TWI541142B - 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物件。

以透過光源固化建構材料而形成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物件。惟，當立體物件成型之後，如何有效地將其從移動平台上剝離且無損於其外形，仍是本領域開發人員的主要課題。

本發明提供一種立體列印裝置，其藉由盛槽與基座之間 的浮動結構而能順利地將立體物件自盛槽脫離。

本發明的立體列印裝置，包括基座、盛槽、成型平台以 及多個浮動單元。盛槽用以盛裝液態成型材。浮動單元分別連接在基座與盛槽之間，以使盛槽浮動地配置在基座上。成型平台可移動地浸置於液態成型材中。立體物件適於成型且黏著在成型平台與盛槽的底部之間。成型平台藉由立體物件而帶動盛槽呈傾斜地移離基座，以藉由重力而使立體物件脫離盛槽的底部。

在本發明的一實施例中，上述立體物件與盛槽底部之間的黏滯性，小於立體物件與成型平台之間的黏滯性。

在本發明的一實施例中，上述的立體物件鄰近其中一浮動單元而遠離其餘浮動單元。

在本發明的一實施例中，上述的基座具有支撐部與多個 第一連接部。第一連接部從支撐部延伸且位於支撐部的相對側。盛槽具有槽體與多個第二連接部。第二連接部從槽體延伸且位於槽體的相對側。立體列印裝置還包括多個彈簧。各彈簧連接於第一連接部與第二連接部之間以形成上述的浮動單元，且使槽體浮動地支撐於支撐部上。

在本發明的一實施例中，當上述的槽體移離支撐部時，第一連接部位於第二連接部的移動路徑上。

在本發明的一實施例中，上述位於基座或盛槽之相對側的這些浮動單元具有不同的可位移量。

在本發明的一實施例中，上述位於基座或盛槽之相對側的這些彈簧具有不同的彈性係數。

在本發明的一實施例中，上述的基座或盛槽有相對的第一側與第二側。位於第一側的各浮動單元中，彼此對應的第一連接部與第二連接部存在第一相對距離。位於第二側的各浮動單元中，彼此對應的第一連接部與第二連接部存在第二相對距離。第一相對距離不同於第二相對距離。

在本發明的一實施例中，上述的立體物件位於盛槽底部的中央。

在本發明的一實施例中，上述的立體列印裝置為SLA(Stereolithography)立體列印裝置。

基於上述實施例，立體列印裝置的盛槽是藉由浮動單元而浮接在基座上，因此當成型平台逐漸移離盛槽的底部並在其間 形成立體物件時，由於立體物件仍會黏滯在成型平台與盛槽之間，因此以上述基座與盛槽所形成的浮動結構，而使成型平台得以藉由立體物件而提拉起盛槽，進而使盛槽呈傾斜狀態，因而得以藉由重力而讓立體物件從盛槽的底部脫離。

