TW201532792A - 陶瓷快速成型裝置 - Google Patents

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Abstract

本案為一種陶瓷快速成型裝置，包含：設有建構腔室之建構平台、建構位移平台、具有噴墨單元之噴印模組、清潔維護模組、鋪料推送元件、加熱器及遮熱元件；噴印模組、清潔維護模組及鋪料推送元件均架構於建構位移平台上，以進行連動，並與建構平台相對位移，並將陶瓷建構材料推送至建構腔室內；加熱器設置於建構平台上，以對陶瓷建構材料進行加熱；遮熱元件設置於噴墨單元上方，以進行遮蔽；當噴印單元藉由建構位移平台之帶動對建構腔室中之陶瓷建構材料實施陶瓷快速成型之噴印作業後，則由清潔維護模組對噴墨單元進行清潔維護。

Description

陶瓷快速成型裝置 【0001】
本案係關於一種快速成型裝置，尤指一種可製作陶瓷藝術品之陶瓷快速成型裝置。
 【0002】
陶瓷製品，主要是經過陶漿拉胚成型、風乾、上釉，最後經高溫燒結等一繁複程序，如此工序不僅具有複雜的流程步驟，且其間陶瓷製品的製造過程均需人工一一進行手工製造。如此以人為控制而製造的陶瓷製品，於進行原料的陶漿調配過程即為透過人工方式進行材料調配，然而此調配過程缺乏均一原料品質之管控流程，因此作出來之成品良宥程度當然也會有所差異；除此之外，在其後陶瓷製品的拉胚成型製程中，更會因每一操作者的經驗、手感以及美感程度之不同，而使其陶瓷製品細緻度有所不同，且即便是相同的操作者，其在製作不同的陶瓷製品時，亦難以避免會產生一定程度的差異。換言之，此耗費人力、時間成本而製作的陶瓷製品，往往會因為成品品質不一、耗費的時間長、人力成本高等諸多因素，而使得陶瓷製品的價格難以降低，當然，亦難以迎合消費者的喜好。是以，如何研發可自動化且生產品質穩定、降低成本的陶瓷製品，實為值得進一步研究之課題。
【0003】
目前關於快速成型技術（Rapid Prototyping,簡稱RP技術）的相關研究於業界中亦處於蓬勃發展的狀態，其主要為依據建構類似金字塔層層堆疊成型的概念所發展而成，快速成型技術其主要技術特徵是成型的快捷性，能在不需要任何刀具，模具及治具的情況下自動、快速將任意複雜形狀的設計方案快速轉換為3D的實體模型，大大縮短了新產品的研發週期及減少研發成本，能夠確保新產品的上市時間和新產品開發的一次成功率，快速成型技術為技術人員之間，以及技術人員與企業決策者、產品的用戶等非技術人員之間提供了一個更加完整及方便的產品設計交流工具，從而明顯提高了產品在市場上的競爭力和企業對市場的快速反應能力。
【0004】
目前快速成型技術發展出利用噴印技術結合載具精密定位技術的方式來生產3D的實體模型，其生產方式為先將一層成型粉末舖設於載具上方並利用噴墨列印技術於部分成型粉末上噴印高黏度膠合劑，使膠合劑與成型粉末沾黏並固化，一直重複上述製程層層堆砌即可完成3D的實體模型，惟目前主流之RP技術所製成的3D實體模型仍受限於該成型粉末的材質、以及需選擇與該成型粉末相配合的膠合劑材質，而未進一步進行不同材質之創新研究。
【0005】
習用快速成型裝置通常如圖1所示，快速成型裝置1主要包括噴印模組10、建構位移平台11及建構平台12等組件，其中，該噴印模組10主要架構於建構位移平台11上，且該噴印模組10可藉由建構位移平台11之帶動，而位移至建構平台12之上方。以及，該建構平台14中更架構一供料容器13及一建構腔室14，供料容器13用以供建構材料暫存，並可藉由建構位移平台11位移至供料容器13時，將建構材料推送至鄰接的建構腔室14中，其後再由該噴印模組10於建構材料上進行噴印作業，以層層堆砌出一立體物件。此外，於此習用的快速成型裝置1中更具有清潔維護模組15，其包括保濕單元151以及刮片單元152，如圖1所示，該清潔維護模組15固設於建構平台12上鄰近於建構腔室14之一側，故當噴印模組10結束噴印成型作業後，即會因應建構位移平台11之帶動而位移至清潔維護模組15之上方，同時進行相關的清潔維護作業。惟，由於習用快速成型裝置1之清潔維護模組15固設於建構平台12之一側端，故噴印模組10需於完成噴印成型作業後，並位移跨越整個建構平台12之長度，方能進行相關的噴墨頭清潔維護作業，如此實會導致噴墨頭結構的清潔維護之效能低落。
