TW201639690A - 三維表面列印系統 - Google Patents

Abstract

本發明係一種三維表面列印系統，包括微處理器、噴頭移動組件、噴頭指向組件、噴頭列印組件及物件定位組件，且噴頭列印組件含多個噴嘴，具特定顏色的染料或塗料。微處理器控制噴頭移動組件、噴頭指向組件、物件定位組件及噴頭列印組件，其中噴頭移動組件移動噴頭列印組件至承載物件上的所需位置，噴頭指向組件調整噴嘴之噴出方向，而物件定位組件可移動、轉動承載物件至適當位置、角度。因此，本發明的三維表面列印系統可將適當的染料或塗料噴出到積層製造組件所噴出的堆疊材料上，形成不同的顏色而達到三維表面列印的上色功能。

Description

三維表面列印系統

本發明係有關於一種三維表面列印系統，尤其是利用微處理器、噴頭移動組件、噴頭指向組件、噴頭列印組件及物件定位組件，以達到在堆疊材料上形成不同顏色的三維表面列印上色功能。

許多工業領域在進行產品的量產之前，都必須先需要製作實體模型，可為縮小尺寸或相同尺寸，用以進行包含外觀形狀樣式的評估、零組件的實體配置組裝或其他相關驗證，比如電子產品的機殼、汽車的風洞測試。

傳統上，是先製作模具，在利用適當的填充料，比如塑膠，進行灌注以填滿模具，再經脫模後可獲得所需的實體模型，而如果對部分的外觀、形狀、尺寸大小、孔洞或開槽位置不滿意時，可藉修改模具而達成。不過模具的製作相當費時有費力，而且價格昂貴，再者，模具的修改是利用切削方式而達成，工序相當複雜且受限，很難隨意修改，常常達不到實際的要求。

近年來，隨著積層製造技術的快速發展與成熟，積層製造機已可製作出任意複雜形狀或具細微結構之原型實體，能完全擺脫一般傳統切削加工之限制，並克服加工製造模型很容易失真的缺陷。因此，積層製造技術已經實際運用到各種產業上，無論是航空業、車業等等，皆有利用積層製造機製作實體模型或零件的實例。

通常，積層製造機的主要原理是利用分層堆疊之概念，亦即，當一個三維(3 dimensional，3D)的物體沿著某一方向切割時，會形成一片一片的薄片，可將每個薄視為二維(two dimensional，2D)的物體，而將所有薄片依序堆疊後，就可以產生一個3D的實體模型，其中依序堆疊即是一 般所謂的3D列印。

目前的積層製造機在列印單一顏色的實體模型上已相當成熟，不過實務上很需要具有多顏色立體模型列印功能的積層製造機，但是實際上在積層製造之實體上能展現的顏色還是不夠多，其原因在於列印實體模型時是將堆疊材料一層一層堆疊起來，所以堆疊材料本身的顏色已決定實體模型之顏色，而雖然可加入不同顏色的堆疊材料而使實體模型表現出不同的顏色，但需要在堆疊模型時更換不同顏色的堆疊材料，且能夠用在積層製造機上的材質本就不多，而要在同一積層製造機上配置各種不同顏色的堆疊材料，不但增加成本，也徒增更換材料所需的機制與時間。即便能多種顏色的堆疊材料，也因可用的顏色不多，使得積層製造在顏色的表現上還是顯得單調。此外，配製多種不同顏色的堆疊材料時，會使整體系統體積過大，而較少使用到的顏色材料也會因為保存上的問題而浪費。

因此，需要一種新式的三維表面列印系統，主要是在習用積層製造機上額外加入噴墨噴頭，可在堆疊材料上噴塗各種不同顏色的染料或顏料以實現上色印刷功能，相當於印表機的噴頭，藉以解決上述習用技術的問題。

本發明之主要目的在於提供一種三維表面列印系統，主要包括微處理器、噴頭移動組件、噴頭指向組件、噴頭列印組件以及物件定位組件，係用以結合積層製造組件而構成具有上色及三維列印功能的積層製造機。

