CN108274749B - 喷头之间的高度差检测方法及使用此方法的立体打印装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种喷头之间的高度差检测方法及使用此方法的立体打印装置。立体打印装置包括打印模块、接触感应器、位移检测器及控制器。位移检测器获得打印模块或接触感应器的垂直移动距离。控制器使立体打印头与接触感应器垂直接触而产生接触信号，从而依据打印模块或接触感应器的垂直移动距离以及接触信号而获得第一高度值，并且使上色头与接触感应器垂直接触而产生接触信号，从而依据打印模块或接触感应器的垂直移动距离以及接触信号而获得第二高度值。控制器依据第一高度值与第二高度值以获得立体打印头以及上色头的高度差。

Description

喷头之间的高度差检测方法及使用此方法的立体打印装置
技术领域
本发明涉及一种打印装置的校正技术，且特别涉及一种喷头之间的高度差检测方法及使用此方法的立体打印装置。
背景技术
随着科技发展，立体打印(3D printing)技术已成为最主要发展的技术之一。立体打印技术又被称为积层制造(Additive Manufacturing，AM)技术，属于快速成型技术的一种，它可以基于数字成型图档，运用例如粉末状金属或塑料等可黏合材料，并通过逐层打印的方式来建构立体实物。
在现有技术中，立体打印成品的颜色主要是来自于黏合材料本身的颜色，而不同颜色的黏合材料又需要使用独立的喷头(例如：挤压喷头(Extrusion Nozzle Head))。在不具备空间以安装多个立体打印头的情况下，立体打印装置往往只能打印单一种或有限的几种颜色。为了能在不增加立体打印装置的体积以及成本的情况下实现多彩的立体打印，且不希望让打印出的实体颜色受限于材料本身的颜色，厂商都希望开发出新型态的立体打印的上色技术，并解决此种上色技术所衍伸出的问题。
发明内容
本发明提供一种喷头之间的高度差检测方法及使用此方法的立体打印装置，可检测出立体打印装置中的立体打印头与喷墨头的高度差，使得立体打印头与喷墨头都分别在恰当的高度位置进行产品打印以及产品上色。
本发明的提出一种立体打印装置。此立体打印装置包括打印模块、接触感应器、位移检测器及控制器。打印模块包括立体打印头以及上色头。位移检测器，用以获得所述打印模块或所述接触感应器的垂直移动距离。控制器耦接位移检测器以及接触感应器，其中接触感应器被立体打印头或上色头接触时产生接触信号。控制器使立体打印头与接触感应器垂直接触而产生接触信号，从而依据打印模块或接触感应器的垂直移动距离以及接触信号而获得第一高度值，并且使上色头与接触感应器垂直接触而产生接触信号，从而依据打印模块或接触感应器的垂直移动距离以及所述接触信号而获得第二高度值。并且，控制器依据第一高度值与第二高度值以获得立体打印头以及上色头的高度差。
另一观点而言，本发明提出一种喷头之间的高度差检测方法，适用于立体打印装置。立体打印装置包括打印模块以及接触感应器，且打印模块包括立体打印头以及上色头。所述校正方法包括下列步骤。使立体打印头与接触感应器垂直接触而使接触感应器产生接触信号，以依据打印模块或接触感应器的垂直移动距离以及接触信号而获得第一高度值。使上色头与接触感应器垂直接触而使接触感应器产生接触信号，以依据打印模块或接触感应器的垂直移动距离以及接触信号而获得第二高度值。依据所述第一高度值与所述第二高度值以获得所述立体打印头以及所述上色头的高度差。
基于上述，本发明提供一种喷头之间的高度差检测方法及使用此方法的立体打印装置，可检测出立体打印装置中的立体打印头与上色头的高度差。立体打印装置可依据测量出的所述高度差分别调整立体打印头与上色头，进而提高两种喷头的水平校正的精确度。如此就算将立体打印头以及上色头都配置在同样的轨道上，并且同一种类的喷头成品之间也存在尺寸的误差时，也能依据本发明的方法同时使两种喷头与3D物件之间维持最佳的操作距离，进而提高3D物件成品的质量。藉此，本发明可使立体打印装置中的立体打印头与上色头都分别在恰当的高度位置来进行产品打印以及产品上色。
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，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依据本发明一实施例显示立体打印装置的示意图；
