TWI574828B - 多功能複合列印裝置 - Google Patents

Description

多功能複合列印裝置

本案係關於一種多功能複合列印裝置，尤指一種適用於立體快速成型裝置之多功能複合列印裝置。

3D列印(3D Printing)成型技術，亦稱為快速成型（Rapid Prrototyping，RP）技術，因快速成型技術具有自動、直接及快速，可精確地將設計思想轉變為具有一定功能的原型或可製造直接使用的零件或成品，從而可對產品設計進行快速的評估，修改及功能試驗，大大縮短產品的開發週期，因而使得3D列印成型技術廣受青睞。

現今3D列印成型技術正處於蓬勃發展之階段，所採用的快速成型技術也各異，目前業界所採用之快速成型技術主要包含下述幾種技術：膠水噴印固化粉末成型（Color-Jet Printing，CJP，或稱Binder Jetting）技術、熔融沉積成型（Fused Deposition Modeling，FDM）技術、雷射燒結液態樹脂成型（Stereo Lithography Apparatus，SLA）技術、紫外光固化液態樹脂成型（Multi-Jet Modeling，MJM）技術、或是選擇性雷射燒結成型（Selective Laser Sintering，SLS）技術等等，但不以此為限。

然前述該等快速成型技術中，除了膠水噴印固化粉末（Color-Jet Printing，CJP，或稱Binder Jetting）技術能產生全彩的3D成型品外，其餘3D列印成型技術均無法能製造全彩的產品，因此對被稱為第三次工業革命的3D列印成型技術而言，是一個極大產品技術之缺失，沒有真正全彩的產品，意味著人類的科技又回到一個色彩表現被限制的時代，對3D列印成型產業而言是一個致命缺失。

此技術瓶頸主要是因為3D列印成型技術是利用基層堆疊技術，即如第1圖所示，當欲製造出3D成型品A時，主要係先透過電腦解析A之型態與結構，將之切分為A’所示之複數個疊層，隨後再透過前述等3D列印成型技術，利用逐層印刷並堆疊成型的方式，將A’所示之疊層以XY之軸向進行印刷，再層層堆疊，使其於Y方向進行堆疊，最後會形成如A所示之半圓形之3D成型物，同樣地，如欲進行第2圖所示之錐形瓶狀之3D成型物B，則同樣將B切分為B’所示之複數個疊層，再進行逐層印刷並堆疊成型，從而製造出錐形瓶狀之3D成型物B。然而，在很多3D列印成型技術之所以無法製成全彩3D產品，主要是在逐層堆疊時，缺乏相對應能產生全彩技術的列印頭。

舉例來說，如第3圖所示，習知之熔融沉積成型（Fused Deposition Modeling，FDM）裝置之列印組件1主要具有兩匣體10、塑膠線材11、支撐線材12、兩驅動輪13、兩液化器14、兩加熱機構15等結構，如圖所示，該兩匣體10分別用以承裝塑膠線材11及支撐線材12等材料，且該塑膠線材11及支撐線材12係為 細微的塑膠線等，但不以此為限， 並使塑膠線材11及支撐線材12分別經由兩驅動輪13及液化器14而輸送至兩加熱機構15中，透過加熱機構15分別對塑膠線材11及支撐線材12加熱 至高於融點溫度之狀態， 以使之熔融，再由加熱機構15之 可控制XY方向位移的 擠出口15a擠出熔融後之塑膠材料及支撐材料，使該熔融之塑膠材料及支撐材料於 較冷之底層上附著，並畫出斷面圖形，且此等熔融材料 之塑膠材料及支撐材料 可瞬間自然冷卻固化，並依序堆疊成型，如此以逐層堆疊出3D成型物。

然而，以此FDM技術所成型的3D產品之色彩，主要係決定於當時供给FDM裝置之塑膠線材11的顏色而定，又因為只有單一色彩的塑膠線材11進行熔融，並構成3D成型物的全部結構，是以此FDM技術無法製造出全彩化的3D產品。

除了前述FDM技術之外，另一雷射燒結液態樹脂成型（Stereo Lithography Apparatus，SLA）技術則是透過以一UV光源照射，並沿著各分層截面輪廓，對液態UV固化樹脂薄層產生聚合反應，以使該液態UV固化樹脂薄層固化，再逐層堆疊成形。然而於此UV光固化液態樹脂成型過程中，由於作為成型材料之液態UV固化樹脂係為單一色彩，且在其以UV光照射進行固化及逐層堆疊過程中，沒有任何裝置可實施全彩之噴印作業，故以此SLA技術所製作出的3D成型物亦僅能維持原有液態UV固化樹脂之原色，而無法製造出全彩化的3D產品。

此外，另一種習知3D列印成型技術則是紫外光固化液態樹脂成型（Multi-Jet Modeling，MJM）技術，此技術主要是採以噴頭列印一液態樹脂及一液態支撐材料，其後再透過以紫外光照射以使液態樹脂及支撐材料固化，進行形成分層之固化結構，並再層層堆疊以構成3D成型物。然而，與前述諸多習知技術相仿，在這種MJM技術中，由於液態樹脂亦是單一色彩之原料，故其透過噴頭列印、並以紫外光進行固化後，仍是僅能產生單一色彩的3D成型物，其間並沒有任何裝置可實施全彩之噴印作業，故此MJM技術所製作出的3D成型物亦僅能維持原有液態樹脂之原色，而同樣無法製造出全彩化的3D產品。

