TW201603891A - 列印頭模組 - Google Patents
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Abstract
一種列印頭模組包含支架、多個列印頭、樞軸、擦拭器單元和控制單元。支架包含多個通孔。列印頭相互平行地對齊排列，且每一個列印頭包含用於擠出塑形材料的噴嘴。連接到支架的樞軸用於將列印頭旋轉到目標位置。擦拭器單元包含固持器、多個擦拭器和擦拭器開啟部。固持器連接到樞軸以隨著支架和列印頭而旋轉。擦拭器可旋轉地連接到固持器且對應開口設置。擦拭器開啟部設置在目標位置處，以干涉旋轉到目標位置的擦拭器，以驅動對應的擦拭器旋轉到開啟位置。
Description
本發明是有關於一種列印頭模組，且特別是有關於一種具有擦拭器(wiper)的列印頭模組。
隨著電腦輔助製造(computer-aided manufacturing,CAM)的進步，已在製造行業中開發三維(3-D)列印技術，進而根據原始設計概念迅速地製造產品。實際上，三維列印是一系列快速成型(rapid prototyping,RP)技術的總稱，且其基本原理和概念是層壓式製造，其中快速成型機用於藉由掃描而在X-Y平面中形成工件的橫截面形狀，在Z座標上以單層厚度為單位間隙性地上疊，且最終形成三維物體。三維列印技術可無限制地適用於任何幾何形狀，且RP技術對於複雜的部件而言，尤其能產生優異的輸出產品，而明顯地節省了工作和製程時間。因此，數位三維列印技術能夠根據最短的時間要求呈現藉由電腦輔助設計(computer-aided design,CAD)軟體設計的數位三維模型的物體，以讓用戶觸摸並實際感覺模型的幾何結構，乃至對模型進行一些可能的功能測試。
當列印頭模組裝設有多個列印頭時，在三維列印製程期間，列印頭交替地操作。然而，在列印頭從一個轉換到另一個時，通常在剛完成列
印任務的列印頭的噴嘴尖端上仍遺留殘餘的塑形材料。因此，這些列印頭的噴嘴尖端上遺留的殘餘的塑形材料可能滴落在列印表面上，這在列印物體上導致污染問題。因此，降低以多個列印頭進行的三維列印製程的列印品質。
本發明提供一種列印頭模組，列印頭模組包含擦拭器單元，其用於擦除列印頭的噴嘴尖端上遺留的殘餘的塑形材料，且在列印頭未進行操作時覆蓋列印頭的噴嘴。
本發明的一種列印頭模組，經組態以在基座的承載表面上以塑形材料逐層地形成三維(3-D)物體。列印頭模組包含支架、多個列印頭、樞軸和擦拭器單元。支架包含多個通孔。列印頭相互平行地對齊，且分別設置在通孔中，每一個列印頭包括用於擠出塑形材料的噴嘴。連接到支架的樞軸用於將列印頭旋轉到用於噴塗塑形材料的目標位置，通孔圍繞樞軸而設置，以使得設置在通孔中的列印頭圍繞樞軸。擦拭器單元包含固持器、多個擦拭器和擦拭器開啟部。固持器連接到樞軸，以隨著支架和列印頭而旋轉。固持器包含分別位於噴嘴下方，且對應於噴嘴的多個開口。擦拭器可旋轉地連接到固持器且對應開口設置。每一個擦拭器用於在暴露對應開口的開啟位置與用於覆蓋對應開口的阻擋位置之間旋轉。擦拭器開啟部設置在目標位置處，以干涉旋轉到目標位置的擦拭器，以驅動對應的擦拭器旋轉到開啟位置，以使對應的列印頭通過開口而擠出塑形材料。當對應的擦拭器通過目標位置時，擦拭器開啟部釋放干涉，以使得對應的擦拭器旋轉回阻擋位置，並且從噴嘴的尖端擦除殘餘的塑形材料。
基於上述，列印頭模組的擦拭器單元對應地設置在多個列印頭下方，以便擦除且收集未處於使用中的列印頭的噴嘴的尖端上遺留的殘餘的塑形材料，以便在列印製程期間避免殘餘的塑形材料從未處於使用中的列印頭的噴嘴滴落。因此，通過擦拭器單元的配置，可擦除且收集噴嘴尖端上遺留的殘餘的塑形材料，且可覆蓋未處於使用中的列印頭的噴嘴尖端，以防止基座的表面和列印物體的污染，且提高三維列印物體的列印品質。此外，由於擦拭器單元的配置，還可簡化噴嘴尖端的清潔和維護的過程。