微處理器送出控制指令，以控制噴頭移動組件、噴頭指向組件、物件定位組件及噴頭列印組件，其中噴頭移動組件可將噴頭列印組件移到至承載物件上的所需空間位置，並由噴頭指向組件調整噴頭列印組件，，而物件定位組件可移動、轉動承載物件至適當位置、角度。

具體而言，噴頭列印組件可包含多個噴墨噴頭，每個噴墨噴頭包含噴嘴及顏料匣，且每個噴嘴是連結至相對應的顏料匣，其中顏料匣容置具特定顏色的染料或塗料，並由微處理器控制噴嘴的噴出方向而噴出染料或塗料。

尤其，本發明的噴頭移動組件可配合積層製造組件而適當移動噴頭列印組件，同時由噴頭指向組件調整噴嘴的噴出方向，因此，當積層製造組件噴出堆疊材料時，本發明噴頭列印組件的噴嘴可將染料或塗料噴出到堆疊材料上，使得堆疊材料的表面具有顏色而達到上色目的。

再者，本發明的微處理器可控制每個噴墨噴頭的染料或塗料的噴出量，藉以形成不同顏色，比如噴頭列印組件可包含洋紅色噴墨噴頭、黃色噴墨噴頭及青色噴墨噴頭，分別噴出洋紅色、黃色及青色的染料或塗料，並混合不同相對比例的洋紅色、黃色及青色，即可調配出不同色階的顏色，比如最基本的256色階或甚至百萬色階以上的顏色。

本發明可進一步包含3D掃描組件，用以對安置在承載物件上的目標物件，配合物件定位組件轉動承載物件而使目標物件轉動，以進行3D掃描而產生目標物件的3D掃描資訊，其中3D掃描資訊包含上述的所需空間位置，可提供本發明的微處理器以控制噴頭移動組件、噴頭指向組件、噴頭列印組件以及物件定位組件，而使噴頭列印組件的每個噴墨噴頭對目標物件噴出染料或顏料，以實現上色功能。亦即，本發明的3D掃描組件可進一步提供對已成型的完整物件進行後製的上色。

由於本發明的噴墨噴頭是類似於一般印表機的噴墨噴頭，可以在堆疊材料上噴上各種不同的顏色，所以只需要配置一種易於上色之堆疊材質，即可對積層製造機所堆疊出來之實體模型加入各種顏色，而不需使用不同顏色的堆疊材料。此外，印表機墨水之價格遠比各種不同顏色之堆疊材料便宜，因而相當符合低成本且能達到較佳上色效果的功效。

整體而言，本發明可在積層製造機一層一層堆疊車堆疊材料時，同時利用噴墨噴頭對每層的堆疊材料噴上顏色，或者，可先不對每一層的堆疊材料噴上顏色，而是當實體模型完成後才進行上色，使得使用上更具彈性，可符合不同的實際應用，增加利用性。

10‧‧‧微處理器

20‧‧‧噴頭移動組件

30‧‧‧噴頭指向組件

40‧‧‧噴頭列印組件

41‧‧‧噴墨噴頭

42‧‧‧噴嘴

43‧‧‧顏料匣

50‧‧‧物件定位組件

60‧‧‧三維(3D)掃描組件

C‧‧‧染料或塗料

S‧‧‧承載物件

T‧‧‧堆疊材料

第一圖顯示依據本發明實施例三維表面列印系統的示意圖。

以下配合圖式及元件符號對本發明之實施方式做更詳細的 說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。

參閱第一圖，本發明實施例三維表面列印系統的示意圖。如第一圖所示，本發明實施例的三維表面列印系統主要是包括微處理器10、噴頭移動組件20、噴頭指向組件30、噴頭列印組件40以及物件定位組件50，可結合積層製造組件(圖中未顯示)而實現上色及三維列印功能。

