TW201819154A - 列印頭模組 - Google Patents

Abstract

一種列印頭模組適於設置於立體列印裝置的基座上方，以列印立體物件，其包括立體列印頭、噴墨頭及烘乾模組。立體列印頭包括熔融模組及基材噴嘴，以將立體列印基材熔融並列印於基座上而形成多個疊構層。噴墨頭連接立體列印頭。噴墨頭包括墨水噴嘴，以將墨水逐層噴塗於各疊構層上。烘乾模組設置於立體列印頭與噴墨頭之間並包括風扇、出風罩及加熱模組。風扇包括朝向基座的出風側，以提供氣流。出風罩設置於出風側。加熱模組設置於風扇與出風罩之間，以加熱氣流並由出風罩吹出而烘乾各疊構層上的墨水。

Description

列印頭模組

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烘乾模組的列印頭模組。

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，最終形成立體物件。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。

以熔融沉積造型（fused deposition modeling，FDM）技術為例，其將成型材料製作成線材，並將成型材料加熱熔融後依據所需形狀／輪廓在成型平台上逐層堆疊構成立體物件。因此，在習知的彩色熔融沉積造型立體列印方法中，外觀顏色通常是待立體物件完成後方進行著色，或者使用具有顏色的成型材料製作立體物件。然而，前者的彩色顏料只附著在立體物件的外表面，其色彩呈現度與變化性略顯不足。並且，後者通常使用單一顏色的成型線材形成有色物件，其色彩呈現度與變化性較差，且其達到多色彩的方式較為困難（例如需反覆更換使用不同顏色的成型線材方能達到多彩效果），進而降低彩色立體物件的製作效率。

本發明提供一種列印頭模組，其可使立體物件具有良好的色彩呈現度與變化性。

本發明的列印頭模組適於設置於立體列印裝置的基座上方，以列印一立體物件，其包括一立體列印頭、一噴墨頭及一烘乾模組。立體列印頭包括一熔融模組及一基材噴嘴，以將一立體列印基材熔融並列印於基座上而形成多個疊構層。噴墨頭連接立體列印頭。噴墨頭包括一墨水噴嘴，以將一墨水逐層噴塗於各疊構層上而形成多個墨水層。烘乾模組設置於立體列印頭與噴墨頭之間並包括一風扇模組、一出風罩及一加熱模組。風扇模組包括朝向基座的一出風側，以提供一氣流。出風罩設置於出風側。加熱模組設置於風扇模組與出風罩之間，以加熱氣流並由出風罩吹出，以烘乾各疊構層上的各墨水層。

在本發明的一實施例中，上述的烘乾模組更包括一殼體，加熱模組設置於殼體內。風扇模組及出風罩設置於殼體的相對兩側。

在本發明的一實施例中，上述的風扇模組以出風側固定於殼體上。

在本發明的一實施例中，上述的出風罩的一罩口與墨水噴嘴之間的一最短水平距離介於35毫米（mm）至50毫米（mm）之間。

在本發明的一實施例中，上述的加熱後的氣流的溫度介於65度（℃）至70度（℃）之間。

在本發明的一實施例中，上述的列印頭模組更包括一散熱風扇及一噴嘴導風罩。散熱風扇對應立體列印頭的一進料管道設置，其中進料管道連接基材噴嘴。噴嘴導風罩對應散熱風扇設置並包括一噴嘴出風口。噴嘴出風口位於基材噴嘴與基座之間。

在本發明的一實施例中，上述的噴嘴出風口對應立體物品，以對自基材噴嘴擠出的立體列印基材進行降溫。

在本發明的一實施例中，上述的由噴嘴出風口流出的一冷卻氣流的溫度低於加熱後的氣流的溫度。

在本發明的一實施例中，上述的由噴嘴出風口流出的冷卻氣流的溫度介於30度（℃）至50度（℃）之間。

本發明的一種列印頭模組適於設置於立體列印裝置的基座上方，以列印一立體物件，其包括一立體列印頭、一噴墨頭、一風扇模組以及一烘乾模組。立體列印頭包括一熔融模組及一基材噴嘴，以將一立體列印基材熔融並列印於基座上而形成多個疊構層。噴墨頭連接立體列印頭。噴墨頭包括一墨水噴嘴，以將一墨水逐層噴塗於各疊構層上而形成多個墨水層。風扇模組對應立體列印頭的一進料管道設置，以提供一氣流，其中進料管道連接基材噴嘴。烘乾模組設置於風扇模組的一出風側並包括一出風罩。出風罩朝向基座。氣流流經進料管道而被加熱，並由出風罩吹出，以烘乾各疊構層上的各墨水層。