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。
30‧‧‧塑性材料
100‧‧‧列印頭模組
110‧‧‧支架
112‧‧‧通孔
114‧‧‧對準固持器
116‧‧‧支撐件
120‧‧‧列印頭
122‧‧‧容置筒
124‧‧‧噴嘴
126‧‧‧抵靠部
130‧‧‧樞軸
140‧‧‧擦拭器單元
142‧‧‧固持器
144‧‧‧擦拭器
144a‧‧‧延伸部
144b‧‧‧平坦部
145‧‧‧扭轉元件
146‧‧‧擦拭器開啟部
147‧‧‧開口
148‧‧‧承載部
150‧‧‧線性馬達
160‧‧‧控制單元
180‧‧‧第一檢測單元
182‧‧‧第二檢測單元
190‧‧‧第一活塞
192‧‧‧第二活塞
200‧‧‧基座
h1‧‧‧初始位置
h2‧‧‧列印位置
L1‧‧‧目標位置
P1‧‧‧阻擋位置
P2‧‧‧開啟位置
圖1為根據示範性實施例的列印頭模組的示意圖。
圖2為根據示範性實施例的擦拭器單元的示意圖。
圖3說明圖2的擦拭器單元的透視圖。
圖4為根據另一示範性實施例的列印頭模組的列印頭的部分透視圖。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之各實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向
用語是用來說明，而並非用來限制本發明。並且，在下列各實施例中，相同或相似的元件將採用相同或相似的標號。
圖1為根據示範性實施例的列印頭模組的示意圖。參看圖1，在本實施例中，列印頭模組100適用於根據數位三維(3-D)模型資訊而在基座200上列印三維物體的三維列印裝置。三維列印裝置可包含列印頭模組100和基座200。在本實施例中，三維列印裝置經組態以讀取數位三維模型資訊。其中，數位三維模型資訊可為數位三維圖像檔，所述數位三維圖像檔是由電腦主機使用(例如)電腦輔助設計(CAD)或動畫造型軟體來建立的。
此外，列印頭模組100可移動地設置在基座200上方，且經組態以沿著滑軌前後滑動，基座200也可相對於列印頭模組100而移動。三維列印裝置經組態以讀取並處理數位三維模型資訊，其中數位三維模型資訊控制相對於基座200的列印頭模組100移動。因此，列印頭模組100可根據數位三維模型資訊而沿著滑軌移動，且列印頭模組100經組態以在移動期間在基座200上逐層地噴塗塑形材料，進而形成多個層壓材料層。層壓材料層相互堆疊以形成三維物體。
圖2為根據示範性實施例的擦拭器單元的示意圖，請參考圖1和圖2，列印頭模組100包含支架110、多個列印頭120、樞軸130、擦拭器單元140、擦拭器開啟部146和控制單元160。支架110可包含對應於列印頭120的多個通孔112，和多個對準器固持器114。列印頭120相互平行地對齊排列，且每一個列印頭中可包含用於從列印頭120擠出塑形材料30的噴嘴124。樞軸130連接到支架110，且用於將其中一個列印頭120旋轉到
適於噴塗塑形材料30的目標位置L1。控制單元160耦接到樞軸130以控制支架110的旋轉，以便將其中一個列印頭120旋轉到目標位置L1。擦拭器單元140包含固持器142和擦拭器144。固持器142連接到樞軸130以隨著支架110和列印頭120而旋轉。固持器142包含分別位於噴嘴124下方，且對應噴嘴124的多個開口147。擦拭器144可旋轉地連接到固持器142，且對應開口147而設置。如圖2所示，每一個擦拭器144適於在對應暴露開口147的開啟位置P2，以及對應覆蓋開口147的阻擋位置P1之間旋轉。