TW201532788A - 立體列印裝置 - Google Patents

Abstract

一種立體列印裝置，用以形成立體物件，其中立體物件是以多層物件單元所疊置而成。立體列印裝置包括第一承載單元、第二承載單元、佈置單元、轉移單元以及固化單元。第二承載單元具有多個孔隙。佈置單元提供並佈置多個粉體於第二承載單元的孔隙上。第二承載單元可移動地設置在轉移單元轉與第一承載單元之間。轉移單元將位於孔隙上的至少部分粉體轉移至第一承載單元上。固化單元設置在第一承載單元上。固化單元固化位於第一承載單元上的粉體而形成一層物件單元。

Description

立體列印裝置

本發明是有關於一種列印裝置，且特別是有關於一種立體列印裝置。

隨著電腦輔助製造(Computer-Aided Manufacturing,CAM)的進步，製造業發展了立體列印技術，能很迅速的將設計原始構想製造出來。立體列印技術實際上是一系列快速原型成型(Rapid Prototyping,RP)技術的統稱，其基本原理都是疊層製造，由快速原型機在X-Y平面內通過掃描形式形成工件的截面形狀，而在Z座標間斷地作層面厚度的位移，最終形成立體物體。立體列印技術能無限制幾何形狀，而且越複雜的零件越顯示RP技術的卓越性，更可大大地節省人力與加工時間，在時間最短的要求下，將3D電腦輔助設計(Computer-Aided Design,CAD)軟體所設計的數位立體模型資訊真實地呈現出來，不但摸得到，亦可真實地感受得到它的幾何曲線，更可以試驗零件的裝配性、甚至進行可能的功能試驗。

目前已發展出許多可以形成多個薄橫截面層的方式。舉 例來說，列印頭通常可依據3-D模型的設計資料建構的X-Y-Z座標在基座上方沿著X-Y座標移動，從而將建構材料噴塗出正確的橫截面層形狀。所沉積的材料可隨後自然硬化或透過例如強光源而被固化，從而形成所要的橫截面層，並在逐層固化的狀態下進而形成立體物件。

本發明提供一種立體列印裝置，其藉由粉體轉移至承載單元上，並對其固化而形成一層物件單元，而再藉由逐層堆疊物件單元而形成立體物件。

本發明的立體列印裝置，用以形成立體物件。立體物件是以多層物件單元所疊置而成。立體列印裝置包括第一承載單元、第二承載單元、佈置單元、轉移單元以及固化單元。第二承載單元具有多個孔隙。佈置單元提供並佈置多個粉體於第二承載單元的孔隙上。第二承載單元可移動地設置在轉移單元與第一承載單元之間，轉移單元將位於孔隙上的至少部分粉體轉移至第一承載單元上。固化單元設置在第一承載單元上。固化單元固化位於第一承載單元上的粉體而形成一層物件單元。

本發明的立體列印裝置，包括第一承載單元、多個轉移單元以及固化單元。第一承載單元具有平面。轉移單元分別可移動地設置在第一承載單元上方。各列印模組包括第二承載單元、佈置單元與轉移單元。第二承載單元具有多個孔隙。佈置單元提 供並佈置多個粉體於第二承載單元的孔隙上。第二承載單元可移動地設置在轉移單元與第一承載單元之間。轉移單元轉移孔隙上的至少部分粉體，以將至少部分粉體列印至平面上。固化單元位於第一承載單元上。固化單元固化位於第二承載單元上的粉體而形成一層物件單元。

在本發明的一實施例中，還包括控制單元，電性連接第一承載單元、第二承載單元、轉移單元、佈置單元與固化單元。轉移單元受控於控制單元而轉移孔隙上的至少部分粉體至第一承載件上，且第一承載單元與第二承載單元分別受控於控制單元而產生相對運動，以在第一承載單元上堆疊多層物件單元。