以另一習知3D列印成型技術的例子來看，選擇性雷射燒結成型（Selective Laser Sintering，SLS）技術主要則是在一個成型槽中，逐層鋪上成型原料粉末，並利用雷射光依分層截面輪廓進行掃描燒結，使成型原料粉末的溫度上升至融化點，以使成型原料粉末黏接成一分層結構，並逐層堆疊成一3D成型物。然而於此SLS技術中，由於固態之成型原料粉末僅具有單一的色彩，且在其逐層堆疊的過程中，亦沒有任何裝置可實施全彩之噴印作業，故此SLS技術所製作出的3D成型物亦僅能維持原有固態成型原料粉末之原色，而無法製造出全彩化的3D產品。

綜觀前述種種的習知技術，無論是以FDM技術、SLA技術、MJM技術或是SLS技術均無法製造出全彩化的3D產品。

是以，就目前3D列印成型技術裝置之產業而言，其所面臨的技術瓶頸即為全彩表現問題，因此如何使此致命的先前技術之缺失能被改善，是目前3D列印成型產業上迫切需要去解決的主要課題。

本案之主要目的在於提供一種可實施全彩化之3D列印之多功能複合列印裝置，且其無論應用於 熔融沉積成型（FDM）技術、雷射燒結液態樹脂成型SLA）技術、紫外光固化液態樹脂成型（MJM）技術、或是選擇性雷射燒結成型（SLS）技術 等3D列印成型裝置中，均可實施全彩化之3D列印，俾可解決目前眾多3D列印成型技術無法製造出全彩化的技術瓶頸。

為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種多功能複合列印裝置， 適用成形一粒狀粉末的成型物，其 包含：一殼體，其具有複數個空室；一光源裝置，設置於該殼體之其中一個該空室中，提供一雷射光源；至少一顏色墨水，每一該顏色墨水分別容設於該殼體之其他該空室中；以及至少一噴墨晶片，對應設於該殼體之一底面，且每一該噴墨晶片均具有複數個噴孔，連通該顏色墨水，並受該噴墨晶片驅動噴出該顏色墨水至該 粒狀粉末間 ，如此反覆作動使之最終固化形成一全彩化之三維成型物。

為達上述目的，本案之又一較廣義實施態樣為提供一種多功能複合列印裝置， 適用成形一粒狀粉末的成型物，其 包含：一殼體，其具有複數個空室；一光源裝置，設置於該殼體之其中一個該空室中，提供一雷射光源；至少一顏色墨水，每一該顏色墨水分別容設於該殼體之其他該空室中；以及至少一噴墨晶片，對應設於該殼體之一底面，且每一該噴墨晶片均具有複數個噴孔，連通該顏色墨水，並受該噴墨晶片驅動噴出該顏色墨水；其中，該光源裝置所提供雷射光源，沿著 粒狀粉末成型物之 一分層截面輪廓進行燒結，使受燒結該粒狀粉末溫度升至融點，並藉由該至少一噴墨晶片噴出該至少一顏色墨水，使該至少一顏色墨水附著於固化過程中之該粒狀粉末上，以形成彩色之固化微粒，且該彩色之固化微粒係相互黏接，並逐層堆疊成型，進而堆疊形成一全彩化之三維成型物。

1：成型裝置

10：匣體

11：塑膠線材

12：支撐線材

13：驅動輪

14：液化器

15：加熱組件

15a：擠出口

2：熔融沉積成型機

20、30、40、50：多功能複合列印裝置

200、300、400、500：殼體

201、201a、201b、201c、301、301a、301b、301c、401、401a、401b、401c、401d、501、501a、501b、501c：空室

202：加熱組件

202a：擠出口

203、203a、203b、303、303a、303b、404、404a、404b、503、503a、503b：顏色墨水

204、204a、204b：電路板

205、205a、205b、304、304a、304b、405、405a、405b、405c、504、504a、504b：噴墨晶片

206：側表面

207：底面

21：匣體

22：高分子材料

23：驅動輪

24：液化器

25、36、43、58：成型裝置

3：雷射燒結液態樹脂成型機

302、402、502：光源裝置

31：成型槽

32：升降台

33、41：成型托盤

34、403：液態樹脂

35、42、57：全彩化之三維成型物

4：紫外光固化液態樹脂成型機

42a：支撐材料

5：雷射燒結固態粉末成型機

51：基座

510：工作平台

52：供粉槽

53：建構槽

54、54a、54b：升降底座

55：粒狀粉末

56：滾輪

A、B：3D成型物

A’、B’ ：3D成型物之分層結構

h：液面高度

第1圖為習知之3D成型物之堆疊分層示意圖。

第2圖為另一習知之3D成型物之堆疊分層示意圖。

第3圖為習知之熔融沉積成型裝置之成型機之示意圖。

第4圖為本案第一較佳實施例之適用於熔融沉積成型機之成型裝置及其多功能複合列印裝置之示意圖。

第5圖為第4圖所示之多功能複合列印裝置之結構示意圖。

第6圖為本案第二較佳實施例之適用於雷射燒結液態樹脂成型機之成型裝置及其多功能複合列印裝置之示意圖。

第7圖為本案第三較佳實施例之適用於紫外光固化液態樹脂成型機之成型裝置及其多功能複合列印裝置之示意圖。

第8圖為本案第四較佳實施例之適用於雷射燒結固態粉末成型機之成型裝置及其多功能複合列印裝置之示意圖。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。

