CN108407287A - 立体打印装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种立体打印装置，包括成型组件、刮除工具、第一收集槽、扫除工具以及第二收集槽。成型组件的滚轮在成型过程中沾附成型材。当滚轮转动时，刮除工具移除沾附在滚轮的表面上的成型材。刮除工具设置在第一收集槽与滚轮之间。从滚轮的表面被移除的成型材被导入于第一收集槽。扫除工具用以将第一收集槽内的成型材扫至所述第一收集槽的一位置。第二收集槽连通于第一收集槽的此位置，以接收被扫除工具扫至此位置的成型材。

Description

立体打印装置
技术领域
本发明涉及一种立体打印装置，尤其是涉及一种具有扫除工具的立体打印装置。
背景技术
随着科技的日益发展，许多利用逐层建构模型等加成式制造技术(AdditiveManufacturing technology)来建造物理三维(Three-Dimensional,3-D)模型的不同方法已纷纷被提出。一般而言，加成式制造技术是将利用电脑辅助设计(Computer-AidedDesign,CAD)等软件建构的3-D模型的设计数据转换为连续堆叠的多个薄(准二维)横截面层。
目前已发展出许多可以形成多个薄横截面层的方式。举例来说，3D打印机(3-Dprinter)通过喷头将成型材涂布于成型平台上，并且再通过滚轮滚平成型平台上的成型材。刮除工具设置于滚轮旁，并移除滚轮表面的成型材并导入至收集槽。另一方面，3D打印机依据3-D模型的设计数据建构的X-Y-Z坐标驱动光源沿着X-Y坐标移动照射于成型平台上的成型材，从而将成型材固化出正确的横截面层形状。因此，立体物件在进行上述步骤多次之后而形成。
然而，在形成立体物件的过程中，当刮除工具刮除沾附于滚轮上的成型材时，成型材沿着刮除工具的表面导入于收集槽。然而，在收集槽内的成型材随着时间过去而部分成型材固化，且部分成型材为液态(此种状态称为半固化状态)。成型材处于半固化的状态时的流动性并不高，容易堆积于收集槽内。当刮除工具持续刮除滚轮上的成型材时，新被刮除的成型材则不易导入收集槽，因此容易堆积于滚轮与刮除工具之间。如此，刮除工具刮除沾附于滚轮上的成型材的效果就会下降，滚轮滚平成型平台上的成型材的效果也随之恶化，造成打印品质不佳。
发明内容
本发明提供一种立体打印装置，其能够方便清理成型材，并且具有良好的打印品质。
本发明的一实施例提出一种立体打印装置，包括成型组件、刮除工具、第一收集槽、扫除工具以及第二收集槽。成型组件具有滚轮。成型组件在成型过程中用以产生并堆叠成型材而形成立体物件。滚轮的表面在成型过程会沾附成型材。刮除工具设置于滚轮旁且贴于滚轮的表面。当滚轮转动时，刮除工具移除沾附在滚轮的表面上的成型材。刮除工具设置在第一收集槽与滚轮之间。从滚轮的表面被移除的成型材被导入于第一收集槽。扫除工具可移动地设置刮除工具与第一收集槽上。扫除工具用以将第一收集槽内的成型材扫至第一收集槽的一位置。第二收集槽连通于第一收集槽的此位置，以接收被扫除工具扫至此位置的成型材。
基于上述，本发明实施例的立体打印装置通过扫除工具、刮除工具、第一收集槽以及第二收集槽的配置方式，当在成型过程中，滚轮的表面被移除的成型材被刮除工具导入于第一收集槽，且扫除工具用以将第一收集槽内的成型材扫至第一收集槽的一位置，第二收集槽接收被扫除工具扫至此位置的成型材。因此，本发明实施例的立体打印装置能够方便清理成型材。并且，成型材堆积于滚轮与刮除工具之间的机率大幅地降低，以维持滚轮滚平成型平台上的成型材的效果，本发明实施例的立体打印装置的打印品质良好。
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，并配合所示附图作详细说明如下。
附图说明
图1A、图1B以及图1E是依照本发明的一实施例的立体打印装置分别在不同时点时的示意图。
图1C为图1B的立体打印装置在位置P2中滚轮转动时的剖面放大示意图。
图1D为图1B的立体打印装置在位置P2中的斜视放大示意图。
图2是图1A至图1E的立体打印装置中的扫除工具的放大图。
图3是图1A至图1E中的立体打印装置中的扫除工具的爆炸图。
图4是扫除工具由位置P2移往位置P1的示意图。
图5为图1A至图1E中的立体打印装置的成型过程步骤图。