在本發明的一實施例中，上述的風扇模組以相對出風側的一入風側固定於進料管道。

在本發明的一實施例中，上述的出風罩的一罩口與墨水噴嘴之間的一最短水平距離大於50毫米（mm）。

基於上述，本發明的列印頭模組更包括噴墨頭及烘乾模組，以在立體列印頭列印疊構層於基座上後可透過噴墨頭噴塗墨水層於疊構層上，以對疊構層進行上色，之後，可再利用烘乾模組對噴塗的墨水層進行烘乾即可形成彩色的疊構層，而彼此堆疊的疊構層及彩色的墨水層即可堆疊出彩色的立體物件。如此，本發明的列印頭模組可無須切換不同顏色的立體列印基材即可列印出彩色的立體物件。並且，本發明利用噴墨頭噴塗墨水以對疊構層進行上色，可有效提升立體物件的色彩呈現度與變化性，因此，本發明的列印頭模組可有效提升列印品質及設計的彈性。

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。

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是依照本發明的一實施例的一種列印頭模組的示意圖。圖2是依照本發明的一實施例的一種烘乾模組的元件分解示意圖。請同時參照圖1及圖2，在本實施例中，列印頭模組100適於裝配於一立體列印裝置10上，以依據一數位立體模型列印一立體物件20。立體列印裝置10包括一列印頭模組100以及一基座200。列印頭模組100可移動地設置於基座200的上方。在本實施例中，立體列印裝置10更可包括一控制單元300，其可用以讀取前述的數位立體模型，並據此控制列印頭模組100相對基座200移動，其中，數位立體模型可為一數位立體圖像檔案，其例如由一電腦主機透過電腦輔助設計（computer-aided design, CAD）或動畫建模軟體等建構而成。

承上述，基座200具有一承載面210，用以承載列印頭模組100所列印出的疊構層22及墨水層24。列印頭模組100則設置於基座200的上方。詳細而言，在本實施例中，立體列印裝置10更可包括一立體列印基材400，其如圖1所示之連接至列印頭模組100，並適於經由列印頭模組100的進料管道而進入基材噴嘴112以受熱熔融，再經由基材噴嘴112擠出而逐層成型於基座200的承載面210上而形成多個疊構層22，如此，逐層成型的疊構層22在承載面210上彼此堆疊而形成立體物件20。具體而言，立體列印基材400可由適用於熔絲製造式（Fused Filament Fabrication, FFF）、熔化壓模式（Melted and Extrusion Modeling）等製作方法的熱熔性材料所構成。

詳細而言，本實施例的立體列印裝置10包括一基座200以及一列印頭模組100，而列印頭模組100包括一立體列印頭110、一噴墨頭120及一烘乾模組130。基座200具有一承載面210。立體列印頭110設置於基座200的承載面210的上方，且立體列印頭110包括一基材噴嘴112以及一熔融模組114，熔融模組114用以將一立體列印基材400熔融，而基材噴嘴112再將熔融的立體列印基材400列印於基座200的承載面210上而形成如圖1所示之多個疊構層22。噴墨頭120設置於承載面210的上方並連接立體列印頭110，而烘乾模組130則設置於立體列印頭110與噴墨頭120之間。具體來說，立體列印頭110、烘乾模組130及噴墨頭120可沿著平行承載面210的方向而彼此連接。

在本實施例中，噴墨頭120包括一墨水噴嘴122，以將墨水逐層噴塗於各疊構層22上而形成多個墨水層24。具體而言，噴墨頭120所噴塗的墨水可為彩色墨水。如此配置，本實施例在立體列印頭110列印一層疊構層22於基座200上後可透過噴墨頭120噴塗彩色的墨水層24於疊構層22的上表面及側表面，以對疊構層22進行上色，之後，可再利用烘乾模組130對噴塗的墨水層24進行烘乾即可形成彩色的疊構層22。如此，重覆上述步驟則可形成多個彼此堆疊的疊構層22及彩色的墨水層24堆疊出立體物件20，使立體列印頭110可無須切換不同顏色的立體列印基材400即可列印出彩色的立體物件20。