請參閱第4圖，其係為本案第一較佳實施例之適用於 熔融沉積成型機 之成型裝置及其多功能複合列印裝置之示意圖。如第4圖所示，本案之多功能複合列印裝置20係適用於 一熔融沉積成型(FDM)機2中，且此熔融沉積成型(FDM)機2之成型裝置25係 具有多功能複合列印裝置20、至少一匣體21、至少一高分子材料22、至少一驅動輪23及至少一液化器24等結構 ，其中多功能複合列印裝置20 包含：殼體200、加熱組件202、至少一顏色墨水203以及至少一噴墨晶片205(如第5圖所示)，且殼體200具有複數個空室201；加熱組件202設置於殼體200之其中一個空室201c中，且具有擠出口202a；每一顏色墨水203分別容設於殼體200之其他空室201a、201b中；噴墨晶片205對應設置於殼體200之底面207(如第5圖所示)，且每一噴墨晶片205均具有複數個噴孔(未圖示) ，連通顏色墨水203受驅動噴出；當高分子材料22輸送至殼體200內之加熱組件202後，經由加熱組件202加熱熔融，並由加熱組件202之擠出口202a擠出熔融之高分子材料微滴(未圖示)，並由噴墨晶片205之相對應之噴孔於一預定時間噴出顏色墨水203，使顏色墨水203附著於熔融之高分子材料微滴上，以構成彩色之高分子材料微滴(未圖示)，進而堆疊多個彩色之高分子材料液滴，並固化形成全彩化之三維成型物(未圖示)。

請參閱第4圖，於本實施例中， 熔融沉積成型(FDM)機2之成型裝置25 具有至少一匣體21及至少一高分子材料22 ， 匣體21中用以承裝高分子材料22，於一些實施例中，高分子材料22係可為但不限為塑膠材料及支撐材料，舉例來說，高分子材料22 係包含一聚氯乙烯、一聚乙烯、一聚苯乙烯、一聚氨基甲酸酯、一聚醯胺 、一聚甲醛、一纖維素塑料、一聚四氟乙烯、一聚醯亞胺、一聚苯硫醚、一聚碳酸脂、一酚醛塑料、一氨基塑料、一環氧樹脂、一有機硅樹脂之至少其中之一種高分子材料，以作為塑膠材料，但不以此為限，又或者是，該高分子材料22係可包含一聚乳酸（PLA）、一丙烯腈－丁二烯－苯乙烯（ABS）、一丁二烯－苯乙烯（BS）、一丙烯腈－苯乙烯（AS）、一聚乙醯胺（PA）、一尼龍6、一尼龍66、一聚酸甲酯（PMMA）、一氯化聚乙烯（CPE）、一丙烯酸酯類（ACR）、一硝酸纖維素、一乙基纖維素、一醋酸纖維素、一聚對苯二甲酸乙二酯（PETE或PET）、一高密度聚乙烯（HDPE）、一低密度聚乙烯（LDPE）、一聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、一高抗沖 聚苯乙烯 （HIPS）之至少其中之一種高分子材料，以作為支撐材料，但不以此為限。然無論高分子材料22是包含前述之塑膠材料或是支撐材料，然於本實施例中，該高分子材料22係為一細微之線狀體，例如：細微之塑膠線，但不以此為限，且該細微之線狀體之直徑係介於0.01 mm至2.0 mm，較佳值則介於0.1 mm至1.0 mm。

於另一些實施例中，熔融沉積成型(FDM)機2之成型裝置25更可具有兩匣體21及兩高分子材料22，且該兩高分子材料22係可分別為前述之塑膠材料或是支撐材料，並分別對應容設於匣體21中，其實施態樣係可依照實際情形而任施變化，並不以此為限。

請同時參閱第4圖及第5圖， 第5圖係為第4圖所示之多功能複合列印裝置之結構示意圖，首先如第4圖所示，當匣體21內的高分子材料22由匣體21中輸送出來，則會經由驅動輪23之驅動，再經由液化器24將高分子材料22液化，並將液化後之高分子材料2輸送至多功能複合列印裝置20中。如前所述，多功能複合列印裝置20具有殼體200，於一些實施例中，殼體200係可由但不限由金屬材質、塑膠材質、塑膠包覆金屬材質之至少其中之一種材質所構成。且於殼體200中包含多個空室201，以本實施例為例，殼體200具有三個空室201a、201b、201c，但不以此為限。其中，空室201a及201b是用以供顏色墨水203容納於其中，而空室201c則是用以供加熱組件202設置於其內，於另一些實施例中， 加熱組件202係可為但不限為熱電阻加熱組件、雷射加熱組件或其他結構之加熱組件。且於加熱組件202之底部更具有擠出口202a，當液化後之高分子材料22輸送至加熱組件22後，則可對高分子材料22 加熱 至高於融點溫度之狀態， 以使之熔融，再由 擠出口202a擠出熔融之高分子材料微滴(未圖示)。

請續參閱第5圖，如圖所示，多功能複合列印裝置20之殼體200之側表面206上係具有至少一電路板204，該電路板204係對應於每一空室201之側表面206而設置，舉例來說，於本實施例中，空室201a及空室201b之側表面206上係分別對應設置一電路板204a及204b，且於每一電路板204a、204b之底部各對應連接至一個噴墨晶片205a、205b中，供以施加能量信號驅動 每一噴墨晶片 205a、205b之 複數個噴孔噴出顏色墨水 203a、203b，即於本實施例中，噴墨晶片205a、205b係設置於殼體200之底面207上，用以分別噴印出空室201a、201b內所容設的顏色墨水203a、203b。

於一些實施例中，噴墨晶片205係可為但不限為熱汽泡式噴墨晶片、壓電式噴墨晶片及微機電(MEMS)製程製造之至少其中之一種噴墨晶片205。

又以本實施例為例，顏色墨水203a係為黑色墨水、顏色墨水203b係為彩色墨水，但不以此為限，則其所對應之噴墨晶片205a則為具有單一流道之黑色噴墨晶片，而另一對應於彩色墨水之噴墨晶片205b則為具有三流道之彩色噴墨晶片，但不以此為限。

