CN113246459A - 立体打印装置与方法 - Google Patents

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CN113246459A CN202010090981.9A CN202010090981A CN113246459A CN 113246459 A CN113246459 A CN 113246459A CN 202010090981 A CN202010090981 A CN 202010090981A CN 113246459 A CN113246459 A CN 113246459A
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Abstract

本发明提供已走立体打印装置与方法。所述方法包括：通过所述处理器控制所述打印头打印一立体模型的一切层物件于一打印平台；通过所述测距装置执行一测距操作以获得一第一距离；通过所述处理器根据所述第一距离获得一补偿值；以及通过所述处理器根据所述补偿值调整在打印所述立体模型的另一切层物件时所述打印头与所述打印平台之间的一第二距离。

Description

立体打印装置与方法
技术领域
本发明涉及一种立体打印装置与方法。
背景技术
图1A与图1B是现有的立体打印装置所发生的问题的示意图。
请参照图1A，在一般的立体打印装置中，通常会包括打印头PH与打印平台PP。打印头PH可以用于打印立体模型的切层物件L1～L3。然而，请同时参照图1A与图1B，在图1A中，假设每一个切层物件L1～L3的预设高度为0.5mm，打印平台PP的高度为0.2mm。在图1B中，假设在打印切层物件L2的过程中，打印平台PP因为打印的温度而膨胀了0.1mm。假设打印头PH在打印切层物件L3时是移动至与图1A中打印切层物件L3时的高度，此时由于打印平台PP的高度不同，在此情况下打印切层物件L3会造成线材往外挤压、溢出或产生打印空洞等情况。
发明内容
本发明提供一种立体打印装置与方法，可以有效地避免打印时线材往外挤压、溢出或产生打印空洞等情况。
本发明提出一种立体打印装置，包括：一打印头、一测距装置以及一处理器。所述处理器耦接至所述打印头以及所述测距装置并用以控制所述打印头打印一立体模型的一切层物件于一打印平台。所述测距装置执行一测距操作以获得一第一距离。所述处理器根据所述第一距离获得一补偿值。所述处理器根据所述补偿值调整在打印所述立体模型的另一切层物件时所述打印头与所述打印平台之间的一第二距离。
本发明提出一种立体打印方法，用于一立体打印装置，所述立体打印装置包括一打印头、一测距装置以及一处理器，所述方法包括：通过所述处理器控制所述打印头打印一立体模型的一切层物件于一打印平台；通过所述测距装置执行一测距操作以获得一第一距离；通过所述处理器根据所述第一距离获得一补偿值；以及通过所述处理器根据所述补偿值调整在打印所述立体模型的另一切层物件时所述打印头与所述打印平台之间的一第二距离。
基于上述，本发明的立体打印装置与方法可以让打印头与打印平台的上平面之间的距离更精准，避免在打印过程中线材挤压或打印空洞的发生，进而大幅减少打印平台因材质、平台温度控制及环境温度等因素对打印品质所造成的影响。特别是，通过此方式，打印平台的材质可以不受限制并且拥有更多的选择，进而在打印平台的成本上有更大的弹性。
附图说明
根据结合附图阅读的以下详细描述会最佳地理解本公开的各方面。应注意，根据行业中的标准惯例，各种特征未按比例绘制。实际上，为了论述清晰起见，可任意增大或减小各种特征的尺寸。
图1A与图1B是现有的立体打印装置所发生的问题的示意图；
图2是本发明一实施例的立体打印装置的示意图；
图3是本发明一实施例的立体打印方法的示意图；
图4A与图4B是本发明一实施例将测距指令加入控制指令中的示意图。
附图标号说明
100：立体打印装置；
102：基座；
104：导引架；
106：支架；
110：打印平台；
120：打印头；
122：测距装置；
124：打印轴；
130：线材盒；
150：导管；
180：处理器；
D1、D2、D3、Dm：距离；
L1～L3：切层物件；
PH：打印头；
PP：打印平台；