在本實施例中，烘乾模組130如圖2所示之包括一風扇模組132、一出風罩134及一加熱模組136。風扇模組132包括朝向承載面210的一出風側132a，以朝承載面210提供一氣流。出風罩134設置於出風側132a，加熱模組136則設置於風扇模組132與出風罩134之間，以加熱上述氣流並使加熱後的氣流由出風罩134吹出，因而可利用加熱後的氣流來烘乾各疊構層22上的墨水層24。在本實施例中，經過加熱模組136加熱後的氣流的溫度約介於65度（℃）至70度（℃）之間。此外，烘乾模組130更可包括一殼體138，加熱模組136則是設置於殼體138內。風扇模組132及出風罩134分別設置於殼體138的相對兩側。進一步而言，本實施例的風扇模組132是透過多個例如螺絲等固定件而以其出風側132a固定於殼體138上。

如此配置，本實施例可利用耦接列印頭模組100的控制單元300來控制列印頭模組100以立體列印頭110為中心移動，以使立體列印頭110將一疊構層22列印於承載面210上，接著再控制列印頭模組100以噴墨頭120為中心移動，以使噴墨頭120將墨水逐層噴塗於上述疊構層22上，接著，再控制列印頭模組100以烘乾模組130為中心移動，以使烘乾模組130依噴墨頭120的噴塗路徑烘乾疊構層22上的墨水層24。如此重覆上述步驟，即可依序形成彼此堆疊的疊構層22及墨水層24而形成立體物件20。

在本實施例中，出風罩134的罩口134a（也就是出風口）與噴墨頭120的墨水噴嘴122之間須維持一定的距離，以防止烘乾模組130所吹出的氣流使噴墨頭120的墨水乾涸，進而導致其墨水噴嘴122阻塞。因此，在本實施例中，出風罩134的罩口134a與噴墨頭120的墨水噴嘴122之間的最短水平距離D1約至少大於35毫米（mm）。進一步而言，如圖1所示之出風罩134的罩口134a與噴墨頭120的墨水噴嘴122之間的最短水平距離D1約介於35毫米（mm）至50毫米（mm）之間。

圖3是依照本發明的一實施例的一種列印頭模組的局部元件示意圖。圖4是依照本發明的一實施例的一種列印頭模組進行列印的情境示意圖。圖5是依照本發明的一實施例的一種列印頭模組進行烘乾的情境示意圖。請同時參照圖3至圖5，在本實施例中，列印頭模組100更可如圖4所示之包括一散熱風扇140及一噴嘴導風罩150。散熱風扇140對應立體列印頭110的一進料管道設置，其中，進料管道連接基材噴嘴112，以將立體列印基材400傳送至基材噴嘴112。噴嘴導風罩150對應散熱風扇140設置，並包括一噴嘴出風口152，其中，噴嘴出風口152位於基材噴嘴112與基座200的承載面210之間。如此，散熱風扇140可提供一冷卻氣流A1，此冷卻氣流A1經由進料管道而流至噴嘴導風罩150的噴嘴出風口152，因此，流經進料管道的冷卻氣流A1會先被加熱，再由噴嘴出風口152流出。在本實施例中，噴嘴出風口152可設置在承載面210上對應立體物件20的位置，以如圖4所示對從基材噴嘴112擠出至承載面210上的立體列印基材400（疊構層22）進行間接降溫，以減緩立體物件20冷卻固化的時間，防止立體物件20因急速降溫而產生龜裂。在本實施例中，自噴嘴出風口152流出的冷卻氣流A1的溫度約低於風扇模組132所提供且經加熱模組136加熱後的氣流A2的溫度。舉例而言，自噴嘴出風口152流出的冷卻氣流A1的溫度的溫度約介於30度（℃）至50度（℃）之間，而由風扇模組132所提供且經加熱模組136加熱後的氣流A2的溫度約介於65度（℃）至70度（℃）之間。

進一步而言，散熱風扇140所提供的冷卻氣流A1會先流經立體列印頭110的進料管道，以對進料管道進行降溫。之後，流經進料管道後溫度較高的冷卻氣流再流入噴嘴導風罩150，以於噴嘴導風罩150內進行降溫，最後，略為降溫後的冷卻氣流A1再流至噴嘴出風口152，以對從基材噴嘴112擠出的疊構層22進行降溫。換句話說，散熱風扇140最初所提供的冷卻氣流A1具有一第一溫度，而流經進料管道後的冷卻氣流A1具有一第二溫度，且第二溫度大於第一溫度，最後，由噴嘴出風口152流出的冷卻氣流A1具有一第三溫度，而第三溫度介於第一溫度以及第二溫度之間。具體來說，第一溫度約介於20℃至30℃之間，第二溫度約為100℃左右，而第三溫度則約介於30度（℃）至70度（℃）之間，進一步而言，第三溫度約可介於65度（℃）至70度（℃）之間。如此，本實施例的列印頭模組100可利用散熱風扇140提供的較低溫的冷卻氣流A1直接對進料管道220做散熱，並利用流經進料管道220而溫度較高的冷卻氣流A1對從基材噴嘴112擠出的疊構層22進行降溫，以防止所形成的立體物件20因急速冷卻而導致龜裂的情形。