除此之外，於另一些實施例中，殼體200亦可具有四個用以容設四種顏色墨水203及一 加熱組件202 之空室201，其中四個容設一種顏色墨水203之每一空室201中，由其所對應之噴墨晶片205之噴孔輸出顏色墨水203，則該對應之噴墨晶片205之數量同樣為四，且其係均為具有單一流道之單色噴墨晶片205。當然，殼體200亦可具有六個用以容設六種顏色墨水203及一 加熱組件202 之空室201，由其所對應之噴墨晶片205之噴孔輸出顏色墨水203，則該對應之噴墨晶片205之數量同樣為六個，且其係均為具有單一流道之單色噴墨晶片205，甚至，殼體200亦可具有七個用以容設七種顏色墨水203及一 加熱組件202 之空室201，由其所對應之噴墨晶片205之噴孔輸出顏色墨水203，則該對應之噴墨晶片205之數量同樣為七個，且其係均為具有單一流道之單色噴墨晶片205。由此可見，空室201、顏色墨水203及噴墨晶片205之數量、設置方式及型態等係可依照實際情形而任施變化，並不以此為限。

請續參閱第4圖及第5圖，如前所述，當多功能複合列印裝置20之加熱組件202對液化之高分子材料22進行熔融，並由 擠出口202a擠出熔融之高分子材料微滴(未圖示)後，此時，鄰設於加熱組件202之噴墨晶片205則可控制於一預定時間由噴孔噴出對應之顏色墨水203，並使該顏色墨水203 附著於熔融之高分子材料微滴上，以構成彩色之高分子材料微滴(未圖示)，透過程式驅動及控制，則可使每一高分子材料微滴對應噴附不同之顏色墨水203，同時，更可藉由多功能複合列印裝置20於XY方向進行位移，以使多個不同色彩之高分子材料液滴於較冷之底層上附著，並依據每一層不同之斷面圖形進行堆疊，且隨著高分子材料液滴的自然冷卻固化、 依序堆疊成型，而可逐層堆疊 形成全彩化之三維成型物(未圖示)。

如此一來，透過多功能複合列印裝置20之擠出口202a熔融的高分子材料液滴時，則可即時藉由噴墨晶片205之複數個噴孔噴出所需的彩色或黑色墨水，使之附著於該熔融的高分子材料液滴上，如此具彩色的逐點形成彩色的逐線，最後形成彩色的逐面，進而成為彩色的立體3D成型物，使傳統的熔融沉積成型裝置能突破瓶頸，製造出全彩化的3D成型物。

請參閱第6圖，其係為本案第二較佳實施例之適用於 雷射燒結液態樹脂成型 機 之成型裝置及其多功能複合列印裝置之示意圖。如第6圖所示，本案之多功能複合列印裝置30係適用於 一 雷射燒結液態樹脂成型(SLA) 機3中，且此 雷射燒結液態樹脂成型(SLA) 機3之成型裝置36係 具有多功能複合列印裝置30、成型槽31、升降台32、成型托盤33及液態樹脂34等結構 ，其中多功能複合列印裝置 3 0 包含：殼體300、光源裝置302、至少一顏色墨水303以及至少一噴墨晶片304，且殼體300具有複數個空室301；光源裝置302設置於殼體300之至少一空室301中；每一顏色墨水303分別容設於殼體300之至少一空室301中；噴墨晶片304對應設置於殼體300之底面，且每一噴墨晶片304均具有複數個噴孔 (未圖示) ，連通顏色墨水303受驅動噴出；其中，光源裝置302提供一光源，對液態樹脂34照射，並沿著一分層截面輪廓進行掃描，使液態樹脂34產生聚合反應，以固化成一樹脂微粒，且藉由至少一噴墨晶片304噴出至少一顏色墨水303，使至少一顏色墨水303附著於已固化之樹脂微粒上，以形成彩色之固化樹脂，並逐漸堆疊多層彩色之固化樹脂，以堆疊形成全彩化之三維成型物35。

請參閱第6圖，於本實施例中， 雷射燒結液態樹脂成型(SLA) 機3之成型裝置36 具有成型槽31，於本實施例中，成型槽31用以容設升降台32、成型托盤33及液態樹脂34等結構 ，且成型托盤33係設置於升降台32上，並可隨升降台32之帶動以進行上下往復作動。至於液態樹脂34則容設於成型槽31中，且具有一定之液面高度h。本案之 多功能複合列印裝置30係對應設置於成型槽31之上方，且 如前所述，多功能複合列印裝置30具有殼體300，於一些實施例中，殼體300係可由但不限由金屬材質、塑膠材質、塑膠包覆金屬材質之至少其中之一種材質所構成。且於殼體300中包含多個空室301，以本實施例為例，殼體300具有三個空室301a、301b、301c，但不以此為限。其中，空室301a及301b是用以供顏色墨水303容納於其中，而空室301c則是用以供光源裝置302設置於其內，於本實施例中， 光源裝置302所提供之光源係為一紫外線(UV)光，且於光源裝置302之底部更具有可提供對準照射之相關結構，俾可供該紫外線光 對液態樹脂34進行對準照射，且 藉由多功能複合列印裝置30可於XY方向進行位移，故升降台32承載成型托盤33並位移至液態樹脂34之液面高度h時，光源裝置302則可對 液態樹脂34之液面沿著一分層截面輪廓進行掃描，使上層之液態樹脂34產生聚合反應，以固化成一樹脂微粒，並透過至少一噴墨晶片304噴出至少一顏色墨水303，使至少一顏色墨水303附著於已固化之樹脂微粒上，以形成彩色之固化樹脂，再藉由升降台32逐步向下位移，如此以層層堆疊固化形成多層彩色之固化樹脂，並堆疊形成全彩化之三維成型物35。

