打印头包括熔融模块及基材喷嘴，以将立体打印基材熔融并打印于基座上而形成多个叠构层。喷墨头连接立体打印头。喷墨头包括墨水喷嘴，以将墨水逐层喷涂于各叠构层上而形成多个墨水层。风扇模块对应立体打印头的进料管道设置，以提供气流，其中进料管道连接基材喷嘴。烘干模块设置于风扇模块的出风侧并包括出风罩。出风罩朝向基座。气流流经进料管道而被加热，并由出风罩吹出，以烘干各叠构层上的各墨水层。
在本发明的一实施例中，上述的风扇模块以相对出风侧的入风侧固定于进料管道。
在本发明的一实施例中，上述的出风罩的罩口与墨水喷嘴之间的最短水平距离大于50毫米(mm)。
基于上述，本发明的打印头模块还包括喷墨头及烘干模块，以在立体打印头打印叠构层于基座上后可通过喷墨头喷涂墨水层于叠构层上，以对叠构层进行上色，之后，可再利用烘干模块对喷涂的墨水层进行烘干即可形成彩色的叠构层，而彼此堆栈的叠构层及彩色的墨水层即可堆栈出彩色的立体对象。如此，本发明的打印头模块可无须切换不同颜色的立体打印基材即可打印出彩色的立体对象。并且，本发明利用喷墨头喷涂墨水以对叠构层进行上色，可有效提升立体对象的色彩呈现度与变化性，因此，本发明的打印头模块可有效提升打印质量及设计的弹性。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所示附附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明的一实施例的一种打印头模块的示意图；
图2是依照本发明的一实施例的一种烘干模块的组件分解示意图；
图3是依照本发明的一实施例的一种打印头模块的局部组件示意图；
图4是依照本发明的一实施例的一种打印头模块进行打印的情境示意图；
图5是依照本发明的一实施例的一种打印头模块进行烘干的情境示意图；
图6是依照本发明的另一实施例的一种打印头模块的打印头模块的示意图；
图7是图6的打印头模块进行烘干的情境示意图。
附图标记说明:
10：立体打印装置
20：立体物件
22：叠构层
24：墨水层
100、100a：打印头模块
110：立体打印头
112：基材喷嘴
120：喷墨头
122：墨水喷嘴
130：烘干模块
132、130a：风扇模块
132a：出风侧
134：出风罩
134a：罩口
136：加热模块
138：壳体
140、140a：散热风扇
142：出风侧
144：入风侧
150：喷嘴导风罩
152：喷嘴出风口
200：基座
210：承载面
300：控制单元
400：立体打印基材
A1：冷却气流
A2：气流
D1、D1’：最短水平距离
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的各实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附加附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而并非用来限制本发明。并且，在下列各实施例中，相同或相似的组件将采用相同或相似的标号。
图1是依照本发明的一实施例的一种打印头模块的示意图。图2是依照本发明的一实施例的一种烘干模块的组件分解示意图。请同时参照图1及图2，在本实施例中，打印头模块100适于装配于立体打印装置10上，以依据数字立体模型打印立体对象20。立体打印装置10包括打印头模块100以及基座200。打印头模块100可移动地设置于基座200的上方。在本实施例中，立体打印装置10还可包括控制单元300，其可用以读取前述的数字立体模型，并据此控制打印头模块100相对基座200移动，其中，数字立体模型可为数字立体图像档案，其例如由计算机主机通过计算机辅助设计(computer-aided design,CAD)或动画建模软件等建构而成。
承上述，基座200具有承载面210，用以承载打印头模块100所打印出的叠构层22及墨水层24。打印头模块100则设置于基座200的上方。详细而言，在本实施例中，立体打印装置10还可包括立体打印基材400，其如图1所示的连接至打印头模块100，并适于经由打印头模块100的进料管道而进入基材喷嘴112以受热熔融，再经由基材喷嘴112挤出而逐层成型于基座200的承载面210上而形成多个叠构层22，如此，逐层成型的叠构层22在承载面210上彼此堆栈而形成立体对象20。具体而言，立体打印基材400可由适用于熔丝制造式(FusedFilament Fabrication,FFF)、熔化压模式(Melted and Extrusion Modeling)等制作方法的热熔性材料所构成。