圖6是依照本發明的另一實施例的一種列印頭模組的列印頭模組的示意圖。圖7是圖6的列印頭模組進行烘乾的情境示意圖。在此必須說明的是，本實施例之列印頭模組100a與圖1之列印頭模組100相似，因此，本實施例沿用前述實施例的部分內容，其中採用相似的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，本實施例不再重複贅述。請參照圖6及圖7，以下將針對本實施例之列印頭模組100a與圖1之列印頭模組100的差異做說明。

本實施例的列印頭模組100a包括一立體列印頭110、一噴墨頭120、一風扇模組以140a及一烘乾模組130a。在本實施例中，風扇模組140a對應立體列印頭110的一進料管道設置，以提供一氣流。詳細而言，風扇模組140a是以相對於風扇模組140a的出風側142的一入風側144固定於立體列印頭110的進料管道。也就是說，風扇模組140a是以抽風的方式使氣流流過進料管道以對其進行散熱，且流經進料管道的氣流會被加熱而由出風側142流出。

並且，烘乾模組130a設置於風扇模組140a的出風側142並包括一出風罩134。出風罩134朝向基座的承載面（如圖1所示的基座200的承載面210）。如此，氣流流經進料管道而被加熱，且流經進料管道的氣流被加熱而由出風側142流出，並至少部分進入烘乾模組130a並經由出風罩134吹出，以利用被加熱的氣流而烘乾位於承載面上的各疊構層22上的各墨水層24。如此配置，本實施例的列印頭模組100a可利用風扇模組140a提供的較低溫的氣流直接對進料管道做散熱，並將流經進料管道後被加熱而溫度較高的氣流導引至烘乾模組130a內並由朝向承載面的出風罩134吹出，以對位於承載面上的各疊構層22上的各墨水層24進行烘乾。簡單來說，本實施例直接使用對進料管道散熱後的回收氣流來烘乾墨水層24，因而無須額外設置加熱模組及額外的風扇，使本實施例的元件配置更為簡潔，並且，本實施例的出風罩232的一罩口與噴墨頭120的墨水噴嘴之間的一最短水平距離D1’約可大於50毫米（mm），以進一步防止烘乾模組130a所吹出的氣流使噴墨頭120的墨水乾涸，進而導致其墨水噴嘴阻塞。

綜上所述，本發明的列印頭模組更包括噴墨頭及烘乾模組，以在立體列印頭列印疊構層於基座上後可透過噴墨頭噴塗墨水層於疊構層上，以對疊構層進行上色，之後，可再利用烘乾模組對噴塗的墨水層進行烘乾即可形成彩色的疊構層。在一實施例中，烘乾模組包括風扇、出風罩及加熱模組。加熱模組設置於風扇與出風罩之間，以加熱風扇所提供的氣流並使加熱後的氣流由出風罩吹出，以烘乾各疊構層上的各墨水層，而彼此堆疊的疊構層及彩色的墨水層即可堆疊出彩色的立體物件。在另一實施例中，風扇模組可設置於立體列印頭的進料管道上以提供的較低溫的氣流直接對進料管道做散熱，並利用烘乾模組將流經進料管道後被加熱的氣流導引至朝向承載面的出風罩吹出，以對墨水層進行烘乾。如此，本發明的列印頭模組可無須切換不同顏色的立體列印基材即可列印出彩色的立體物件。並且，本發明利用噴墨頭噴塗墨水以對疊構層進行上色，可有效提升立體物件的色彩呈現度與變化性，因此，本發明的列印頭模組可有效提升列印品質及設計的彈性。

