TW202136022A - 輔助供料裝置、具有輔助供料裝置的3d列印設備及其漿料供料方法 - Google Patents

Abstract

一種輔助供料裝置及具有輔助供料裝置的3D列印設備，3D列印設備包括3D列印機、壓出供料機及輔助供料裝置。壓出供料機用於供應漿料；輔助供料裝置包含步進馬達及具有轉子、定子的泵送結構，彼此螺旋相對的轉子和定子共同形成容料空間，定子連接壓出供料機和3D列印機；步進馬達設置於泵送結構並驅動轉子旋轉，以將漿料吸入容料空間內並對3D列印機吐出容料空間內的漿料。藉此，可達成減輕壓出供料機的負荷的效果以及精確供料的效果。

Description

輔助供料裝置、具有輔助供料裝置的3D列印設備及其漿料供料方法

本發明與3D列印的供料有關，特別是指一種輔助供料裝置、具有輔助供料裝置的3D列印設備及其漿料供料方法。

關於用來提供3D列印的材料有許多種，有如泥漿般的漿料即為其中之一。

為了將漿料供應給3D列印機使用，現有係使用壓出供料機進行供料，然而此種壓出供料機係採用在缸體內設置活塞的結構，且係以活塞將儲存在缸體內的漿料自缸體內壓出，從而導致以下缺失：一、需要較大的推壓壓力，因此用來驅動活塞的驅動器存在較重的負荷，導致常有故障情形發生；以及二、無法精確壓出所需要的漿料的量，若非多一些，就是少一些，不適用於必須精確控制供料量的3D列印。

本發明的目的在於提供一種輔助供料裝置、具有輔助供料裝置的3D列印設備及其漿料供料方法，主要在藉由輔助供料裝置來減輕壓出供料機的負荷，並能將漿料精確供料給3D列印機。

為了達成上述目的，本發明係提供一種輔助供料裝置，用於3D列印機與儲存有漿料的壓出供料機之間，該輔助供料裝置包括：一泵送結構，包含一轉子和一定子，該轉子為一螺旋桿且可轉動地穿插於該定子之內，該定子的內壁形狀與該轉子的形狀相對應且開設有一入料孔和一出料孔，該定子與該轉子之間共同形成有一容料空間，該入料孔和該出料孔連通於該容料空間且分別連接所述壓出供料機和所述3D列印機；以及一步進馬達，設置於該泵送結構並驅動該轉子相對於該定子旋轉而將漿料吸入該容料空間內並對所述3D列印機吐出已吸入該容料空間內的漿料。

本發明還提供一種具有輔助供料裝置的3D列印設備，包括：一3D列印機；一壓出供料機，具有用於儲存漿料的一儲料空間和連通於該儲料空間的一壓出供料孔；以及一輔助供料裝置。該輔助供料裝置包含：一泵送結構，包含一轉子和一定子，該轉子為一螺旋桿且可轉動地穿插於該定子之內，該定子的內壁形狀與該轉子的形狀相對應且開設有一入料孔和一出料孔，該定子與該轉子之間共同形成有一容料空間，該入料孔和該出料孔連通於該容料空間且分別連接該壓出供料孔和該3D列印機；及，一步進馬達，設置於該泵送結構並驅動該轉子相對於該定子旋轉而將該漿料吸入該容料空間內並對該3D列印機吐出已吸入該容料空間內的該漿料。

本發明另提供一種3D列印的漿料供料方法，包括以下步驟：

一提供步驟，提供一3D列印機、一壓出供料機和一輔助供料裝置，該輔助供料裝置連接於該3D列印機與該壓出供料機之間，該輔助供料裝置包含：一泵送結構，包含一轉子和一定子，該轉子為一螺旋桿且可轉動地穿插於該定子之內，該定子的內壁形狀與該轉子的形狀相對應且開設有一入料孔和一出料孔，該定子與該轉子之間共同形成有一容料空間，該入料孔和該出料孔連通於該容料空間且分別連接該壓出供料機和該3D列印機；和，一步進馬達，設置於該泵送結構並驅動該轉子相對於該定子旋轉；以及

一運作步驟，該壓出供料機將所儲存的漿料經由該入料孔供應至該定子內，該輔助供料裝置經由該步進馬達驅動該轉子相對於該定子旋轉而吸入所述漿料至該容料空間內，並從該出料孔對該3D列印機吐出該容料空間內的所述漿料。