【0006】
是以，就目前快速成型裝置產業而言，其所面臨的技術瓶頸即為採用不同之成型材料以獲得不同的成型品，同時更需對快速成型裝置及其噴印模組進行良好的維護，以進一步提升成型品質，而如何去改善這些問題，是目前產業上急需去解決的主要課題。
【0007】
有鑑於此，如何發展一種可製作陶瓷藝術品、且成型品質佳之陶瓷快速成型裝置，實為目前迫切需要解決之問題。
 【0008】
本案之主要目的在於提供一種陶瓷快速成型裝置，俾解決習知以人工製作陶瓷藝術品而導致之成品品質不一、耗費的時間長、人力成本高等缺失。
【0009】
本案之另一目的在於提供一種陶瓷快速成型裝置，藉由其進行之自動化陶瓷快速成型之噴印作業，進而以達到自動化地製作陶瓷藝術品，不僅成型速度快，且兼具成型品質佳，更可使陶瓷藝術品具備個性化、普及化、自動化、精緻度及均一性之優點。
【0010】
為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種陶瓷快速成型裝置，包含：建構平台，設有建構腔室；建構位移平台，架構於建構平台上，以進行相對位移，並將陶瓷建構材料推送至建構腔室內；噴印模組，具有至少一噴墨單元；以及清潔維護模組；鋪料推送元件，架構設置於建構位移平台上；加熱器，設置於建構平台上，加熱器用以對建構腔室所鋪料成型後之陶瓷建構材料進行加熱；以及遮熱元件，架構設置於噴墨單元之上方，以遮蔽噴墨單元；其中，噴印模組及清潔維護模組均架構於建構位移平台上，並與建構位移平台進行連動位移，當至少一噴印單元藉由建構位移平台之帶動以對建構腔室中之陶瓷建構材料實施陶瓷快速成型之噴印作業後，則由清潔維護模組對至少一噴墨單元進行清潔維護。
 【0023】
1‧‧‧快速成型裝置
10‧‧‧噴印模組
11‧‧‧建構位移平台
12‧‧‧建構平台
13‧‧‧供料容器
14‧‧‧建構腔室
15‧‧‧清潔維護模組
151‧‧‧保濕單元
152‧‧‧刮片單元
2‧‧‧陶瓷快速成型裝置
20‧‧‧罩蓋
21‧‧‧主機體
210‧‧‧餘料回收槽
211‧‧‧篩濾收集儲器
22‧‧‧供料容器
220‧‧‧第一升降平台
221‧‧‧第一升降機構
23‧‧‧建構腔室
230‧‧‧第二升降平台
231‧‧‧第二升降機構
24‧‧‧建構平台
25‧‧‧噴印模組
251‧‧‧遮熱元件
252、253‧‧‧噴墨單元
26‧‧‧建構位移平台
261‧‧‧驅動位移機構
262‧‧‧鋪料推送元件
27‧‧‧加熱器
28‧‧‧清潔維護模組
281‧‧‧保濕單元
282‧‧‧刮片單元
29‧‧‧連續供墨單元
291‧‧‧容器
H1‧‧‧第一升降平台向上推移之距離
H2‧‧‧第二升降平台向下推移之距離
R‧‧‧鋪料推送元件之滾輪轉速
V‧‧‧鋪料推送元件之滾輪直線前進速度
S1、S2‧‧‧噴墨單元之總長度
W‧‧‧建構腔室之寬度
【0011】
第1圖為習知之快速成型裝置之結構示意圖。
第2A圖為本案較佳實施例之陶瓷快速成型裝置之外觀示意圖。
第2B圖本案較佳實施例之陶瓷快速成型裝置之內部結構示意圖。
第2C圖為本案較佳實施例之陶瓷快速成型裝置之剖面結構示意圖。
第3圖為第2B圖所示之陶瓷快速成型裝置之上視結構示意圖。
第4圖為本案另一較佳實施例之陶瓷成型裝置之頁寬式噴印模組之示意圖。
 【0012】
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。
【0013】