在本發明的一實施例中，上述的第二承載單元為能滾動的圓筒結構。圓筒結構具有內側與外側，孔隙形成於圓筒結構的表面而連通外側與內側。佈置單元與轉移單元位於內側。第一承載單元位於外側。佈置單元將粉體佈置於內側，經由轉移單元轉移粉體，而使粉體被轉移並穿過孔隙而移至第一承載單元上。

在本發明的一實施例中，上述的第一承載單元為圓筒結構下方的移動平台。移動平台具有平面。轉移單元以轉移方向轉移位於內側的至少部分粉體，轉移方向正交於平面。

在本發明的一實施例中，上述的平面平行或重合於滾筒結構的切平面。

在本發明的一實施例中，上述的立體列印裝置還包括回收單元，設置於內側，用以回收未被轉移單元轉移的粉體。

在本發明的一實施例中，上述的第一承載平台具有平面，回收單元在平面上的正投影與佈置單元在平面上的正投影，位於轉移單元在平面上的正投影的相對兩側。

在本發明的一實施例中，上述的轉移單元為點矩陣(dot matrix)轉移單元。

在本發明的一實施例中，上述孔隙的孔徑小於或等於各粉體的外徑。

在本發明的一實施例中，上述列印模組的佈置單元提供不同顏色的粉體，且其中一列印模組的佈置單元提供白色的粉體。

在本發明的一實施例中，其餘列印模組分別提供青色(Cyan)、洋紅色(Magenta)與黃色(Yellow)的粉體。

基於上述，藉由將具備孔隙結構的第二承載單元與轉移單元，而本揭露所述立體列印裝置能先以粉體佈置在孔隙後再經由轉移單元的轉移動作將粉體壓印製第一承載單元上，並經由固化單元予以固化而形成一層物件單元。接著，藉由控制第一、第二承載單元與轉移單元的相對運動，便能逐層地在第一承載單元上形成多層物件單元，據而堆疊出立體物件。再者，藉由搭配不同列印模組，而用以提供不同顏色的粉體，便能在第一承載單元上藉由混色效果而形成彩色的立體物件。據此，本揭露提供異於現有之立體物件成形技術。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100、300‧‧‧立體列印裝置

110‧‧‧第一承載單元

120‧‧‧第二承載單元

122‧‧‧孔隙

130‧‧‧佈置單元

140‧‧‧轉移單元

150‧‧‧固化單元

160‧‧‧回收模組

162‧‧‧刮除器

164‧‧‧蒐集器

200、205‧‧‧粉體

210‧‧‧物件單元

220‧‧‧立體物件

310A、310B、310C、310D‧‧‧列印模組

S1‧‧‧平面

W1‧‧‧內側

W2‧‧‧外側

圖1是依據一實施例的一種立體列印裝置的示意圖。

圖2是圖1的相關構件的電性連接關係圖。

圖3是圖1的立體列印裝置列印出立體物件的示意圖。

圖4是依據另一實施例的一種立體列印裝置的示意圖。

圖1是依據一實施例的一種立體列印裝置的示意圖。圖2是圖1的相關構件的電性連接關係圖。請同時參考圖1，在本實施例中，立體列印裝置100包括第一承載單元110、第二承載單元120、佈置單元130、轉移單元140以及固化單元150。第一承載單元110例如是移動平台。第二承載單元120是具有圓筒結構的承載器，其上滿佈孔隙122(亦或是使用具有多孔隙之薄膜)。佈置單元130提供並佈置多個粉體200在第二承載單元120的孔隙122上。第二承載單元120可移動地設置在轉移單元140與第一承載單元110之間。轉移單元140相對於第二承載單元120進行來回轉移運動，以將孔隙122上的至少部分粉體200轉移並壓印至第一承載單元110上。固化單元150設置在第一承載單元110上，用以固化位在第一承載單元110的粉體200以將其熱壓形成一層物件單元210。