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、300、400‧‧‧立體列印裝置

110、310、410‧‧‧基座

112‧‧‧支撐部

114A、114B、114C、114D‧‧‧第一連接部

314A、314B、414A、414B‧‧‧第一連接部

120、320、420‧‧‧盛槽

122‧‧‧槽體

124A、124B、124C、124D‧‧‧第二連接部

324A、324B、424A、424B‧‧‧第二連接部

126‧‧‧底部

132‧‧‧成型面

130‧‧‧成型平台

140A、140B、140C、140D‧‧‧浮動單元

340A、340B、440A、440B‧‧‧浮動單元

150A、150B、150C、150D‧‧‧彈簧

350A、350B、450A、450B‧‧‧彈簧

200‧‧‧液態成型材

500‧‧‧立體物件

d1、d2、d3、d4、d5、d6‧‧‧相對距離

L1‧‧‧軸

V1、V2‧‧‧視角

圖1是依照本揭露一實施例的一種立體列印裝置的側視圖。

圖2是圖1的立體列印裝置的俯視圖。

圖3是圖1的立體列印裝置成型出立體物件的示意圖。

圖4繪示本揭露另一實施例的一種立體列印裝置的側視圖。

圖5繪示本揭露另一實施例的一種立體列印裝置的側視圖。

圖6繪示圖5的立體列印裝置於成型出立體物件後的示意圖。

圖1是依照本揭露一實施例的一種立體列印裝置的側視圖。圖2是圖1的立體列印裝置的俯視圖。圖3是圖1的立體列印裝置成型出立體物件的示意圖。請同時參考圖1至圖3，在本實施例中，立體列印裝置100例如是SLA(Stereolithography)列印裝置，其包括基座110、盛槽120、成型平台130以及多個浮動單 元140A至140D，在此僅繪示與本案相關的必要構件，其餘結構可參考與SLA相關之現有技術。同時，本實施例同時提供直角座標以作為相關作動描述之參考。

在本實施例中，盛槽120用以盛裝液態成型材200，成型平台130受控於控制模組(未繪示)而沿Z軸可移動地浸置於液態成型材200中，並進一步地藉由固化光源(未繪示)照射光線於成型平台130上，以固化成型平台130的成型面132與盛槽120的底部126之間的液態成型材200，並逐漸驅動成型平台130從盛槽120的底部126沿Z軸遠離，而得以逐層固化的方式成型出立體物件500。

請再參考圖1與圖3，浮動單元140A、140B分別配置在盛槽120或基座110的相對兩側，以使盛槽120能藉此浮動地配置在基座110上。據此，當立體物件500成型之後，由於此時立體物件500尚黏著在成型平台130的成型面132與盛槽120的底部126之間，因此成型平台130如上述遠離盛槽120的動作亦會一併經由立體物件500帶動盛槽120以同方向移動，如圖1或圖3所繪示之正Z軸方向。在本實施例中，由於基座110與盛槽120是處於浮動狀態，且立體物件500是鄰近於左側的浮動單元140B(相較於遠離右側的浮動單元140A而言)，因此會進一步導致盛槽120在被拉提的過程中會呈現傾斜狀態(如圖3所示)。據此，本實施例在立體物件500相對於盛槽120之底部126的黏滯性，是小於成型平台130的成型面132與立體物件500之間的黏滯性 的狀態下，立體物件500得以因重力所產生的效應而從盛槽120的底部126逐漸脫離。

同樣的情形亦會發生在立體物件500是鄰近於右側的浮 動單元140A(相較於遠離左側的浮動單元140B而言)，亦即，一旦立體物件500所被成型出的位置並未在盛槽120之底部126的中央時，便能因浮動單元140A、140B所造成的結構特性，而讓成型平台130在拉提的過程中造成盛槽120呈傾斜狀態，因而利於藉由重力讓立體物件500逐漸地從盛槽120的底部126脫離。

請再參考圖1與圖2，進一步地說，本實施例的基座110 具有支撐部112與第一連接部114A至114D，第一連接部114A至114D分別從支撐部112呈徑向延伸且位於支撐部112的相對側。 再者，盛槽120具有槽體122與第二連接部124A至124D，且第二連接部124A至124D分別從槽體122呈徑向延伸且位於槽體122的相對側。在此所謂徑向是指以支撐部112或槽體122為中心的放射方向。換句話說，如圖2所示，第一連接部114A至114D是環繞支撐部112而配置，第二連接部124A至124D是環繞槽體122而配置。

此外，立體列印裝置100還包括多個彈簧150A至150D， 各彈簧150A至150D連接於第一連接部114A至114D與第二連接部124A至124D之間以形成上述的浮動單元140A至140D，亦即相當於浮動單元140A至140D是環繞於基座110或盛槽120而配置，故而以視角V1(繪示於圖2)視之，立體列印裝置100便呈 如圖1或圖3所示的外形配置，即浮動單元140A與140B是位在基座110或盛槽120的相對兩側。