請同時參閱第2A圖及第2B圖，其分別為本案較佳實施例之陶瓷快速成型裝置之外觀示意圖及其內部結構示意圖。如第2A圖所示，本案之陶瓷快速成型裝置2具有罩蓋20，覆蓋於主機體21之上，以使其陶瓷快速成型作業可於一封閉空間中進行，並避免粉塵飛揚等情形產生。又如第2B圖所示，陶瓷快速成型裝置2主要由供料容器22、建構腔室23、建構平台24、噴印模組25、建構位移平台26、清潔維護模組28及連續供墨單元29所構成，其中噴印模組25及清潔維護模組28架構於建構位移平台26上，以使其與建構位移平台26進行同步位移，且於本實施例中，噴印模組25及清潔維護模組28可藉由建構位移平台26之帶動，而相對位移至建構平台24之上方，但其相對位移之方式並不以此為限，亦可為建構平台24相對於建構位移平台26以進行相對位移，或兩者均進行一相對位移作業，其可依照實際施作情形而任施變化。至於建構位移平台26，其主要藉由驅動位移機構261(如第3圖所示)之帶動，進而使其可相對於建構平台24進行X軸方向之水平位移。以及，於本實施例中，建構平台24中架構供料容器22及建構腔室23，供料容器23用以供陶瓷建構材料暫存，並可藉由建構位移平台26位移至供料容器22時，將陶瓷建構材料推送至鄰接的建構腔室23中，其後再由噴印模組25於陶瓷建構材料上進行噴印作業，以層層堆砌出一立體陶瓷物件。至於連續供墨單元29，其設置於建構平台24之一側，且由複數個儲存單色液體之容器291所構成，並可透過複數個外接管線(未圖示)而與噴印模組25上的噴墨單元252相連通，進而可持續地供給或補充其進行陶瓷快速成型之噴印作業時所需的黏結劑或是色料墨水等。
【0014】
於本實施例中，噴印模組25包括至少一噴墨單元252以及遮熱元件251，且遮熱元件251架構設置於該噴墨單元252之上方，且不以此為限。至於，清潔維護模組28更包括保濕單元281及刮片單元282，且如第2B圖所示，清潔維護模組28可隨同噴墨單元252同步進行X軸方向之移動，而當每次噴墨單元252在Y軸方向進行列印作動的同時，則其完成每一次列印行程而回到初始位置時，則可由刮片單元282對噴墨單元252進行噴孔清潔作業，進而可獲得更佳之列印品質；於本實施例中，保濕單元281與刮片單元282設置於兩相對側，且保濕單元281用以將噴墨單元252之噴孔(未圖示)完全密閉，以達到保溼的功能，故當陶瓷成型裝置2進行鋪粉作業時，由於此刻粉未的揚塵最大，故可使噴墨單元252以Y軸方向位移至保濕單元282處，藉由保濕單元282對噴墨單元252進行密閉作業，以使噴墨單元252不受粉塵汙染而影響列印品質。
【0015】
請同時參閱第2B圖及第2C圖，第2C圖為本案較佳實施例之陶瓷快速成型裝置之剖面結構示意圖。如第2C圖所示，本案之陶瓷快速成型裝置2於該構平台24中架構建構腔室23，並於該建構腔室23之一側凹陷設置填充空間(未圖示)，以作為供料容器22，供料容器22即如前所述提供陶瓷建構材料，例如：陶瓷建構粉末，暫存之用，且於供料容器22內更可設置第一升降平台220，但不以此為限，透過供料容器22下方設置的第一升降機構221推送第一升降平台220進行垂直方向之位移，例如可如第2C圖所示第一升降平台220之向上推移之距離H1，進而以導送推移一定需求量的陶瓷建構材料至最上層，並與建構平台24保持一水平推移堆積量，因此，由於本實施例之供料容器22嵌設於建構平台24中，故其屬於下方供料型態之該供料容器22。同樣地，於建構腔室23中亦具有第二升降平台230，用以供放置層層堆疊成型的陶瓷立體物件，且與建構腔室23下方設置的第二升降機構231相連接定位，主要依第二升降機構231的帶動而於建構腔室23的內部進行升降，由第二升降平台230控制推送位移與建構平台24保持一需求鋪料層的空間，例如可為第2C圖所示之第二升降平台230向下推移之距離H2，而再進行後續鋪置需求量的陶瓷建構材料至這鋪料層的空間，噴印這鋪料層表面的陶瓷建構材料，以成型被噴印物的堆疊層，如此重覆上述鋪料作業及噴印一層堆疊層，即可堆疊成型出陶瓷立體物件。於一些實施例中，供料容器22之第一升降平台220向上推移之距離H1大於或等於建構腔室23之第二升降平台230向下推移之距離H2，且於另一些實施例中，建構腔室23之第二升降平台230向下推移之距離H2小於或等於12mm，且大於或等於0mm，但不以此為限；意即，建構腔室23之第二升降平台230之每一次向下推移之距離介於0mm至12mm之間，藉此以層層推疊成型該陶瓷立體物件。