列印頭模組100還可包含支撐件116。支撐件116連接在上述滑軌與擦拭器開啟部146之間以支撐擦拭器開啟部146。擦拭器開啟部146通過支撐件116而設置在目標位置L1處，以干涉旋轉到目標位置L1的擦拭器144，並用以驅動對應的擦拭器144旋轉到開啟位置P2，以使對應的列印頭120通過開口147而擠出塑形材料30。當對應的擦拭器144持續旋轉直到通過目標位置L1時，擦拭器開啟部146釋放其對對應的擦拭器144的干涉，以使得對應的擦拭器144旋轉回阻擋位置P1，以從噴嘴124的尖端擦除殘餘的塑形材料30。控制單元160控制樞軸130使支架110旋轉，以驅動其中一個列印頭120及對應的擦拭器144旋轉到目標位置L1。
圖3說明圖2的擦拭器單元的透視圖。請參考圖1至圖3，在本實施例中，以四個繪示於圖示中，並且用來擠出塑形材料30的列印頭120作說明。然而，本申請案不限制列印頭模組的列印頭的數目。在本實施例中，列印頭模組100還包含線性馬達150及多個扭轉元件145。在列印製程中，當從線性馬達150施加推力時，位於目標位置L1處的列印頭120中所含有的塑形材料30被擠出或壓出。扭轉元件145經組態以將擦拭器144分
別連接至固持器142。因此，藉由來自擦拭器開啟部146的結構干涉和對應的扭轉元件145的連接，位於前述列印頭120下方的擦拭器144從阻擋位置P1旋轉到開啟位置P2，而暴露對應的開口147。因此，可藉由所暴露出的開口147擠出塑形材料30。在本實施例中，扭轉元件145可例如是一扭轉彈簧。
在完成前述列印頭120的列印任務後，控制單元160控制樞軸130使支架110旋轉，以便將下一列印頭120轉換到目標位置L1以進行隨後的列印任務。設置在列印頭120下方且通過固持器142連接到樞軸130的擦拭器單元140對應地旋轉。因此，當對應於先前使用的列印頭120的擦拭器144旋轉直到通過目標位置L1時，擦拭器開啟部146釋放其對對應的擦拭器144的干涉，以使得對應的擦拭器144旋轉回阻擋位置P1，以從先前使用的列印頭120的噴嘴124的尖端擦除殘餘的塑形材料30，且先前使用的列印頭120的噴嘴124由對應的擦拭器144覆蓋。
具體來說，如圖2所示，每一個擦拭器144中還包括延伸部144a和平坦部144b，且固持器142還包括位於噴嘴124下方，對應於噴嘴124以承載所擦除的殘餘的塑形材料30的多個承載部148，且開口147分別設置在承載部148上。噴嘴124的尖端上的殘餘的塑形材料30由擦拭器144的平坦部144b擦拭並收集。亦因此，所擦除的殘餘塑形材料30將暫時收集在對應的承載部148處。另一方面，旋轉到目標位置L1的列印頭120下方的擦拭器144藉由擦拭器開啟部146旋轉到開啟位置P2且限制在開啟位置P2，以便暴露對應的開口147，以使塑形材料30從開口147擠壓出來，並且準備好用使用於隨後的列印任務。具體來說，擦拭器開啟部146用於
干涉擦拭器144的延伸部144a，以將對應的擦拭器144限制在開啟位置P2。
換句話說，當其中一個列印頭120旋轉到目標位置L1時，對應的擦拭器144旋轉到開啟位置P2，以藉由位於目標位置L1處的擦拭器開啟部146來暴露對應的開口147，以使得旋轉到目標位置L1的列印頭120適於通過對應的開口147來擠出塑形材料30。當其中一個列印頭120旋轉直到通過目標位置L1時，對應的擦拭器144返回到阻擋位置P1，以從噴嘴124的尖端擦除殘餘的塑形材料30。