微處理器10送出控制指令以控制噴頭移動組件20、噴頭指向組件30、噴頭列印組件40以及物件定位組件50，其中物件定位組件50可移動、轉動承載物件S至適當位置、角度，而噴頭移動組件20可驅動噴頭列印組件40而移到至承載物件S上的所需空間位置，並由噴頭指向組件30調整噴頭列印組件40。噴頭列印組件40可包含多個噴墨噴頭41，每個噴墨噴頭41包含噴嘴42及顏料匣43，且每個噴嘴42是連結至相對應的顏料匣43，其中顏料匣43容置具特定顏色的染料或塗料，並由微處理器10控制噴嘴42的噴出方向而噴出染料或塗料。

上述的承載物件S可為旋轉盤。

具體而言，本發明的微處理器10可控制每個噴墨噴頭41的染料或塗料的噴出量，藉以形成不同顏色，比如噴頭列印組件40可包含洋紅色噴墨噴頭、黃色噴墨噴頭及青色噴墨噴頭，用以分別噴出洋紅色、黃色及青色的染料或塗料，並藉混合不同相對比例的洋紅色、黃色及青色，即可調配出不同色階的顏色，比如最基本的256色階或甚至百萬色階以上的顏色。

上述噴頭移動組件20還可配合積層製造組件而適當移動噴頭列印組件40，同時由噴頭指向組件30調整噴嘴42的噴出方向，因此，當積層製造組件噴出堆疊材料T時，本發明噴頭列印組件40的噴嘴42可將顏料匣43中所容置的染料或塗料噴出到堆疊材料T上，使得堆疊材料T的表面具有顏色而達到上色的目的，亦即，當完成由堆疊材料T所構的實體模型時，實體模型也已具有所需的顏色。

本發明還可進一步包含三維(3D)掃描組件60，可針對安置在承載物件S上的目標物件或已成型的堆疊疊材料T之實體模型，配合物件定位組件50轉動承載物件S而使目標物件轉動，藉以進行三維(3D)掃描， 產生目標物件的3D掃描資訊，其中3D掃描資訊包含所需空間位置的資訊，並可提供本發明的微處理器10以控制噴頭移動組件20、噴頭指向組件30、噴頭列印組件40以及物件定位組件50，進而使得噴頭列印組件40的每個噴墨噴頭41對目標物件噴出染料或顏料，以實現上色功能。亦即，本發明的3D掃描組件60可進一步提供對已成型的完整物件，亦即實體模型，進行後製的上色。

整體而言，由於本發明的噴墨噴頭41可使用類似於一般印表機的噴墨噴頭，而顏料匣43所容置的染料或顏料可為類似於噴墨印表機的墨水，可以在堆疊材料T上噴上各種不同的顏色，所以實際應用上只需要配置一種易於上色之堆疊材料T，即可對積層製造機所堆疊出來之實體模型加入各種顏色，而不需使用不同顏色的堆疊材料T。此外，噴墨印表機的墨水具有遠低於不同顏色之堆疊材料T的價格，所以整體操作成本及材料成本相當符合低成本且能達到較佳上色的效果。

綜上所述，本發明的特點在於可在積層製造機一層一層堆疊車堆疊材料時，同時利用噴墨噴頭對每層的堆疊材料噴上顏色，或者，可先不對每一層的堆疊材料噴上顏色，而是當實體模型完成後，利用3D掃描組件以獲得實體模型的3D掃描資訊，供後續進行上色用，因而在使用上更具有彈性，能符合不同的實際應用，增加產業利用性。

以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。

10‧‧‧微處理器

20‧‧‧噴頭移動組件

30‧‧‧噴頭指向組件

40‧‧‧噴頭列印組件

41‧‧‧噴墨噴頭

42‧‧‧噴嘴

43‧‧‧顏料匣

50‧‧‧物件定位組件

60‧‧‧三維(3D)掃描組件

C‧‧‧染料(或塗料)