图2A、2B是依据本发明一实施例显示立体打印头及喷墨头两者与接触感应器之间的垂直距离的示意图；
图3A、3B、3C是依据本发明一实施例显示接触感应器种类的示意图；
图4是依据本发明一实施例显示喷头之间的高度差检测方法的流程图。
附图标记说明：
100：立体打印装置；
110、210、310：打印模块；
111、211、311：立体打印头；
113、213、313：喷墨头；
130、230、330：打印平台；
131、231、331、332：接触感应器；
150：位移检测器；
170：控制器；
190：马达；
233：打印区域；
320：导电物件；
333、334：弹性物件；
335、337：导电接点；
CS、H：信号；
H1、H2：垂直移动距离；
S410、S411、S413、S430、S431、S433、S450：步骤；
ΔH：高度差。
具体实施方式
为达到多彩的立体打印，可以在立体打印装置配置两种独立的喷头，其中一种喷头为立体打印头(例如：挤压喷头(Extrusion Nozzle Head))，其是使用例如选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)及选择性激光熔融(Selective Laser Melting,SLM)的技术将粉体加热至其烧结温度或熔点以使粉体烧结或熔融成为一层具有特定厚度的薄膜的增材制造技术，进而构成3D物件。另一种喷头为对打印物上色的上色头，例如为喷墨头(Inkjet Print Head)。喷墨头用于对立体打印头建构出的每层打印物喷洒墨水上色。本发明实施例所述的上色头可用多种方式来对打印物上色，并非仅受限于喷墨头。
为了安装上述两种喷头，通常的方法是在立体打印装置内分别为两种喷头设置专用的轨道。设置两种专用喷头轨道的成本需要较高昂的成本，且容易导致立体打印装置的体积较为庞大并占据较大的空间。虽然也可将两种喷头设置在同一个轨道中，但同一种类喷头的成品之间会存在尺寸的误差。当对配置有多个喷头的轨道进行水平校正时，前述的尺寸误差会造成校正的结果失准。由上述内容可知，若将两种喷头配置在相同的轨道，会使水平校正的难度增加进而导致3D成品的质量下滑。因此，如何在两种喷头共用相同的轨道的情况下维持水平校正的精确度，便是本发明的目的之一。
为了使打印装置在立体打印头与上色头都配置在相同轨道的情况下能维持3D物件成品的品质，本发明提出一种喷头之间的高度差检测方法及使用所述方法的立体打印装置。本发明可通过测量立体打印头以及上色头两者与接触感应器间的垂直距离，推得立体打印头与上色头之间的高度差。立体打印装置可依据测量出的所述高度差分别调整立体打印头与上色头，藉以提高两种喷头的水平校正的精确度。
图1是依据本发明一实施例显示立体打印装置100的示意图。请参照图1，立体打印装置100可包括打印模块110、接触感应器131、位移检测器150以及控制器170。立体打印装置100可例如是三维打印机(3D printer)。打印模块110可包括立体打印头111以及上色头(如，喷墨头113)。其中，立体打印头111可例如是使用选择性激光烧结技术、选择性激光熔融技术、石膏3D打印成型(Plaster-based 3D Printing，PP)技术以及熔融沉积成型(FusedDeposition Modeling，FDM)技术。喷墨头113可例如是使用热泡式(Thermal Bubble)喷墨技术以及压电式(Piezoelectric)喷墨技术。接触感应器131可例如是限位开关(LimitSwitch)，或例如是金属垫片、导电塑胶等可在接触物体时发送电子信号的元件。位移检测器150可例如是具备计数功能的单片机(Single Chip Microcomputer)以及微控制器(Microcontroller)等。控制器可例如是具备可程序化的一般用途或特殊用途的中央处理器(CPU)、微处理器(micro-processor)或嵌入式控制器(embedded controller)。
在本实施例中。控制器170可使立体打印头111或喷墨头113与接触感应器131垂直接触，并且接触感应器131在被立体打印头111或喷墨头113接触时可产生接触信号CS。位移检测器150可获得打印模块110或接触感应器131的垂直移动距离。