相較於先前技術，本發明具有以下功效：能減輕壓出供料機在壓出時的負荷的效果，以及能精確吐出所需漿料量的精確供料效果，且即使停止驅動轉子旋轉也不會發生漿料逆流現象。

有關本發明的詳細說明和技術內容，配合圖式說明如下，然而所附圖式僅提供參考與說明用，非用以限制本發明。

本發明提供一種輔助供料裝置、具有輔助供料裝置的3D列印設備及其漿料供料方法，用於將如泥漿般的漿料供料給3D列印機進行3D列印。如圖1所示為本發明具有輔助供料裝置的3D列印設備的結構示意圖，如圖2至圖8所示為本發明輔助供料裝置的剖視示意圖，如圖9所示則為本發明3D列印的漿料供料方法的流程圖。

如圖1所示，本發明具有輔助供料裝置的3D列印設備包括：一輔助供料裝置100、一3D列印機800以及一壓出供料機900。3D列印機800於本發明並未限制。壓出供料機900具有一儲料空間911和連通於儲料空間911的一壓出供料孔912，儲料空間911用於儲存漿料S。所述漿料S可為陶瓷泥漿，但不以此為限。

如圖1所示，壓出供料機900可為各式能經由推壓而將所儲存漿料S輸出而供料的供料機，於本實施例中則以本段後述為例進行說明：壓出供料機900包含一缸體91、一活塞92和一驅動器93，活塞92係可活動地伸入於缸體91內，儲料空間911形成於缸體91與活塞92之間，驅動器93則設置於缸體91且驅動活塞92相對於缸體91移動。壓出供料機900經由活塞92相對缸體91移動，以將儲存於儲料空間911內的漿料S經由活塞92的推壓而從壓出供料孔912輸出供料。

如圖1至圖3所示，輔助供料裝置100包含：一泵送結構1以及一步進馬達2，較佳還包含一輸料管4。

泵送結構1包含一轉子11以及一定子12，較佳還包含一撓性結構13。轉子11為一螺旋桿且可轉動地穿插於定子12之內。定子12的內壁形狀與轉子11的形狀相對應，換言之，定子12的內壁形狀係為對應螺旋狀，使定子12之內形成一螺旋通道(未標示元件符號)，且泵送結構1(例如定子12)還開設有一入料孔121和一出料孔122。定子12的內壁與轉子11的外壁之間共同形成有一容料空間14，入料孔121和出料孔122皆連通於容料空間14，且入料孔121連接於壓出供料機900的壓出供料孔912，出料孔122則連接於3D列印機800。

步進馬達2設置於泵送結構1，於本實施例中的步進馬達2則是設置於定子12的一端並驅動轉子11相對於定子12旋轉，具體而言則是步進馬達2的轉軸(未標示元件符號)在定子12內與轉子11的一端連接，以利用轉軸帶動轉子11在前述螺旋通道內相對於定子12旋轉。

具體而言，泵送結構1為一迴轉容積型的單軸螺旋泵送結構，且如圖3所示，轉子11在任意處的截面皆為圓形，定子12在供轉子11穿插的前述螺旋通道的任意處的截面則為長圓形，且此一圓形可滑移地適配於此一長圓形之內(即：轉子11可滑移地適配於定子12之內)，以在轉子11相對於定子12旋轉時，此一圓形將會在此一長圓形的兩端之間來回移動，也就是轉子11將會在定子12的前述螺旋通道內一邊旋轉且一邊在此一長圓形的兩端之間來回移動，此由圖4至圖8所示轉子11分別在0度旋轉至45度、90度、135度以及180度的各個剖視示意圖即可看出。再加上轉子11與定子12之間係彼此緊密接觸而形成氣密，因此當轉子11一開始旋轉將會立即產生強勁的自吸作用，進而使被吸入並充填於容料空間14內的漿料S得能順著泵送結構1的螺旋的前進方向從入料孔121連續不斷地從出料孔122吐出，所吐出的漿料S則是供料給 3D列印機1來進行3D列印。