【0016】
以及，在建構腔室23之另一側更可設置餘料回收槽210，但不以此為限，用以將建構腔室23最上層進行鋪料作業後多餘之陶瓷建構材料集中收集，且於收集後，再將收集的陶瓷建構材料傳送至連接設置於餘料回收槽210下方之篩濾收集儲器211中，以對前述收集的建構材料進行篩濾，並回收再利用。
【0017】
請同時參閱第2B圖、第2C圖及第3圖，第3圖為第2B圖所示之陶瓷快速成型裝置之上視結構示意圖。如第3圖所示，當陶瓷快速成型裝置2進行快速成型之噴印作業時，其藉由驅動位移機構261驅動建構位移平台26相對於建構平台24進行X軸方向之水平位移，當其受驅動位移機構261帶動位移時，則如第2C圖所示，架構於建構位移平台26上的鋪料推送元件262則可將由第一升降平台220推送至該供料容器22最上層之陶瓷建構材料進一步以水平方向推送滾壓至鄰設之該建構腔室23最上層需求鋪料層的空間，其後再由與該建構位移平台26連動之噴印模組25對該建構腔室23中的陶瓷建構材料進行陶瓷快速成型之噴印作業，並由該建構位移平台26上的該鋪料推送元件262將鋪料多餘之陶瓷建構材料再推送至鄰設於該建構腔室23之該餘料回收槽210中收集。
【0018】
於一些實施例中，鋪料推送元件262可為但不限為鋪料滾輪，且其轉速可依照陶瓷建構材料之配方以進行相關參數調整，舉例來說，當鋪料滾輪的轉速快時，則其所提供之鋪粉密度會越高，所製成之陶瓷成型物品亦較為堅固，若鋪料滾輪的轉速慢時，其鋪粉密度較低，成品結構亦較為鬆散，且當鋪粉密度低於一特定比例時，則其可能會導致成型失敗等情形。為維持最適當之鋪粉密度以及較佳之鋪粉平整度，使該鋪料推送元件262之滾輪轉速R等同於或小於其鋪料推送元件262之滾輪直線前進速度V，換言之，即為使鋪料推送元件262於直線前進時，均可快速地旋轉一圈，盡量使其與陶瓷建構材量之鋪粉層接觸時均以相同的每一點接觸，以維持鋪粉之平整度，當然，此鋪料推送元件262之滾輪轉速亦可依照不同之建構材料或實際施作情形而任施變化，並不以此為限。
【0019】
請同時參閱第2B圖及第2C圖，於本實施例中，陶瓷快速成型裝置2更可包括加熱器27，且其設置於罩蓋20上，並與建構腔室23相對應設置，用以對建構腔室23中由噴印模組25完成噴印之初步堆疊成型物品進行加熱，進而加快其乾燥的速度，以避免若噴印模組25所噴出之膠水量過多，而產生毛細現象使膠水向外擴張，以使該初步堆疊成型物品的邊緣產生翹曲變形或是毛邊等問題。以及，為了避免加熱器27對噴印模組25之噴墨單元252產生加熱影響，故在噴印模組25上更設置了遮熱元件251，其對應設置於噴墨單元252之上方，且與噴墨單元252連動，故當噴印模組25藉由建構位移平台26相對於該建構平台24位移至加熱器27下方時，則可透過遮熱元件251之遮蔽以對噴墨單元252進行保護，以避免加熱器27對噴印模組25之噴墨單元252加熱，因溫度過高而產生損壞之問題。
【0020】
請同時參閱第3圖及第4圖，其中第4圖為本案另一較佳實施例之陶瓷成型裝置之頁寬式噴印模組之示意圖，如圖3所示，於本實施例中，由於陶瓷快速成型裝置2之噴印模組25主要由兩個噴墨單元252所構成，但不以此為限，故該兩噴墨單元252之總長度S1小於建構腔室23之寬度W，因此當噴印模組25進行陶瓷快速成型之噴印作業時，需先進行Y軸方向之位移，再進行X軸方向之位移，如此以雙軸進行往復位移之噴印作業。然而，於另一些實施例中，若噴印模組25採用頁寬式列印之噴印模組，即如第4圖所示，該頁寬式噴印模組25由複數個噴墨單元253依序排列而成，且其加總之總長度S2大於建構腔室23之寬度W時，則此時該頁寬式噴印模組25僅需於單一之X軸方向進行位移，即可對建構腔室24內的陶瓷建構材料進行陶瓷快速成型之噴印作業，進而節省Y軸之位移列印時間，如此即可加快噴印速度及效率。當然，陶瓷快速成型裝置2之噴印模組25之噴墨單元252、253之數量並不以此兩實施態樣為限，其可依據實際施作情形而任施變化。
