CN111890676B - 三维打印装置 - Google Patents
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Abstract
一种三维打印装置，包括承载台、玻璃板及离型膜。玻璃板设于承载台上。离型膜覆盖于玻璃板上并转折于承载台的边缘。玻璃板与离型膜之间的界面，经由位于边缘及玻璃板的侧壁之间的通道与外部空间连通。
Description
技术领域
本发明是涉及一种三维打印装置，且尤其是涉及一种具有破真空结构的三维打印装置。
背景技术
公知的光硬化型三维打印装置中，用于容置硬化胶的容置槽底部具有离型膜以及支撑离型膜的玻璃板。在工件打印的过程中，硬化胶受到光源照射后会硬化在打印平台上，进而形成工件中的其中一层。为了接续下一层工件的打印，打印平台会往上抬升，并借由可变形的离型膜的回复力对离型膜和工件的接触处施加一个斜向力，使膜体更容易自工件脱离。然而，离型膜与玻璃板之间为真空空间，因此离型膜不易自玻璃板脱离。
为了解决上述的问题，目前是采用在玻璃板上钻闭口穿孔的方式，让空气从玻璃板的一端进入玻璃板与离型膜之间，使离型膜更容易地自玻璃板脱离。但是，在玻璃板上钻闭口穿孔或会导致玻璃板破损，进而造成制作成本上升。因此，如何在减低玻璃板的破损风险、避免制造成本上升的情况下，使玻璃板与离型膜分离，已成为目前本领域技术人员亟欲解决的问题之一。
发明内容
本发明提供一种三维打印装置，可在维持玻璃板强度且不提升制作成本的情况下，让外部流体进入离型膜与玻璃板之间。
本发明的一实施例的三维打印装置，其包括承载台、玻璃板及离型膜。玻璃板设于承载台上。离型膜覆盖于玻璃板上并转折于承载台的边缘。玻璃板与离型膜之间的界面，经由位于边缘及玻璃板的侧壁之间的通道与外部空间连通。
本发明的另一实施例的三维打印装置，其包括承载板、透光板及弹性膜。透光板设于承载板上。弹性膜设于透光板上。承载板及透光板之间有空隙。弹性膜经由空隙与外部空间连通。
基于上述，在本发明实施例的三维打印装置的设计中，玻璃板与离型膜之间的界面，可经由位于承载台的边缘及玻璃板的侧壁之间的通道与外部空间相连通。也就是说，本发明实施例的三维打印装置可以不在玻璃板上钻洞的情况下，即可让外部流体进入离型膜与玻璃板之间，可维持玻璃板强度且不提升制作成本。
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1A是依照本发明的一实施例的一种三维打印装置的示意图；
图1B是图1A的三维打印装置的部分构件的立体剖面示意图；
图1C是图1A的三维打印装置的部分构件的立体俯视示意图；
图1D是沿图1C线A-A的剖面示意图；
图2是将图1A的容置槽中的工件从离型膜分离的示意图。
具体实施方式
图1A是依照本发明的一实施例的一种三维打印装置的示意图。图1B是图1A的三维打印装置的部分构件的立体剖面示意图。图1C是图1A的三维打印装置的部分构件的立体俯视示意图。图1D是沿图1C线A-A的剖面示意图。图2是将图1A的容置槽中的工件从离型膜分离的示意图。须说明的是，图1B、1C是按本发明的一实施例的真实比例绘制。惟为强调特征，本发明的图1A、图1D及图2并未按比例绘制，而其相对于图1B、1C的比例有所调整。
请同时参考图1A、图1B、图1C以及图2，在本实施例中，三维打印装置100包括承载台110、透光板120、离型膜130、通道G、压片140、连接机件143、料槽150、影像光源160以及打印平台(PLATFORM)170。