請續參閱第6圖，如圖所示，多功能複合列印裝置30之殼體300之底面上係具有至少一噴墨晶片304，該噴墨晶片304係對應於每一空室301之底面而設置，舉例來說，於本實施例中，空室301a及空室301b之底面上係分別對應設置一噴墨晶片304a及304b，且於噴墨晶片304a、304b之下方更對應具有複數個噴孔(未圖示)，用以分別噴印出空室301a、301b內所容設的顏色墨水303a、303b。

於一些實施例中，噴墨晶片304係可為但不限為熱汽泡式噴墨晶片、壓電式噴墨晶片及微機電(MEMS)製程製造之噴墨晶片之至少其中之一。

又以本實施例為例，顏色墨水303a係為黑色墨水、顏色墨水303b係為彩色墨水，但不以此為限，則其所對應之噴墨晶片304a則為具有單一流道之黑色噴墨晶片，而另一對應於彩色墨水之噴墨晶片304b則為具有三流道之彩色噴墨晶片，但不以此為限。

而於另一些實施例中，殼體300亦可具有四個用以容設四種顏色墨水303及一 光源裝置302 之空室301，其中四個容設一種顏色墨水303之每一空室301中，由其所對應之噴墨晶片304之噴孔輸出顏色墨水303，則該對應之噴墨晶片304之數量同樣為四，且其係均為具有單一流道之單色噴墨晶片304。當然，殼體300亦可具有六個用以容設六種顏色墨水303、一 光源裝置302 之空室301，再由所對應之噴墨晶片304之噴孔輸出顏色墨水303，則該對應之噴墨晶片304之數量同樣為六個，且其係均為具有單一流道之單色噴墨晶片304，甚至，殼體400亦可具有七個用以容設七種顏色墨水303、一 光源裝置302 之空室301，由其所對應之噴墨晶片304之噴孔輸出顏色墨水303，則該對應之噴墨晶片304之數量同樣為七個，且其係均為具有單一流道之單色噴墨晶片304。由此可見，空室301、顏色墨水303及噴墨晶片304之數量、設置方式及型態等係可依照實際情形而任施變化，並不以此為限。

如前所述，本案之 雷射燒結液態樹脂成型(SLA) 機3之成型裝置36進行 雷射燒結液態樹脂成型(SLA) 成型作業時，主要係透過成型裝置36之升降台32承載成型托盤33並位移至液態樹脂34之液面高度，並藉由多功能複合列印裝置30可於XY方向進行位移，使得其光源裝置302及其所中所容設之至少一顏色墨水303均可隨之進行XY方向之位移，進而可供光源裝置302對最上層液面之 液態樹脂34沿著分層截面輪廓進行掃描，使上層液面處之液態樹脂34產生聚合反應，以固化成樹脂微粒，此時，再透過鄰設於光源裝置302之至少一噴墨晶片304控制於一預定時間由噴孔噴出對應之顏色墨水303，並使該顏色墨水303 附著於 已固化之樹脂微粒上，以構成彩色之固化樹脂，且 透過程式驅動及控制，使彩色之逐點 固化樹脂 形成彩色之逐線 固化樹脂 ，最後形成彩色之逐面 固化樹脂 ，以形成一薄層， 再藉由升降台32逐步向下位移，如此以層層堆疊固化形成多層彩色之固化樹脂，並堆疊形成全彩化之三維成型物35 ，俾可使傳統的 雷射燒結液態樹脂成型(SLA) 機能突破瓶頸，製造出全彩化的3D成型物。

請參閱第7圖，其係為本案第三較佳實施例之適用於 紫外光固化液態樹脂成型 機之成型裝置及其多功能複合列印裝置之示意圖。如第7圖所示，本案之多功能複合列印裝置40係適用於一 紫外光固化液態樹脂成型(MJM) 機4中，且此 紫外光固化液態樹脂成型(MJM) 機4之成型裝置43至少包含多功能複合列印裝置40及成型托盤41等組件，其中多功能複合列印裝置40包含：殼體400、光源裝置402、液態樹脂403、至少一顏色墨水404以及至少一噴墨晶片405，且殼體400具有複數個空室401；光源裝置402設置於殼體400之其中一個空室401d中；液態樹脂403設置於殼體400之另一空室401a中；每一顏色墨水404分別容設於殼體400之其他空室401b、401c中；噴墨晶片405對應設置於殼體400之底面，且每一噴墨晶片405均具有複數個噴孔 (未圖示) ，可連通 液態樹脂403或 顏色墨水404受驅動噴出 ；其中，噴墨晶片405先噴印液態樹脂403之液滴，再由其他噴墨晶片405噴出至少一顏色墨水404，使至少一顏色墨水404附著於液態樹脂403之液滴上，並由光源裝置402提供一光源，對液態樹脂403之液滴照射，使液態樹脂403之液滴固化，以形成彩色之固化樹脂，並逐漸堆疊多層該彩色之固化樹脂，以堆疊形成全彩化之三維成型物42。

請參閱第7圖，於本實施例中， 紫外光固化液態樹脂成型(MJM) 機4之成型裝置43具有成型托盤41，於一些實施例中，成型托盤41係可設置於一可升降之基座(未圖示)上，並隨該基座進 行上下升降之位移作動，且多功能複合列印裝置40係對應設置於成型托盤41之上方，且如前所述，多功能複合列印裝置40具有殼體400，於一些實施例中，殼體400係可由但不限由金屬材質、塑膠材質、塑膠包覆金屬材質之至少其中之一種材質所構成。且於殼體400中包含多個空室401，以本實施例為例，殼體400具有四個空室401a、401b、401c及401d，但不以此為限。其中，空室401a是用以供液態樹脂403容設於其中，其他二個空室401b及401c是用以供顏色墨水404容設於其中，而另一空室401d則是用以供光源裝置402設置於其內，於本實施例中，光源裝置402所提供之光源係為一紫外線(UV)光，且於光源裝置402之底部更具有可提供對準照射之相關結構(未圖示)。