【0021】
綜上所述，本案之陶瓷快速成型裝置藉由可與建構平台及其建構腔室進行相對位移的噴印模組，於該建構腔室進行陶瓷快速成型之噴印作業，且可依據陶瓷建構材料之不同特性以調整鋪料推送元件之滾輪轉速，以維持鋪料之平整度，更可搭配多樣的噴印模組之設置方式，進而可選擇一般噴印或是頁寬式噴印作業等方式，進而以大幅提升成型速度及成型效率；此外，更可藉由與噴墨單元連動之清潔維護模組以於每一次噴印作業後即可對該噴墨單元進行清潔及維護此外，進而可維護良好之列印品質，藉此以達到成型速度快以及成型品質優良之成效。以及，透過本案之陶瓷快速成型裝置可直接以機器自動化生產的方式取代人工，因而與傳統需由具備一定經驗的師傅方能做出陶瓷藝術品之方式不同，只要具備3D圖檔，即可由本案之陶瓷快速成型裝置製作出精緻且立體的陶瓷藝術品，且可迎合個人不同的喜好而做出不同的陶瓷藝術品，具備個性化的特點，亦可評估大眾市場的需求及喜好而製作多樣、普及化的陶瓷藝術品，更不會因為人工製作而導致兩成品形狀或是品質不一之缺失；是以，本案之陶瓷成型裝置相較於傳統人工進行之陶藝創作，實可達到具備個性化、普及化、自動化、精緻度及均一性之優點。
【0022】
本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
 
2‧‧‧陶瓷快速成型裝置
22‧‧‧供料容器
23‧‧‧建構腔室
24‧‧‧建構平台
25‧‧‧噴印模組
251‧‧‧遮熱元件
252‧‧‧噴墨單元
26‧‧‧建構位移平台
28‧‧‧清潔維護模組
281‧‧‧保濕單元
282‧‧‧刮片單元
29‧‧‧連續供墨單元
291‧‧‧容器

Claims (4)

  1. 【第1項】
    一種陶瓷快速成型裝置，包含：
         一建構平台，設有一建構腔室；
         一建構位移平台，架構於該建構平台上，以進行相對位移，並將一陶瓷建構材料推送至該建構腔室內；
         一噴印模組，具有至少一噴墨單元，該噴印模組架構於該建構位移平台上，並與該建構位移平台進行連動位移；
         一清潔維護模組，架構於該建構位移平台上，並與該建構位移平台進行連動位移；
         一鋪料推送元件，架構設置於該建構位移平台上；
         一加熱器，設置於該建構平台上，該加熱器用以對該建構腔室所鋪料成型後之該陶瓷建構材料進行加熱；以及
         一遮熱元件，架構設置於該噴墨單元之上方，以遮蔽該噴墨單元；
         其中，當該至少一噴印單元實施陶瓷快速成型之噴印作業後，由該清潔維護模組對該至少一噴墨單元進行清潔維護。
  2. 【第2項】
    如申請專利範圍第1項所述之陶瓷快速成型裝置，其中該清潔維護模組包括一保濕單元及一刮片單元，該保濕單元用以封閉該至少一噴墨單元之噴孔，以達到保濕之功效，該刮片單元則對該至少一噴墨單元進行噴孔清潔作業。
  3. 【第3項】
    如申請專利範圍第1項所述之陶瓷快速成型裝置，其中該鋪料推送元件為一滾輪，且其該滾輪轉速等同於或小於其該滾輪直線前進速度，以維持鋪料平整度。
  4. 【第4項】
    如申請專利範圍第1項所述之陶瓷快速成型裝置，其中該建構腔室內更具有一升降平台，控制該建構腔室之升降，使該建構腔室於進行陶瓷快速成型之噴印作業時，向下進行一特定距離之位移，以使其與該建構平台保持一需求鋪料層的空間，且該特定距離介於0mm至12mm之間。
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