附图标记说明：
50：成型材；
100：立体打印装置；
110：成型组件；
114：固化工具；
116：成型平台；
118：滚轮；
120：刮除工具；
130：第一收集槽；
132：孔槽；
140：扫除工具；
141：固定部；
141a：锁固构件；
141b：锁固片；
142：第一移动件；
143：移动座；
144：第二移动件；
144a：第二导柱；
144b：凸柱；
146：弹性件；
148：拨片；
150：第二收集槽；
160：控制单元；
170：第一导柱；
180：传动组件；
182：皮带；
184：滚轮；
190：马达；
192：转轴；
D1：可移动方向；
H：贯孔；
O1：第一开口；
O2：第二开口；
P1、P2：位置；
RA：旋转轴；
S1：表面；
SL：固化层；
SP：扫除路径；
SU1：第一感应单元；
SU2：第二感应单元；S100～S700、S510、S610：步骤；
T：流道。
具体实施方式
图1A、图1B以及图1E是依照本发明的一实施例的立体打印装置分别在不同时点时的示意图。图1C为图1B的立体打印装置在位置P2中滚轮转动时的放大示意图。图1D为图1B的立体打印装置在位置P2中的斜视放大示意图。
请先大致参照图1A至图1E，在本实施例中，立体打印装置100包括成型组件110、刮除工具120(如图1C及图1D所示的刮刀)、第一收集槽130、扫除工具140以及第二收集槽150。成型组件110具有滚轮118。刮除工具120设置于滚轮118旁且贴于滚轮118的表面S1。刮除工具120设置在第一收集槽130与滚轮118之间(如图1C及图1D所示)。扫除工具140可移动地设置于刮除工具120与第一收集槽130上。第二收集槽150连通于第一收集槽130的一位置P1。成型组件110在成型过程(即成型立体物件的过程)中用以产生并堆叠成型材50而形成立体物件。于下列段落中会详细地说明立体打印装置100如何形成立体物件的过程。
请先参照图1A，具体而言，立体打印装置100还包括控制单元160，控制单元160例如是控制器。控制单元160电性连接于成型组件110以及扫除工具140。除了滚轮118之外，成型组件110还包括喷头(未示出)、固化工具114以及成型平台116。喷头容置成型材50，成型材50例如是光敏材料，其例如是通过喷头处的加热器予以加热融化，并进而通过喷头喷涂于成型平台116上。固化工具114例如是固化光源，固化光源受控制单元160控制而用以发出紫外光以固化成型平台116上的成型材50。控制单元160依据成型信息控制成型组件110中的喷头，以使喷头喷涂成型材50于成型平台116上，经由固化工具114予以逐层固化并堆叠后形成立体物件于成型平台116上。成型信息例如是由电脑主机通过电脑辅助设计(Computer-Aided Design,CAD)或动画建模软件等建构而成，本发明并不以此为限。控制单元160用以读取以及处理此成型信息之后，并驱动成型组件110逐层地打印出立体物件。
请参照图1B，控制单元160控制滚轮118进行转动，且驱动成型平台116往滚轮118的方向移动。当成型平台116往滚轮118的方向移动时，成型平台116上的成型材50也往滚轮118的方向移动，以使滚轮118整平在成型平台116上的成型材50。当成型材50整平完后，控制单元160控制固化工具114发出紫外光以固化成型平台116上的成型材50，以形成一固化层SL。立体打印装置100执行上述一或多次步骤以形成一或多个固化层SL，而形成立体物件。
另一方面，请参照图1C以及图1D，刮除工具120与扫除工具140之间构成流道T。滚轮118的表面S1在成型过程会沾附成型材50，因此让刮除工具120贴附于滚轮118，以当滚轮118转动时，刮除工具120能移除沾附在滚轮118的表面S1上的成型材50，且从滚轮118的表面S1被移除的成型材50则沿着流道T被导入第一收集槽130。
请参照图1B、图1C以及图1E，扫除工具140用以将第一收集槽130内的成型材50扫至第一收集槽130的一处P1。第二收集槽150用以接收被扫除工具140扫至此处P1的成型材。更具体来说，第一收集槽130具有相对的两位置P1、P2，分别位于第一收集槽130的相对两端。由第一收集槽130的一位置P2至第一收集槽130的另一位置P1定义出一扫除路径SP。扫除工具140沿扫除路径移动以扫除第一收集槽130内的成型材50。旋转轴RA平行于扫除路径SP。