在此提供直角座標系作為構件運動描述的依據，同時對不同狀態的粉體以不同標號加以區隔，其中粉體200是指佈置在第二承載單元120之內側W1的孔隙122上的狀態，粉體205是指受轉移單元140壓印至第一承載單元110上的狀態，而以層狀的物件單元210描述粉體205經固化單元150熱壓定型後的狀態。

詳細而言，第二承載單元12具有沿Y軸延伸的圓筒結構特徵，且以Y軸作為其旋轉軸而呈現如圖1所示逆時針方向的旋轉，且圓筒結構被區分為內側W1與外側W2，孔隙122連通外側W2與內側W1，其中佈置單元130與轉移單元140可動地設置於內側W1，第一承載單元110位於外側W2。佈置單元130例如是佈粉滾輪，其用以提供並佈置多個粉體200在第二承載單元120的孔隙122上且位於內側W1。在本實施例中，佈置單元130是以靜電手段讓粉體200能與第二承載單元120之間產生吸附效果，且各孔隙122的孔徑小於且接近各粉體200的外徑，因此佈置單元130能順利地將粉體200佈置在第二承載單元120的內側W1且對應每一個孔隙122。惟，本揭露並未限制上述粉體佈置方法。

轉移單元140例如是點矩陣(dot matrix)轉移單元或噴氣頭等，其沿Y軸來回移動，且沿Z軸相對於第二承載單元120上的孔隙122進行轉移，即在本實施例中，轉移單元140是以負Z軸方向轉移位在內側W1的粉體200，並因此將粉體200從內側W1經由孔隙122而轉移穿出孔隙122至外側W2而壓印至第一承載單元110的平面S1上，上述轉移方向(負Z軸方向)正交於第 一承載單元110的平面(X-Y平面)。

圖3是圖1的立體列印裝置列印出立體物件的示意圖。請同時參考圖1與圖3，當完成將粉體200以轉移單元140的轉移動作而壓印至平面S1後，設置在第一承載單元110上的固化單元150接著對平面S1上的壓印粉體205進行熱壓，以藉此固定並成型出一層物件單元210。據此，隨著第一承載單元110與第二承載單元120分別受控於控制單元160而得以進行相對運動的狀態下，立體列印裝置100便能藉由逐層地將物件單元210疊置在第一承載單元110的平面S1上而逐漸成形出立體物件220。

舉例來說，如圖3所示，藉由第二承載單元120不停地(以Y軸)滾動，且沿X軸移動，並搭配轉移單元140在其內的轉移壓印動作，便能在第一承載單元110的平面S1上形成一層物件單元210，亦即此時平面S1能被視為是滾筒結構的切平面；接著，在完成一層物件單元210後，第一承載單元110相對於第二承載單元120而沿負Z軸方向遠離第二承載單元120，因此第二承載單元120便能再次於第一承載單元110上形成另一層物件單元210，以疊置於前一層的物件單元210上。如此，逐層地疊置出每一層物件單元210後，便能成型出立體物件220。惟本實施例並未限定移動的構件須為第一承載單元110或第二承載單元120，亦即能造成兩者產生相對運動者均能被適用於本實施例。

另一方面，本實施例的立體列印裝置100還包括回收模組160。在此，回收模組160是由刮除器162與蒐集器164所組成 的部件組，如圖1所示，轉移單元140受控於控制單元160，因此會依據所欲成型之物件單元210的輪廓而對應地轉移第二承載單元120上的至少部分孔隙122，以將符合輪廓之孔隙122處的粉體200轉移壓印至第一承載單元110上，因此未受轉移單元140轉移的粉體200會隨著第一承載單元110的轉動而移至轉移單元140遠離佈置單元130的另一側，以利於使粉體200被刮除器162所刮除並匯集於蒐集器164處。換句話說，在本實施例中，佈置單元130在平面S1(相當於X-Y平面)上的正投影與回收單元160在平面S1上的正投影，是位在轉移單元140在平面S1上的正投影的相對兩側，據以讓第二承載單元120的孔隙122於完成壓印後得以淨空，以利下一次佈置單元130的佈粉動作。另，所蒐集的粉體200亦可供佈置單元130所回收再利用。