S‧‧‧承載物件

T‧‧‧堆疊材料

Claims (9)

1. 一種三維表面列印系統，包括：一微處理器，送出一控制指令；一噴頭移動組件，係由該微處理器經該控制指令而控制；一噴頭指向組件，係由該微處理器經該控制指令而控制；一噴頭列印組件，係由該微處理器經該控制指令而控制，並可藉該噴頭移動組件的驅動而移到至一承載物件上的所需空間位置，且由該噴頭指向組件調整；以及一物件定位組件，係由該微處理器經該控制指令而控制，並可移動、轉動一承載物件至適當的位置、角度，其中該噴頭列印組件包含多個噴墨噴頭，每個噴墨噴頭包含一噴嘴及一顏料匣，且每個噴嘴是連結至相對應的顏料匣，而該顏料匣是容置具特定顏色的染料或塗料，並由該噴頭指向組件調整每個噴嘴的噴出方向而噴出該染料或該塗料。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之三維表面列印系統，其中該承載物件為一旋轉盤。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之三維表面列印系統，其中該噴頭列印組件至少包含一洋紅色噴墨噴頭、一黃色噴墨噴頭及一青色噴墨噴頭，用以分別噴出洋紅色、黃色及青色的染料或塗料。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之三維表面列印系統，其中該噴墨噴頭為一噴墨印表機的噴墨噴頭，而該顏料匣所容置的該染料或該顏料為該噴墨 印表機的墨水。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之三維表面列印系統，進一步包含一三維(3D)掃描組件，該3D掃描組件係針對安置在該承載物件上的一目標物件或一實體模型，配合該物件定位組件轉動該承載物件而使該目標物件或該實體模型轉動，藉以進行三維(3D)掃描而產生目標物件的3D掃描資訊，其中該3D掃描資訊包含該所需空間位置的資訊，並提供該微處理器以控制該噴頭移動組件、該噴頭指向組件、該噴頭列印組件以及該物件定位組件而使得該噴頭列印組件的每個噴墨噴頭對該目標物件或該實體模型噴出該染料或該顏料以實現上色功能。
6. 一種三維表面列印系統，係用以結合一積層製造組件而實現上色及三維列印功能，包括：一微處理器，送出一控制指令；一噴頭移動組件，係由該微處理器經該控制指令而控制；一噴頭指向組件，係由該微處理器經該控制指令而控制；一噴頭列印組件，係由該微處理器經該控制指令而控制，並可藉該噴頭移動組件的驅動而移到至一承載物件上的所需空間位置，且由該噴頭指向組件調整；以及一物件定位組件，係由該微處理器經該控制指令而控制，並可移動、轉動一承載物件至適當的位置、角度，其中該噴頭列印組件包含多個噴墨噴頭，每個噴墨噴頭包含一噴嘴及一顏料匣，且每個噴嘴是連結至相對應的顏料匣，而該顏料匣是容置具特定顏 色的染料或塗料，該頭移動組件配合該積層製造組件而適當移動該噴頭列印組件，並由該噴頭指向組件調整每個噴嘴的噴出方向，使得該積層製造組件在噴出一堆疊材料時，該噴頭列印組件的每個噴嘴能將該顏料匣中所容置的該染料或該塗料噴出到該堆疊材料上，而使該堆疊材料的表面具有顏色以達到上色目的。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之三維表面列印系統，其中該承載物件為一旋轉盤。
8. 依據申請專利範圍第6項所述之三維表面列印系統，其中該噴頭列印組件至少包含一洋紅色噴墨噴頭、一黃色噴墨噴頭及一青色噴墨噴頭，用以分別噴出洋紅色、黃色及青色的染料或塗料。
9. 依據申請專利範圍第6項所述之三維表面列印系統，其中該噴墨噴頭為一噴墨印表機的噴墨噴頭，而該顏料匣所容置的該染料或該顏料為該噴墨印表機的墨水。