TWI526294B - 立體列印裝置 - Google Patents

Description

立體列印裝置

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裝置。

近年來，隨著科技的日益發展，許多利用逐層建構模型等加成式製造技術(additive manufacturing technology)來建造物理三維(three dimensional,3D)模型的不同方法已紛紛被提出。一般而言，加成式製造技術是將利用電腦輔助設計(computer aided design,CAD)等軟體所建構的3D模型的設計資料轉換為連續堆疊的多個薄(准二維)橫截面層。於此同時，許多可以形成多個薄橫截面層的技術手段也逐漸被提出。舉例來說，列印裝置的列印模組通常可依據3D模型的設計資料所建構的空間座標XYZ在基座的上方沿著XY平面移動，從而使建構材料形成正確的橫截面層形狀。所沉積的建構材料可隨後自然硬化，或者透過加熱或光源的照射而被固化，從而形成所要的橫截面層。因此，藉由列印模組沿著軸向Z逐層移動，即可使多個橫截面層沿Z軸逐漸堆疊，進而使建構材料在逐層固化的狀態下形成立體立體物件。

以透過光源固化建構材料而形成立體立體物件的技術為例，列印模組適於浸入盛裝在盛槽中的液態成型材中，而光源模組在XY平面上照射液態成型材，以使液態成型材被固化，並堆疊在列印模組的移動平台上。如此，藉由列印模組的移動平台沿著軸向Z逐層移動，即可使液態成型材逐層固化並堆疊成立體立體物件。惟，在現有技術中，當立體物件成型之後，仍須將其移至設備上的另一曝光室以進行最終的固化照射，方能使立體物件外觀表面能完整固化。然此舉無異增加了立體物件的成型時間，立體列印裝置亦需據此增設專門進行固化的空間，且因而提高立體列印裝置的製作成本與外觀尺寸。

本揭露提供一種立體列印裝置，其光源能同時對完成的立體物件進行初始成型及最終固化而提高其適用範圍。

本揭露的立體列印裝置，包括盛槽、成型平台、第一光學元件、第二光學元件以及光源。成型平台可移動地配置於盛槽上以移入或移出盛槽。第一光學元件與第二光學元件分別配置在盛槽旁，且第二光學元件位於第一光學元件的上方。光源位於盛槽下方。當立體物件成型於成型平台後，成型平台將立體物件移出盛槽。光源提供第一光線，該第一光線依序經由第一光學元件與第二光學元件以繞過盛槽而照射於立體物件。

在本揭露的一實施例中，上述的成型平台沿一軸向移出 或移入盛槽，且成型平台以該軸向旋轉。

在本揭露的一實施例中，上述的第一光學元件與第二光學元件分別是反射鏡。

在本揭露的一實施例中，上述的第一光線依序經由第一光學元件與第二光學元件而沿第一平面範圍掃描照射至立體物件。成型平台沿一軸向移出或移入盛槽，且該軸向為第一平面的法線方向。

在本揭露的一實施例中，上述的成型平台帶動立體物件以該軸向旋轉且沿該軸向來回移動，以使第一光線照射立體物件的全部表面。

在本揭露的一實施例中，上述的盛槽用以盛裝液態成型材，而立體列印裝置還包括第三光學元件，位於盛槽下方，且光源提供第二光線。第二光線經第三光學元件並穿過盛槽的底部而掃描照射液態成型材，以固化液態成型材而在成型平台上形成立體物件。

在本揭露的一實施例中，上述的第三光學元件為反射鏡。

在本揭露的一實施例中，上述的第一光學元件與第三光學元件為一體結構。

在本揭露的一實施例中，上述的第一光學元件位於第三光學元件遠離光源的一側。

在本揭露的一實施例中，上述的第二光學元件為振鏡。

在本揭露的一實施例中，上述的第一光線依序經由第一 光學元件與第二光學元件而沿第二平面範圍掃描照射至立體物件。成型平台沿一軸向移出或移入盛槽，該軸向平行於第二平面。

在本揭露的一實施例中，上述的成型平台帶動立體物件以該軸向旋轉，而使第一光線照射立體物件的全部表面。

在本揭露的一實施例中，上述的立體列印裝置為SLA(Stereolithography)立體列印裝置。

基於上述，在本揭露的上述實施例中，光源除作為將液態成型材固化為立體物件之外，藉由第一光學元件與第二光學元件相對於盛槽的配置，光源得以提供第一光線經由上述第一、第二光學元件而繞過盛槽並照射至從盛槽移出的立體物件，據以對成型後的立體物件進行最終的外觀固化照射。據此，立體列印裝置無須另行提供額外的空間與設備以完成上述最終照射，並因此得以提高立體列印的製程效率以及降低裝置的製作成本。