S301～S307：步骤；
X、Y、Z：方向；
(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)、(Xm,Ym)、(Xn,Yn)：坐标。
具体实施方式
图2是本发明一实施例的立体打印装置的示意图。请参照图2，在本实施例中，立体打印装置100采用熔融沉积成型的技术，以将数字立体模型实体化，也就是依据数位立体模型资讯打印出立体物件(未示出)。具体而言，立体打印装置100包括打印平台110、打印头120、测距装置122、打印轴124、线材盒130、导管150以及处理器180。处理器180耦接至打印头120以及测距装置122。打印平台110设置在基座102上，并用以承接自打印头120输出的融熔线材，且打印平台110例如是固定不动，或者是具有沿着空间中至少一方向(例如方向Y)移动的运动自由度。
在本实施例中，打印头120与线材盒130通过支架106与导引架104设置于打印平台110的一侧。线材盒130用以经由导管150提供线材至打印头120。举例来说，打印头120、测距装置122与打印轴124安装在支架106上，且可透过支架106沿着方向X相对于打印平台110移动。导引架104的数量为两个，且成对设置于支架106的相对两侧(或是，设置于打印平台110的相对两侧)。支架106的相对两端分别连接前述两导引架104，其中支架106可透过前述两导引架104沿着方向Z相对于打印平台110移动，且打印头120、测距装置122与打印轴124可随支架106同步移动。另一方面，前述两导引架104可具有沿着方向Y相对于打印平台110移动的运动自由度，且支架106、打印头120、测距装置122与打印轴124可随前述两导引架104同步移动。特别说明的是，本发明对于立体打印装置100的三维移动机构不加以限制，可依据实际设计需求采用其他三维移动机构，以使打印头能沿着空间中的三个方向相对于平台移动。
须说明的是，在图2的实施例中，测距装置122的一侧(亦称为，第一侧)被安装于(或挂于)打印头120的一侧且测距装置122的另一侧(亦称为，第二侧)被安装于(或挂于)打印轴124的一侧。然而本发明不限于此，在其他实施例中，测距装置122也可以是以其他的方式被配置于立体打印装置100中。
测距装置122可以是基于红外线或激光技术的测距仪。
处理器180可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，或是其他可编程的一般用途或特殊用途的微处理器(Microprocessor)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、可编程控制器、特殊应用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)或其他类似元件或上述元件的组合。
此外，立体打印装置100还可以包括存储电路(未示出)。存储电路可以是任何型态的固定或可移动随机存取存储器(random access memory，RAM)、只读存储器(read-onlymemory，ROM)、闪存(flash memory)或类似元件或上述元件的组合。
在本范例实施例中，立体打印装置100的存储电路中储存有多个源码片段，在上述源码片段被安装后，会由处理器180来执行。例如，存储电路中包括多个模块，通过这些模块来分别执行应用于立体打印装置100的各个运作，其中各模块是由一或多个源码片段所组成。也就是说，在本实施例中，立体打印装置100的各个运作是使用软件的方式来实现。然而本发明不限于此，立体打印装置100的各个运作也可以是使用其他硬件或固件形式的方式来实现。
一般来说，在打印的过程中，打印平台110的温度会改变且在不同的温度下打印平台110会有不同的膨胀程度。举例来说，如下表一、表二以及表三所示：
Figure BDA0002383710460000041
表一
Figure BDA0002383710460000051
表二
Figure BDA0002383710460000052
表三