請續參閱第7圖，如圖所示，多功能複合列印裝置40之殼體400之底面上係具有至少一噴墨晶片405，該噴墨晶片405係對應於每一空室401之底面而設置，舉例來說，於本實施例中，空室401a、401b及401c之底面上係分別對應設置一噴墨晶片405a、405b及405c，且於噴墨晶片405a、405b及405c中更對應具有複數個噴孔(未圖示)，用以分別噴印出空室401a、401b及401c內所容設的液態樹脂403及顏色墨水404a、404b。

於一些實施例中，噴墨晶片405係可為但不限為熱汽泡式噴墨晶片、壓電式噴墨晶片及微機電(MEMS)製程製造之噴墨晶片之至少其中之一。

又以本實施例為例，顏色墨水404a係為黑色墨水、顏色墨水404b係為彩色墨水，但不以此為限，則其所對應之噴墨晶片405b則為具有單一流道之黑色噴墨晶片，而另一對應於彩色墨水之噴墨晶片405c則為具有三流道之彩色噴墨晶片，但不以此為限。

而於另一些實施例中，殼體400亦可具有四個用以容設四種顏色墨水404及一容置液態樹脂403之空室401，再由容設一種顏色墨水404之每一空室401中對應之噴墨晶片405之噴孔輸出顏色墨水404，則該對應之噴墨晶片405之數量同樣為四，且其係均為具有單一流道之單色噴墨晶片405。 當然，殼體400亦可具有六個用以容設六種顏色墨水404、一 液態樹脂403 及一 光源裝置402 之空室401，再由所對應之噴墨晶片405之噴孔輸出顏色墨水404，則該對應之噴墨晶片405之數量同樣為六個，且其係均為具有單一流道之單色噴墨晶片405，甚至，殼體400亦可具有七個用以容設七種顏色墨水403一 光源裝置402 之空室401，再由所對應之噴墨晶片405之噴孔輸出顏色墨水404，則該對應之噴墨晶片405之數量同樣為七個，且其係均為具有單一流道之單色噴墨晶片405 。由此可見，空室401、顏色墨水404及噴墨晶片405之數量、設置方式及型態等係可依照實際情形而任施變化，並不以此為限。

如前所述，本案之 紫外光固化液態樹脂成型(MJM) 機4之成型裝置43進行 紫外光固化液態樹脂成型(MJM) 作業時，主要透過基座承載成型托盤41上升位移至一特定高度後，藉由多功能複合列印裝置40可於XY方向進行位移至定位，使得其中所容設之光源裝置402、液態樹脂403及至少一顏色墨水404均可隨之進行XY方向之位移定位，並由噴墨晶片405a先於成型托盤41上噴印出液態樹脂403之液滴，此時，再透過鄰設於光源裝置402之至少一噴墨晶片405b、405c控制於一預定時間由噴孔噴出對應之顏色墨水404a、404b，使該顏色墨水404a、404b附著於剛噴出之液態樹脂403之液滴上，再由光源裝置402提供之紫外光(UV)線，對已噴印色彩之液態樹脂403之液滴照射，使彩色液態樹脂403之液滴固化，以形成彩色之固化樹脂，並逐漸堆疊多層該彩色之固化樹脂，且透過程式驅動及控制，使彩色之逐點固化樹脂形成彩色之逐線固化樹脂，最後形成彩色之逐面固化樹脂，再藉由基座帶動成型托盤41逐步向下位移，如此以層層堆疊固化形成多層彩色之固化樹脂，並堆疊形成全彩化之三維成型物42。

又於實施例中，殼體400亦也可設置一容置液態支撐材料42a之空室401(未圖示)，故當噴墨晶片405對應噴出該液態支撐材料42a後，其亦可因光源裝置402之紫外光線照射而固化，藉以形成如第7圖所示之固化之支撐材料42a。

又，在另一些實施例中，當噴墨晶片405噴出液態樹脂403後，亦可先由光源裝置402之紫外光照射，以對液態樹脂403之液滴進行固化，其後再由其他噴墨晶片405噴出對應之顏色墨水404，而對該已固化之液態樹脂403進行上色，以形成彩色之固化樹脂，並逐漸堆疊多層該彩色之固化樹脂，而構成全彩化之三維成型物42。

如此一來，透過本實施例之多功能複合列印裝置40，則可藉由噴印晶片405以噴印液態樹脂403，並可由噴墨晶片405之複數個噴孔噴出所需的彩色或黑色墨水，使之附著於液態樹脂403之液滴上，再以光源裝置402對已噴印色彩之液態樹脂403之液滴照射，使其固化以形成彩色之固化樹脂；或是先以光源裝置402照射液態樹脂403之液滴，使其固化後再透過其他噴印晶片405噴印所需的彩色或黑色墨水，以進成彩色之固化樹脂；由此可見，本實施例之多功能複合列印裝置40係可採用多樣之實施方式以進行全彩之 紫外光固化液態樹脂成型(MJM) 作業，使傳統的 紫外光固化液態樹脂成型 機能突破瓶頸，製造出全彩化的3D成型物。

