TWI596000B - 立體列印裝置以及列印頭模組 - Google Patents

Description

立體列印裝置以及列印頭模組

本發明是有關於一種列印裝置及其列印頭模組，且特別是有關於一種立體列印裝置及其列印頭模組。

隨著電腦輔助製造(Computer-Aided Manufacturing,CAM)的進步，製造業發展了快速雛型方法(Rapid Prototyping,RP)，能很迅速的將設計原始構想製造出來。快速雛型(RP)技術能無限制幾何形狀，而且越複雜的零件越顯示RP技術的卓越性，更可大大地節省人力與加工時間，在時間最短的要求下，將3D CAD上的設計零件，真實地呈現出來，不但摸得到，亦可真實地感受得到它的幾何曲線，更可以試驗零件的裝配性、甚至進行可能的功能試驗。

這些快速成型法有很多種，如熔合沉積模型(Fused Deposition Modeling,FDM)，層化物品製造(Laminated Object Manufacturing,LOM)等。然而，目前利用上述快速成型法形成立 體物品的立體列印裝置，其列印頭具有一個噴嘴，並且，為了使列印出來的立體物品達到高解析度的標準，噴嘴通常需要維持極小的口徑。如此，列印頭透過噴嘴將建造基材擠出並成型於基座上則需要較長的時間，使立體列印裝置的立體列印速率低落，導致立體列印的效率不佳。因此，目前的立體列印裝置在使用上仍舊十分地不便。

本發明提供一種立體列印裝置，其列印頭模組可依列印需求切換不同口徑的出料口，以提高立體列印的效率。

本發明提供一種列印頭模組，其可依列印需求切換不同口徑的出料口，以提高立體列印的效率。

本發明的立體列印裝置包括一基座、一列印頭模組以及一控制單元。基座具有一承載面。列印頭模組設置於基座上方。列印頭模組包括一本體以及一出料口切換元件。本體包括一供料管道。出料口切換元件可移動地設置於本體。出料口切換元件包括多個出料口。出料口的口徑各不相同。控制單元用以依據口徑選擇出料口的其中之一，並將選擇的出料口連接至本體，使供料管道連通選擇的出料口。

本發明的列印頭模組包括一本體以及一出料口切換元件。本體包括一供料管道。出料口切換元件可移動地設置於本體。出料口切換元件包括多個出料口。出料口的口徑各不相同。出料 口切換元件適於將各出料口移動至與對應本體的位置而與其連接，並使供料管道連通選擇的出料口。

在本發明的一實施例中，上述的出料口呈一圓形排列。

在本發明的一實施例中，上述的控制單元控制出料口切換元件沿圓形的一中心軸旋轉，以將選擇的出料口旋轉至對應供料管道的位置而與本體連接。

在本發明的一實施例中，上述的出料口呈一直線排列。

在本發明的一實施例中，上述的控制單元控制出料口切換元件沿直線移動，以將選擇的出料口移動至對應供料管道的位置而與本體連接。

在本發明的一實施例中，上述的列印頭模組更包括一饋料機構，設置於本體。控制單元將選擇的出料口連接至本體後，饋料機構將一基材由供料管道傳送至出料口。

在本發明的一實施例中，上述的饋料機構包括一主動滾輪以及一被動滾輪，分別設置於供料管道的相對兩側。主動滾輪帶動被動滾輪轉動，以共同帶動基材移動至出料口。

在本發明的一實施例中，上述的本體包括一第一卡合部。出料口切換元件更包括多個第二卡合部，分別對應出料口設置，以在控制單元將選擇的出料口連接至本體時，對應的第二卡合部與第一卡合部卡合。

在本發明的一實施例中，上述的立體列印裝置更包括一切換馬達以及一連動滾輪組。控制單元耦接並控制切換馬達。切 換馬達連接連動滾輪組，以驅動連動滾輪組轉動。連動滾輪組連接出料口切換元件，以帶動出料口切換元件沿直線移動而將選擇的出料口移動至對應供料管道的位置而與本體連接。