承载台110设有边缘112且垂直厚度为T1。于本实施例中，承载台110可以由一片或多片板体组合而成，可包括一承载板，如图中的主体114，即为承载板的一例。承载台110可用以承载物件。承载台110的形状可以是多种不同形状，如图所示，其外轮廓可为实质矩形且为板状。另外，承载台110包括一主体114，其中主体114的内侧为中空并呈一矩形环状。在主体114面对中空侧的内侧壁上是设有多个突出结构116，且每个突出结构116是往内侧壁的法线方向水平延伸而成。每个突出结构116呈一阶梯状结构，有一上阶及一下阶，如图所示，下阶的上表面可为实质水平的平面且可作为一承载表面，可用于定义其承载物的高度，上阶的侧表面亦可为实质垂直的平面，可用于定义承载物的水平位置。于本例中，每个突出结构116与主体114均为一体成型的，惟其不以此为限，需要时，各突出结构116可以选择性的以一体成型(One piece formed)、黏接、嵌合或其他化学或机械形式固定于承载台110的主体114的内侧壁上。
请参阅图1B及图1C，承载台110与透光板120之间有一空隙，而空隙是连通透光板120的上、下表面并可作为通道G以供例如是空气等流体F流通。于本例中，承载台110的空隙所形成的通道的垂直深度D至少大于透光板120的厚度T2以允许流体自透光板120的两侧流通。于本实施例中，通道G例如是一沿水平方向延伸的长条形穿孔，各个突出结构116分别设于穿孔的内侧壁上。但于其他未绘示的实施例中，通道亦可为半圆柱状、方柱型或其他立体形状，于此不加以限制。另外，通道可如前例所述的均匀空间，或是渐小、渐大或是前者各状态的混合。再者，承载台110的各个角落可分别设有一凹陷平台118。凹陷平台118是由主体114的上表面往其垂直方向往下凹陷而成，其深度为T3。凹陷平台118的轮廓呈一矩形凹槽。而平台的表面上是形成有多个螺孔119。惟本发明不以具有平台为限，可在突出结构116和透光板120之间增设有一黏贴层，以固定其两者的位置予以替代或为其补强。
透光板120为一允许特定光线通过具有足够结构强度的板材。于本例中，透光板120由一高UV穿透率的玻璃材料制成，亦即，透光板120于本例中为一玻璃板，惟透光板的材料不以玻璃为限，其亦可利用例如是透光性高分子材料，如树脂或是塑胶来制成。其中透光板120的垂直厚度为T2。于本例中，垂直厚度T2约为5毫米。于本例中，透光板120的角落121处有一阶梯状结构，阶梯状结构包括一下阶及一上阶，下阶的上表面为一实质水平的平面，而上阶的侧表面则为一实质垂直的平面。透光板120对波长为365nm的光线的总透光率高于40％、60、75％及90％时，系统整体光效分别有普通、佳、更佳及最佳的效果。于本例中，透光板120对365nm波长的总透光率为75％以上。另外，于本例中，透光板120的整体并无闭口穿孔。举例来说，若在透光板120的侧沿加工一钻穿透光板120而使其侧壁形成一凹陷，则其为穿孔但非闭口。反的，若在透光板120中央挖出凹陷，但未穿透透光板120，则其为闭口但非穿孔。
离型膜130为软性材料制成的可挠性膜，为弹性膜的一种，具有透光性并可允许可见光或是不可见光通过。当离型膜130对波长为365nm的光线的总透光率高于40％、60、75％及90％时，系统整体光效分别有普通、佳、更佳及最佳的效果。于本例中，离型膜130对365nm波长的光线的总透光率为75％以上。离型膜130例如还具备低表面沾黏的特性。举例来说，离型膜130的材料可以为硅胶或聚四氟乙烯，但不以此为限。
压片140(或称挡板)设置有穿孔142。压片140例如是矩形板，其可以高钢性材料或具有一定弹性的材料制成。于本例中，压片140为一具有弹性的金属簧片，用以限制透光板120的移动范围或位置。于本例中，穿孔142可例如为圆形孔、椭圆形孔或多边形孔，且各穿孔142的内缘可选择性的为光滑面或设有螺牙。
连接机件143例如为螺丝、导杆等具有连接功能的机件，可将压片140锁固于承载台110的第一侧的凹陷平台118上。
料槽150例如为容置槽，用以容纳光固化材料10。于本例中，料槽150可为一体成型的结构，且料槽150的形状例如是类矩形槽。当然，于其他实施例中，料槽150亦可由多片侧板组成。光固化材料10的型态可以是液态、胶态、流体或粉体等型态，本发明不以此为限制。因材料特性的关系，光固化材料10于照光固化后可形成工件20。