請參閱第8圖，其係為本案第四較佳實施例之適用於雷射燒結固態粉末成型機之成型裝置及其多功能複合列印裝置之示意圖。如第8圖所示，本案之多功能複合列印裝置50係適用於一雷射燒結固態粉末成型(SLS)機5中，且此雷射燒結固態粉末成型(SLS)機5之成型裝置58包含多功能複合列印裝置50、基座51、供粉槽52、建構槽53、升降底座54、粒狀粉末55及滾輪56等組件，其中多功能複合列印裝置50包含：殼體500、光源裝置502、至少一顏色墨水503以及至少一噴墨晶片504，且殼體500具有複數個空室501；光源裝置502設置於殼體500之其中一個空室501c中；每一顏色墨水503分別容設於殼體500之其他空室501a、501b中；噴墨晶片504對應設置於殼體500之底面，且每一噴墨晶片504均具有複數個噴孔 (未圖示) ，連通顏色墨水503受驅動噴出；其中，光源裝置502提供一雷射光源，對建構槽53內之粒狀粉末55照射，並沿著一分層截面輪廓進行燒結，使粒狀粉末55溫度升至融點，並藉由至少一噴墨晶片504噴出至少一顏色墨水503，使至少一顏色墨水503附著於固化過程中之粒狀粉末55上，以形成彩色之固化微粒，且彩色之固化微粒係相互黏接，並逐層堆疊成型，進而堆疊形成全彩化之三維成型物57。

請參閱第8圖，於本實施例中，雷射燒結固態粉末成型(SLS)機5之成型裝置58具有基座51，且於基座51中設置有內嵌式之供粉槽52及建構槽53，供粉槽52係鄰設於建構槽53，且於基座51之表面上形成工作平台510，其中，供粉槽52及建構槽53之底面係由活動式之升降底座54a、54b所構成，其可因應驅動裝置(未圖示)之驅動以進行上下往復式之升降作業，藉以分別將供粉槽52及建構槽53內容設之粒狀粉末55進行上下推送。舉例來說，當欲進行雷射燒結固態粉末成型(SLS)作業前，則藉由升降底座54a之上升作業，以將供粉槽52內之粒狀粉末55推送至略高於工作平台510之高度，其後再由滾輪56於工作平台510上進行水平位移之推送作業，進而可將粒狀粉末55推移至鄰設之建構槽53內，此時，建構槽53之升降底座54b則會略為下降，使多功能複合列印裝置50可對建構槽53內的粒狀粉末55進行後續之雷射燒結固態粉末成型(SLS)作業，如此透過供粉槽52及建構槽53彼此獨立之往復式之升降作業，可有效調控粒狀粉末55之供粉及成型作業。以及，於一些實施例中， 粒狀粉末55係為一複合塑膠粉末、一金屬粉末及一複合金屬粉末之至少其中之ㄧ，但不以此為限。

此外，如前所述，多功能複合列印裝置50亦與前述之諸多實施例相仿，同樣具有殼體500，且殼體500係可由但不限由金屬材質、塑膠材質、塑膠包覆金屬材質之至少其中之一種材質所構成。且於殼體500中亦具有三個空室501a、501b及501c，但不以此為限。其中，空室501a及501b是用以分別供顏色墨水503a、503b容設於其中，而另一空室501c則是用以供光源裝置502設置於其內，於本實施例中，光源裝置502所提供之光源係為一雷射光源，且於光源裝置502更具有可提供對準照射之相關結構(未圖示)。以及，多功能複合列印裝置50之殼體500之底面上係具有噴墨晶片504，且噴墨晶片504係對應於每一空室501之底面而設置，故於本實施例中，空室501a、501b之底面上分別對應設置有噴墨晶片504a及504b，且其更分別具有複數個噴孔(未圖示)，用以對應噴印出空室501a及501b內所容設的顏色墨水503a、503b。

於一些實施例中，噴墨晶片504係可為但不限為熱汽泡式噴墨晶片、壓電式噴墨晶片及微機電(MEMS)製程製造之噴墨晶片之至少其中之一。且以本實施例為例，顏色墨水503a係為黑色墨水、顏色墨水503b係為彩色墨水，但不以此為限，則其所對應之噴墨晶片504a則為具有單一流道之黑色噴墨晶片，而另一對應於彩色墨水之噴墨晶片504b則為具有三流道之彩色噴墨晶片，但不以此為限。

而於另一些實施例中，殼體500亦可具有四個用以容設四種顏色墨水503之空室501，再由可容設一種顏色墨水503之每一空室501中所對應之噴墨晶片504之噴孔輸出顏色墨水503，則該對應之噴墨晶片504之數量同樣為四，且其係均為具有單一流道之單色噴墨晶片504。 當然，殼體500亦可具有六個用以容設六種顏色墨水503、一 光源裝置502 之空室501，再由所對應之噴墨晶片504之噴孔輸出顏色墨水503，則該對應之噴墨晶片504之數量同樣為六個，且其係均為具有單一流道之單色噴墨晶片504，甚至，殼體500亦可具有七個用以容設七種顏色墨水503、一 光源裝置502 之空室501，再由所對應之噴墨晶片504之噴孔輸出顏色墨水503，則該對應之噴墨晶片504之數量同樣為七個，且其係均為具有單一流道之單色噴墨晶片504 。由此可見，空室501、顏色墨水502及噴墨晶片504之數量、設置方式及型態等係可依照實際情形而任施變化，並不以此為限。

如前所述，本案之雷射燒結固態粉末成型(SLS)機5之成型裝置58進行雷射燒結固態粉末成型(SLS)作業時，主要透過滾輪56將供粉槽52內容設之粒狀粉末55推送至建構槽53內，此時，藉由對應設置於建構槽53上方之多功能複合列印裝置50可於XY方向進行位移至定位，並使得其中所容設之光源裝置502及至少一顏色墨水503均可隨之進行XY方向之位移定位，再由光源裝置502提供之雷射光源，對建構槽53內之粒狀粉末55照射，並使多功能複合列印裝置50位移以沿著一分層截面輪廓進行燒結，使粒狀粉末55溫度升至融點，同時，並藉由噴墨晶片504控制於一預定時間由噴孔噴出對應之顏色墨水503a、503b，使該顏色墨水503a、503b附著於固化過程中之粒狀粉末55上，以形成彩色之固化微粒，且該彩色之固化微粒亦相互黏結，且透過程式驅動及控制，使彩色之逐點固化微粒形成彩色之逐線固化微粒，最後形成彩色之逐面固化微粒，再藉由升降基座54b帶動建構槽53逐步向下位移，如此以層層堆疊成型，以堆疊形成全彩化之三維成型物57。

