CN205009602U - 三维全彩复合打印装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型关于一种三维全彩复合打印装置，包含：多个壳体具有至少一空室，其中一分离壳体与其他壳体分离架构于至少一位移机构上；光源组件设置于分离壳体的空室中；液态树脂设置于其他壳体的空室中；每一颜色墨水分别容设于其他壳体的其他空室中；多个喷墨芯片设于其他壳体的底面，且具有多个喷孔；成型托盘架构于升降台上进行Z方向位移；其中，喷墨芯片先喷印液态树脂于成型托盘上，再由其他喷墨芯片喷出颜色墨水附着于液态树脂的液滴上，复由光源组件对该液滴照射以固化成形，并反复构造多个堆叠层，以完成全彩化的三维成型物。

Description

三维全彩复合打印装置

【技术领域】

本实用新型是关于一种三维全彩复合打印装置，尤指一种适用于立体快速成型机的三维全彩复合打印装置。

【背景技术】

3D打印(3DPrinting)成型技术，亦称为快速成型(RapidPrrototyping，RP)技术，因快速成型技术具有自动、直接及快速，可精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或可制造直接使用的零件或成品，从而可对产品设计进行快速的评估，修改及功能试验，大大缩短产品的开发周期，因而使得3D打印成型技术广受青睐。

现今3D打印成型技术正处于蓬勃发展的阶段，所采用的快速成型技术也各异，目前业界所采用的快速成型技术主要包含下述几种技术：胶水喷印固化粉末成型(Color-JetPrinting，CJP，或称BinderJetting)技术、熔融沉积成型(FusedDepositionModeling，FDM)技术、激光烧结液态树脂成型(StereoLithographyApparatus，SLA)技术、紫外光固化液态树脂成型(Multi-JetModeling，MJM)技术、或是激光烧结固态粉末成型(SelectiveLaserSintering，SLS)技术等等，但不以此为限。

然前述这些快速成型技术中，除了胶水喷印固化粉末成型(Color-JetPrinting，CJP，或称BinderJetting)技术能产生全彩的3D成型物外，其余3D打印成型技术均无法能制造全彩的产品，因此对被称为第三次工业革命的3D打印成型技术而言，是一个极大产品技术的缺失，没有真正全彩的产品，意味着人类的科技又回到一个色彩表现被限制的时代，对3D打印成型产业而言是一个致命缺失。

此技术瓶颈主要是因为3D打印成型技术是利用基层堆叠技术，即如图1所示，当欲制造出3D成型物A时，主要是先透过电脑解析A的型态与结构，将之切分为A’所示的多个叠层，随后再透过前述等3D打印成型技术，利用逐层印刷并堆叠成型的方式，将A’所示的叠层以XY的轴向进行印刷，再层层堆叠，使其于Z方向进行堆叠，最后会形成如A所示的半圆形的3D成型物。同样地，如欲进行图2所示的锥形瓶状的3D成型物B，则同样将B切分为B’所示的多个叠层，再进行逐层印刷并堆叠成型，从而制造出锥形瓶状的3D成型物B。然而，在很多3D打印成型技术的所以无法制成全彩3D产品，主要是在逐层堆叠时，缺乏相对应能产生全彩技术的打印头。

举例来说，已知紫外光固化液态树脂成型(Multi-JetModeling，MJM)技术主要是采以喷头打印一液态树脂及一液态支撑材料，其后再透过以紫外光照射以使液态树脂及支撑材料固化，进行形成分层的固化结构，并再层层堆叠以构成3D成型物。然而，与前述诸多已知技术相仿，在这种MJM技术中，由于液态树脂亦是单一色彩的原料，故其透过喷头打印、并以紫外光进行固化后，仍是仅能产生单一色彩的3D成型物，其间并没有任何装置可实施全彩的喷印作业，故此MJM技术所制作出的3D成型物亦仅能维持原有液态树脂的原色，而同样无法制造出全彩化的3D产品。

是以，就目前3D打印成型技术装置的产业而言，其所面临的技术瓶颈即为全彩表现问题，因此如何使此致命的先前技术的缺失能被改善，是目前3D打印成型产业上迫切需要去解决的主要课题。

