TW201632363A - 列印噴頭、立體成型設備及列印方法 - Google Patents

Abstract

本揭露提供了一種列印噴頭、立體成型設備和列印方法。列印噴頭包含噴頭傳動裝置、列印噴嘴以及噴嘴高度調整裝置。噴嘴高度調整裝置設置於列印噴嘴與噴頭傳動裝置之間，用以調整列印噴嘴與列印平面之間的距離。立體成型設備包含機架、列印平台以及列印噴頭，列印噴頭安裝於機架內，噴頭傳動裝置經驅動而使列印噴頭平行於列印平台移動。

Description

列印噴頭、立體成型設備及列印方法

本發明係關於三維列印技術，特別是關於一種列印噴頭以及使用該列印噴頭之立體成型設備和列印方法。

三維(3D)列印機已愈來愈廣泛地應用於模具製造、工業設計等領域，其是一種以數位模型檔案為基礎且運用可黏合材料通過逐層列印的方式來建構物體的列印機。

現有的三維列印機中的噴頭係固定於移動軸且與移動軸之間採用剛性連接。基於此連接方式，列印機在列印時需經由機械定位而使三維列印機之組件的機械加工和裝配的精度來決定列印的精度。三維列印機之組件的機械加工和裝配的精度會隨著三維列印機經長時間或多次使用而逐漸降低，如此一來將發生因列印機之列印精度降低，而導致列印產品的成品率降低、列印成本上升及列印質量下降等問題。

本發明之一技術態樣係關於一種列印噴頭以及使用該列印噴頭之立體成型設備和列印方法。經由噴嘴高度調整裝置可調節列印噴頭之噴嘴與列印平面之間的距離，而補償列印噴頭之噴嘴與列印平面之間小範圍內的機械誤差，藉此提高列印的精度。

根據本發明一或多個實施方式，一種列印噴頭包含噴頭傳動裝置、列印噴嘴以及噴嘴高度調整裝置。噴嘴高度調整裝置設置於列印噴嘴與噴頭傳動裝置之間，用以調整列印噴嘴與列印平面之間的距離。

在本發明一或多個實施方式中，上述之噴嘴高度調整裝置包含彈簧和彈簧容置腔體。彈簧容置於彈簧容置腔體內，且彈簧的一端固定於彈簧容置腔體內，彈簧的另一端固定於噴頭傳動裝置上，透過彈簧的回彈力控制列印噴嘴與列印平面之間的距離。

在本發明一或多個實施方式中，上述之噴嘴高度調整裝置可為壓力調節裝置。

在本發明部分的實施方式中，上述之壓力調節裝置包含氣囊、輸氣管以及氣壓調節機構。氣囊設置於列印噴嘴與噴頭傳動裝置之間。氣壓調節機構透過輸氣管連接於氣囊，用以調節氣囊中的氣壓，從而控制列印噴嘴與列印平面之間的距離。

在本發明部分的實施方式中，上述之壓力調節裝置包含液壓缸、輸液管以及液壓泵。液壓缸設置於列印噴嘴與 噴頭傳動裝置之間。液壓泵透過輸液管連接於液壓缸，用以調節液壓缸的伸縮，從而控制列印噴嘴與列印平面間的距離。

在本發明一或多個實施方式中，上述之列印噴嘴可螺設於噴嘴高度調整裝置上。

在本發明一或多個實施方式中，一種立體成型設備，包含機架、列印平面，還包含如上所述之列印噴頭的實施方式之至少一者。其中，列印噴頭的噴頭傳動裝置安裝於機架上且經驅動而使列印噴頭平行於列印平台移動，且列印噴頭的噴嘴高度調整裝置經致能而調整該列印噴頭的列印噴嘴與列印平面之間的距離。

在本發明一或多個實施方式中，一種列印方法包含利用噴嘴高度調整裝置將列印噴嘴與列印平面之間的距離調整到最佳列印高度以進行列印過程。在列印過程中，使列印材料在列印輸料管中從噴頭傳動裝置經過噴嘴高度調整裝置到達列印噴嘴的進料端，列印材料從列印噴嘴的進料端進入列印噴嘴後，自列印噴嘴的出料端輸出並塗佈於列印平面。

在本發明一或多個實施方式中，上述之列印方法更包含在列印過程中，當列印噴嘴的出料端與列印平面之間的距離超過最佳列印距離時，噴嘴高度調整裝置對列印噴嘴施加向下的作用力，使得列印噴嘴與列印平面的距離重新回到最佳列印距離。