影像光源160用以提供影像光束L，其中影像光源160例如是数字光源处理(digital light processing,DLP)投影装置、硅基液晶(liquid crystal on silicon,LCOS)投影装置、液晶投影装置或扫描式激光投影装置等，而其所采用的发光元件可为发光二极管(light emitting diode,LED)、激光(laser)或其他适用的发光元件。此外，发光元件所提供的光线的波长范围需与液态光敏感材料互相配合。举例来说，若液态光敏感材料为紫外光固化材料，则发光元件需选用紫外光发光元件，而于本例中，影像光源160为紫外光的DLP投影机。
打印平台170与透光板120配置于离型膜130的相对两侧，且打印平台170可朝远离或接近离型膜130的垂直方向移动。光固化材料10于照光固化后形成工件20，而工件20可逐层形成于打印平台170上。
在应用时，请再参考图1A、图1B与图2，本实施例的承载台110的主体114的垂直厚度T1大于透光板120的垂直厚度T2。而T2/T1在0.9、0.6、0.4、0.2以下时，有基本、较佳、更佳和最佳的稳定性。于本例中，T2/T1约为0.3。承载台110用以承载透光板120。意即，透光板120设于承载台110上，而在设置完毕时，透光板120的上表面和承载台110的突出结构116的上表面和主体114的上表面为实质共平面时，离型膜130的附着效果较佳，但不以此为限。需要时，透光板120的上表面和主体114的上表面之间可以有一落差，透光板120的高度可以较主体114的上表面凸出T2的10％或是凹入T2的100％之间的范围内。于本例中，透光板120的高度较主体114的上表面凸出约0.1毫米，约为T2的4％。离型膜130覆盖于透光板120上并转折于承载台110的边缘112。透光板120与离型膜130之间的界面，经由位于边缘112及透光板120的侧壁122之间的通道G与外部空间连通。也就是说，承载台110与透光板120之间有空隙，而离型膜130经由此空隙与外部空间连通。故，外部空间中的流体F可经由承载台110与透光板120之间的通道G进入透光板120与离型膜130之间。此处，通道G的深度D大于透光板120的厚度T2。
为了进一步定位透光板120，请再参考图1C与图1D，本实施例的三维打印装置100的压片140设于承载台110的第一侧并覆盖至少部分的透光板120。压片140适于限制透光板120相对于承载台110的位置。于本例中，压片140是锁固在透光板120的角落121上。透光板120的角落121是位于压片140与承载台110之间，且连接机件143将压片140锁固于承载台110的第一侧的凹陷平台118中。也就是说，连接机件143通过压片140的穿孔142而将压片140锁固在承载台110上。借此，在透光板120在打印程序中因离型膜130和透光板120的真空未被破坏而被连带吸起时，压片140可限制透光板120的垂直位置而避免透光板120被吸起超过一定的距离。而前述的距离，可以借由控制透光板120和压片140之间的初始距离来决定。若压片140自始与透光板120接触并将其固定，则透光板120的吸起距离为零。由于本实施例的凹陷平台118的深度T3小于透光板120的角落121的部分厚度，因此当连接机件143通过穿孔142锁紧后，连接机件143的整体不超出凹陷平台118，即不突出于主体114的上表面处，防止其损毁离型膜130。