具体而言，以图1为例，立体打印装置还可以包括打印平台130以及马达190，马达190可例如是步进马达(Step Motor)。在图1实施例中，接触感应器131可设置在打印平台130。马达190中可设置位移检测器150，并且可耦接打印模块110或打印平台130，用以移动打印模块110或打印平台130。图1以马达190耦接打印模块110为例。控制器170可通过马达190控制打印模块110，藉此使立体打印头111或喷墨头113垂直向下移动以与接触感应器131垂直接触。当立体打印头111与接触感应器131接触时，可由接触感应器131产生接触信号CS，并且接触信号CS会被传输控制器170。在打印模块110垂直移动至接触感应器131的过程中，位移检测器150可通过检测马达190的运作以获得打印模块110的垂直移动距离H1，并将对应于此垂直移动距离H1的信号H传输至控制台170。当控制台170接收到接触信号CS时，控制台170可依据对应于垂直移动距离H1的信号H而获得第一高度值。
类似于上述的步骤，当喷墨头113与接触感应器131接触时，可由接触感应器131产生接触信号CS，并且接触信号CS会被传输控制器170。在打印模块110垂直移动至接触感应器131的过程中，位移检测器150可通过检测马达190的运作以获得出打印模块110的垂直移动距离H2，并将对应于此垂直移动距离H2的信号H传输至控制台170。当控制台170接收到接触信号CS时，控制台170可依据对应于垂直移动距离H2的信号H而获得第二高度值。
上述实施例是以步进马达来移动打印模块110，因此移位检测器150可用计数器的方式来知晓立体打印头111或喷墨头113的移动距离。在另一实施例中，位移检测器150也可通过处理器所提供的定点信息来获得立体打印头111或喷墨头113的距离。应用本实施例可记由多种方式来使移位检测器150计算立体打印头111或喷墨头113的移动距离，并不仅受限于上述实施例。
当控制器170获得了对应于立体打印头111与接触感应器131之间的距离的第一高度值以及对应于喷墨头113与接触感应器131之间的距离的第二高度值时，控制台可通过将第一高度1与第二高度值相减而获得立体打印头111与喷墨头113的高度差ΔH。
在另一实施例中，马达190可耦接打印平台130并且控制打印平台130，藉此使接触感应器131垂直向上移动以与立体打印头111或喷墨头113垂直接触。在本实施例中，位移检测器150可通过检测马达190的运作以获得打印平台130的垂直移动距离H1。同样地，位移检测器150可通过检测马达190的运作以获得打印平台130的垂直移动距离H2。藉此，控制台可通过将第一高度1与第二高度值相减而获得立体打印头111与喷墨头113的高度差ΔH。除了上述的步骤外，本实施例与前述实施例的其余步骤大致相同，在此不多加赘述。
在另一实施例中，位移检测器150也可以单独设置在马达190之外。只要使位移检测器150能够检测马达190的运作，并且将获得的对应于打印模块110或打印平台130的垂直移动距离信号H传输至控制台170，使用者可依据使用需求任意调整位移检测器150的设置方式，本发明并不限定于此。换句话说，本发明实施例的其中一个目的是在于获得立体打印头111与喷墨头113之间的高度差ΔH，应用本实施例可通过许多作法来通过接触感应器131以及位移检测器150而达成，而不仅受限于本发明实施例中的作法。
图2A、2B是依据本发明一实施例显示立体打印头及喷墨头两者与接触感应器之间的垂直距离的示意图，其中，图2A、2B中的装置包括打印模块210、打印平台230、立体打印头211、喷墨头213以及接触感应器231，上述装置的运作方式以及功能都与图1施实例中的装置相似，在此不多加赘述。请先参照图2A。在图2A的实施例中，打印模块210中的立体打印头211及喷墨头213彼此固定设置，且立体打印头211比喷墨头213靠近打印平台230。
