TW202304692A - 立體列印機 - Google Patents

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Abstract

一種立體列印機，包括容置槽、成型平台、電動機、力感測器以及控制器。容置槽用以容置列印成型材料。成型平台設置於鄰近容置槽。電動機與成型平台機械連接。電動機用以驅動成型平台移動。控制器與力感測器及電動機電性連接。

Description

立體列印機
本發明是有關於一種列印裝置，且特別是有關於一種立體列印機。
在進行三維（3D）列印時，係以逐層堆疊的方式形成最後的物件。但每一層固化後必須由離型膜撕開才能進行下一片處理。當成型平台上下作動時，壓力峰值會發生在成型平台下降壓在液面，與液面初接觸時，當排膠後則壓力趨於穩定。而成型平台上升時，拉力峰值則發生在列印物件在與列印成型材料分離的瞬間。
在上述技術中，會遇到固化後的物件撕開離型膜時的離型力和成型平台移動到列印位置的排膠的問題。為了克服離型力和列印成功率，現有技術大都以放慢馬達速度和增加等待時間的方式來達成，但放慢馬達速度和增加等待時間會造成列印效率不佳。此外，除了會降低列印速度之外，當遇到不同的膠材或離型膜時，大部分的情況都需要依照材料的不同修正馬達速度和等待時間。因此，除了降低列印速度外也造成使用者不方便。另一方面，若想列印速度過快，則容易造成列印失敗，降低列印成功率。因此，現有技術需要在列印的速度快慢之間進行取捨。
本發明提供一種立體列印機，可提高列印速度和成功率，提供良好的使用者體驗。
本發明的立體列印機包括容置槽、成型平台（platform、電動機、力感測器（force sensor）以及控制器。容置槽用以容置列印成型材料。成型平台設置於鄰近容置槽。電動機與成型平台機械連接。電動機用以驅動成型平台移動。控制器與力感測器及電動機電性連接。
本發明的立體列印機包括容置槽、成型平台、電動機、拉力感測器以及控制器。容置槽用以容置光敏材料。成型平台用以伸入容置槽內。電動機與成型平台力連接。拉力感測器用以產生力度訊號。控制器與拉力感測器及電動機電性連接。控制器用以接收並響應於力度訊號輸出控制訊號，以改變電動機輸出的動力和速度。
在本發明的一實施例中，上述的力感測器是拉力感測器（load sensor）、扭力感測器（torsion sensor）或壓力感測器（pressure sensor）。
在本發明的一實施例中，上述的成型平台設置於容置槽上方。
在本發明的一實施例中，上述的力感測器或拉力感測器設置於電動機內。
在本發明的一實施例中，上述的力感測器或拉力感測器與電動機連接。
在本發明的一實施例中，上述的電動機為馬達。
在本發明的一實施例中，上述的立體列印機更包括支撐平台以及離型膜。支撐平台設置於容置槽內，用以支撐列印物件。離型膜貼附於支撐平台上。列印物件與離型膜連接。列印物件離開列印成型材料或光敏材料時，與離型膜分離。
在本發明的一實施例中，上述的力感測器或拉力感測器包括位置編碼器。
在本發明的一實施例中，上述的力感測器或拉力感測器與電動機連接，用以感測力度，且得出感測值。控制器用以接收感測值，且與預期值比較後輸出回饋值至電動機。若感測值較預期值大，則控制器降低回饋值。若感測值較預期值小，則控制器提高回饋值。
基於上述，在本發明的實施例中，控制器可響應於力度訊號輸出控制訊號以改變電動機輸出的動力和速度，因此可提高列印速度和成功率，提供良好的使用者體驗。
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。
請參考圖1及圖2，本實施例之立體列印機100包括容置槽110、成型平台120、電動機130、力感測器140、控制器150、支撐平台160、離型膜170及驅動器180。
具體而言，容置槽110用以容置列印成型材料112，例如光敏材料。成型平台120設置於鄰近容置槽110，例如設置於容置槽110上方。成型平台120用以伸入容置槽110內，以將列印模型從列印成型材料112中拉出形成列印物件200。支撐平台160設置於容置槽110內，用以支撐列印物件200。離型膜170可分離地貼附於支撐平台160上。列印物件200與離型膜170連接。當列印物件200離開列印成型材料112時，與離型膜170分離，如圖1所標示的離型處400。
在本實施例中，支撐平台160例如為可透光的平台，其材質為玻璃。可在支撐平台160下設有光源裝置（未繪示）。光源裝置設置於支撐平台160下方，提供成型光束穿過支撐平台160及離型膜170而照射到容置槽110使列印成型材料112固化。
另一方面，電動機130與成型平台120機械連接。電動機130例如為馬達。電動機130用以驅動成型平台120移動。因此，電動機130與成型平台120力連接。控制器150與力感測器140及電動機130電性連接。力感測器140例如是拉力感測器、扭力感測器或壓力感測器。本實施例以力感測器140為拉力感測器進行說明。拉力感測器140用以產生力度訊號S1給控制器150。控制器150接收並響應於力度訊號S1輸出控制訊號S2給驅動器180，以改變電動機130輸出的動力和速度。
具體而言，驅動器180用以輸出驅動電流來驅動電動機130移動，以改變電動機130的速度，從而電動機130可輸出動力和速度來驅動成型平台120向上或向下移動。在本實施例中，電動機130例如是馬達。驅動器180可根據從控制器150接收的控制訊號S2來改變圖2中馬達速度I1的大小，從而改變成型平台120的移動速度。拉力感測器140與電動機130連接。在一實施例中，拉力感測器140可設置於電動機130內。
在本實施例中，拉力感測器140包括位置編碼器142，用以偵測成型平台120的位置。舉例而言，電動機130驅動成型平台120做3D列印。當設定成型平台120的目標位置後，控制器150藉由讀取位置編碼器140的數值得知成型平台120的目前位置。當成型平台120的位置未達到目標位置時，控制器150會持續控制成型平台120移動直到成型平台120到達目標位置。
如圖2所示，在3D列印的過程中，主要可分為曝光階段T1、離型階段T2及排膠階段T3。圖2顯示出馬達扭力F1（單位：kgf-m）與馬達速度I1（單位：Pulse Per Second，PPS）在不同階段的變化情形。在成型平台120上升時，離型力的拉力峰值300發生在列印物件200在與列印成型材料112分離的瞬間。本實施例的控制器150藉由位置的資訊可以確認成型平台120是否已到達目標位置，不需要加入等待排膠完成的時間，且可克服不同列印成型材料112（即膠材）的差異。
在本實施例中，拉力感測器140與電動機130連接，用以感測力度，且得出感測值，即力度訊號S1。控制器150用以接收感測值，且與預期值比較後輸出回饋值（即控制訊號S2）至電動機130。在本實施例中，預期值可為一固定的值，或與離型狀態配合而為一理想的曲線值（例如理想的馬達扭力F1）。若感測值較預期值大，則控制器150降低回饋值。若感測值較預期值小，則控制器150提高回饋值。也就是說，若拉力感測器140感測到的力度較預期值大，則控制器150控制驅動器180降低輸出的驅動速度，以減慢電動機130與成型平台120的移動速度。反之，若拉力感測器140感測到的力度較預期值小，則控制器150控制驅動器180提高輸出的驅動速度，以加快電動機130與成型平台120的移動速度。
綜上所述，為了改善各種不同的列印成型材料對離型力的差異的影響，本發明的實施例利用控制器來改變電動機的驅動電流大小和驅動速度，並且控制器讀取位置編碼器的位置數值來達到偵測離型力大小的目的。離型力需求大則增加驅動電流，離型力需求小則減少驅動電流。控制器根據離型力大小可判斷是否離型完成，不需要額外等待離型完成時間，即可進行下一層列印。同時，電動機的移動速度也可以根據離型力的大小決定，離型力大則降低電動機速度，離型力小則提高電動機速度。如此一來，可提高列印成功率和減少需要根據不同列印成型材料改變不同電動機速度的不便性。因此，本發明實施例的立體列印機可提高列印速度和成功率，提供良好的使用者體驗。
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:立體列印機 110:容置槽 112:列印成型材料 120:成型平台 130:電動機 140:力感測器/拉力感測器 142:位置編碼器 150:控制器 160:支撐平台 170:離型膜 180:驅動器 200:列印物件 300:拉力峰值 400:離型處 F1:馬達扭力 I1:馬達速度 S1:力度訊號 S2:控制訊號 T1:曝光階段 T2:離型階段 T3:排膠階段
圖1繪示本發明一實施例之立體列印機的概要示意圖。 圖2繪示圖1實施例之立體列印機的馬達扭力及驅動速度的波形示意圖。
100:立體列印機
110:容置槽
112:列印成型材料
120:成型平台
130:電動機
140:力感測器/拉力感測器
142:位置編碼器
150:控制器
160:支撐平台
170:離型膜
180:驅動器
200:列印物件
400:離型處
S1:力度訊號
S2:控制訊號