圖4是依據另一實施例的一種立體列印裝置的示意圖。請參考圖4，在本實施例中，立體列印裝置300是由第一承載單元110、多個列印模組310A、310B、310C、310D與固化單元150所構成。列印模組310A、310B、310C、310D分別可移動地設置在第一承載單元110的上方，且各列印模組310A、310B、310C、310D包括第二承載單元120、佈置單元130與轉移單元140。請同時對照圖1，換句話說，在圖3的實施例中，各個列印模組310A、310B、310C、310D分別能被視為與圖1所述具有相同的構件配置，亦即每一個列印模組310A、310B、310C、310D均是先藉由佈置單元130將粉體200佈置在第二承載單元120，而後以轉移單元140將 粉體200轉移至第一承載單元110並再以固化單元150予以固化定型，於此便不再贅述。

而不同於上述實施例的是，圖3所示實施例的列印模組310A、310B、310C、310D中這些佈置單元130是用以提供不同顏色的粉體200，且列印模組310A、310B、310C、310D的其中之一是提供白色的粉體，其餘列印模組則分別提供青色(Cyan)、洋紅色(Magenta)與黃色(Yellow)的粉體。由此可知，本實施例的立體列印裝置300藉由提供白色粉體的列印模組提供底色，而後以各種原色進一步地混色出彩色的立體物件220，並因此得以提高立體列印裝置300的適用範圍。

綜上所述，在上述實施例中，藉由將粉體佈置在第二承載單元的孔隙上，而後以轉移單元轉移對應的孔隙，以將其上的粉體轉移至第一承載單元，且由於第一承載單元與第二承載單元之間存在相對運動，因此藉由控制單元控制上述構件便能達到將粉體壓印在第一承載單元上的效果，接著藉由固化單元予以熱壓定型，而完成在第一承載單元上形成一層物件單元的目的。據此，立體列印裝置便能藉由上述構件的相對運動，而逐層地疊置這些物件單元，以達到最終在第一承載單元上形成立體物件的效果。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧立體列印裝置

110‧‧‧第一承載單元

120‧‧‧第二承載單元

122‧‧‧孔隙

130‧‧‧佈置單元

140‧‧‧轉移單元

150‧‧‧固化單元

160‧‧‧回收模組

162‧‧‧刮除器

164‧‧‧蒐集器

200、205‧‧‧粉體

210‧‧‧物件單元

S1‧‧‧平面

W1‧‧‧內側

W2‧‧‧外側

Claims (20)