【实用新型内容】

本实用新型的主要目的在于提供一种可实施全彩化的3D打印的三维全彩复合打印装置，应用于紫外光固化液态树脂成型(Multi-JetModeling，MJM)技术以实施全彩化的3D打印，俾可解决目前众多3D打印成型技术无法制造出全彩化的技术瓶颈。

为达上述目的，本实用新型的一较广义实施态样为提供一种三维全彩复合打印装置，包含：多个壳体，具有至少一分离壳体及一其他壳体，该至少一分离壳体具有至少一个空室，该其他壳体具有多个空室的其他壳体，且该至少一分离壳体与该其他壳体分离架构于至少一个位移机构上以进行XY方向的平面位移；一光源组件，设置于该至少一分离壳体的该空室中；一液态树脂，设置于该其他壳体的其中一该空室中；至少一颜色墨水，每一该颜色墨水分别容设于该其他壳体的其他该空室中；多个喷墨芯片，每一该喷墨芯片对应设于该其他壳体的一底面，且每一该喷墨芯片均具有多个喷孔，至少一个该喷墨芯片的该多个喷孔连通该液态树脂，且受该喷墨芯片驱动喷出该液态树脂，其他该喷墨芯片的该多个喷孔连通该颜色墨水，受该喷墨芯片驱动喷出该颜色墨水；以及一成型托盘，架构于一升降台上，以进行Z方向的位移；其中，该至少一喷墨芯片先喷印该液态树脂，并沿着一三维成型物的一分层截面轮廓喷印该液态树脂的液滴于该成型托盘上，再由其他该喷墨芯片喷出该至少一颜色墨水附着于该液态树脂的液滴上，复由该光源组件所提供光源对已上色的该液态树脂的液滴照射，以固化成形一单切层，复重复施作喷印该液态树脂、该颜色墨水及以该光源照射于该单切层，以构造出该三维成型物的一堆叠层，如此反复构造出多个该堆叠层，以完成一全彩化的三维成型物。

为达上述目的，本实用新型的另一较广义实施态样为一种三维全彩复合打印装置，包含：多个壳体具有至少一分离壳体及一其他壳体，该至少一分离壳体具有至少一个空室，该其他壳体具有多个空室，且该至少一分离壳体与该其他壳体分离架构于至少一个位移机构上以进行XYZ三方向的位移；一光源组件，设置于该至少一分离壳体的该空室中；一液态树脂，设置于该其他壳体的其中一该空室中；至少一颜色墨水，每一该颜色墨水分别容设于该其他壳体的其他该空室中；多个喷墨芯片，每一该喷墨芯片对应设于该其他壳体的一底面，且每一该喷墨芯片均具有多个喷孔，至少一个该喷墨芯片的该多个喷孔连通该液态树脂，且受该喷墨芯片驱动喷出该液态树脂，其他该喷墨芯片的该多个喷孔连通该颜色墨水，受该喷墨芯片驱动喷出该颜色墨水；以及一成型托盘；其中，该至少一喷墨芯片先喷印该液态树脂，并沿着一三维成型物的一分层截面轮廓喷印该液态树脂的液滴，再由其他该喷墨芯片喷出该至少一颜色墨水附着于该液态树脂的液滴上，复由该光源组件所提供光源对已上色的该液态树脂的液滴照射，以固化成形一单切层，复重复施作喷印该液态树脂、该颜色墨水及以该光源照射于该单切层上，以构造出该三维成型物的一堆叠层，如此反复构造出多个该堆叠层，以完成一全彩化的三维成型物。

【附图说明】

图1为已知的3D成型物的堆叠分层示意图。

图2为另一已知的3D成型物的堆叠分层示意图。

图3为本实用新型的三维全彩复合打印装置应用于紫外光固化液态树脂成型机的第一较佳实施例示意图。

图4为本实用新型的三维全彩复合打印装置的位移机构上架构分离壳体及其他壳体的配置示意图。

图5为本实用新型的三维全彩复合打印装置应用于紫外光固化液态树脂成型机的第二较佳实施例示意图。

【符号说明】

1、2：紫外光固化液态树脂成型机

10、20：壳体

10a、20a：分离壳体

10b、20b：其他壳体

101、101a、101b、101c、101d、201、201a、201b、201c、201d：空室

11、21：光源组件

12、22：液态树脂

13、23：颜色墨水

14、24：喷墨芯片

141：底面

15、25：成型托盘

16、26：多功能复合打印装置

17：升降台

18、18a、18b、28、28a、28b：位移机构

19、27：成型物

A、B：3D成型物

A’、B’：3D成型物的分层结构

【具体实施方式】

体现本实用新型特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本实用新型能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非架构于限制本实用新型。