在本發明的一實施例中，上述的立體列印裝置更包括一饋料馬達，耦接控制單元。控制單元將選擇的出料口連接至本體後，控制單元控制饋料馬達將一基材由供料管道傳送至出料口。

在本發明的一實施例中，上述的立體列印裝置更包括多個噴嘴，設置於出料口切換元件並分別套設於對應的出料口上，各噴嘴的口徑實質上等同於對應的出料口的口徑。

在本發明的一實施例中，上述的立體列印裝置更包括一噴嘴，套設於出料口切換元件上，使出料口位於噴嘴內。

基於上述，本發明將具有多個出料口的出料口切換元件可移動地設置於列印頭模組的本體上，且出料口的口徑各不相同，控制單元便可依據口徑的大小來選擇上述多個出料口的其中之一，並將選擇的出料口連接至列印頭模組的本體上，以使本體的供料管道連通出料口。如此，控制單元即可藉由選擇出料口的口徑來控制列印出來的立體物體的解析度。因此，當立體列印裝置在列印立體物體的輪廓時，可選擇口徑較小的出料口，以提高立體列印的解析度，而當立體列印裝置在列印立體物體的表面輪廓以內的部份時，由於解析度的需求較小，因而可選擇口徑較大的出料口，以提高基材的輸出量，進而提高立體列印的效率。

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。

10‧‧‧立體列印裝置

20‧‧‧立體物體

30‧‧‧電腦主機

100‧‧‧列印頭模組

110‧‧‧本體

112‧‧‧供料管道

114‧‧‧第一卡合部

120‧‧‧噴嘴切換元件

122、122a、122b、122c、122d‧‧‧出料口

124‧‧‧第二卡合部

126‧‧‧噴嘴

130‧‧‧饋料機構

132‧‧‧主動滾輪

134‧‧‧被動滾輪

200‧‧‧基座

210‧‧‧承載面

300‧‧‧控制單元

400‧‧‧滑軌

500‧‧‧基材

600‧‧‧切換馬達

610‧‧‧連動滾輪組

700‧‧‧饋料馬達

A1‧‧‧中心軸

D1、D2‧‧‧口徑

圖1是依照本發明的一實施例的一種立體列印裝置的示意圖。

圖2是依照本發明的一實施例的一種立體列印裝置的使用情境方塊示意圖。

圖3是依照本發明的一實施例的一種立體列印裝置的方塊示意圖。

圖4是依照本發明的一實施例的一種列印頭模組的剖面示意圖。

圖5是依照本發明的一實施例的一種立體列印裝置的部份元件示意圖。

圖6是圖5的出料口切換元件的俯視示意圖。

圖7是依照本發明的一實施例的一種出料口切換元件的仰視示意圖。

圖8是依照本發明的一實施例的一種立體列印裝置的部份元件剖面示意圖。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以 下配合參考圖式之各實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而並非用來限制本發明。並且，在下列各實施例中，相同或相似的元件將採用相同或相似的標號。

圖1是依照本發明的一實施例的一種立體列印裝置的示意圖。圖2是依照本發明的一實施例的一種立體列印裝置的使用情境方塊示意圖。圖3是依照本發明的一實施例的一種立體列印裝置的方塊示意圖。請參照圖1至圖3，在本實施例中，立體列印裝置10適於依據一數位立體模型資訊列印出一立體物體20。立體列印裝置10包括一列印頭模組100、一基座200以及一控制單元300。在本實施例中，控制單元300可用以讀取一數位立體模型資訊，其中，數位立體模型資訊可為一數位立體圖像檔案，其例如由一電腦主機30透過電腦輔助設計(computer-aided design,CAD)或動畫建模軟體等建構而成。