泵送結構1較佳還可包含一撓性結構13，撓性結構13連接於步進馬達2的前述轉軸與轉子11的前述一端之間，撓性結構13於本實施例中係位於定子12內，如此一來，步進馬達2即可經由撓性結構13驅動轉子11旋轉。撓性結構13可為萬向接頭、鋼纜或鏈條，藉由撓性結構13的可撓特性，以將轉子11在旋轉時所發生的震動或晃動減至最低。又，撓性結構13之外還可進一步包覆一撓性套15(見圖2)。

此外，泵送結構1如圖2所示還可包含有一套管3，詳如本段後述。撓性結構13具體係連接於步進馬達2的前述轉軸與轉子11的前述一端之間，套管3則連接於定子12與步進馬達2之間，使撓性結構13得以收容於套管3內，前述入料孔121開設於套管3，至於出料孔122則仍開設於定子12，套管3的內壁與撓性結構13的外壁之間共同形成有連通於容料空間14的一緩衝空間31，入料孔121連通緩衝空間31，如此以使壓出供料機900能將漿料S先供料至緩衝空間31內緩衝，再利用泵送結構1的自吸作用而將緩衝空間31內的漿料S進一步吸入前述容料空間14內。其中，套管3的內壁形狀並沒有像定子12一樣具有與轉子11的形狀相對應的前述對應螺旋狀，套管3的內壁形狀可為如圖2所示的平坦壁面，但不以此為限。必須說明的是，在不具有套管3的前述實施例中，緩衝空間31則是共同形成於定子12的內壁與撓性結構13的外壁之間。

套管3對應入料孔121設有一入料連接器123，定子12對應出料孔122設有一出料連接器124，壓出供料機900的缸體91對應壓出供料孔912設有一對接連接器913；入料連接器123和對接連接器913彼此對接，使壓出供料機900所壓出的漿料S能經由彼此對接的入料連接器123和對接連接器913而對泵送結構1供料；出料連接器124則連接有一輸料管4並經由輸料管4而連接3D列印機800，使泵送結構1所吐出的漿料S能經由輸料管4而供料給3D列印機800。再者，轉子11係為連續螺旋狀且線性延伸的螺旋桿(外螺旋狀)，定子12則為對應線性延伸的一筒柱(筒柱內的前述螺旋通道則為對應內螺旋狀)。

如圖9並搭配圖1和圖2所示，本發明3D列印的漿料供料方法包括以下步驟：一提供步驟S901以及一運作步驟S903。

提供步驟S901：提供前述3D列印機800、前述壓出供料機900和前述輔助供料裝置100，輔助供料裝置100則連接於3D列印機800與壓出供料機900之間。

運作步驟S903：啟動壓出供料機900將所儲存的漿料S經由壓出供料孔912和入料孔121而供料至前述緩衝空間31內；啟動輔助供料裝置100，使步進馬達2驅動轉子11相對於定子12旋轉而吸入漿料S至容料空間14內，並從出料孔122對3D列印機800吐出已吸入容料空間14內的漿料S。3D列印機800則利用輔助供料裝置100所吐出的漿料S進行3D列印。

具體而言，則是在泵送結構1對應入料孔121設有入料連接器123以及在壓出供料機900對應壓出供料孔912設有對接連接器913，入料連接器123和對接連接器913彼此對接；並在泵送結構1對應出料孔122設有出料連接器124，出料連接器124與3D列印機800之間則連接有輸料管4。

綜上所述，本發明相較於先前技術主要具有以下功效：由於輔助供料裝置100具有強勁的自吸作用，能將來自於壓出供料機900的漿料S吸入並充填於容料空間14內，因此能減輕壓出供料機900在壓出時的負荷；再者，藉由輔助供料裝置100的特殊結構設計：可為螺旋桿的轉子11、具有對應螺旋通道的定子12以及共同形成於轉子11與定子12之間的容料空間14，使泵送結構1的兩端分別具有強勁的自吸作用以及相對的漿料S吐出作用，因此能精確吐出所需的漿料S的量，即使停止驅動轉子11旋轉也不會發生漿料S逆流現象；三者，藉由以步進馬達2驅動泵送結構1，因此具有驅動動力隨傳隨到以及說停就停的效果，因此適用於已能精確吐出所需漿料S的量的泵送結構1。

以上所述者，僅為本發明之較佳可行實施例而已，非因此即侷限本發明之專利範圍，舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之等效結構變化，均理同包含於本發明之權利範圍內，合予陳明。