其中，表一中的多个数值代表在常温(例如，28℃)下打印平台110的上平面的多个点距离基座102的上平面的距离。表二中的多个数值代表表一中的多个点在45℃下距离基座102的上平面的距离。而表三用以表示表一与表二中的多个点在不同温度下所造成的高度差。换句话说，在不同的温度下会造成打印平台110与打印头120之间的距离改变。
再举例，请同时参照表一、表四以及表五：
Figure BDA0002383710460000053
表四
Figure BDA0002383710460000054
表五
表一中的多个数值代表在常温(例如，28℃)下打印平台110的上平面的多个点距离基座102的上平面的距离。表四中的多个数值代表表一中的多个点在70℃下距离基座102的上平面的距离。而表五用以表示表一与表四中的多个点在不同温度下所造成的高度差。可以看到，在温差更大的情况下会造成打印平台110与打印头120之间的距离变更大。
图3是本发明一实施例的立体打印方法的示意图。
请同时参照图2与图3，在本实施例中，当立体打印装置100欲打印一立体模型中的某一层(例如，第n层，n为正整数)的切层物件时，处理器180可以先获得用以打印该切层物件的多个切层物件的多个控制指令，此些控制指令例如是G码(G-code)。之后，处理器180可以控制打印头120将欲打印的切层物件打印于打印平台110(步骤S301)。特别是，在本实施例中，在步骤S301的执行过程中，测距装置122可以执行测距操作以获得一距离(以下称为，第一距离)(步骤S303)。例如，在执行打印切层物件的过程中，测距装置122会于打印路径上的某一打印点感测目前打印的切层物件的上平面，以获得测距装置122与切层物件的上平面之间的距离，并将此距离作为前述的第一距离。或者，在另一实施例中，在执行打印切层物件的过程中，测距装置122会位移到某一测距坐标感测打印平台110的上平面，以获得测距装置122与打印平台110的上平面之间的距离，并将此距离作为前述的第一距离。需说明的是，第一距离是位于方向Z(亦称为，第一轴方向)上，且方向Z是垂直于打印平台110。
之后，处理器180会根据前述的第一距离获得一补偿值(步骤S305)。处理器180会根据补偿值调整在打印立体模型的另一层(例如，第n+1层)的切层物件时打印头与打印平台之间的距离(以下称为，第二距离)(步骤S307)。需说明的是，第二距离也是位于方向Z上。
详细来说，以图1B为例，测距装置122例如可以在打印切层物件L2的过程中测量测距装置122与切层物件L2的上平面之间的第一距离(假设为1.3mm)。由于打印平台110的高度(例如，图1B中的0.2mm)以及已打印的切层物件L1～L2的高度是已知的，处理器180可以判断第一距离比测距装置122与切层物件L2的上平面之间在常温下的距离多出了0.1mm(即，前述的补偿值)。因此，处理器180会根据此多出的0.1mm调整在打印切层物件L3时打印头120与打印平台110之间的距离(例如，将原本须提高的高度再加上0.1mm)。通过此方式，可以有效地避免因为打印平台110膨胀所导致的切层物件的线材往外测溢出的问题。
需说明的是，虽然前述测距装置122是配置在打印头120的一侧并且在打印头120打印的过程中进行感测，然而本发明并不限于此。在其他实施例中，处理器180也可以控制测距装置122在打印的过程中的一预设时间点移动至某一预设位置以执行测距操作。
还须说明的是，在前述步骤S301之前，处理器180例如是将用以执行测距操作的至少一测距指令加入前述用以打印切层物件控制指令中。在之后的步骤中，处理器180会执行已加入测距指令的多个控制指令以执行打印切层物件的运作以及执行测距操作的运作。举例来说，图4A与图4B是本发明一实施例将测距指令加入控制指令中的示意图。
请同时参照图4A与图4B，如图4A所示，在图4A的多个控制指令中，如控制指令1324所示，图4A的控制指令是代表目前打印的切层物件位在方向Z上距离打印平台110的上平面0.7mm处。假设在图2的架构下，测距装置122与处理器在方向Y上距离3mm。而如图4B所示，处理器180可以将测距指令G999加入原本图4A的多个控制指令中。由图4B可以看出，控制指令1331是用于控制打印头120在坐标(73.100,73.100)处进行打印。而测距指令G999是用于控制测距装置122在坐标(73.100,76.100)处进行测距操作。特别是，处理器180在执行控制指令1331时，可以同步地根据测距指令G999控制测距装置122进行测距操作。