在本發明一或多個實施方式中，上述之列印方法更包含在列印過程中，當列印噴嘴的出料端與列印平面之間的距離未滿最佳列印距離時，噴嘴高度調整裝置對列印噴嘴施加 向上的作用力，使得列印噴嘴與列印平面的距離重新回到最佳列印距離。

從上述方案可以看出，本發明的列印噴頭以及使用該列印噴頭的立體成型設備和列印方法，藉由安裝於列印噴嘴與噴頭傳動裝置之間的噴嘴高度調整裝置，實現了在列印過程中對列印噴嘴與列印平面之間距離的調整，保證了列印噴嘴和列印平面之間小範圍內的機械誤差的補償，提高了列印的精度。

1‧‧‧列印噴嘴

2‧‧‧噴嘴高度調整裝置

3‧‧‧噴頭傳動裝置

4‧‧‧列印平面

5‧‧‧列印材料

6‧‧‧列印輸料管

7‧‧‧氣囊

7’‧‧‧液壓缸

8‧‧‧輸氣管

8’‧‧‧輸液管

9‧‧‧氣壓調節機構

9’‧‧‧液壓泵

11‧‧‧出料端

12‧‧‧進料端

13‧‧‧外螺紋

21‧‧‧內螺紋

22‧‧‧彈簧

23‧‧‧彈簧容置腔體

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖為本發明提供的列印噴頭示意圖。

第2圖為本發明的列印噴頭第一實施例的立體示意圖。

第3圖為本發明的列印噴頭第一實施例的截面示意圖。

第4圖為本發明的列印噴頭第二實施例示意圖。

第5圖為本發明的列印噴頭第三實施例示意圖。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必 要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

如第1圖所示，本發明的列印噴頭可包含列印噴嘴1、噴嘴高度調整裝置2和噴頭傳動裝置3。其中，噴嘴高度調整裝置2設置於列印噴嘴1與噴頭傳動裝置3之間，用以調整列印噴嘴1與列印平台4之間的距離。列印噴頭還包含列印輸料管6，列印輸料管6與列印噴嘴1的進料端12連通，並從噴嘴高度調整裝置2中延伸進入噴頭傳動裝置3，以將列印材料5輸送到列印噴嘴1。列印噴嘴1的出料端11靠近列印平台4。

在列印時，噴頭傳動裝置3經驅動而使噴嘴高度調整裝置2平行於列印平台4移動，進而帶動列印噴嘴1平行於列印平台4移動(即，可藉由驅動噴頭傳動裝置而使列印噴頭平行於列印平面移動)。同時，列印材料5從列印噴嘴1的出料端11噴出並塗佈於列印平台4，進而完成列印。

本發明中，透過噴嘴高度調整裝置2調整列印噴嘴1與列印平台4之間的距離。進而在長時間使用時能夠實現對列印噴頭1與列印平台4之間的距離調整，實現了對列印噴嘴和列印平面之間小範圍內的機械誤差的補償，提高了列印的精度。

可替代的，本發明的列印噴頭可包含列印噴嘴及噴嘴高度調整裝置，列印噴頭可經其噴嘴高度調整裝置與具有驅動裝置的機構連接，經由外接驅動裝置的方式來帶動列印噴頭。例如，具有驅動裝置及可卸式列印噴頭的列印機，該可卸式列印噴頭與該驅動裝置連接，可將該可卸式列印噴頭取下置 換為如本發明所述之具有列印噴嘴及噴嘴高度調整裝置的列印噴頭，則此列印機即可具有可調整與列印平面之距離的功能。

第2圖、第3圖為本發明的列印噴頭的第一實施例結構示意圖。其中，列印噴嘴1可螺設於噴嘴高度調整裝置2上。更具體地來說，列印噴嘴1可具有與噴嘴高度調整裝置2相連接的外螺紋13；噴嘴高度調整裝置2可具有與列印噴嘴1的外螺紋13相搭配的內螺紋21；因此，列印噴嘴1可鎖入噴嘴高度調整裝置2。噴嘴高度調整裝置2包含彈簧22和彈簧容置腔體23，噴嘴高度調整裝置2經由彈簧22安裝於噴頭傳動裝置3(第2圖、第3圖未示出)。更具體地來說，如第3圖所示，噴嘴高度調整裝置2靠近噴頭傳動裝置3(第2圖、第3圖未示出)的一側，彈簧22設置於彈簧容置腔體23內，且彈簧22的一端固定於彈簧容置腔體23內，彈簧22的另一端固定於噴頭傳動裝置3(第2圖、第3圖未示出)。彈簧22的另一端與噴頭傳動裝置3之間的連接可採用鉚釘，或者可採用彈簧22與噴嘴高度調整裝置2的相同連接方式，例如在噴頭傳動裝置3與彈簧22的連接處設有另一彈簧容置腔體，彈簧22的另一端固定於另一彈簧容置腔體內。