请再参照图1A、图1B以及图1E，更详细来说，立体打印装置100还包括第一导柱170、传动组件180以及马达190。扫除工具140包括固定部141、第一移动件142以及第二移动件144。扫除工具140可移动地设置于第一导柱170。第一导柱170的延伸方向平行于扫除路径SP。传动组件180连接扫除工具140。马达190连接传动组件180，以驱动传动组件180带动扫除工具140沿扫除路径SP移动。第一移动件142以及第二移动件144为可移动地设置于第一导柱170且连接传动组件180。更具体来说，传动组件180还包括皮带182以及滚轮184。马达190例如是步进马达(Stepping Motor)，且具有转轴192。皮带182环绕滚轮184以及转轴192。扫除工具140以固定部141固设于皮带182上。故，当马达190受控而驱动转轴192转动时，皮带182则被转轴192带动，且扫除工具140被皮带182带动沿着平行于第一导柱170的延伸方向的扫除路径SP移动，即沿着第一收集槽130从位置P2扫至位置P1，以将成型材50扫至位置P1，并让第二收集槽150接收被扫除工具140扫至位置P1的成型材50。
图2是图1A、图1B以及图1E的立体打印装置中的扫除工具的放大图。图3是图1A、图1B以及图1E中的立体打印装置中的扫除工具的爆炸图。图4是扫除工具由P2位置移往P1位置的示意图。
请参照图2及图3，除了固定部141、第一移动件142以及第二移动件144以外，扫除工具140还包括移动座143、弹性件146以及拨片148。第二移动件144还具有凸柱144b。具体来说，固定部141包括多个锁固构件141a以及锁固片141b。锁固构件141a例如是螺丝或者是其他具有锁固功能的元件，本发明并不以此为限。第一移动件142具有第一开口O1、第二开口O2以及多个贯孔H。这些锁固构件141a穿设锁固片141b，并对应设置于这些贯孔H。弹性件146抵接于第二移动件144以及移动座143之间。请参照图4，在本实施例中，第一收集槽130还具有孔槽132。凸柱144b设置于孔槽132，且适于沿着孔槽132的延伸方向移动。当扫除工具140被传动组件180带动时，第二移动件144则通过凸柱144b在第一收集槽130内沿着孔槽132的延伸方向移动。如此一来，由于弹性件146的设置，第二移动件144相对于第一移动件142的可移动方向D1垂直于第一收集槽130的底面(未示出)。也就是说，移动座143通过弹性件146相对于第二移动件144浮动，而使拨片148抵接于第一收集槽130并适应第一收集槽130的底面(未示出)的表面轮廓，而降低扫除工具140因第一收集槽130底面的凸起而受损的机率。
图5为图1A至图1E中的立体打印装置的成型过程步骤图。
下列段落用以描述图1A至图1E中的立体打印装置的成型过程。请同时参照图1A以及图5，在步骤S100中，立体打印装置100对喷嘴(未示出)中的成型材50进行循环加热，且控制单元160根据成型信息控制喷嘴(未示出)在成型平台116上喷涂成型材50。
请同时参照图1B以及图5，在步骤S200中，立体打印装置100中的控制单元160控制滚轮118进行转动，且驱动成型平台116往滚轮118的方向移动，以使滚轮118整平在成型平台116上的成型材50。当成型材50整平完后，控制单元140控制固化工具114发出紫外光以使成型材50固化成一固化层SL。
请再同时参照图1B以及图5，在本实施例中，立体打印装置100还包括第一感应单元SU1以及第二感应单元SU2。第一感应单元SU1的位置邻近于第一收集槽130的P1位置。第二感应单元SU2的位置邻近于第一收集槽130的P2位置。在步骤S300中，扫除工具140的初始位置位于第一收集槽130的P2位置，并停止在P2位置。