因此，在此实施例中，当执行测距指令时，测距装置122不需额外地移动至特定量测点，即可立即量测且执行量测的过程可以耗费较少的时间，且不影响打印头120原始的移动行为及打印品质。在量测完成并取得补偿值后，当打印头准备被移动至下一层(即，第n+1层)时，处理器180即可自动根据补偿值调整打印头120与打印平台110的上平面之间的距离。
因此，本发明的立体打印装置与方法可以直接在打印的过程中执行测距操作，进而不需额外耗时执行校正。但在其他实施例中，处理器180亦可指定测距装置122在特定坐标执行测距操作。
在执行打印切层物件的过程中，测距装置122会位移到某一测距坐标感测打印平台110的上平面，以获得测距装置122与打印平台110的上平面之间的距离。更详细来说，处理器180可根据控制打印头120进行打印时的坐标(Xn,Yn)来指定测距指令G999控制测距装置122位移到测距坐标进行测距操作，以获得测距装置122与打印平台110的上平面之间的距离。于一实施例中，可将打印平台110的上平面平分为多个区域(例如：以九宫格的形式平分为九个区域)，取出多个区域中每一区域的中心点坐标，例如：坐标(X1,Y1)、坐标(X2,Y2)、…、坐标(Xm,Ym)。当控制指令是用于控制打印头120在打印路径上位于坐标(Xn,Yn)的打印点进行打印时，处理器180分别去计算出坐标(X1,Y1)、坐标(X2,Y2)、…、坐标(Xm,Ym)与坐标(Xn,Yn)间的距离D1、距离D2、…、距离Dm。其中，距离D1＝|Xn-X1|+|Yn-Y1|，距离D2＝|Xn-X2|+|Yn-Y2|，以此类推至距离Dm。处理器180计算出距离D1至距离Dm之后，取出距离D1至距离Dm中之最小者所对应的一中心点坐标，此中心点坐标即为距离坐标(Xn,Yn)最近的测距坐标，以使中心点坐标量测坐标(Xn,Yn)将最为准确。而后，处理器180将此中心点坐标设定至测距指令G999，以根据测距指令G999控制测距装置122位移到测距坐标进行测距操作，以获得测距装置122与打印平台110的上平面之间的距离。例如：距离D1至距离D9中之最小者为距离D3，则所对应出的中心点坐标(X3,Y3)最接近坐标(Xn,Yn)，处理器180将坐标(X3,Y3)设定至测距指令G999，以根据测距指令G999控制测距装置122进行测距操作。
综上所述，本发明的立体打印装置与方法可以让打印头与打印平台的上平面之间的距离更精准，避免在打印过程中线材挤压或打印空洞的发生，进而大幅减少打印平台因材质、平台温度控制及环境温度等因素对打印品质所造成的影响。特别是，通过此方式，打印平台的材质可以不受限制并且拥有更多的选择，进而在打印平台的成本上有更大的弹性。

Claims (18)

1.一种立体打印装置，其特征在于，包括：
打印头；
测距装置；以及
处理器，耦接至所述打印头以及所述测距装置并用以控制所述打印头打印立体模型的切层物件于打印平台，其中
所述测距装置执行测距操作以获得第一距离，
所述处理器根据所述第一距离获得补偿值，
所述处理器根据所述补偿值调整在打印所述立体模型的另一切层物件时所述打印头与所述打印平台之间的第二距离。
2.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，在执行所述测距操作以获得所述第一距离的运作中，
所述测距装置感测所述切层物件以获得所述测距装置与所述切层物件之间的所述第一距离。
3.根据权利要求2所述的立体打印装置，其特征在于，所述测距装置于打印路径上的打印点感测所述切层物件，以获得所述测距装置与所述切层物件之间的所述第一距离。
4.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，在执行所述测距操作以获得所述第一距离的运作中，
所述测距装置感测所述打印平台以获得所述测距装置与所述打印平台之间的所述第一距离。