第一實施例中，透過彈簧22的回彈力控制列印過程中的列印噴嘴1與列印平台4之間的距離，進而實現對列印噴嘴和列印平面之間小範圍內的機械誤差的補償。

本發明實施例中，噴嘴高度調整裝置2還可以為壓力調節裝置，具體說明如下。

第4圖所示為本發明的列印噴頭的第二實施例結構示意圖。第二實施例中，作為噴嘴高度調整裝置的壓力調節裝置包含氣囊7、輸氣管8以及氣壓調節機構9。其中，氣囊7設置於列印噴嘴1與噴頭傳動裝置3之間；氣壓調節機構9經由輸氣管8連接於氣囊7，用以調節氣囊7中的氣壓，從而控制列印噴嘴1與列印平台4之間的距離。

第二實施例中，在初始使用時，氣壓調節機構9經由輸氣管8給予氣囊7一預設初始壓力，進而控制列印噴嘴1與列印平台4之間的距離在最佳距離，在使用過程中，當列印噴嘴1與列印平台4之間的距離不在最佳距離而影響列印質量時，氣壓調節機構9經由輸氣管8調節氣囊7的壓力，進而控制列印噴嘴1與列印平台4之間的距離再次保持在最佳距離，進而實現補償列印噴嘴和列印平面之間小範圍內的機械誤差，以提高列印的精度。

第5圖所示為本發明的列印噴頭的第三實施例結構示意圖。第三實施例中，作為噴嘴高度調整裝置的壓力調節裝置包含液壓缸7’、輸液管8’和液壓泵9’。其中，液壓缸7’設置於列印噴嘴1與噴頭傳動裝置3之間；液壓泵9’經由輸液管8’連接於液壓缸7’，用以調節液壓缸7’的伸縮，從而控制列印噴嘴1與列印平台4之間的距離。

第三實施例中，在初始使用時，液壓泵9’經由輸液管8’注入定量液體(例如油)予液壓缸7’中，進而推動液壓缸7’中的活塞運動而控制列印噴嘴1與列印平台4之間的距離在最佳距離，在使用過程中，當列印噴嘴1與列印平台4之間的 距離不在最佳距離而影響列印質量時，液壓泵9’經由輸液管8’調節液壓缸7’中的液體供應，進而推動或者拉動液壓缸7’中的活塞的運動以控制列印噴嘴1與列印平台4之間的距離再次保持在最佳距離，進而實現補償列印噴嘴1和列印平面之間小範圍內的機械誤差，以提高列印的精度。

第三實施例中，液壓泵9’以及液壓缸7’可參考已有的液壓系統的設計，例如挖掘機等機械類的液壓系統，將其小型化和結構簡化以設計出第三實施例中的液壓泵以及液壓缸。

本發明實施例還提供了一種立體成型設備，包含機架、列印平面，還包含如上所述之列印噴頭的各實施例之至少一者。其中，列印噴頭的噴頭傳動裝置安裝於機架上且經驅動而使列印噴頭平行於列印平台移動，且列印噴頭的噴嘴高度調整裝置經致能而調整該列印噴頭的列印噴嘴與列印平面之間的距離。

應理解的是，噴頭傳動裝置可以同噴嘴高度調整裝置及列印噴嘴為一組列印噴頭，而整組列印噴頭再經由其噴頭傳動裝置安裝於機架上；可替代的，噴頭傳動裝置也可以是機架的一部分，而噴嘴高度調整裝置及列印噴嘴為一組列印噴頭，整組列印噴頭經由其噴嘴高度調整裝置安裝至該機架上的噴頭傳動裝置。

本發明實施例同時還提供了一種列印方法，採用如上述之列印噴頭的各實施例之至少一者。該方法包含利用噴嘴高度調整裝置將列印噴嘴與列印平面之間的距離調整到最 佳列印距離，以進行列印，在進行列印過程中，列印材料在列印輸料管中從噴頭傳動裝置經過噴嘴高度調整裝置到達列印噴嘴的進料端，並從列印噴嘴的進料端進入列印噴嘴，進而從列印噴嘴的出料端輸出並塗佈於列印平面。