请同时参照图1E以及图5，在步骤S400中，当成型材50沿着刮除工具120表面导入第一收集槽130后，马达190进行正转以带动扫除工具140沿扫除路径移动。并且，位于第一收集槽130的P1位置的第一感应单元SU1判断是否扫除工具140成功地到达第一收集槽130的P1位置。具体而言，若第一感应单元SU1在第一预设时间区间(例如是10秒)内被触发，则第一感应单元SU1判断扫除工具140成功地到达第一收集槽130的P1位置。扫除工具140沿扫除路径(P2位置至P1位置)移动以扫除第一收集槽130内的成型材50，并将第一收集槽130内的成型材50收集至第二收集槽150。接着，在步骤S510中，若第一感应单元SU1并未在第一预设时间区间内被触发，则停止扫除工具140作动。原因是：若第一感应单元SU1并未在第一预设时间区间被触发，则有可能是扫除工具140在行进的过程中因异物接触而产生撞击或阻力大于马达190所能带动的最大扭力而产生失步或者是其他原因造成第一感应单元SU1并未在第一预设时间区间内被触发，因此通过步骤S510可以避免上述可能产生的问题而造成立体打印装置100受损。
请再同时参照图1E以及图5，在步骤S500中，扫除工具140成功地到达第一收集槽130的P1位置后，则马达190在一第二预设时间区间(例如是3秒)内停止运转。
请再同时参照图1B以及图5，接着，在步骤S600中，马达190进行反转以带动扫除工具140沿扫除路径(P1位置至P2位置)移动。并且，位于第一收集槽130的P2位置的第二感应单元SU2判断是否扫除工具140成功地到达第一收集槽130的P2位置。具体而言，若第二感应单元SU2在第三预设时间区间(例如是20秒)内被触发，则第二感应单元SU2判断扫除工具140成功地到达第一收集槽130的位置P2。接着，在步骤S610中，若第二感应单元SU2并未在第二预设时间区间内被触发，则停止扫除工具140作动。原因是：若第二感应单元SU2并未在第二预设时间区间被触发，则有可能是扫除工具140在行进的过程中因异物接触而产生撞击或阻力大于马达190所能带动的最大扭力而产生失步或者是其他原因造成第二感应单元SU2并未在第二预设时间区间内被触发，因此通过步骤S610可以避免上述可能产生的问题而造成立体打印装置100受损。
请再同时参照图1B以及图5，在步骤S700中，扫除工具140成功地到达第一收集槽130的位置P2后，则马达190在一第四预设时间区间(例如是10秒)内停止运转。并且，再回到步骤S400处，进行下一次的扫除动作。
综上所述，本发明实施例的立体打印装置通过扫除工具、刮除工具、第一收集槽以及第二收集槽的配置方式，当在成型过程中，滚轮的表面被移除的成型材被刮除工具导入于第一收集槽，且扫除工具用以将第一收集槽内的成型材扫至第一收集槽的一位置，第二收集槽接收被扫除工具扫至所述处的成型材。因此，本发明实施例的立体打印装置能够方便清理成型材。并且，成型材堆积于滚轮与刮除工具之间的机率大幅地降低，以维持滚轮滚平成型平台上的成型材的效果，本发明实施例的立体打印装置的打印品质良好。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (16)

1.一种立体打印装置，其特征在于，包括：
成型组件，具有滚轮，所述成型组件在成型过程中用以产生并堆叠成型材而形成立体物件，其中所述滚轮的表面在成型过程会沾附所述成型材；
刮除工具，设置于所述滚轮旁且贴于所述滚轮的所述表面，当所述滚轮转动时，所述刮除工具移除沾附在所述滚轮的表面的所述成型材；
第一收集槽，设置在所述刮除工具旁且与所述滚轮相对，以使所述刮除工具抵接在所述第一收集槽与所述滚轮之间，从所述滚轮的表面被移除的所述成型材被所述刮除工具导入于所述第一收集槽；
扫除工具，可移动地抵接于所述第一收集槽，以将所述第一收集槽内的所述成型材扫至所述第一收集槽的一位置；以及
第二收集槽，连通于所述第一收集槽的所述位置，以接收被所述扫除工具扫至所述位置的所述成型材。
2.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，所述滚轮以旋转轴进行旋转，所述扫除工具沿扫除路径移动以扫除所述第一收集槽内的所述成型材，其中所述扫除路径平行于所述旋转轴。
3.根据权利要求2所述的立体打印装置，其特征在于，还包括：
第一导柱，所述扫除工具可移动地设置于所述第一导柱，且所述第一导柱的延伸方向平行于所述扫除路径；
传动组件，连接所述扫除工具；以及
马达，连接所述传动组件，以驱动所述传动组件带动所述扫除工具沿所述扫除路径移动。