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。

100、400、500‧‧‧立體列印裝置

110‧‧‧盛槽

120‧‧‧成型平台

130‧‧‧第一光學元件

140、440‧‧‧第二光學元件

150‧‧‧光源

152‧‧‧發光元件

154‧‧‧振鏡模組

154a、154b‧‧‧振鏡

160‧‧‧第三光學元件

200‧‧‧物件

300‧‧‧液態成型材

530‧‧‧反射鏡

530a、530b‧‧‧反射面

L1‧‧‧第一光線

L2‧‧‧第二光線

V1‧‧‧視角

圖1是依據本揭露一實施例的一種立體列印裝置的側視圖。

圖2是以另一視角繪示圖1的立體列印裝置。

圖3是圖1的立體列印裝置的部分構件的立體示意圖。

圖4是本揭露另一實施例的一種立體列印裝置的側視圖。

圖5是依據本揭露另一實施例的一種立體列印裝置的側視圖。

圖1是依據本揭露一實施例的一種立體列印裝置的側視圖。圖2是以另一視角繪示圖1的立體列印裝置。請同時參考圖1與圖2，在本實施例中，立體列印裝置100例如是SLA(Stereolithography)立體列印裝置，其包括盛槽110、成型平台120、第一光學元件130、第二光學元件140、光源150以及第三光學元件160。盛槽110用以盛裝液態成型材300。成型平台120受控於控制器(未繪示)而可移動地配置於盛槽110上，以使成型平台120能沿Z軸來回移動以達到移入或移出盛槽110及其內的液態成型材300的運動狀態。光源150及第三光學元件160設置在盛槽110的下方，其中第三光學元件160例如是反射鏡，光源150用以提供第二光線L2，其經由第三光學元件160而朝向盛槽110的底部反射，並穿過盛槽110而照射在成型平台120與盛槽110之間的液態成型材300。由於液態成型材300例如是光敏樹脂，而光源150則用以提供能固化光敏樹脂之波段的光線(例如紫外線)，因此藉由第二光線L2的掃描特性與第三光學元件160所提供的反射效果，第二光線L2得以在成型平台120上進行掃描照射以逐層固化液態成型材300，最終便能在成型平台120上形成立體物件200。

以下先敘述立體物件的成型方式。圖3是圖1的立體列印裝置的部分構件的立體示意圖。請同時參考圖1與圖3，在本實施例中，光源150包括發光元件152與振鏡模組154，其中發光元件152例如是紫外線波段的雷射光源，但不以此為限。振鏡模組154是由兩個振鏡154a與154b所組成，且振鏡154a與154b的其中之一藉由馬達(未繪示)驅動，而用以驅使從發光元件152所產生的第二光線L2沿X軸方向進行來回掃描，而振鏡154a與154b的其中之另一亦藉由馬達(未繪示)驅動，而用以驅使從發光元件152所產生的第二光線L2沿Y軸方向進行來回掃描。據此，第二光線L2得以藉由振鏡模組154而在第三光學元件160的特定範圍內(如圖3所繪示在第三光學元件160上的虛線框)進行掃描，且所述特定範圍涵蓋盛槽110的底部。故，立體列印裝置100得以藉由控制器而控制第二光線L2在成型平台120上的掃描範圍，而逐層將液態成型材300固化成所需之外形輪廓的立體物件200。

請再參考圖1至圖3，當立體物件成型之後，成型平台120受控於控制器而將立體物件200移出盛槽110。在本實施例中，立體列印裝置100的第一光學元件130、第二光學元件140例如是反射鏡，其分別配置在盛槽110旁，且第一光學元件130是設置在第三光學元件160遠離(相對於)光源150的一側。第二光學元件140位於第一光學元件130的上方。據此，當立體物件200被移離盛槽110而位於盛槽110上方時，光源150得以受控於控制器而產生射角異於第二光線L2的第一光線L1，並讓第 一光線L1依序經由第一光學元件130與第二光學元件140以繞過盛槽110而照射於立體物件200，進而達到對立體物件200提供最終固化照射的效果。

詳細而言，請再參考圖2，其是以圖1所示視角V1所繪示，需先說明的是，由於光源150、第一光學元件130與第二光學元件140是沿Z軸而處於不同的高度位置，故在圖2中的立體視角會以實線所繪示的立體座標系與虛線所繪示的立體座標系分別說明。

在本實施例中，如上所述，發光元件152所產生的第一光線L1經由振鏡模組154而成為在一特定範圍內掃描的第一光線L1。因此，當第一光線L1依序經由第一光學元件130與第二光學元件140反射之後，其實質上是沿X-Y平面的範圍而掃描照射至立體物件，亦即此時第一光線L1照射在立體物件200上的輪廓是呈現沿X軸的直線。在此將X-Y平面定義為第一平面，因而成型平台受控於控制器而進行移動的軸向(Z軸)即為第一平面的法線方向。據此，成型平台120需藉由控制器的控制而沿Z軸來回移動同時沿Z軸旋轉，方能使第一光線L1照射到立體物件200的全部表面。

圖4是本揭露另一實施例的一種立體列印裝置的側視圖。與上述實施例不同的是，立體列印裝置400的第二光學元件440為振鏡，類似於前述振鏡154a、154b。惟本實施例的第二光學元件440是產生沿Y-Z平面範圍而進行掃描的第一光線L1，即 第二光學元件440是以X軸為其擺動軸。換句話說，將經過第二光學元件440反射的第一光線L1的掃描範圍定義為第二平面，則成型平台120所受控而移動的軸向(Z軸)則是平行於所述第二平面。據此，第一光線L1照射在立體物件200上的輪廓則呈現沿Z軸的直線，而此時的成型平台120僅需以控制器控制將其沿Z軸旋轉，便能使第一光線L1照射到立體物件200的全部表面。