請再參考圖1，支架110可包含多個對準器固持器114。每一個列印頭120還包含抵靠部126和容置筒122。每一個含有塑形材料30的容置筒122中連接到對應的噴嘴124。對準器固持器114經組態以將列印頭120的容置筒122分別可拆卸地固持且鎖定在通孔112中。此外，對準器固持器114可由彈性元件或彈性材料構成。藉由支架110上的對準器固持器114的配置，可達成列印頭120的簡單且快速的固定和替換方法，而不需要任何類型的螺紋固定元件。列印頭120可透過使用者而與支架110快速地分離，這大幅減少容置筒(cartridge)122的替換所消耗的時間，且本三維列印裝置10的效益可在時間和人力的消耗方面大幅地提高。
此外，在本實施例中，例如黏土或其他適當材料等不同塑形材料可填充到不同列印頭120中。樞軸130可耦接到控制單元160，因此，支架110與列印頭120和擦拭器單元140一起受控制單元160控制，以在每一個列印製程之間的時間間隔調整旋轉方向與旋轉速率。因此，數位三維模型可由控制單元160讀取以執行列印製程。數位三維模型可包含樞軸130的旋轉參數、列印頭模組100的移動參數和列印製程的不同階段中所應用的
材料的類型。
圖4為根據另一示範性實施例的列印頭模組的其中一個列印頭的部分透視圖。請參考圖3和圖4，控制單元160可藉由控制樞軸130、擦拭器單元140以及從若干檢測單元檢測資訊而指定每一個列印頭120的列印時段和噴塗量。列印頭120可如圖4所示由線性馬達150從初始位置h1移至列印位置h2，因此，列印頭120可穿越如圖1和圖2所示的開口147。在列印頭120移到列印位置h2時，抵靠部126抵靠在支架110上。在本實施例中，列印頭模組100可還包含第一檢測單元180及對應於目標位置L1而設置的第二檢測單元182。列印頭模組100還可包含第一活塞190和多個第二活塞192。第一活塞190對應於目標位置L1而設置，且連接到線性馬達150。第二活塞192分別可滑動地設置在容置筒122中以接觸容置筒122中所含有的塑形材料30的上表面。以這種方式，第一檢測單元180和第二檢測單元182可檢測第一活塞190和第二活塞192的移動。控制單元160控制線性馬達150驅動第一活塞190推動列印頭120從初始位置h1移到列印位置h2。一旦列印頭120移到列印位置h2，第二檢測單元182便被觸發以檢測第一活塞190的位置。當第一活塞190連續地向下移動直到接觸第二活塞192時，第二檢測單元182再次檢測第一活塞190的位置。控制單元160可接著根據第一活塞190的移動距離而獲得塑形材料30的噴塗量。因此，可立即獲知列印頭120的塑形材料30的噴塗量或剩餘量的資訊。在本實施例中，第二檢測單元182還可用於檢測列印頭120的位置以確保列印頭120移到用於列印的目標位置L1。接著，當第一活塞190連續地推動第二活塞192以移向對應的噴嘴124時，塑形材料30被壓出以在基座200
上噴塗。
此外，因為可藉由控制單元160而獲得塑形材料30的噴塗量，所以當處於使用中的列印頭120的容置筒122耗盡塑形材料時，控制單元160可驅動樞軸130將處於使用中的列印頭120旋轉，且轉換為其他列印頭120。當擦拭器單元140與列印頭120一起旋轉時，已完成列印製程且通過目標位置L1的列印頭120下方的擦拭器144將藉由扭轉元件145而回復到其阻擋位置P1，且旋轉到目標位置L1以進行隨後列印製程的列印頭120下方的擦拭器144將藉由擦拭器開啟部146限制在開啟位置P2。
綜上所述，列印頭模組的擦拭器單元對應地設置在列印頭的噴嘴下方，以便擦除且收集未處於使用中的列印頭的噴嘴的尖端上遺留的殘餘的塑形材料，以便在列印製程期間避免殘餘的塑形材料從未處於使用中的列印頭的噴嘴滴落。因此，可減少具有多個列印頭的列印頭模組在三維列印製程期間的材料污染的問題。因此，可大幅提高具有多個列印頭的列印頭模組的列印品質，而不降低其速度和效益。此外，擦拭器單元還可進一步減少清潔噴嘴尖端和維護列印頭模組所需的工作。因此，在三維列印製程中，不同塑形材料的列印製程之間的時間間隔可減到最小，這進一步提高三維列印裝置的列印頭模組的效率和便利性。