本發明的方法中還包含在進行列印過程中，當列印噴嘴的出料端與列印平面之間的距離超過最佳列印距離時，噴嘴高度調整裝置對述列印噴嘴施加向下的作用力，使得列印噴嘴與列印平面的距離重新回到最佳列印距離。

本發明的方法中還包含在進行列印過程中，當列印噴嘴的出料端與列印平面之間的距離未滿最佳列印距離時，噴嘴高度調整裝置對列印噴嘴施加向上的作用力，使得列印噴嘴與列印平面的距離重新回到最佳列印距離。

本發明的列印噴頭以及使用該列印噴頭的立體成型設備和列印方法，通過安裝於列印噴嘴與噴頭傳動裝置之間的噴嘴高度調整裝置，實現了在列印過程中對列印噴嘴與列印平面之間距離的調整，保證了列印噴嘴和列印平面之間小範圍內的機械誤差的補償，提高了列印的精度。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧列印噴嘴

2‧‧‧噴嘴高度調整裝置

3‧‧‧噴頭傳動裝置

4‧‧‧列印平面

5‧‧‧列印材料

6‧‧‧列印輸料管

11‧‧‧出料端

12‧‧‧進料端

Claims (10)

1. 一種列印噴頭，其包含：一噴頭傳動裝置；一列印噴嘴；以及一噴嘴高度調整裝置，其設置於該列印噴嘴與該噴頭傳動裝置之間且經致能而調整該列印噴嘴與一列印平面之間的一距離。
2. 如申請專利範圍第1項所述之列印噴頭，其中該噴嘴高度調整裝置包含一彈簧和一彈簧容置腔體，其中該彈簧容置於該彈簧容置腔體內，且該彈簧的一端固定於該彈簧容置腔體內，該彈簧的另一端固定於該噴頭傳動裝置上，透過該彈簧的回彈力控制該列印噴嘴與該列印平面之間的該距離。
3. 如申請專利範圍第1項所述之列印噴頭，其中該噴嘴高度調整裝置為一壓力調節裝置。
4. 如申請專利範圍第3項所述之列印噴頭，其中該壓力調節裝置包含：一氣囊，設置於該列印噴嘴與該噴頭傳動裝置之間；一輸氣管；以及 一氣壓調節機構，經由該輸氣管連接於該氣囊而調節該氣囊中的氣壓，進一步控制該列印噴嘴與該列印平面之間的該距離。
5. 如申請專利範圍第3項所述之列印噴頭，其中該壓力調節裝置包含：一液壓缸，設置於該列印噴嘴與該噴頭傳動裝置之間；一輸液管；以及一液壓泵，經由該輸液管連接於該液壓缸而調節該液壓缸的伸縮，進一步控制該列印噴嘴與該列印平面間的該距離。
6. 如申請專利範圍第1項所述之列印噴頭，其中該列印噴嘴可螺設於該噴嘴高度調整裝置上。
7. 一種立體成型設備，包含：一機架；一列印平台；以及一如申請專利範圍第1至6項中任一項所述的列印噴頭，該列印噴頭經由該列印噴頭的一噴頭傳動裝置安裝於該機架上且該列印噴頭的該噴頭傳動裝置經驅動而使該列印噴頭平行於一列印平台移動，且該列印噴頭的一噴嘴高度調整裝置經致能而調整該列印噴頭的一列印噴嘴與一列印平面之間的一距離。
8. 一種列印方法，使用一如申請專利範圍第1至6項中任一項所述的列印噴頭，該列印方法包含：利用一噴嘴高度調整裝置將一列印噴嘴與一列印平面之間的一距離調整到一最佳列印距離，以進行列印；以及在列印過程中，使一列印材料在一列印輸料管中從一噴頭傳動裝置經過該噴嘴高度調整裝置到達該列印噴嘴的一進料端，該列印材料從該列印噴嘴的該進料端進入該列印噴嘴後，自該列印噴嘴的一出料端輸出並塗佈於該列印平面。
9. 如申請專利範圍第8項所述之列印方法，更包含：在列印過程中，當該列印噴嘴的該出料端與該列印平面之間的該距離超過該最佳列印距離時，使該噴嘴高度調整裝置對該列印噴嘴施加向下的作用力，使得該列印噴嘴與該列印平面的該距離重新回到該最佳列印距離。
10. 如申請專利範圍第8項所述之列印方法，更包含：在列印過程中，當該列印噴嘴的該出料端與該列印平面之間的該距離未滿該最佳列印距離時，使該噴嘴高度調整裝置對該列印噴嘴施加向上的作用力，使得該列印噴嘴與該列印平面的該距離重新回到該最佳列印距離。