承上述，立體列印裝置10的基座200如圖1所示具有一承載面210。列印頭模組100可移動地設置於基座200的上方，並經配置以沿著一滑軌400來回滑動，而基座200亦可相對於列印頭模組100移動。控制單元300可用以讀取與處理數位立體模型資訊，並耦接列印頭模組100以及基座200，以控制列印頭模組100以及基座200的移動。如此，控制單元300可依據此數位立體模型資訊控制列印頭模組100沿著滑軌400移動，而列印頭模組 120則可連接至一基材500，並在移動的過程中將基材500逐層成形於承載面210上而形成多個積層材料層。積層材料層彼此堆疊而形成立體物體20。

在本實施例中，基材500可為適用於光硬化(Stereolithography)、熔絲製造式(Fused Filament Fabrication,FFF)、熔化壓模式(Melted and Extrusion Modeling)、電子束熔化成形(Electron Beam Modeling)等製作方法的各種適合材料。舉例而言，基材500可為適用於熔絲製造的熱熔性線材，並例如透過列印頭模組100的出料口122對基材500進行加熱，以將傳送至噴嘴的基材500熔融成熔融狀態的流體材料，再將熔融的基材擠出並逐層成型於承載面210上，以形成多個積層材料層，之後再對其進行例如硬化烘乾處理而形成立體物體20。

圖4是依照本發明的一實施例的一種列印頭模組的剖面示意圖。圖5是依照本發明的一實施例的一種立體列印裝置的部份元件示意圖。圖6是圖5的出料口切換元件的俯視示意圖。請同時參照圖4至圖6，在本實施例中，列印頭模組100包括一本體110以及一出料口切換元件120。本體110包括一供料管道112。出料口切換元件120可移動地設置於本體110。出料口切換元件120包括多個出料口122a、122b、122c、122d。出料口122a、122b、122c、122d的口徑各不相同。舉例而言，如圖5所示，出料口122d的口徑大於出料口122a的口徑。控制單元300經配置以耦接並控制出料口切換元件120，以依據出料口122a、122b、122c、122d 的口徑大小來選擇出料口122a、122b、122c、122d的其中之一，並將選擇的出料口122a、122b、122c或122d連接至本體110，使供料管道112連通選擇的出料口122a、122b、122c或122d。

在本實施例中，立體列印裝置10更可如圖4所示包括多個噴嘴126，設置於出料口切換元件120，並分別套設於對應的出料口122a、122b、122c、122d上，各噴嘴126的口徑實質上等同於對應的出料口122a、122b、122c、122d的口徑。此外，在本發明的另一實施例中，立體列印裝置10亦可只包括一噴嘴，套設於出料口切換元件120上，使出料口122a、122b、122c、122d皆位於噴嘴內。

一般而言，立體列印裝置10在列印立體物體20的輪廓時，所需要使用的出料口122a、122b、122c或122d的口徑較小，以提高立體列印的解析度，使列印出來的立體物體20可具有較平滑的表面，而當立體列印裝置10在列印立體物體20的表面輪廓以內的部份時，由於解析度的需求較小，因而可選擇口徑較大的出料口122a、122b、122c或122d的噴嘴126，以提高基材500的輸出量，進而提高立體列印的效率。也就是說，控制單元300可藉由選擇出料口122a、122b、122c、122d的口徑大小來控制立體物體20的解析度。具體而言，控制單元300可例如依據關聯於立體物體20的一數位立體模型資訊來控制當前的立體列印工作所需的解析度，並據此依據出料口122a、122b、122c、122d的口徑大小來選擇出料口122a、122b、122c、122d的其中之一，並將選擇 的出料口122a、122b、122c或122d連接至本體110，使供料管道112連通選擇的出料口122a、122b、122c或122d。

在本實施例中，列印頭模組100更可包括一饋料機構130，設置於本體110。控制單元300將選擇的出料口122連接至本體110後，可控制饋料機構130將一基材500由供料管道112傳送至出料口122。詳細而言，饋料機構130包括一主動滾輪132以及一被動滾輪134，分別設置於供料管道112的相對兩側。主動滾輪132帶動被動滾輪134轉動，以共同帶動基材500移動，並將基材500傳送至出料口122，再透過出料口122將基材500擠出並逐層成型於承載面210上而形成立體物體20。