在图2A的实施例中，为了测量出对应于立体打印头211与接触感应器231之间的距离的第一高度值以及对应于喷墨头213与接触感应器231之间的距离的第二高度值以取得立体打印头211与喷墨头213的高度差ΔH，打印模块210或是打印平台230须执行两次垂直移动。以由打印模块210进行垂直移动为例，控制器(未显示在图2A中)可先将喷墨头213对准接触感应器231，当两者对准后，打印模块210进行向下垂直移动以使喷墨头213与接触感应器231接触。由于立体打印头211比喷墨头213靠近打印平台230，因此在打印模块210向下垂直移动的过程中，立体打印头211可能会先接触到打印平台230，此时整个打印模块210会卡住并停止向下垂直移动，导致喷墨头213无法与接触感应器231接触。为了解决这个问题，图2A的实施例可将接触感应器231配置在打印平台230的边缘。由图2A可知，若将接触感应器231配置在打印平台230的边缘，可避免立体打印头211在喷墨头213与接触感应器231接触的过程中(即下降至虚线处时)碰触到打印平台230，使接触顺利进行。
此外，图2B的实施例也提供了另一种解决上述问题的方法，请参照图2B。在图2B的实施例中，接触感应器231与打印平台230之间的高度差大于立体打印头211与喷墨头213的之间高度差ΔH。因此，当喷墨头213与接触感应器231接触时，立体打印头211并不会触碰到打印平台230，而使接触顺利进行。
在图2A与2B的实施例中，接触感应器231都设置在打印平台230上，然而，接触感应器231也可设置在打印平台230之外。只要使立体打印头211与喷墨头213能与接触感应器231顺利接触，使用者可根据使用需求任意将接触感应器231设置在打印平台230的打印区域233以外的区域，本发明并不限定于此。
本发明并不限定立体打印装置获得第一高度值及第二高度值的顺序。以图2B为例，控制器可先将喷墨头213与接触感应器231接触，藉以获得对应于喷墨头213与接触感应器231之间的距离的第二高度值。接着，控制器可通过移动打印模块210或打印平台230以恢复在进行垂直移动前喷墨头213与接触感应器231原先的相对位置，也就是对喷墨头213进行复位。待喷墨头213的复位完成后，控制器再将立体打印头211与接触感应器231接触，藉以获得对应于立体打印头211与接触感应器231之间的距离的第一高度值。
控制器也可以选择不对立体打印头211或喷墨头213进行复位。以图2B为例，在另一实施例中，控制器可先将喷墨头213与接触感应器231接触，以获得对应于喷墨头213与接触感应器231之间的距离的第二高度值。在获得第二高度值之后，控制器可控制打印模块210以使其回到一预设高度。当打印模块210回到到预设高度之后，控制台可水平地移动打印模块210以使立体打印头211对准接触感应器231，以接着执行获得对应于立体打印头211与接触感应器231之间的距离的第一高度值的相关流程。上述的过程中，由于喷头的水平校正尚未结束，故将喷墨头213上升到一预设高度可以避免喷墨头213在水平移动时与接触感应器231或任何其他可能的机构卡件。控制台也可以选择不上升到预设高度，直接进行喷墨头213或立体打印头211的水平移动。举例而言，控制台可先将喷墨头213与接触感应器231接触，以获得对应于喷墨头213与接触感应器231之间的距离的第二高度值。在获得第二高度值后，由于喷墨头213比立体打印头211更靠近打印平台230，因此控制台可直接水平地移动立体打印头211以对准接触感应器231，并接着行获得对应于立体打印头211与接触感应器231之间的距离的第一高度值的相关流程。在此实施例中，控制台不须将立体打印头211或喷墨头213复位就可以得到第一高度值以及第二高度2，藉此，可缩短立体打印装置的水平校正时间。
图3A、3B、3C是依据本发明一实施例显示接触感应器种类的示意图。请参照图3A，图3A的打印模块310(未显示)、立体打印头311、喷墨头313以及接触感应器331可分别对应于图1的打印模块110、立体打印头111、喷墨头113以及接触感应器131。在图3A的实施例中，接触感应器331可以是限位开关331。当立体打印头311或喷墨头313与限位开关331接触时，会压下限位开关331上的弹性物件333，限位开关331可据此将接触信号CS传送至控制台，以使控制台取得打印模块310或限位开关331的垂直移动距离。
图3B、3C提出另一种接触感应器的实施例。在图3B、3C的实施例中，接触感应器331可以是导电接点335与导电接点337其中之一或两者的组合，请先参照图3B。在图3B的实施例中，立体打印头311与喷墨头313的外侧可设置导电物件320，导电物件320可以是金属薄膜或金属外壳。当立体打印头311或喷墨头313与接触感应器331接触时，设置在立体打印头311或喷墨头313外侧的导电物件320可导通导电接点335与导电接点337，接触感应器331可据此将接触信号CS传送至控制台，以使控制台取得打印模块310或接触感应器331的垂直移动距离。此外，一般而言，立体打印头311的本体是由金属材质构成的。在此情况下，立体打印头311的外侧也可以不设置导电物件320，并可以通过立体打印头311本身具有的导电功能以导通导电接点335与导电接点337。