详细而言，本实施例的立体打印装置10包括基座200以及打印头模块100，而打印头模块100包括立体打印头110、喷墨头120及烘干模块130。基座200具有承载面210。立体打印头110设置于基座200的承载面210的上方，且立体打印头110包括基材喷嘴112以及熔融模块114，熔融模块114用以将立体打印基材400熔融，而基材喷嘴112再将熔融的立体打印基材400打印于基座200的承载面210上而形成如图1所示的多个叠构层22。喷墨头120设置于承载面210的上方并连接立体打印头110，而烘干模块130则设置于立体打印头110与喷墨头120之间。具体来说，立体打印头110、烘干模块130及喷墨头120可沿着平行承载面210的方向而彼此连接。
在本实施例中，喷墨头120包括墨水喷嘴122，以将墨水逐层喷涂于各叠构层22上而形成多个墨水层24。具体而言，喷墨头120所喷涂的墨水可为彩色墨水。如此配置，本实施例在立体打印头110打印一层叠构层22于基座200上后可通过喷墨头120喷涂彩色的墨水层24于叠构层22的上表面及侧表面，以对叠构层22进行上色，之后，可再利用烘干模块130对喷涂的墨水层24进行烘干即可形成彩色的叠构层22。如此，重复上述步骤则可形成多个彼此堆栈的叠构层22及彩色的墨水层24堆栈出立体对象20，使立体打印头110可无须切换不同颜色的立体打印基材400即可打印出彩色的立体对象20。
在本实施例中，烘干模块130如图2所示的包括风扇模块132、出风罩134及加热模块136。风扇模块132包括朝向承载面210的出风侧132a，以朝承载面210提供气流。出风罩134设置于出风侧132a，加热模块136则设置于风扇模块132与出风罩134之间，以加热上述气流并使加热后的气流由出风罩134吹出，因而可利用加热后的气流来烘干各叠构层22上的墨水层24。在本实施例中，经过加热模块136加热后的气流的温度约介于65度(℃)至70度(℃)之间。此外，烘干模块130还可包括壳体138，加热模块136则是设置于壳体138内。风扇模块132及出风罩134分别设置于壳体138的相对两侧。进一步而言，本实施例的风扇模块132是通过多个例如螺丝等固定件而以其出风侧132a固定于壳体138上。
如此配置，本实施例可利用耦接打印头模块100的控制单元300来控制打印头模块100以立体打印头110为中心移动，以使立体打印头110将叠构层22打印于承载面210上，接着再控制打印头模块100以喷墨头120为中心移动，以使喷墨头120将墨水逐层喷涂于上述叠构层22上，接着，再控制打印头模块100以烘干模块130为中心移动，以使烘干模块130依喷墨头120的喷涂路径烘干叠构层22上的墨水层24。如此重复上述步骤，即可依序形成彼此堆栈的叠构层22及墨水层24而形成立体物件20。
在本实施例中，出风罩134的罩口134a(也就是出风口)与喷墨头120的墨水喷嘴122之间须维持一定的距离，以防止烘干模块130所吹出的气流使喷墨头120的墨水干涸，进而导致其墨水喷嘴122阻塞。因此，在本实施例中，出风罩134的罩口134a与喷墨头120的墨水喷嘴122之间的最短水平距离D1约至少大于35毫米(mm)。进一步而言，如图1所示的出风罩134的罩口134a与喷墨头120的墨水喷嘴122之间的最短水平距离D1约介于35毫米(mm)至50毫米(mm)之间。
