CN109774134A - 三维打印装置 - Google Patents

Abstract

一种三维打印装置，包含透光板、工件座、支撑座、旋转轴及机件。透光板有一上表面；机件的一端连接于透光板，另一端枢接于旋转轴。透光板的上表面的延伸平面，与旋转轴的轴心，在与第一表面垂直方向的最小距离，大于3厘米。借此，工件离型时，配合支撑座的旋转，工件得受一剪力以助离型并减少工件破损的机会。

Description

三维打印装置

技术领域

本发明涉及一种三维打印装置，尤其涉及一种借由旋转进行离型的三维打印装置。

背景技术

在上拉式三维打印装置中，一种离型方式是会移动工件下方的透光板，促使工件与透光板分离以便进行下一层的打印。

过去的一种设计，将转轴与透光板设置在大致一共平面，当透光板开始旋转时，会在工件间出现一垂直于工件表面的初始加速度，如此会造成工件与透光板产生正向拉扯，此方向的拉扯容易将工件扯坏并且离型效率较差离型，此问题有待解决。

发明内容

依据本发明一观点，提供一种光固化式三维打印装置，包含一透光板、一工件座(Workpiece holder)、一支撑座、一旋转轴及一机件。透光板设有一第一表面。工件座设于透光板的第一侧。支撑座设于透光板的第二侧，可于透光板的第二侧提供一影像光源容置空间。机件一端连接于透光板，另一端枢接于旋转轴。其中，透光板第一表面的延伸平面与旋转轴的轴心，在与第一表面垂直方向的最小距离，大于3厘米。透光板、工件座、支撑座、旋转轴及一机件。透光板设有面向工件座的上方表面；工件座设于透光板的上方；支撑座设于透光板的下侧，可于透光板下方提供一影像光源容置空间来让影像光源设置于其中。机件的一端连接在透光板，而另一端枢接于旋转轴。同时，工件座与旋转轴的轴心存在3厘米以上的偏移，使工件座在远离透光板时，工件可受两个方向的分力，使工件得以有效离型。举例来说，工件座的下方表面的延伸平面与旋转轴的轴心在第一表面或上表面的垂直方向的最小距离是大于3厘米时，使工件在离型时，具有妥适的水平及垂直分力，可使工件有效地自工件座离型。

根据本发明的另观点，提供一种光固化式三维打印装置，包含透光板、平台、支撑架、支撑座以及一旋转轴。透光板设有一第一表面。平台设于透光板的上方。支撑架设于透光板的下方。支撑座设于支撑架下方，并可于透光板下方提供一影像光源容置空间；旋转轴枢设于支撑架内，且旋转轴的轴心设位于第一表面的一延伸平面下方。借由支撑架的旋转，旋转轴的轴心，设于第一表面的一延伸平面下方，使工件座在离型时可受两方向的分力，使得工件有效地自工件座离型。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1A与图1B分别绘示本发明一实施例的三维打印装置的不同状态时的示意图。

图2绘示本发明一实施例的不同状态时的示意图。

具体实施方式

本发明所称上、下仅为各元件相对关系的说明，并不限制其使用方式。请参阅图1A及图1B，图1A及图1B分别为本发明的三维打印装置的第一具体实施例在工作前及工作时的示意图。于本例中，三维打印装置1包括一材料槽、一影像光源12、一工件座13、一支撑座14、一驱动装置15、一动力源(power source)16、一被动件17。借由在工件座13远离透光板111时以一偏轴(OFFSET)设置的旋转轴118为轴心118A旋转，转动材料槽中的支撑架113以使工件W在离型时其离型面包括剪力方向的分力，即可使其离型效率提高并减少工件W受损的机会。

于本例中，材料槽可用于承载光固化材料，材料槽包括有一透光板111、一框架112、一支撑架113、一离型膜114以及一旋转轴118。

于本实施例中，光固化材料可为液状或胶状，并可对特定波长的光线发生化学反应。前述的特定波长可以是对紫外光或是可见光。于本例中，光固化材料是指对例如是波长约为365纳米的紫外光反应的光敏树脂。

于本实施例中，透光板111可让至少部分可见光或不可见光穿过。透光板111的材料可以是玻璃或是例如是塑胶的高分子材料。于本例中，透光板111是玻璃平板。另外，透光板111对365纳米的紫外光具有70％以上的透光率时，已有基本效果；具有80％以上的透光率时，其效率较佳；具有90％以上的透光率时，其效率较佳；具有95％以上的透光率时，其效率最佳。另外，利用制造本例中的透光板111的材料在厚度为一厘米时，其对波长为365纳米的紫外光透光率是在超过70％、80％、90％及95％时，分别具有基本、较佳、更佳及最佳的效果。而于本例中，透光板111对波长为365纳米的紫外光的透光率约为96％。除此之外，当光固化材料是对可见光反应时，透光板111的可见光的透光率可维持在90％以上。而透光板111对波长为500纳米的可见光透光率在超过70％、80％、90％及95％时，分别具有基本、较佳、更佳及最佳的效果。而于本例中，玻璃平板对波长为500纳米的可见光透光率约为92％。