请参阅图3，为本实用新型的三维全彩复合打印装置应用于紫外光固化液态树脂成型(MJM)机的第一较佳实施例示意图。于本实施例为例，该三维全彩复合打印装置16适用于一紫外光固化液态树脂成型(MJM)机1中，且包含多个壳体10、一光源组件11、一液态树脂12、至少一颜色墨水13、多个喷墨芯片14及一成型托盘15。

于本实施例中，该多个壳体10是可由但不限由金属材质、塑胶材质、塑胶包覆金属材质的至少其中之一种材质所构成，且该多个壳体10可区分为至少一分离壳体10a与其他壳体10b，该至少一分离壳体10a与其他壳体10b是彼此分离地设置，且每一壳体10中包含至少一空室101。以本实施例为例，该多个壳体10区分为一个分离壳体10a与其他壳体10b，该分离壳体10a具有一空室101a，而该其他壳体10b具有三个空室101b、101c、101d，但分离壳体10a与其他壳体10b的空室101的数量并不以此为限。

于本实施例中，该多个壳体10是架构于至少一个位移机构18上做XY方向平面位移，但不以此为限，举例来说，如图3所示，其中该至少一分离壳体10a与该其他壳体10b分离架构于该至少一个位移机构18上，亦即该分离壳体10a及该其他壳体10b是共同架构于同一个位移机构18上做XY方向平面位移，然由于该分离壳体10a及该其他壳体10b是为分离架构于同一该位移机构18上，故其分别于不同的位置上做XY方向平面位移；又或者是，于另一实施例中，如图4所示，该分离壳体10a亦可架构于一个位移机构18a上做XY方向平面位移，而该其他壳体10b则架构于另一个位移机构18b上做XY方向平面位移，即该分离壳体10a与该其他壳体10b是彼此分离地设置于两位移机构18a、18b上进行XY方向的平面位移，然其是可依实际施作情形而任施变化，并不以此为限。

请续参阅图3，如图所示，本实施例的三维全彩复合打印装置16的该光源组件11设置于该分离壳体10a的空室101a中，以提供一光源，且液态树脂12设置于其他壳体10b的另一空室101b中，其中，该光源组件11所提供的光源可对液态树脂12照射，并沿着成型物19的一分层截面轮廓进行扫描，使液态树脂12产生聚合反应，以固化成一树脂微粒。于本实施例中，光源组件11所提供的光源是为一紫外线(UV)光，且于光源组件11的底部更具有可提供对准照射的相关结构，俾可供该紫外线光对液态树脂12进行对准照射，但不以此为限。

又于本实施例中，三维全彩复合打印装置16的该至少一颜色墨水13可为黑色墨水或彩色墨水，但不以此为限。每一该颜色墨水13分别容设于该其他壳体10b的该至少一空室101c、101d中。

该至少一喷墨芯片14对应设于该其他壳体10b的一底面141，且每一该喷墨芯片14均具有多个喷孔(未图示)，连通液态树脂12或该至少一颜色墨水13，并受该至少一喷墨芯片14驱动喷出液态树脂12或是该至少一颜色墨水13；于一些实施例中，该喷墨芯片14是可为但不限为热汽泡式喷墨芯片、压电式喷墨芯片及微机电(MEMS)制程制造的至少其中之一种喷墨芯片14。

又以本实施例为例，该其他壳体10b的空室101c内为容置黑色的颜色墨水13，则其所对应的喷墨芯片14则为具有单一流道的黑色喷墨芯片14，而该其他壳体10b的另一个空室101d内为容置彩色的颜色墨水13，其所对应于彩色的颜色墨水13的喷墨芯片14则为具有三流道的彩色喷墨芯片14，但不以此为限。或是于另一些实施例中，该至少一喷墨芯片14是为二个喷墨芯片14，分别对应于空室101c、101d，且该二喷墨芯片14是为具有二流道的双色喷墨芯片14，但不以此为限。