圖5是依據本揭露另一實施例的一種立體列印裝置的側視圖。與前述實施例不同的是，本實施例的立體列印裝置500中，將上述第一光學元件與第三光學元件形成為一體結構的反射鏡530，且將其區分為不同的反射面530a與530b(在此為避免線條混亂，故將所述反射面530a與530b標示於反射鏡530的背面，實際上仍須以圖式中光線L1、L2所行經的路徑為主)，其中反射面530a實質上位於盛槽110的正下方，以使光源150所產生的第二光線L2能經由反射面530a而掃描照射於成型平台120以作為固化液態成型材300之用，而反射面530b實質上位於盛槽110在反射鏡530之正投影範圍外，即位在反射面530a相對(遠離)於光源150的一側，以作為讓光源150所產生的第一光線L1能經由反射面530b而反射至第二光學元件440。此外，本實施例的第二光學元件440同於圖4的實施例，故在此不再贅述。

綜上所述，在本揭露的上述實施例中，立體列印裝置藉由不同的光學元件的配置，而使光源除作為將液態成型材固化為立體物件之用外，尚能藉由第一光學元件與第二光學元件相對於 盛槽的配置，而讓光源得以提供非固化液態成型材的第一光線，經由上述第一、第二光學元件的反射而繞過盛槽，並照射至已從盛槽移出的立體物件，據以對成型後的立體物件進行最終的外觀固化照射。

再者，隨著第二光學元件的形式予以適當地改變，而使第一光線能沿不同的平面(如前述第一平面或第二平面)對盛槽外的立體物件進行掃描照射，進而讓成型平台搭配以不同的運動狀態，而使立體物件的全部表面皆能被照射到第一光線而得以完全固化。

據此，立體列印裝置無須另行提供額外的空間與設備以完成上述最終照射，並因此得以提高立體列印的製程效率以及降低裝置的製作成本。

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‧‧‧立體列印裝置

110‧‧‧盛槽

120‧‧‧成型平台

130‧‧‧第一光學元件

140‧‧‧第二光學元件

150‧‧‧光源

160‧‧‧第三光學元件

200‧‧‧物件

300‧‧‧液態成型材

L1‧‧‧第一光線

L2‧‧‧第二光線

V1‧‧‧視角

Claims (13)

1. 一種立體列印裝置，包括：一盛槽；一成型平台，可移動地配置於該盛槽上以移入或移出該盛槽；一第一光學元件與一第二光學元件，分別配置在該盛槽旁，且該第二光學元件位於該第一光學元件的上方；以及一光源，位於該盛槽下方，其中當一立體物件成型於該成型平台後，該成型平台將該立體物件移出該盛槽，而該光源提供一第一光線，該第一光線依序經由該第一光學元件與該第二光學元件以繞過該盛槽而照射於該立體物件。
2. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中該成型平台沿一軸向移出或移入該盛槽，且該成型平台以該軸向旋轉。
3. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中該第一光學元件與該第二光學元件分別是一反射鏡。
4. 如申請專利範圍第3項所述的立體列印裝置，其中該第一光線依序經由該第一光學元件與該第二光學元件而沿一第一平面範圍掃描照射至該立體物件，而該成型平台沿一軸向移出或移入該盛槽，該軸向為該第一平面的法線方向。
5. 如申請專利範圍第4項所述的立體列印裝置，其中該成型平台帶動該立體物件以該軸向旋轉且沿該軸向來回移動，以使該第一光線照射該立體物件的全部表面。
6. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中該盛槽 用以盛裝一液態成型材，而該立體列印裝置還包括：一第三光學元件，位於該盛槽下方，且該光源提供一第二光線，該第二光線經該第三光學元件並穿過該盛槽的底部而掃描照射該液態成型材，以固化該液態成型材而在該成型平台上形成該立體物件。
7. 如申請專利範圍第6項所述的立體列印裝置，其中該第三光學元件為一反射鏡。
8. 如申請專利範圍第6項所述的立體列印裝置，其中該第一光學元件與該第三光學元件為一體結構。
9. 如申請專利範圍第6項所述的立體列印裝置，其中該第一光學元件位於該第三光學元件遠離該光源的一側。
10. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中該第二光學元件為一振鏡。
11. 如申請專利範圍第10項所述的立體列印裝置，其中該第一光線依序經由該第一光學元件與該第二光學元件而沿一第二平面範圍掃描照射至該立體物件，而該成型平台沿一軸向移出或移入該盛槽，該軸向平行於該第二平面。
12. 如申請專利範圍第11項所述的立體列印裝置，其中該成型平台帶動該立體物件以該軸向旋轉，而使該第一光線照射該立體物件的全部表面。
13. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其為SLA(Stereolithography)立體列印裝置。