于本实施例中，框架112用于承载前述透光板111。以摩擦力或是利用凸块等干涉结构等方式来直接或间接限制透光板111的作动。框架112可以是任意形状的材料块、板材或由材料块或板材所组合而成的结构。而于本例中，框架112包括一硬质中空的矩形板材，而框架112的下方具有一透光口，透光口形状可选择性地与透光板111匹配。

于本实施例中，支撑架113是一活动机件，用于传送动力或改变运动方向，或能绕固定轴回转或摆动，或作往复运动。在本实施例中，支撑架113为一大致硬质的矩形板体，其厚度方向较薄。板材上设有至少一穿透板材厚度方向两侧的穿孔，穿孔往水平方向延伸，穿孔的大小可与一轴为匹配。而矩形柱的上侧表面亦设有多个往垂直方向延伸的螺孔，可供螺丝锁固于其中并允许其与框体112借由例如是螺丝等机件相互连接、锁固。

于本实施例中，离型膜114可以是一软性薄膜，具备透光，低表面沾黏的特性，可用于帮助工件W自玻璃表面离型及脱离。于本例中，离型膜114是一特氟龙膜。

于本例中，旋转轴118为一轴，用于传动及支撑其他旋转元件，其轴心118A为轴截面的形心。

于本实施例中，透光板111承载于框架112上，而框架112则是借由多颗螺丝锁固于支撑架113上并与其连动。于另一例中，透光板111与支撑架113之间可设有多个弹性件(未绘示于图)，例如是弹性材料块或是弹簧等，亦即透光板111与支撑架113并不以直接连接为限。于本例中，支撑架113的一端借由框架112连接于透光板111。而支撑架113相对透光板111的另一端是借由其穿孔枢接于旋转轴118。又或者，旋转轴118枢设于支撑架113内。旋转轴118的轴心118A或旋转中心是设位于透光板111的上表面111A的一延伸平面111B的下方处。本实施例中，透光板111的上表面的延伸平面111B，与旋转轴118的轴心118A，在延伸平面111B的垂直方向的最小距离在大于一特定距离D时，可有效协助工件W自离型膜离型。于本例中，前者的最小距离是指延伸平面111B和轴心118A之间，沿垂直方向，相互最接近的两个点之间的距离。再者，前述所提及的延伸平面111B的垂直方向一词，可理解为延伸平面111B的法向量方向。其原理在于，前述的设计除了可对工件W表面施加一法向量方向的力外，亦将会对其施加有一剪力以进一步协助其离型，如图2所绘述者，即为其例。图2绘述有一力臂R另外，在前述的最小距离小于3厘米时，其效果较不明显。而当最小距离大于等于3厘米时，已有协助离型的基本效果；而前述的最小距离大于5厘米时，其离型效果较佳；而前述的最小距离大于6厘米时，其离型效果最佳。而考量成本效益，前述的最小距离以小于等于50厘米为佳，惟此不为其限制。

于本例中，旋转轴118的两端是可动地被设置于例如是打印装置的外壳或是机架(未绘示于图)上。惟于另一具体实施例中，旋转轴118是固定于打印装置的外壳或是机架上，而前述的两设计之间可自由替换。另外，于本例中，旋转轴118是设置于透光板111的下方的，但是其不以此为限，旋转轴118亦可被设置于透光板111的上方处并达到相同的功能。

于本例中，动力源(power source)16可以是电动马达、压缩机或是液压缸等，例如是一电动马达及其与齿轮、滑轮、皮带或其他机械零件的组合。而于本例中，动力源为一马达。

于本例中，被动件17可包括铰链(hinge)、连杆、齿轮、滑轮、皮带；除此之外，被动件17亦可以是用以控制运动形态或传达力量的各式控制机件，例如是弹簧、连杆、制动器及离合器等，即为其例。另外，被动件17亦可为前述各者的结合。于本例中，被动件17为一伸缩杆，伸缩杆可按需求伸长或是缩短，而伸缩杆是由多个机件所组成。

于本实施例中，影像光源12可以是一包括投影镜头的投影机或是一例如是一具有显示屏的手机，或是其它可携式电子装置。于本例中，影像光源12为一投影机。影像光源12包括一紫外光光源、一光阀及一投影镜头。紫外光光源输出一照明光，经由一例如是数字微反射镜阵列(DMD)的光阀将照明光转换为影像光，而影像光会经由投影镜头输出影像光源12。

于本实施例中，工件座13(workpiece holder)可为一平台(platform)。工件座13可受驱动并上下移动并承载及固定工件W的位置。另外，工件座13有一成形表面131。于本例中，成形表面131为一工件座13下方面向透光板111的表面。成形表面131可供光固化材料固化于其上。

于本实施例中，驱动装置15可包括一伸缩杆、转轴以及马达。马达可通过转轴内的传动组件来连接以及调整伸缩杆的长度，从而驱动连接伸缩杆的工件座13上下移动。如此，在应用时，驱动装置15可与工件座13连接并能驱动工件座13朝向接近以及远离透光板111的方向而上下移动。