图3是依照本发明的一实施例的一种打印头模块的局部组件示意图。图4是依照本发明的一实施例的一种打印头模块进行打印的情境示意图。图5是依照本发明的一实施例的一种打印头模块进行烘干的情境示意图。请同时参照图3至图5，在本实施例中，打印头模块100还可如图4所示的包括散热风扇140及喷嘴导风罩150。散热风扇140对应立体打印头110的进料管道设置，其中，进料管道连接基材喷嘴112，以将立体打印基材400传送至基材喷嘴112。喷嘴导风罩150对应散热风扇140设置，并包括喷嘴出风口152，其中，喷嘴出风口152位于基材喷嘴112与基座200的承载面210之间。如此，散热风扇140可提供冷却气流A1，此冷却气流A1经由进料管道而流至喷嘴导风罩150的喷嘴出风口152，因此，流经进料管道的冷却气流A1会先被加热，再由喷嘴出风口152流出。在本实施例中，喷嘴出风口152可设置在承载面210上对应立体对象20的位置，以如图4所示对从基材喷嘴112挤出至承载面210上的立体打印基材400(叠构层22)进行间接降温，以减缓立体对象20冷却固化的时间，防止立体对象20因急速降温而产生龟裂。在本实施例中，自喷嘴出风口152流出的冷却气流A1的温度约低于风扇模块132所提供且经加热模块136加热后的气流A2的温度。举例而言，自喷嘴出风口152流出的冷却气流A1的温度约介于30度(℃)至50度(℃)之间，而由风扇模块132所提供且经加热模块136加热后的气流A2的温度约介于65度(℃)至70度(℃)之间。
进一步而言，散热风扇140所提供的冷却气流A1会先流经立体打印头110的进料管道，以对进料管道进行降温。之后，流经进料管道后温度较高的冷却气流再流入喷嘴导风罩150，以对喷嘴导风罩150内进行降温，最后，略为降温后的冷却气流A1再流至喷嘴出风口152，以对从基材喷嘴112挤出的叠构层22进行降温。换句话说，散热风扇140最初所提供的冷却气流A1具有第一温度，而流经进料管道后的冷却气流A1具有第二温度，且第二温度大于第一温度，最后，由喷嘴出风口152流出的冷却气流A1具有第三温度，而第三温度介于第一温度以及第二温度之间。具体来说，第一温度约介于20℃至30℃之间，第二温度约为100℃左右，而第三温度则约介于30度(℃)至70度(℃)之间，进一步而言，第三温度约可介于65度(℃)至70度(℃)之间。如此，本实施例的打印头模块100可利用散热风扇140提供的较低温的冷却气流A1直接对进料管道220做散热，并利用流经进料管道220而温度较高的冷却气流A1对从基材喷嘴112挤出的叠构层22进行降温，以防止所形成的立体对象20因急速冷却而导致龟裂的情形。
图6是依照本发明的另一实施例的一种打印头模块的打印头模块的示意图。图7是图6的打印头模块进行烘干的情境示意图。在此必须说明的是，本实施例的打印头模块100a与图1的打印头模块100相似，因此，本实施例沿用前述实施例的部分内容，其中采用相似的标号来表示相同或近似的组件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，本实施例不再重复赘述。请参照图6及图7，以下将针对本实施例的打印头模块100a与图1的打印头模块100的差异做说明。
本实施例的打印头模块100a包括立体打印头110、喷墨头120、风扇模块以140a及烘干模块130a。在本实施例中，风扇模块140a对应立体打印头110的进料管道设置，以提供气流。详细而言，风扇模块140a是以相对于风扇模块140a的出风侧142的入风侧144固定于立体打印头110的进料管道。也就是说，风扇模块140a是以抽风的方式使气流流过进料管道以对其进行散热，且流经进料管道的气流会被加热而由出风侧142流出。
并且，烘干模块130a设置于风扇模块140a的出风侧142且包括出风罩134。出风罩134朝向基座的承载面(如图1所示的基座200的承载面210)。如此，气流流经进料管道而被加热，且流经进料管道的气流被加热而由出风侧142流出，并至少部分进入烘干模块130a并经由出风罩134吹出，以利用被加热的气流而烘干位于承载面上的各叠构层22上的各墨水层24。如此配置，本实施例的打印头模块100a可利用风扇模块140a提供的较低温的气流直接对进料管道做散热，并将流经进料管道后被加热而温度较高的气流引导至烘干模块130a内并由朝向承载面的出风罩134吹出，以对位于承载面上的各叠构层22上的各墨水层24进行烘干。简单来说，本实施例直接使用对进料管道散热后的回收气流来烘干墨水层24，因而无须额外设置加热模块及额外的风扇，使本实施例的组件配置更为简洁，并且，本实施例的出风罩134的罩口与喷墨头120的墨水喷嘴之间的最短水平距离D1’约可大于50毫米(mm)，以进一步防止烘干模块130a所吹出的气流使喷墨头120的墨水干涸，进而导致其墨水喷嘴阻塞。