5.根据权利要求4所述的立体打印装置，其特征在于，所述打印平台包括多个区域，所述多个区域的每一者均具有中心点坐标，在所述处理器控制所述打印头打印所述立体模型的所述切层物件于所述打印平台的运作中，所述处理器根据控制指令控制所述打印头在打印坐标处进行打印，同时分别计算所述打印坐标与所述多个区域的每一者的中心点坐标之间的多个距离，取出所述多个距离中的最小者所对应的所述中心点坐标以作为距测坐标，所述测距装置根据所述距测坐标执行所述测距操作以获得所述第一距离。
6.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，在执行所述测距操作以获得所述第一距离的运作中，
所述处理器控制所述测距装置在预设时间点移动至预设位置以执行所述测距操作。
7.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，在执行所述测距操作以获得所述第一距离的运作之前，
所述处理器获得用以打印所述切层物件的多个控制指令，
所述处理器将用以执行所述测距操作的至少一测距指令加入所述多个控制指令中，
所述处理器执行已加入所述测距指令的所述多个控制指令以执行打印所述切层物件的运作以及执行所述测距操作的运作。
8.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，所述测距装置的第一侧被安装于所述打印头的一侧且所述测距装置的第二侧被安装于打印轴的一侧。
9.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，所述补偿值相关于常温时以及打印时所述打印平台的高度差。
10.一种立体打印方法，用于立体打印装置，所述立体打印装置包括打印头、测距装置以及处理器，其特征在于，所述方法包括：
通过所述处理器控制所述打印头打印立体模型的切层物件于打印平台；
通过所述测距装置执行测距操作以获得第一距离；
通过所述处理器根据所述第一距离获得补偿值；以及
通过所述处理器根据所述补偿值调整在打印所述立体模型的另一切层物件时所述打印头与所述打印平台之间的第二距离。
11.根据权利要求10所述的立体打印方法，其特征在于，执行所述测距操作以获得所述第一距离的步骤包括：
通过所述测距装置感测所述切层物件以获得所述测距装置与所述切层物件之间的所述第一距离。
12.根据权利要求11所述的立体打印方法，其特征在于，所述测距装置于打印路径上的打印点感测所述切层物件，以获得所述测距装置与所述切层物件之间的所述第一距离。
13.根据权利要求10所述的立体打印方法，其特征在于，执行所述测距操作以获得所述第一距离的步骤包括：
通过所述测距装置感测所述打印平台以获得所述测距装置与所述打印平台之间的所述第一距离。
14.根据权利要求13所述的立体打印方法，其特征在于，所述打印平台包括多个区域，所述多个区域的每一者均具有中心点坐标，在打印所述立体模型的所述切层物件于所述打印平台的步骤包括：
根据控制指令控制所述打印头在打印坐标处进行打印，同时分别计算所述打印坐标与所述多个区域的每一者的中心点坐标之间的多个距离，取出所述多个距离中的最小者所对应的所述中心点坐标以作为距测坐标；以及
通过所述测距装置根据所述距测坐标执行所述测距操作以获得所述第一距离。
15.根据权利要求10所述的立体打印方法，其特征在于，执行所述测距操作以获得所述第一距离的步骤包括：
通过所述处理器控制所述测距装置在预设时间点移动至预设位置以执行所述测距操作。
16.根据权利要求10所述的立体打印方法，其特征在于，执行所述测距操作以获得所述第一距离的步骤之前，所述方法还包括：
通过所述处理器获得用以打印所述切层物件的多个控制指令；
通过所述处理器将用以执行所述测距操作的至少一测距指令加入所述多个控制指令中；以及
通过所述处理器执行已加入所述测距指令的所述多个控制指令以执行打印所述切层物件的运作以及执行所述测距操作的运作。
17.根据权利要求10所述的立体打印方法，其特征在于，所述测距装置的第一侧被安装于所述打印头的一侧且所述测距装置的第二侧被安装于打印轴的一侧。
18.根据权利要求10所述的立体打印方法，其特征在于，所述补偿值相关于常温时以及打印时所述打印平台的高度差。
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