100:輔助供料裝置

1:泵送結構

11:轉子

12:定子

121:入料孔

122:出料孔

123:入料連接器

124:出料連接器

13:撓性結構

14:容料空間

15:撓性套

2:步進馬達

3:套管

31:緩衝空間

4:輸料管

800:3D列印機

900:壓出供料機

91:缸體

911:儲料空間

912:壓出供料孔

913:對接連接器

92:活塞

93:驅動器

S:漿料

圖1為本發明3D列印設備的結構示意圖。

圖2為本發明中之輔助供料裝置的剖視示意圖。

圖3為本發明依據圖2之3-3剖視示意圖。

圖4為本發明中之輔助供料裝置於轉子位於0度位置時的剖視示意圖。

圖5為本發明中之輔助供料裝置於轉子旋轉45度後的剖視示意圖。

圖6為本發明中之輔助供料裝置於轉子旋轉90度後的剖視示意圖。

圖7為本發明中之輔助供料裝置於轉子旋轉135度後的剖視示意圖。

圖8為本發明中之輔助供料裝置於轉子旋轉180度後的剖視示意圖。

圖9為本發明漿料供料方法的流程圖。

100:輔助供料裝置

1:泵送結構

11:轉子

12:定子

13:撓性結構

2:步進馬達

4:輸料管

800:3D列印機

900:壓出供料機

91:缸體

911:儲料空間

912:壓出供料孔

92:活塞

93:驅動器

S:漿料

Claims (19)