于本实施例中，材料槽下方设有一支撑座14，支撑座14可用于维持材料槽相对装置承载面的高度，以确保材料槽与三维打印装置1的承载面之间保有影像光源12的影像光源容置空间。于本例中，支撑座14可以是一浅盘或是一具有出光口或开口的箱体、三维打印装置1本身的外壳或是一支撑架113，支撑架113是指一有线条组织，具支撑或搁置作用的结构体。于本例中，支撑座14为一具有出光口的刚性中空箱子，而出光口可为穿孔或是设置有一允许光束通过的透光材料。

于本例中，框架112借由螺丝被固定于支撑架113的表面。而本实施例中的三维打印装置1在进行打印时，需先将光固化材料置于材料槽的离型膜114上。接着，控制驱动装置15驱动工件座13朝向透光板111方向而移动，以使工件座13的下表面132能浸泡在光固化材料中。随后以影像光源12直接地或是间接的，利用反射镜等元件向透光板111发出影像光束，影像光束经由透光板111进入材料槽并与其中的光固化材料反应。光固化材料受光固化于工件座13的成形表面131并成为工件W的一部分。随后，工件座13朝远离透光板111的方向行进。与此同时，动力源的马达会驱动被动件17的伸缩杆，使伸缩杆往透光板111的反方向缩短，同时连带驱动支撑架113以旋转轴118为支点逆时针旋转。支撑架113旋转时，框架112会带动连动离型膜，使离型膜对工件W施加一包括剪力的斜向力，借以使工件W从离型膜114脱离。接着，工件座13再次下降，并重复前述的下降、固化及脱离的程序。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然并非用以限定本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明精神和范围，当可作些许更动与润饰，例如，动力的传递，可用直接接触传动、间接接触传动(借由刚体或非刚体的中间连接物)，或是非接触连接物(如磁力作用)。而元件间的连接，并勿限于直接连接，两元件之间，亦可通过中间连接物作间接连接，例如活动机件、控制机件与结合机件，进而不影响动力的传递。是以，本发明中所描述的连接，除非特别限定于直接连接或间接连接，否则应同时包括直接连接与间接连接。但这些变化为熟悉本领域的技术人员，可轻易作的变化，仍属本发明保护范之围内。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种三维打印装置，其特征在于，包含：

一透光板，设有一第一表面；

一工件座，所述工件座设于所述透光板的第一侧；

一支撑座，设于所述透光板的第二侧，可于所述透光板的所述第二侧提供一影像光源容置空间；

一旋转轴；以及

一机件，一端连接于所述透光板，另一端枢接于所述旋转轴；

其中，所述第一表面的延伸平面与所述旋转轴的轴心，在与所述第一表面垂直方向的最小距离，大于3厘米。

2.如权利要求1所述的三维打印装置，其特征在于，所述机件为一支撑架，设于所述透光板的下方。

3.如权利要求1所述的三维打印装置，其特征在于，所述的三维打印装置进一步包括：

一框架，所述框架的一端连接所述透光板，另一端连接所述第一机构；

一影像光源，包括一光源、一光阀及一投影镜头，所述影像光源设置于所述影像光源容置空间中；

一动力源；及

一被动件，连接所述动力源及所述框架。

4.一种三维打印装置，其特征在于，包含：

一透光板，设有一第一表面；

一平台，所述平台设于所述透光板的上方；

一支撑架，设于所述透光板的下方；

一支撑座，设于所述支撑架下方，并可于所述透光板下方提供一影像光源容置空间；及

一旋转轴，枢设于所述支撑架内，且所述旋转轴的轴心，设于所述第一表面的一延伸平面下方。

5.如权利要求4所述的三维打印装置，其特征在于，所述的三维打印装置进一步包括:

一框架，所述框架的一端连接所述透光板，另一端连接所述机件；

一影像光源，包括一光源、一光阀及一投影镜头，所述影像光源设置于所述影像光源容置空间中；

一动力源；以及

一被动件，连接所述动力源及所述框架。

6.如权利要求3或5所述的三维打印装置的任一者，其特征在于，所述透光板为一透光板玻璃，所述透光板对波长为365纳米的光线透光率大于80％，所述透光板直接连接于所述框架的下方。

7.如权利要求2或4所述的三维打印装置的任一者，其特征在于，所述的三维打印装置进一步包括有一动力源及一被动件，所述被动件连接所述动力源及所述框架。

8.如权利要求3或5所述的三维打印装置的任一者，其特征在于，所述工件座设为一平台，于所述透光板的上方，所述动力源为一马达。

9.如权利要求2或4所述的三维打印装置的任一者，其特征在于，所述第一表面的延伸平面，与所述旋转轴的轴心，在与所述第一表面垂直方向的最小距离，介于6厘米至50厘米之间。

10.如权利要求2或4所述的三维打印装置的任一者，其特征在于，所述的三维打印装置进一步包括有一框架，连接所述支撑架及所述透光板。