Claims (10)

  1. 一種立體列印機，包括： 一容置槽，用以容置一列印成型材料； 一成型平台，設置於鄰近該容置槽； 一電動機，與該成型平台機械連接，用以驅動該成型平台移動； 一力感測器；以及 一控制器，與該力感測器及該電動機電性連接。
  2. 一種立體列印機，包括： 一容置槽，用以容置一光敏材料； 一成型平台，用以伸入該容置槽內； 一電動機，與該成型平台力連接； 一拉力感測器，用以產生一力度訊號；以及 一控制器，與該拉力感測器及該電動機電性連接，用以接收並響應於該力度訊號輸出一控制訊號，以改變該電動機輸出的動力和速度。
  3. 如請求項1所述的立體列印機，其中該力感測器是拉力感測器、扭力感測器或壓力感測器。
  4. 如請求項1或請求項2所述的立體列印機，其中該成型平台設置於該容置槽上方。
  5. 如請求項1或請求項2所述的立體列印機，其中該力感測器或該拉力感測器設置於該電動機內。
  6. 如請求項1或請求項2所述的立體列印機，其中該力感測器或該拉力感測器與該電動機連接。
  7. 如請求項1或請求項2所述的立體列印機，其中該電動機為馬達。
  8. 如請求項1或請求項2所述的立體列印機，更包括： 一支撐平台，設置於該容置槽內，用以支撐一列印物件；以及 一離型膜，貼附於該支撐平台上，其中該列印物件與該離型膜連接，且該列印物件離開該列印成型材料或該光敏材料時，與該離型膜分離。
  9. 如請求項1或請求項2所述的立體列印機，其中該力感測器或該拉力感測器包括一位置編碼器。
  10. 如請求項1或請求項2所述的立體列印機，其中 該力感測器或該拉力感測器與該電動機連接，用以感測一力度，且得出一感測值；以及 該控制器用以接收該感測值，且與一預期值比較後輸出一回饋值至該電動機， 其中若該感測值較該預期值大，則該控制器降低該回饋值，且若該感測值較該預期值小，則該控制器提高該回饋值。
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