接着请参照图3C。图3C的实施例假设了立体打印头311或喷墨头313本身带电的情形。举例而言，在立体打印头311本身带有负电压的情况下，接触感应器331可由仅一个带有正电压的导电接点335组成。当立体打印头311与接触感应器331接触时，立体打印头311会与导电接点335电性连接，接触感应器331可据此将接触信号CS传送至控制台，以使控制台取得打印模块310或接触感应器331的垂直移动距离。
值得注意的是，本发明并不限定于使用单一个接触感应器。以图3A为例，立体打印装置也可以例如配置两个接触感应器在打印平台330。其中所述两个接触感应器须经过水平校正以维持在相同水平的高度上。在此情况下，当控制器垂直地移动打印模块310或是打印平台330时，立体打印头311及喷墨头313可分别与接触感应器331及接触感应器332垂直接触。在此实施例中，由于喷墨头313比立体打印头311靠近打印平台330，因此立体打印头311会先接触到接触感应器331，接触感应器331可据此将接触信号CS1传送至控制台，以使控制台取得打印模块310或接触感应器331在当时的垂直移动距离H1，并藉此获得对应于立体打印头311与接触感应器331之间的距离的第一高度值。在立体打印头311接触到接触感应器331之后，喷墨头313会接触接触感应器332，接触感应器332可据此将接触信号CS2传送至控制台，以使控制台取得打印模块310或接触感应器332在当时的垂直移动距离H2，并藉此获得对应于喷墨头313与接触感应器332之间的距离的第二高度值以求得立体打印头311与喷墨头313的高度差ΔH。
图4是依据本发明一实施例显示喷头之间的高度差检测方法的流程图。所述的喷头之间的高度差检测方法可适用于图1实施例中的立体打印装置100。所述校正方法包括以下步骤。在步骤S410中，控制器170可使立体打印头111与接触感应器131垂直接触而使接触感应器131产生接触信号CS，控制器170并依据打印模块110或接触感应器131的垂直移动距离H1以及接触信号CS而获得第一高度值。接着，在步骤S430中，控制器170可使上色头(如：喷墨头113)与接触感应器131垂直接触而使接触感应器131产生接触信号CS，控制器170并依据打印模块110或接触感应器131的垂直移动距离H2以及接触信号CS而获得第二高度值。在步骤S450中，控制台170可依据第一高度值与第二高度值以获得立体打印头111以及上色头的高度差ΔH。须注意的是，步骤S410与S430的顺序可由使用者依据需求调整，本发明并不限定于此。
详细而言，在步骤S410中，控制台170使立体打印头111与接触感应器131垂直接触的步骤之前还包括下列步骤。在步骤S411中，控制台170控制打印模块110中的立体打印头111以使其位于接触感应器131的上方。接着，在步骤S413中，控制台170控制打印模块110或打印平台130垂直移动，以使立体打印头111与接触感应器131垂直接触。另一方面，在步骤S430中，控制台170使上色头与接触感应器131垂直接触的步骤之前还包括下列步骤。在步骤S431中，控制台170控制打印模块110中的上色头以使其位于接触感应器131的上方。接着，在步骤S433中，控制台170控制打印模块110或打印平台130垂直移动，以使上色头与接触感应器131垂直接触。
综上所述，本发明提出的喷头之间的高度差检测方法及使用所述方法的立体打印装置，可检测出立体打印装置中的立体打印头与上色头的高度差。立体打印装置可依据测量出的所述高度差分别调整立体打印头与上色头，进而提高两种喷头的水平校正的精确度。藉此，就算将立体打印头以及上色头都配置在同样的轨道上，并且同一种类的喷头成品之间也存在尺寸的误差时，也能依据本发明的同时使两种喷头与3D物件之间维持最佳的操作距离，进而提高3D物件成品的品质。