如此一來，透過本實施例之 多功能複合列印裝置50之光源裝置502對粒狀粉末55進行 雷射燒結 之同時，則可即時藉由噴墨晶片504之複數個噴孔噴出所需的彩色或黑色墨水，使之附著於已固化之粒狀粉末55上，如此具彩色的逐點形成彩色的逐線，最後形成彩色的逐面，進而成為彩色的立體3D成型物，使傳統的 雷射燒結固態粉末成型(SLS) 裝置能突破瓶頸，製造出全彩化的3D成型物。

綜上所述，本案之多功能複合列印頭，其藉由殼體中具有多個空室，用以容設加熱機構或光源裝置、至少一顏色墨水、或是液態樹脂等，進而可廣泛應用於 熔融沉積成型（FDM）技術、雷射燒結液態樹脂成型SLA）技術、紫外光固化液態樹脂成型（MJM）技術、或是選擇性雷射燒結成型（SLS）技術 等3D列印成型機中，均可有效地實施全彩化之3D列印，不僅可突破傳統單色之3D成型品之技術瓶頸，增加3D成型品之色彩擬真及藝術性，同時更利於推廣全彩化3D列印技術，並使全彩化3D列印技術更為普及化。

本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

5：雷射燒結固態粉末成型機

50：多功能複合列印裝置

500：殼體

501、501a、501b、501c：空室

502：光源裝置

503、503a、503b：顏色墨水

504、504a、504b：噴墨晶片

51：基座

510：工作平台

52：供粉槽

53：建構槽

54、54a、54b：升降底座

55：粒狀粉末

56：滾輪

57：全彩化之三維成型物

58：成型裝置

Claims (11)

1. 一種多功能複合列印裝置，適用成形一粒狀粉末的成型物，其包含：
   　 一殼體，其具有複數個空室；
   　 一光源裝置，設置於該殼體之其中一個該空室中，提供一雷射光源；
   　 至少一顏色墨水，每一該顏色墨水分別容設於該殼體之其他該空室中；以及
   　 至少一噴墨晶片，對應設於該殼體之一底面，且每一該噴墨晶片均具有複數個噴孔，連通該顏色墨水，並受該噴墨晶片驅動噴出該顏色墨水至該粒狀粉末間，如此反覆作動使之最終固化形成一全彩化之三維成型物。
2. 如申請專利範圍第1項所述之多功能複合列印裝置，其中該殼體係由一金屬材質、一塑膠材質、一塑膠包覆金屬材質之至少其中之一種材質所構成。
3. 如申請專利範圍第1項所述之多功能複合列印裝置，其中該噴墨晶片係為一熱汽泡式噴墨晶片、一壓電式噴墨晶片及一微機電製程製造之噴墨晶片之至少其中之一種噴墨晶片。
4. 如申請專利範圍第1項所述之多功能複合列印裝置，其中該至少一噴墨晶片係為二個噴墨晶片，分別為一具有三流道之彩色噴墨晶片及一具有單一流道之黑色噴墨晶片。
5. 如申請專利範圍第1項所述之多功能複合列印裝置，其中該至少一噴墨晶片係為二個噴墨晶片，分別為具有二流道之雙色噴墨晶片。
6. 如申請專利範圍第1項所述之多功能複合列印裝置，其中該至少一噴墨晶片係為四個噴墨晶片，分別為四個具有單一流道之單色噴墨晶片。
7. 如申請專利範圍第1項所述之多功能複合列印裝置，其中該至少一噴墨晶片係為六個噴墨晶片，分別為六個具有單一流道之單色噴墨晶片。
8. 如申請專利範圍第1項所述之多功能複合列印裝置，其中該至少一噴墨晶片係為七個噴墨晶片，分別為七個具有單一流道之單色噴墨晶片。
9. 如申請專利範圍第1項所述之多功能複合列印裝置，其中該至少一顏色墨水係為四種顏色墨水，且分別容設於該殼體之該至少一空室中。
10. 如申請專利範圍第1項所述之多功能複合列印裝置，其中該粒狀粉末係為一複合塑膠粉末、一金屬粉末及一複合金屬粉末之至少其中之一種粒狀粉末。
11. 一種多功能複合列印裝置，適用成形一粒狀粉末的成型物，其包含：
    　 一殼體，其具有複數個空室；
    　 一光源裝置，設置於該殼體之其中一個該空室中，提供一雷射光源；
    　 至少一顏色墨水，每一該顏色墨水分別容設於該殼體之其他該空室中；以及
    　 至少一噴墨晶片，對應設於該殼體之一底面，且每一該噴墨晶片均具有複數個噴孔，連通該顏色墨水，並受該噴墨晶片驅動噴出該顏色墨水；
    　 其中，該光源裝置所提供雷射光源，沿著粒狀粉末成型物之一分層截面輪廓進行燒結，使受燒結該粒狀粉末溫度升至融點，並藉由該至少一噴墨晶片噴出該至少一顏色墨水，使該至少一顏色墨水附著於固化過程中之該粒狀粉末上，以形成彩色之固化微粒，且該彩色之固化微粒係相互黏接，並逐層堆疊成型，進而堆疊形成一全彩化之三維成型物。