如此一來，槽體122便能浮動地支撐於支撐部112上，即在圖1所示的狀態下，槽體122實質上是被支撐在多個支撐部112上，而在圖3所示狀態時，槽體122得以被成型平台130與立體物件500沿正Z軸方向提拉而移離支撐部112，一旦立體物件500從盛槽122的底部126脫離之後，盛槽122能藉由彈簧150A至150D與重力效應而復位，且支撐部112能進一步地作為提供槽體122能回復至原位的支撐與限位結構，以將槽體122復位至一水平面上。

惟，本揭露並未限制浮動單元140A至140D所造成盛槽120的傾斜狀態。請再參考圖2，當以視角V2觀察立體列印裝置100時，便能沿軸L1而將基座110或盛槽120區隔成相對兩部分，亦即此時是將浮動單元140A與140C視為配置在基座110或盛槽120的相對兩側，並能藉由將立體物件500成型於鄰近浮動單元140C處或鄰近浮動單元140A處而達到類似上述的傾斜效果。

換句話說，本實施例能在二維空間中，即如圖2所示之X-Y平面，將立體物件500成型且鄰近於其中一浮動單元並遠離其餘浮動單元，而使盛槽120產生不同的傾斜狀態，其均能使立體物件500藉由重力而從盛槽120的底部脫離。同時，本揭露亦不限於浮動單元的數量，亦即以適當方式將其配置在基座110或盛槽120的相對兩側者，均能達到上述驅使盛槽120呈傾斜狀的 效果。

另一方面，本揭露並未限制造成盛槽120呈傾斜的手段。 在此以圖1所示的視角為例說明，其情形亦可如上述而適用於其他相對側的浮動單元。請再參考圖1，在基座110或盛槽120之一側的浮動單元140A，定義彼此對應的第一連接部114A與第二連接部124A之間存在第一相對距離d1，而位於另一側的浮動單元140B中，定義彼此對應的第一連接部114B與第二連接部124B存在第二相對距離d2，且如圖1所示，本實施例的第一相對距離d1等於第二相對距離d2。再者，本實施例的彈簧特性(例如初始長度、彈性係數等)亦彼此相同。換句話說，在圖1至圖3所繪示的實施例中，各浮動單元140A至140D的可位移量是彼此相同的，因此當立體物件500成型於盛槽120底部126的非中央處時，便能藉由成型平台130拉提立體物件500而對盛槽120產生力矩，以讓盛槽120產生傾斜。

由上述可知，浮動單元的可位移量是取決於連接部之間 的相對距離以及彈簧的特性。據此，設計者可適當地調整相關特性而驅使盛槽傾斜以脫離立體物件。圖4繪示本揭露另一實施例的一種立體列印裝置的側視圖。請參考圖4，與上述不同的是，在立體列印裝置300中，位於基座310或盛槽320之相對側的浮動單元340A、340B是具有不同的可位移量。進一步地說，第一連接部314A、314B與第二連接部324A、324B之間的相對距離d3、d4彼此不同，在本範例實施例中相對距離d3大於相對距離d4， 進而造成彈簧350A、350B的可變形量不同。此舉同樣能在成型平台130拉提盛槽320時造成槽體122傾斜的狀態。類似地，於另一未繪示的實施例中，設計者亦可將各浮動單元中的第一連接部與第二連接部間的相對距離設計為相同，而僅將連接其中的彈簧採用不同彈性係數，同樣也能造成浮動單元之可位移量不同的效果。

圖5繪示本揭露另一實施例的一種立體列印裝置的側視圖。圖6繪示圖5的立體列印裝置於成型出立體物件後的示意圖。 請同時參考圖5與圖6，在本實施例的立體列印裝置400中，立體物件500是成型在盛槽420底部126的中央處，亦即此時成型平台130在拉提盛槽420的過程中，其對於基座410或盛槽420之相對兩側的浮動單元440A、440B所造成的力矩是被視為相同的。 據此，本實施例於基座410或盛槽420之相對兩側的浮動單元440A、440B中，第一連接部414A、414B與第二連接部424A、424B之間的相對距離d5、d6是不同的，據以改變彈簧450A、450B的可變形量，以讓浮動單元440A、440B的可位移量產生差異，因而造成圖6所示仍能對盛槽420傾斜的狀態。另外，如上述實施例所述，本實施例亦可將連接部之間的相對距離設計為相同，而僅藉由彈簧的彈性係數提供浮動單元不同的可位移量。