4.根据权利要求3所述的立体打印装置，其特征在于，所述扫除工具还包括：
第一移动件，可移动地设置于所述第一导柱且连接所述传动组件；
第二移动件，可移动地设置于所述第一移动件且连接所述传动组件；
移动座，设置于所述第二移动件内；
弹性件，可伸缩地抵接于所述移动座与所述第二移动件之间；以及
拨片，设置于所述移动座，所述移动座通过所述弹性件而相对于所述第二移动件浮动，以使所述拨片抵接于所述第一收集槽并适应所述第一收集槽的底面的表面轮廓。
5.根据权利要求4所述的立体打印装置，其特征在于，所述第二移动件相对于所述第一移动件的可移动方向垂直所述于第一收集槽的所述底面。
6.根据权利要求5所述的立体打印装置，其特征在于，所述第一移动件具有第一开口以及第二开口，所述第一导柱穿设于所述第一开口，所述第二移动件具有第二导柱，所述第二导柱沿可移动方向穿设于所述第二开口。
7.根据权利要求4所述的立体打印装置，其特征在于，所述第一收集槽具有孔槽，所述第二移动件还包括凸柱，所述凸柱设置于所述孔槽，且所述导管适于沿着所述孔槽的延伸方向移动，当所述扫除工具被所述传动组件带动时，所述第二移动件则通过所述凸柱在所述第一收集槽内沿着所述孔槽的延伸方向移动。
8.一种立体打印装置，其特征在于，包括：
成型组件，具有滚轮，所述成型组件在成型过程中用以产生并堆叠成型材而形成立体物件，其中所述滚轮的表面在成型过程会沾附所述成型材；以及
刮除工具、扫除工具以及至少一收集槽，其中所述刮除工具抵接在所述滚轮的表面与所述收集槽之间，以在所述滚轮滚动时刮除其表面沾附的所述成型材，其中所述刮除工具与所述滚轮同沿一轴向延伸，所述扫除工具抵接于所述刮除工具且沿所述轴向移动，以将所述刮除工具上的所述成型材扫至所述收集槽。
9.根据权利要求8所述的立体打印装置，其特征在于，所述至少一收集槽包括第一收集槽，设置于所述刮除工具旁且与所述滚轮相对，以使所述刮除工具连接在所述第一收集槽与所述滚轮之间，而将所述刮除工具上的至少部分所述成型材导入所述第一收集槽。
10.根据权利要求9所述的立体打印装置，其特征在于，还包括第二收集槽，而所述第一收集槽沿所述轴向延伸，所述第二收集槽设置于所述第一收集槽沿所述轴向的一端，且所述第二收集槽连通所述第一收集槽，所述扫除工具同时抵接于所述刮除工具与所述第一收集槽，以将所述成型材扫入所述第二收集槽。
11.根据权利要求9所述的立体打印装置，其特征在于，所述滚轮以旋转轴进行旋转，所述扫除工具沿扫除路径移动以扫除所述第一收集槽内的所述成型材，其中所述扫除路径平行于所述旋转轴与所述轴向。
12.根据权利要求11所述的立体打印装置，其特征在于，还包括：
第一导柱，所述扫除工具可移动地设置于所述第一导柱，且所述第一导柱的延伸方向平行于所述扫除路径；
传动组件，连接所述扫除工具；以及
马达，连接所述传动组件，以驱动所述传动组件带动所述扫除工具沿所述扫除路径移动。
13.根据权利要求12所述的立体打印装置，其特征在于，所述扫除工具还包括：
第一移动件，可移动地设置于所述第一导柱且连接所述传动组件；
第二移动件，可移动地设置于所述第一移动件且连接所述传动组件；
移动座，设置于所述第二移动件内；
弹性件，可伸缩地抵接于所述移动座与所述第二移动件之间；以及
拨片，设置于所述移动座，所述移动座通过所述弹性件而相对于所述第二移动件浮动，以使所述拨片抵接于所述第一收集槽并适应所述第一收集槽的底面的表面轮廓。
14.根据权利要求13所述的立体打印装置，其特征在于，所述第二移动件相对于所述第一移动件的可移动方向垂直所述于第一收集槽的所述底面。
15.根据权利要求14所述的立体打印装置，其特征在于，所述第一移动件具有第一开口以及第二开口，所述第一导柱穿设于所述第一开口，所述第二移动件具有第二导柱，所述第二导柱沿可移动方向穿设于所述第二开口。
16.根据权利要求13所述的立体打印装置，其特征在于，所述第一收集槽具有孔槽，所述第二移动件还包括凸柱，所述凸柱设置于所述孔槽，且所述导管适于沿着所述孔槽的延伸方向移动，当所述扫除工具被所述传动组件带动时，所述第二移动件则通过所述凸柱在所述第一收集槽内沿着所述孔槽的延伸方向移动。
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