1. 一種立體列印裝置，用以形成一立體物件，該立體物件是以多層物件單元所疊置而成，該立體列印裝置包括：一第一承載單元；一第二承載單元，具有多個孔隙；一佈置單元，提供並佈置多個粉體於該第二承載單元的該些孔隙上；一轉移單元，該第二承載單元可移動地設置在該轉移單元與該第一承載單元之間，該轉移單元將位於該些孔隙上的至少部分該些粉體轉移至該第一承載單元上；以及一固化單元，設置在該第一承載單元上，該固化單元固化位於該第一承載單元上的該些粉體而形成一層物件單元。
2. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，還包括：一控制單元，電性連接該第一承載單元、該第二承載單元、該轉移單元、該佈置單元與該固化單元，其中該轉移單元受控於該控制單元而轉移該些孔隙上的至少部分該些粉體至該第一承載件上，且該第一承載單元與該第二承載單元分別受控於該控制單元而產生相對運動，以在該第一承載單元上堆疊多層物件單元。
3. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中該第二承載單元為能滾動的一圓筒結構，該圓筒結構具有一內側與一外側，該些孔隙形成於該圓筒結構的表面而連通該外側與該內側，該佈置單元與該轉移單元位於該內側，該第一承載單元位於該外 側，該佈置單元將該些粉體佈置於該內側，經由該轉移單元轉移該些粉體，該些粉體被轉移並穿過該些孔隙而移至該第一承載單元上。
4. 如申請專利範圍第3項所述的立體列印裝置，其中該第一承載單元為該圓筒結構下方的一移動平台，該移動平台具有一平面，該轉移單元以一轉移方向轉移位於該內側的至少部分該些粉體，該轉移方向正交於該平面。
5. 如申請專利範圍第4項所述的立體列印裝置，其中該平面平行或重合於該滾筒結構的切平面。
6. 如申請專利範圍第3項所述的立體列印裝置，還包括：一回收單元，設置於該內側，用以回收未被該轉移單元轉移的該些粉體。
7. 如申請專利範圍第6項所述的立體列印裝置，其中該第一承載平台具有一平面，該回收單元在該平面上的正投影與該佈置單元在該平面上的正投影，位於該轉移單元在該平面上的正投影的相對兩側。
8. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中該轉移單元為點矩陣(dot matrix)轉移單元。
9. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中各該孔隙的孔徑小於各該粉體的外徑。
10. 一種立體列印裝置，包括：一第一承載單元，具有一平面； 多個列印模組，分別可移動地設置在該第一承載單元上方，各該列印模組包括：一第二承載單元，具有多個孔隙；一佈置單元，提供並佈置多個粉體於該第二承載單元的該些孔隙上；一轉移單元，其中該第二承載單元可移動地設置在該轉移單元與該第一承載單元之間，該轉移單元轉移該些孔隙上的至少部分該些粉體，以將至少部分該些粉體列印至該平面上；以及一固化單元，位於該第一承載單元上，該固化單元固化位於該第二承載單元上的該些粉體而形成一層物件單元。
11. 如申請專利範圍第10項所述的立體列印裝置，其中該些列印模組的該些佈置單元提供不同顏色的粉體，且其中一列印模組的該佈置單元提供白色的粉體。
12. 如申請專利範圍第11項所述的立體列印裝置，其餘列印模組分別提供青色(Cyan)、洋紅色(Magenta)與黃色(Yellow)的粉體。
13. 如申請專利範圍第10項所述的立體列印裝置，還包括：一控制單元，電性連接該第一承載單元、該些列印模組與該固化單元，該第一承載單元與該些列印模組分別受控於該控制單元而產生相對運動，以在該平面上堆疊多層物件單元而形成一立體物件。
14. 如申請專利範圍第10項所述的立體列印裝置，其中各該 第二承載單元為能滾動的一圓筒結構，該圓筒結構具有一內側與一外側，該些孔隙形成於該圓筒結構的表面而連通該外側與該內側，該佈置單元與該轉移單元位於該內側，該第一承載單元位於該外側，該佈置單元將該些粉體佈置於該內側，經由該轉移單元轉移該些粉體，該些粉體被轉移並穿過該些孔隙而移至該平面上。
15. 如申請專利範圍第14項所述的立體列印裝置，其中當各該列印模組佈置粉體於該平面上時，該轉移單元以一轉移方向轉移位於該內側的至少部分該些粉體，該轉移方向正交於該平面。
16. 如申請專利範圍第14項所述的立體列印裝置，其中該平面平行或重合於該滾筒結構的切平面。
17. 如申請專利範圍第14項所述的立體列印裝置，其中各該列印模組還包括：一回收單元，設置於該內側，用以回收未被該轉移單元轉移的該些粉體。
18. 如申請專利範圍第17項所述的立體列印裝置，其中該回收單元在該平面上的正投影與該佈置單元在該平面上的正投影，位於該轉移單元在該平面上的正投影的相對兩側。
19. 如申請專利範圍第10項所述的立體列印裝置，其中該轉移單元為點矩陣轉移單元。
20. 如申請專利範圍第10項所述的立體列印裝置，其中各該孔隙的孔徑小於或等於各該粉體的外徑。