虽然本发明已以实施例揭示发明如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，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书所界定的为准。

Claims (9)

1.一种立体打印装置，其特征在于，包括：
打印模块，包括立体打印头以及上色头，其中所述立体打印头与所述上色头配置于相同轨道；
接触感应器；
打印平台，其中所述接触感应器设置在所述打印平台；
马达，耦接所述打印模块或所述打印平台，用以移动所述打印模块或所述打印平台；
位移检测器，设置于所述马达中，其中所述位移检测器藉由通过检测所述马达的运作，以获得所述打印模块或所述接触感应器的垂直移动距离；以及
控制器，耦接所述位移检测器以及所述接触感应器，其中所述接触感应器被所述立体打印头或所述上色头接触时产生接触信号，其中所述控制器使所述立体打印头与所述接触感应器垂直接触而产生所述接触信号，从而依据所述打印模块或所述接触感应器的垂直移动距离以及所述接触信号而获得第一高度值，并且使所述上色头与所述接触感应器垂直接触而产生所述接触信号，从而依据所述打印模块或所述接触感应器的垂直移动距离以及所述接触信号而获得第二高度值，
所述控制器依据所述第一高度值与所述第二高度值以获得所述立体打印头以及所述上色头的高度差，并且依据所述高度差执行所述立体打印头与所述上色头之间的水平校正操作。
2.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，所述打印模块中的所述立体打印头及所述上色头彼此固定设置，且所述立体打印头比所述上色头靠近所述打印平台。
3.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，所述接触感应器为一限位开关。
4.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，所述立体打印头或所述上色头的外侧设置一导电物件，
所述接触感应器包括导电接点，其中当所述立体打印头或所述上色头接触至所述导电接点时产生所述接触信号。
5.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，所述接触感应器设置在所述打印平台的打印区域以外的区域。
6.一种喷头之间的高度差检测方法，其特征在于，适用于立体打印装置，其中所述立体打印装置包括打印模块、接触感应器、打印平台与用来垂直移动所述打印模块或所述打印平台的马达，所述打印模块包括立体打印头以及上色头，其中所述立体打印头与所述上色头配置于相同轨道，所述接触感应器设置在所述打印平台，所述高度差检测方法包括：
使所述立体打印头与所述接触感应器垂直接触而使所述接触感应器产生接触信号，并藉由通过检测所述马达的运作而获得所述打印模块或所述接触感应器的垂直移动距离，以及依据所述垂直移动距离与所述接触信号而获得第一高度值；
使所述上色头与所述接触感应器垂直接触而使所述接触感应器产生所述接触信号，并藉由侦测所述马达的运作而获得所述垂直移动距离，以及依据所述垂直移动距离与所述接触信号而获得第二高度值；以及
依据所述第一高度值与所述第二高度值以获得所述立体打印头以及所述上色头的高度差，并且依据所述高度差执行所述立体打印头与所述上色头之间的水平校正操作。
7.根据权利要求6所述的高度差检测方法，其特征在于，还包括：
在获得所述第一高度值或所述第二高度值之后，控制所述打印模块以使其回到预设高度。
8.根据权利要求6所述的高度差检测方法，其特征在于，所述打印模块中的所述立体打印头及所述上色头彼此固定设置，且所述立体打印头比所述上色头靠近所述打印平台。
9.根据权利要求6所述的高度差检测方法，其特征在于，使所述立体打印头与所述接触感应器垂直接触的步骤之前包括下列步骤：
控制所述打印模块中的所述立体打印头以使其位于所述接触感应器的上方；以及
控制所述打印模块或所述打印平台垂直移动，以使所述立体打印头与所述接触感应器垂直接触，并且，
使所述上色头与所述接触感应器垂直接触的步骤之前包括下列步骤：
控制所述打印模块中的所述上色头以使其位于所述接触感应器的上方；以及
控制所述打印模块或所述打印平台垂直移动，以使所述上色头与所述接触感应器垂直接触。
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