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。

10‧‧‧立體列印裝置

20‧‧‧立體物件

22‧‧‧疊構層

24‧‧‧墨水層

100、100a‧‧‧列印頭模組

110‧‧‧立體列印頭

112‧‧‧基材噴嘴

120‧‧‧噴墨頭

122‧‧‧墨水噴嘴

130‧‧‧烘乾模組

132、130a‧‧‧風扇模組

132a‧‧‧出風側

134‧‧‧出風罩

134a‧‧‧罩口

136‧‧‧加熱模組

138‧‧‧殼體

140、140a‧‧‧散熱風扇

142‧‧‧出風側

144‧‧‧入風側

150‧‧‧噴嘴導風罩

152‧‧‧噴嘴出風口

200‧‧‧基座

210‧‧‧承載面

300‧‧‧控制單元

400‧‧‧立體列印基材

A1‧‧‧冷卻氣流

A2‧‧‧氣流

D1、D1’‧‧‧最短水平距離

圖1是依照本發明的一實施例的一種列印頭模組的示意圖。 圖2是依照本發明的一實施例的一種烘乾模組的元件分解示意圖。 圖3是依照本發明的一實施例的一種列印頭模組的局部元件示意圖。 圖4是依照本發明的一實施例的一種列印頭模組進行列印的情境示意圖。 圖5是依照本發明的一實施例的一種列印頭模組進行烘乾的情境示意圖。 圖6是依照本發明的另一實施例的一種列印頭模組的列印頭模組的示意圖。 圖7是圖6的列印頭模組進行烘乾的情境示意圖。

Claims (14)

1. 一種列印頭模組，適於設置於一立體列印裝置的一基座的上方，以列印一立體物件，包括： 一立體列印頭，包括一熔融模組及一基材噴嘴，以將一立體列印基材熔融並列印於該基座上而形成多個疊構層； 一噴墨頭，連接該立體列印頭，該噴墨頭包括一墨水噴嘴，以將一墨水逐層噴塗於各該疊構層上而形成多個墨水層；以及 一烘乾模組，設置於該立體列印頭與該噴墨頭之間並包括： 一風扇模組，包括朝向該基座的一出風側，以提供一氣流； 一出風罩，設置於該出風側；以及 一加熱模組，設置於該風扇模組與該出風罩之間，以加熱該氣流並由該出風罩吹出，以烘乾各該疊構層上的各該墨水層。
2. 如申請專利範圍第1項所述的列印頭模組，其中該烘乾模組更包括一殼體，該加熱模組設置於該殼體內，該風扇模組及該出風罩設置於該殼體的相對兩側。
3. 如申請專利範圍第2項所述的列印頭模組，其中該風扇模組以該出風側固定於該殼體上。
4. 如申請專利範圍第1項所述的列印頭模組，其中該出風罩的一罩口與該墨水噴嘴之間的一最短水平距離介於35毫米（mm）至50毫米（mm）之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述的列印頭模組，其中加熱後的該氣流的溫度介於65度（℃）至70度（℃）之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述的列印頭模組，更包括： 一散熱風扇，對應該立體列印頭的一進料管道設置，其中該進料管道連接該基材噴嘴；以及 一噴嘴導風罩，對應該散熱風扇設置並包括一噴嘴出風口，該噴嘴出風口位於該基材噴嘴與該基座之間。
7. 如申請專利範圍第6項所述的列印頭模組，其中該噴嘴導風罩連接該散熱風扇的該出風側。
8. 如申請專利範圍第6項所述的列印頭模組，其中該噴嘴出風口對應該立體物件，以對自該基材噴嘴擠出的該立體列印基材進行降溫。
9. 如申請專利範圍第6項所述的列印頭模組，其中由該噴嘴出風口流出的一冷卻氣流的溫度低於加熱後的該氣流的溫度。
10. 如申請專利範圍第6項所述的列印頭模組，其中由該噴嘴出風口流出的該冷卻氣流的溫度介於30度（℃）至50度（℃）之間。
11. 一種列印頭模組，適於設置於一立體列印裝置的一基座的上方，以列印一立體物件，包括： 一立體列印頭，設置於該基座的上方並包括一熔融模組及一基材噴嘴，以將一立體列印基材熔融並列印於該基座上而形成多個疊構層； 一噴墨頭，設置於該基座的上方並連接該立體列印頭，該噴墨頭包括一墨水噴嘴，以將一墨水逐層噴塗於各該疊構層上而形成多個墨水層； 一風扇模組，對應該立體列印頭的一進料管道設置，以提供一氣流，其中該進料管道連接該基材噴嘴；以及 一烘乾模組，設置於該風扇模組的一出風側並包括一出風罩，該出風罩朝向該基座，該氣流流經該進料管道而被加熱，並由該出風罩吹出，以烘乾各該疊構層上的各該墨水層。
12. 如申請專利範圍第11項所述的列印頭模組，其中該風扇模組以相對該出風側的一入風側固定於該進料管道。
13. 如申請專利範圍第11項所述的列印頭模組，其中該出風罩的一罩口與該墨水噴嘴之間的一最短水平距離大於50毫米（mm）。
14. 如申請專利範圍第11項所述的列印頭模組，其中加熱後的該氣流的溫度介於65度（℃）至70度（℃）之間。