综上所述，本发明的打印头模块还包括喷墨头及烘干模块，以在立体打印头打印叠构层于基座上后可通过喷墨头喷涂墨水层于叠构层上，以对叠构层进行上色，之后，可再利用烘干模块对喷涂的墨水层进行烘干即可形成彩色的叠构层。在一实施例中，烘干模块包括风扇、出风罩及加热模块。加热模块设置于风扇与出风罩之间，以加热风扇所提供的气流并使加热后的气流由出风罩吹出，以烘干各叠构层上的各墨水层，而彼此堆栈的叠构层及彩色的墨水层即可堆栈出彩色的立体对象。在另一实施例中，风扇模块可设置于立体打印头的进料管道上以提供的较低温的气流直接对进料管道做散热，并利用烘干模块将流经进料管道后被加热的气流引导至朝向承载面的出风罩吹出，以对墨水层进行烘干。如此，本发明的打印头模块可无须切换不同颜色的立体打印基材即可打印出彩色的立体对象。并且，本发明利用喷墨头喷涂墨水以对叠构层进行上色，可有效提升立体对象的色彩呈现度与变化性，因此，本发明的打印头模块可有效提升打印质量及设计的弹性。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (13)

1.一种打印头模块，其特征在于，适于设置于立体打印装置的基座的上方，以打印立体对象，包括：
立体打印头，包括熔融模块及基材喷嘴，以将立体打印基材熔融并打印于所述基座上而形成多个叠构层；
喷墨头，连接所述立体打印头，所述喷墨头包括墨水喷嘴，以将墨水逐层喷涂于各所述叠构层上而形成多个墨水层；以及
烘干模块，设置于所述立体打印头与所述喷墨头之间并包括：
风扇模块，包括朝向所述基座的出风侧，以提供气流；
出风罩，设置于所述出风侧；以及
加热模块，设置于所述风扇模块与所述出风罩之间，以加热所述气流并由所述出风罩吹出，以烘干各所述叠构层上的各所述墨水层，所述烘干模块还包括壳体，所述加热模块设置于所述壳体内，所述风扇模块及所述出风罩设置于所述壳体的相对两侧。
2.根据权利要求1所述的打印头模块，所述风扇模块以所述出风侧固定于所述壳体上。
3.根据权利要求1所述的打印头模块，所述出风罩的罩口与所述墨水喷嘴之间的最短水平距离介于35毫米至50毫米之间。
4.根据权利要求1所述的打印头模块，加热后的所述气流的温度介于65℃至70℃之间。
5.根据权利要求1所述的打印头模块，还包括：
散热风扇，对应所述立体打印头的进料管道设置，其中所述进料管道连接所述基材喷嘴；以及
喷嘴导风罩，对应所述散热风扇设置并包括喷嘴出风口，所述喷嘴出风口位于所述基材喷嘴与所述基座之间。
6.根据权利要求5所述的打印头模块，所述喷嘴导风罩连接所述散热风扇的所述出风侧。
7.根据权利要求5所述的打印头模块，所述喷嘴出风口对应所述立体对象，以对自所述基材喷嘴挤出的所述立体打印基材进行降温。
8.根据权利要求5所述的打印头模块，由所述喷嘴出风口流出的冷却气流的温度低于加热后的所述气流的温度。
9.根据权利要求5所述的打印头模块，由所述喷嘴出风口流出的冷却气流的温度介于30℃至50℃之间。
10.一种打印头模块，其特征在于，适于设置于立体打印装置的基座的上方，以打印立体对象，包括：
立体打印头，设置于所述基座的上方并包括熔融模块及基材喷嘴，以将立体打印基材熔融并打印于所述基座上而形成多个叠构层；
喷墨头，设置于所述基座的上方并连接所述立体打印头，所述喷墨头包括墨水喷嘴，以将墨水逐层喷涂于各所述叠构层上而形成多个墨水层；
风扇模块，对应所述立体打印头的进料管道设置，以提供气流，其中所述进料管道连接所述基材喷嘴；以及
烘干模块，设置于所述风扇模块的出风侧并包括出风罩，所述出风罩朝向所述基座，所述气流流经所述进料管道内部而被加热，并由所述出风罩吹出，以烘干各所述叠构层上的各所述墨水层。
11.根据权利要求10所述的打印头模块，所述风扇模块以相对所述出风侧的入风侧固定于所述进料管道。
12.根据权利要求10所述的打印头模块，所述出风罩的罩口与所述墨水喷嘴之间的最短水平距离大于50毫米。
13.根据权利要求10所述的打印头模块，加热后的所述气流的温度介于65℃至70℃之间。
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