1. 一種輔助供料裝置，用於3D列印機與儲存有漿料的壓出供料機之間，該輔助供料裝置包括： 一泵送結構，包含一轉子和一定子，該轉子為一螺旋桿且可轉動地穿插於該定子之內，該定子的內壁形狀與該轉子的形狀相對應且開設有一入料孔和一出料孔，該定子與該轉子之間共同形成有一容料空間，該入料孔和該出料孔連通於該容料空間且分別連接所述壓出供料機和所述3D列印機；以及 一步進馬達，設置於該泵送結構並驅動該轉子相對於該定子旋轉而將漿料吸入該容料空間內並對所述3D列印機吐出已吸入該容料空間內的漿料。
2. 如請求項1所述之輔助供料裝置，其中該轉子的任意處的截面為圓形，該定子供該轉子穿插的一通道的任意處的截面則為長圓形，該轉子相對於該定子旋轉時的該圓形係在該長圓形的兩端之間來回移動。
3. 如請求項1所述之輔助供料裝置，其中該泵送結構還包含一撓性結構，該撓性結構連接於該步進馬達與該轉子之間，該步進馬達經由該撓性結構驅動該轉子旋轉。
4. 如請求項3所述之輔助供料裝置，其中該泵送結構還包含一套管，該套管連接於該定子與該步進馬達之間且收容該撓性結構，該入料孔開設於該套管且連接所述壓出供料機，該套管與該撓性結構之間共同形成有連通該容料空間的一緩衝空間，該入料孔連通該緩衝空間，所述漿料將先進入該緩衝空間內緩衝。
5. 如請求項1所述之輔助供料裝置，其中該定子對應該入料孔和該出料孔分別設有一入料連接器和一出料連接器，該入料連接器連接於所述壓出供料機的對接連接器，該出料連接器則連接有一輸料管並經由該輸料管而連接所述3D列印機。
6. 如請求項1所述之輔助供料裝置，其中該轉子係為連續螺旋狀且線性延伸的螺旋桿，該定子則為對應線性延伸的一筒柱。
7. 一種具有輔助供料裝置的3D列印設備，包括： 一3D列印機； 一壓出供料機，具有用於儲存漿料的一儲料空間和連通於該儲料空間的一壓出供料孔；以及 一輔助供料裝置，包含： 一泵送結構，包含一轉子和一定子，該轉子為一螺旋桿且可轉動地穿插於該定子之內，該定子的內壁形狀與該轉子的形狀相對應且開設有一入料孔和一出料孔，該定子與該轉子之間共同形成有一容料空間，該入料孔和該出料孔連通於該容料空間且分別連接該壓出供料孔和該3D列印機；和 一步進馬達，設置於該泵送結構並驅動該轉子相對於該定子旋轉而將該漿料吸入該容料空間內並對該3D列印機吐出已吸入該容料空間內的該漿料。
8. 如請求項7所述之具有輔助供料裝置的3D列印設備，其中之該泵送結構中，該轉子的任意處的截面為圓形，該定子供該轉子穿插的一通道的任意處的截面則為長圓形，該轉子相對於該定子旋轉時的該圓形係在該長圓形的兩端之間來回移動。
9. 如請求項7所述之具有輔助供料裝置的3D列印設備，其中該泵送結構還包含一撓性結構，該撓性結構連接於該步進馬達與該轉子之間，該步進馬達經由該撓性結構驅動該轉子旋轉。
10. 如請求項9所述之具有輔助供料裝置的3D列印設備，其中該泵送結構還包含一套管，該套管連接於該定子與該步進馬達之間且收容該撓性結構，該入料孔開設於該套管且連接該壓出供料機，該套管與該撓性結構之間共同形成有連通該容料空間的一緩衝空間，該入料孔連通該緩衝空間，該漿料將先進入該緩衝空間內緩衝。
11. 如請求項7所述之具有輔助供料裝置的3D列印設備，其中之該泵送結構中，該定子對應該入料孔和該出料孔分別設有一入料連接器和一出料連接器，該壓出供料機對應該壓出供料孔設有一對接連接器，該入料連接器和該對接連接器彼此對接，該出料連接器則連接有一輸料管並經由該輸料管而連接該3D列印機。
12. 如請求項7所述之具有輔助供料裝置的3D列印設備，其中之該泵送結構中，該轉子係為連續螺旋狀且線性延伸的螺旋桿，該定子則為對應線性延伸的一筒柱。
13. 如請求項7所述之具有輔助供料裝置的3D列印設備，其中該壓出供料機包含一缸體、一驅動器和一活塞，該活塞可活動地伸入該缸體內，該儲料空間形成於該缸體與該活塞之間，該驅動器設置於該缸體且驅動該活塞相對於該缸體移動。
14. 一種3D列印的漿料供料方法，包括以下步驟： 一提供步驟，提供一3D列印機、一壓出供料機和一輔助供料裝置，該輔助供料裝置連接於該3D列印機與該壓出供料機之間，該輔助供料裝置包含： 一泵送結構，包含一轉子和一定子，該轉子為一螺旋桿且可轉動地穿插於該定子之內，該定子的內壁形狀與該轉子的形狀相對應且開設有一入料孔和一出料孔，該定子與該轉子之間共同形成有一容料空間，該入料孔和該出料孔連通於該容料空間且分別連接該壓出供料機和該3D列印機；和 一步進馬達，設置於該泵送結構並驅動該轉子相對於該定子旋轉；以及 一運作步驟，該壓出供料機將所儲存的漿料經由該入料孔供應至該定子內，該輔助供料裝置經由該步進馬達驅動該轉子相對於該定子旋轉而吸入所述漿料至該容料空間內，並從該出料孔對該3D列印機吐出該容料空間內的所述漿料。
15. 如請求項14所述之3D列印的漿料供料方法，其中之該泵送結構中，該轉子的任意處的截面為圓形，該定子供該轉子穿插的一通道的任意處的截面則為長圓形，該轉子相對於該定子旋轉時的該圓形係在該長圓形的兩端之間來回移動。
16. 如請求項14所述之3D列印的漿料供料方法，其中該泵送結構還包含一撓性結構，該撓性結構連接於該步進馬達與該轉子之間，該步進馬達經由該撓性結構驅動該轉子旋轉。
17. 如請求項16所述之3D列印的漿料供料方法，其中該泵送結構還包含一套管，該套管連接於該定子與該步進馬達之間且收容該撓性結構，該入料孔開設於該套管且連接該壓出供料機，該套管與該撓性結構之間共同形成有連通該容料空間的一緩衝空間，該入料孔連通該緩衝空間，所述漿料將先進入該緩衝空間內緩衝。
18. 如請求項14所述之3D列印的漿料供料方法，其中之該泵送結構中，該定子對應該入料孔和該出料孔分別設有一入料連接器和一出料連接器，該壓出供料機設有一對接連接器，該入料連接器和該對接連接器彼此對接，該出料連接器則連接有一輸料管並經由該輸料管而連接該3D列印機。
19. 如請求項14所述之3D列印的漿料供料方法，其中之該泵送結構中，該轉子係為連續螺旋狀且線性延伸的螺旋桿，該定子則為對應線性延伸的一筒柱。

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