请再同时参考图1A与图2，料槽150设于透光板120上，且离型膜130隔离透光板120及料槽150。影像光源160设于透光板120的光路上游，且影像光源160适于向透光板120提供影像光束L。影像光源160提供成形影像光束L穿过透光板120及离型膜130而照射至光固化材料10之后，光固化材料10固化后形成工件20，且此工件20附着于打印平台170上。接着，打印平台170会向上提升工件20，以使外部空间中的流体F经由通道G进入透光板120与离型膜130之间。借此消除离型膜130与透光板120之间的低压现象，进而平衡离型膜130两侧的压力。上提工件20所需的拉力仅须克服工件20与离型膜130之间的黏着力，即可将工件20从离型膜130分离，使光固化材料10填充在工件20与离型膜130之间，进行下一层打印程序。
由于本实施例在承载台110的边缘112与透光板120的侧壁120之间具有连通外部空间的通道G，意即本实施例并没有破坏透光板120的结构及其强度。因此，外部空间中的流体F可经由通道G进入透光板120与离型膜130之间，借此消除离型膜130与透光板120之间的低压现象，并可维持透光板120的强度且不提升制作成本。综合而言，本发明的一实施例中提出了一种在承载台110和透光板120之间留有通道G以允许流体流通以破除离型膜130和透光板120之间的真空状态的设计。于一例中，通道G是借由承载台110的退缩而形成，惟本发明不以此为限，需要时，通道G亦可借由在透光板120的边沿加工穿透其上下表面的开口凹槽而在不明显影响透光板120的强度为前提下，达到类似的破真空效果。
综上所述，在本发明实施例的三维打印装置的设计中，玻璃板与离型膜之间的界面，可经由位于承载台的边缘及玻璃板的侧壁之间的通道与外部空间相连通。也就是说，本发明实施例的三维打印装置可以不在玻璃板上钻洞的情况下，即可让外部流体进入离型膜与玻璃板之间，可维持玻璃板强度且不提升制作成本。
虽然本发明已以实施例揭露如上，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，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。
Claims (10)
1.一种三维打印装置，其特征在于，包括：
一承载台；
一玻璃板，设于所述承载台上；以及
一离型膜，覆盖于所述玻璃板上并转折于所述承载台的一边缘，其中所述玻璃板与所述离型膜之间的界面，经由一位于所述边缘及所述玻璃板的侧壁之间的通道与外部空间连通。
2.如权利要求1所述的三维打印装置，其特征在于，所述承载台包括一承载板，所述玻璃板为一透光板，所述离型膜为一弹性膜，且所述通道为所述玻璃板及所述承载台之间的一空隙。
3.一种三维打印装置，其特征在于，包括：
一承载板；
一透光板，设于所述承载板上；以及
一弹性膜，设于所述透光板上，其中所述承载板及所述透光板之间有一空隙，所述弹性膜经由所述空隙与外部空间连通。
4.如权利要求2或3所述的三维打印装置，其特征在于，所述承载板的厚度大于所述透光板的厚度。
5.如权利要求2或3所述的三维打印装置，其特征在于，所述三维打印装置更包括一容置槽，设于所述透光板上，且所述弹性膜隔离所述透光板及所述容置槽。
6.如权利要求2或3所述的三维打印装置，其特征在于，所述承载板包括：
一主体，设有一穿孔；以及
多个突出结构，各个所述突出结构分别设于所述穿孔的内侧壁上。
7.如权利要求6所述的三维打印装置，其特征在于，所述空隙是位于所述多个突出结构之间。
8.如权利要求7所述的三维打印装置，其特征在于，所述三维打印装置更包括：
一影像光源，设于所述透光板的光路上游，且所述影像光源适于向所述透光板提供一影像光束。
9.如权利要求2或3所述的三维打印装置，其特征在于，所述三维打印装置更包括：
一挡板，设置于所述承载板的一第一侧并覆盖至少部分的所述透光板，所述挡板适于限制所述透光板相对于所述承载板的位置。
10.如权利要求2或3所述的三维打印装置，其特征在于，所述透光板对波长为365nm的光线的总透光率高于75％，所述透光板的整体并无闭口穿孔。
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