除此之外，于另一些实施例中，该多个壳体10的该其他壳体10b亦可具有四个用以容设四种颜色墨水13的空室101，其中四个容设一种颜色墨水13及一容置液态树脂12的空室101中，再由容设一种颜色墨水13的每一空室101中对应的喷墨芯片14的喷孔输出颜色墨水13，则该对应的喷墨芯片14的数量同样为四，且其是均为具有单一流道的单色喷墨芯片14。当然，壳体10的该其他壳体10b亦可具有六个用以容设六种颜色墨水13及一容置液态树脂12的空室101，再由容设一种颜色墨水13的每一空室101中对应的喷墨芯片14的喷孔输出颜色墨水13，则该对应的喷墨芯片14的数量同样为六个，且其是均为具有单一流道的单色喷墨芯片14，甚至，壳体10的该其他壳体10b亦可具有七个用以容设七种颜色墨水13及一容置液态树脂12的空室101，再由容设一种颜色墨水13的每一空室101中对应的喷墨芯片14的喷孔输出颜色墨水13，则该对应的喷墨芯片14的数量同样为七个，且其是均为具有单一流道的单色喷墨芯片14。由此可见，该其他壳体10b内的空室101、颜色墨水13及喷墨芯片14的数量、设置方式及型态等是可依照实际情形而任施变化，并不以此为限。

如图3所示，于本实施例中，三维全彩复合打印装置16的该成型托盘15是架构一升降台17上，以进行Z方向的垂直升降位移，且于成型托盘15上承载支撑由分离壳体10a内的该光源组件21的光源照射该其他壳体10a的喷墨芯片14所喷出的液态树脂12的微滴，以使之固化。

本实用新型的三维全彩复合打印装置16进行全彩化的三维成型程序是为先由位移机构18控制位移该其他壳体10b，使其他壳体10b内的喷墨芯片14先于成型托盘15上喷印出液态树脂12的液滴，并沿着该三维成型物19的一分层截面轮廓喷印液态树脂12的液滴于该成型托盘15上，再透过其他壳体10b内邻设的至少一喷墨芯片14控制于一预定时间由喷孔喷出对应的颜色墨水13，使该颜色墨水13附着于刚喷出的液态树脂12的液滴上，再利用该位移机构18控制位移该分离壳体10a，使分离壳体10a内装设的光源组件11提供的紫外光源(UV)照射该已上色的液态树脂12的微滴，使之于该成型托盘15上欲成型的位置固化成形，以成形一三维成型物19的单切层，再由该升降台17控制在Z方向位移，以带动成型托盘15于Z方向位移欲成型另一层单切层的高度，复重复施作喷出液态树脂12的微滴、及喷印颜色墨水13于该已成型单切层上，以及光固化该已上色的液态树脂12的微滴，以构造出三维成型物19的堆叠层，如此反复上述堆叠位移、喷滴、喷色及光固制程构造出多个堆叠层，最终固化成形一全彩化的三维成型物19。

又请续参阅图5，其是为本实用新型三维全彩复合打印装置应用于紫外光固化液态树脂成型(MJM)机的第二较佳实施例示意图。以本实施例为例，该三维全彩复合打印装置26同样适用于紫外光固化液态树脂成型(MJM)机2中，且包含多个壳体20、一光源组件21、一液态树脂22、至少一颜色墨水23、多个喷墨芯片24及一成型托盘25。其相关结构特征如前第一较佳实施例所述，在此不再赘述，仅就与第一较佳实施例不同的处做说明。

于本实施例中，该多个壳体20同样包含至少一分离壳体20a与其他壳体20b，分离壳体20a亦具有空室201a以容设光源阻件21、其他壳体20b中则具有空室201b以容设液态树脂22及空室201c、201d以容设不同的颜色墨水23，但不以此为限。且分离壳体20a与其他壳体20b是可架构于至少一个位移机构28上做XYZ方向平面位移，与前述实施例不同的是，本实施例的该多个壳体20更增加了Z方向的位移)，其中该至少一分离壳体20a与该其他壳体20b是分离架构于该同一个位移机构28上，亦即该分离壳体20a及该其他壳体20b共同架构于一个位移机构28上，以进行XYZ方向的位移，但该分离壳体20a及该其他壳体20b是为分离地架构于该位移机构28的不同位置上以进行XYZ方向的位移，又于另一些实施例中，该分离壳体20a亦可架构于一个位移机构28a上以进行XYZ方向的位移(如图4所示)，而该其他壳体20b则架构于另一个位移机构28b上以进行XYZ方向的位移(如图4所示)，换句话说，该分离壳体20a及该其他壳体20b可分离地设置于同一位移机构28上，或是可分离地设置于不同的位移机构28a及28b上，其是可依照实际施作情形而任施变化，并不以此为限。