綜上所述，在本揭露的上述實施例中，藉由浮動單元設置在基座與盛槽之間，而使盛槽除藉由基座的支撐部保持其位置並達到支撐效果外，浮動單元能進一步提供盛槽相對於基座浮動 的機構。進而讓成型平台移離盛槽之際，能因立體物件尚黏著在成型平台與盛槽之間時，進一步地藉由立體物件而拉提盛槽。

其中，當立體物件是位於盛槽底部的非中央處時，即立 體物件是鄰近於其中一浮動單元而遠離其餘的浮動單元時，成型平台能藉此對浮動單元造成不同的力矩，因而導致盛槽是以傾斜的狀態而被成型平台所提拉。據此，藉由立體物件與成型平台間的黏滯性大於立體物件與盛槽間的黏滯性，以及重力的影響，立體物件得以順利地從盛槽的底部脫離。此外，當立體物件是位於盛槽底部的中央時，則能進一步改變位於基座或盛槽相對側之浮動單元的可位移量，同樣能造成盛槽傾斜而使立體物件脫離的效果，其中浮動單元的可位移量是取決於連接部之間的相對距離、彈簧的特性或其組合，設計者可依此適當地調整相關特性與決定立體物件的在盛槽中的位置。

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‧‧‧基座

112‧‧‧支撐部

114A、114B‧‧‧第一連接部

120‧‧‧盛槽

122‧‧‧槽體

124A、124B‧‧‧第二連接部

126‧‧‧底部

130‧‧‧成型平台

132‧‧‧成型面

140A、140B‧‧‧浮動單元

150A、150B‧‧‧彈簧

500‧‧‧立體物件

Claims (9)

1. 一種立體列印裝置，包括：一基座；一盛槽，用以盛裝一液態成型材；多個浮動單元，分別連接在該基座與該盛槽之間，以使該盛槽浮動地配置在該基座上；以及一成型平台，可移動地浸置於該液態成型材中，一立體物件適於成型且黏著在該成型平台與該盛槽的底部之間，該成型平台藉由該立體物件而帶動該盛槽移離該基座，以藉由重力而使該立體物件脫離該盛槽的底部，其中該基座具有一支撐部與多個第一連接部，該些第一連接部從該支撐部延伸且位於該支撐部的相對側，該盛槽具有一槽體與多個第二連接部，該些第二連接部從該槽體延伸且位於該槽體的相對側，該立體列印裝置還包括多個彈簧，各該彈簧連接於該第一連接部與該第二連接部之間以形成該浮動單元，且使該槽體浮動地支撐於該支撐部上。
2. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中該立體物件與該盛槽底部之間的黏滯性，小於該立體物件與該成型平台之間的黏滯性。
3. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中該立體物件鄰近其中一浮動單元而遠離其餘浮動單元。
4. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中當該槽體移離該支撐部時，該第一連接部位於該第二連接部的移動路徑 上。
5. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中位於該基座或該盛槽之相對側的該些浮動單元具有不同的可位移量。
6. 如申請專利範圍第5項所述的立體列印裝置，其中位於該基座或該盛槽之相對側的該些彈簧具有不同的彈性係數。
7. 如申請專利範圍第5項所述的立體列印裝置，其中該基座或該盛槽有相對的一第一側與一第二側，位於該第一側的各該浮動單元中，彼此對應的該第一連接部與該第二連接部存在一第一相對距離，而位於該第二側的各該浮動單元中，彼此對應的該第一連接部與該第二連接部存在一第二相對距離，且該第一相對距離不同於該第二相對距離。
8. 如申請專利範圍第5項所述的立體列印裝置，其中該立體物件位於該盛槽底部的中央。
9. 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。