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‧‧‧列印頭模組
110‧‧‧支架
112‧‧‧通孔
114‧‧‧對準固持器
116‧‧‧支撐件
120‧‧‧列印頭
122‧‧‧容置筒
124‧‧‧噴嘴
126‧‧‧抵靠部
130‧‧‧樞軸
140‧‧‧擦拭器單元
144‧‧‧擦拭器
144a‧‧‧延伸部
144b‧‧‧平坦部
146‧‧‧擦拭器開啟部
148‧‧‧承載部
150‧‧‧線性馬達
160‧‧‧控制單元
190‧‧‧第一活塞
200‧‧‧基座
L1‧‧‧目標位置
P1‧‧‧阻擋位置
P2‧‧‧開啟位置
Claims (10)
- 一種列印頭模組，經組態以在基座上逐層地噴塗塑形材料以形成三維物體，所述列印頭模組包括：支架，包括多個通孔；多個列印頭，相互平行地對齊排列且分別設置在所述通孔中，每一個所述列印頭包括用於擠出所述塑形材料的噴嘴；樞軸，連接到所述支架以將其中一個所述列印頭中旋轉到用於噴塗所述塑形材料的目標位置，所述通孔圍繞所述樞軸而設置，以使得設置在所述通孔中的所述列印頭圍繞所述樞軸；擦拭器單元，包括：固持器，連接到所述樞軸以隨著所述支架和所述列印頭旋轉，所述固持器包括分別位於所述噴嘴下方且對應於所述噴嘴的多個開口；以及多個擦拭器，可旋轉地連接到所述固持器且對應於所述開口而設置，所述擦拭器中的每一者用於在暴露所述對應的開口的開啟位置與用於覆蓋所述對應的開口的阻擋位置之間旋轉；以及擦拭器開啟部，設置在所述目標位置處，以干涉旋轉到所述目標位置的所述擦拭器，以驅動對應的所述擦拭器旋轉到所述開啟位置，以使對應的所述列印頭通過所述開口而擠出所述塑形材料，當所述對應的擦拭器通過所述目標位置時，所述擦拭器開啟部釋放對於所述擦拭器的干涉，因此對應的所述擦拭器旋轉回所述阻擋位置，以從所述噴嘴的尖端擦除殘餘的 塑形材料。
- 如申請專利範圍第1項所述的列印頭模組，更包括控制單元，其耦接到所述樞軸以控制所述支架的旋轉，以將其中一個所述列印頭和對應的所述擦拭器旋轉到所述目標位置。
- 如申請專利範圍第1項所述的列印頭模組，其中所述固持器更包括：多個承載部，設置在所述噴嘴下方且對應於所述噴嘴，以承載所擦除的殘餘所述塑形材料，且所述開口分別設置在所述承載部上。
- 如申請專利範圍第1項所述的列印頭模組，其中所述擦拭器單元更包括：多個扭轉元件，用於將所述擦拭器分別連接至所述固持器。
- 如申請專利範圍第4項所述的列印頭模組，其中所述扭轉元件包括扭轉彈簧。
- 如申請專利範圍第1項所述的列印頭模組，其中每一個所述列印頭包括抵靠部，以及連接到對應的所述噴嘴且含有所述塑形材料的容置筒，每一個所述列印頭適於在初始位置與列印位置之間移動，當所述列印頭位於所述列印位置處時，所述抵靠部抵靠在所述支架上。
- 如申請專利範圍第6項所述的列印頭模組，其中當旋轉到所述目標位置的所述列印頭位於所述列印位置處時，對應的所述噴嘴藉由對應的所述開口，以藉由對應的所述開口擠出所述塑形材料。
- 如申請專利範圍第1項所述的列印頭模組，其中每一個所述擦拭器中的更包括延伸部及連接到所述延伸部的平坦部，所述延伸部適於受到所述擦拭器開啟部的干涉，且所述平坦部用於從所述噴嘴的尖端擦除且收集 殘餘的所述塑形材料。
- 如申請專利範圍第1項所述的列印頭模組，其中所述支架更包括用於將所述列印頭緊固在所述支架上的多個對準固持器。
- 如申請專利範圍第1項所述的列印頭模組，其中所述塑形材料包括黏土材料。
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