于本实施例中，本实用新型的三维全彩复合打印装置26进行全彩化的三维成型程序是为先由位移机构28控制该其他壳体20b以进行XYZ三方向的位移，使该其他壳体20b内的喷墨芯片24先于成型托盘25上喷印出液态树脂22的液滴，并沿着该三维成型物27的一分层截面轮廓喷印液态树脂22的液滴于该成型托盘25上，再透过其他壳体20b内邻设的至少一喷墨芯片24控制于一预定时间由喷孔喷出对应的颜色墨水23，使该颜色墨水23附着于刚喷出的液态树脂22的液滴上，再利用该位移机构28控制该分离壳体20a以进行XYZ三方向的位移，使分离壳体20a内装设的光源组件21提供的紫外光源(UV)照射该已上色的液态树脂22的微滴，使之于该成型托盘25上欲成型的位置固化成形，以成形一三维成型物27的单切层，如此重复施作喷出液态树脂22的微滴、及喷印颜色墨水24于该已成型单切层上，以及光固化该已上色的液态树脂22的微滴，以构造出三维成型物27的堆叠层，如此反复上述堆叠位移、喷滴、喷色及光固制程构造出多个堆叠层，最终固化成形一全彩化的三维成型物27。

综上所述，本实用新型的三维全彩复合打印装置，能广泛应用于紫外光固化液态树脂成型(MJM)技术，透过位移机构带动三维全彩复合打印装置的壳体于XY方向上进行平面位移、或是于XYZ三方向进行位移，以有效地实施全彩化的3D打印，不仅可突破传统单色的3D成型物的技术瓶颈，增加3D成型物的色彩拟真及艺术性，同时更利于推广全彩化3D打印技术，并使全彩化3D打印技术更为普及化。

本实用新型得由熟知此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护者。

Claims (15)

1.一种三维全彩复合打印装置，包含：

多个壳体，具有至少一分离壳体及一其他壳体，该至少一分离壳体具有至少一个空室，该其他壳体具有多个空室，且该至少一分离壳体与该其他壳体分离架构于至少一个位移机构上以进行XY方向的平面位移；

一光源组件，设置于该至少一分离壳体的该空室中；

一液态树脂，设置于该其他壳体的其中一该空室中；

至少一颜色墨水，每一该颜色墨水分别容设于该其他壳体的其他该空室中；

多个喷墨芯片，每一该喷墨芯片对应设于该其他壳体的一底面，且每一该喷墨芯片均具有多个喷孔，至少一个该喷墨芯片的该多个喷孔连通该液态树脂，且受该喷墨芯片驱动喷出该液态树脂，其他该喷墨芯片的该多个喷孔连通该颜色墨水，受该喷墨芯片驱动喷出该颜色墨水；以及

一成型托盘，架构于一升降台上，以进行Z方向的位移；

其中，该至少一喷墨芯片先喷印该液态树脂，并沿着一三维成型物的一分层截面轮廓喷印该液态树脂的液滴于该成型托盘上，再由其他该喷墨芯片喷出该至少一颜色墨水附着于该液态树脂的液滴上，复由该光源组件所提供光源对已上色的该液态树脂的液滴照射，以固化成形一单切层，复重复施作喷印该液态树脂、该颜色墨水及以该光源照射于该单切层，以构造出该三维成型物的一堆叠层，如此反复构造出多个该堆叠层，以完成一全彩化的三维成型物。

2.如权利要求1所述的三维全彩复合打印装置，其特征在于，该多个壳体的该分离壳体及该其他壳体共同架构于同一该位移机构上，以进行XY方向的平面位移，且该分离壳体及该其他壳体为分离地架构于该位移机构不同位置上，以进行XY方向的平面位移。

3.如权利要求1所述的三维全彩复合打印装置，其特征在于，该多个壳体的该分离壳体架构于其中一个该位移机构上，以进行XY方向的平面位移，该其他壳体则架构于另一个该位移机构上，以进行XY方向的平面位移。

4.一种三维全彩复合打印装置，包含：

多个壳体，具有至少一分离壳体及一其他壳体，该至少一分离壳体具有至少一个空室，该其他壳体具有多个空室，且该至少一分离壳体与该其他壳体分离架构于至少一个位移机构上以进行XYZ三方向的位移；

一光源组件，设置于该至少一分离壳体的该空室中；

一液态树脂，设置于该其他壳体的其中一该空室中；

至少一颜色墨水，每一该颜色墨水分别容设于该其他壳体的其他该空室中；

多个喷墨芯片，每一该喷墨芯片对应设于该其他壳体的一底面，且每一该喷墨芯片均具有多个喷孔，至少一个该喷墨芯片的该多个喷孔连通该液态树脂，且受该喷墨芯片驱动喷出该液态树脂，其他该喷墨芯片的该多个喷孔连通该颜色墨水，受该喷墨芯片驱动喷出该颜色墨水；以及

一成型托盘；

其中，该至少一喷墨芯片先喷印该液态树脂，并沿着一三维成型物的一分层截面轮廓喷印该液态树脂的液滴，再由其他该喷墨芯片喷出该至少一颜色墨水附着于该液态树脂的液滴上，复由该光源组件所提供光源对已上色的该液态树脂的液滴照射，以固化成形一单切层，复重复施作喷印该液态树脂、该颜色墨水及以该光源照射于该单切层，以构造出该三维成型物的一堆叠层，如此反复构造出多个该堆叠层，以完成一全彩化的三维成型物。

5.如权利要求4所述的三维全彩复合打印装置，其特征在于，该多个壳体的该分离壳体及该其他壳体共同架构于同一该位移机构上，以进行XYX三方向的位移，且该分离壳体及该其他壳体为分离架构于该位移机构的不同位置上，以进行XYZ三方向的位移。

6.如权利要求4所述的三维全彩复合打印装置，其特征在于，该多个壳体的该分离壳体架构于其中一个该位移机构上，以进行XYZ三方向的位移，该其他壳体则架构于另一该位移机构上，以进行XYZ三方向的位移。

7.如权利要求1或4所述的三维全彩复合打印装置，其特征在于，该多个壳体是由一金属材质、一塑胶材质、一塑胶包覆金属材质的至少其中之一种材质所构成。

8.如权利要求1或4所述的三维全彩复合打印装置，其特征在于，该光源组件所提供的该光源是为一紫外线光。

9.如权利要求1或4所述的三维全彩复合打印装置，其特征在于，该喷墨芯片是为一热汽泡式喷墨芯片、一压电式喷墨芯片及一微机电制程制造的喷墨芯片的至少其中之一。

10.如权利要求1或4所述的三维全彩复合打印装置，其特征在于，该至少一喷墨芯片是为二个喷墨芯片，分别为一具有三流道的彩色喷墨芯片及一具有单一流道的黑色喷墨芯片。

11.如权利要求1或4所述的三维全彩复合打印装置，其特征在于，该至少一喷墨芯片是为二个喷墨芯片，分别为具有二流道的双色喷墨芯片。

12.如权利要求1或4所述的三维全彩复合打印装置，其特征在于，该至少一喷墨芯片是为四个喷墨芯片，分别为四个具有单一流道的单色喷墨芯片。

13.如权利要求1或4所述的三维全彩复合打印装置，其特征在于，该至少一喷墨芯片是为六个喷墨芯片，分别为六个具有单一流道的单色喷墨芯片。

14.如权利要求1或4所述的三维全彩复合打印装置，其特征在于，该至少一喷墨芯片是为七个喷墨芯片，分别为七个具有单一流道的单色喷墨芯片。

15.如权利要求1或4所述的三维全彩复合打印装置，其特征在于，该至少一颜色墨水是为四种颜色墨水，且分别容设于该其他壳体的该至少一空室中。