在本實施例中，出料口122a、122b、122c、122d可如圖5所示呈一圓形排列，而控制單元300控制出料口切換元件120沿圓形的一中心軸A1旋轉，以將控制單元300所選擇的出料口122a、122b、122c或122d旋轉至對應供料管道112的位置而與本體110連接。供料管道112位於出料口122a、122b、122c、122d的旋轉路徑上，並且，本體110可包括一第一卡合部114。出料口切換元件120可包括多個與第一卡合部114結構配合的第二卡合部124，且第二卡合部124可分別對應出料口122a、122b、122c、122d的位置設置。如此，控制單元300可透過旋轉出料口切換元件120而將所選擇的出料口122a、122b、122c或122d旋轉至與供料管道112對應的位置上，此時，對應的第二卡合部124可與第一卡合部114卡合，以將所選擇的出料口122a、122b、122c或 122d固定於本體110上。如此，立體列印裝置10即可完成出料口122a、122b、122c、122d的切換。

請同時參照圖3、圖5以及圖6，在本實施例中，出料口122a、122b、122c、122d如圖6所示呈圓形排列。更具體而言，在本實施例中，立體列印裝置10更包括一切換馬達600、一連動滾輪組610以及一饋料馬達700。控制單元300如圖3所示分別耦接並控制切換馬達600以及饋料馬達700，而切換馬達600則如圖6所示連接連動滾輪組610，以驅動連動滾輪組610轉動。連動滾輪組610則連接出料口切換元件120，以帶動出料口切換元件120沿出料口122a、122b、122c、122d的排列方向直線移動，而將選擇的出料口122a、122b、122c或122d移動至對應供料管道112的位置而與本體110連接。也就是說，控制單元300依據出料口122a、122b、122c、122d的口徑大小來選擇出料口122a、122b、122c、122d的其中之一後，控制切換馬達600驅動連動滾輪組610轉動，以帶動出料口切換元件120沿出料口122a、122b、122c、122d的排列方向轉動，而將選擇的出料口122a、122b、122c或122d移動至對應供料管道112的位置而與本體110連接。控制單元300將選擇的出料口122a、122b、122c或122d連接至本體110後，再控制饋料馬達700將基材500由供料管道112傳送至選擇的出料口122a、122b、122c或122d，以將基材500逐層成型於基座上而形成立體物體。

圖7是依照本發明的一實施例的一種出料口切換元件的 仰視示意圖。圖8是依照本發明的一實施例的一種立體列印裝置的部份元件剖面示意圖。在此必須說明的是，本實施例之出料口切換元件120與圖5所示之出料口切換元件120相似，因此，本實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，本實施例不再重複贅述。以下將針對本實施例之出料口切換元件120與圖5之出料口切換元件120的差異做說明。

請同時參考圖3、圖7以及圖8，在本實施例中，出料口122a、122b、122c、122d如圖7所示呈一直線排列，出料口122a、122b、122c、122d的口徑各不相同。舉例而言，如圖7所示，出料口122a的口徑D1大於出料口122b的口徑D2。控制單元300則可控制出料口切換元件120沿此直線移動，以將控制單元300所選擇的出料口122a、122b、122c或122d移動至對應供料管道112的位置而與本體110連接。供料管道112位於出料口122a、122b、122c、122d的移動路徑上，並且，本體110可如圖4所示包括一第一卡合部114，而出料口切換元件120可包括多個與第一卡合部114結構配合的第二卡合部124，且第二卡合部124可分別對應出料口122a、122b、122c、122d的位置設置。如此，控制單元300可透過直線移動出料口切換元件120而將所選擇的出料口122a、122b、122c或122d移動至與供料管道112對應的位置上。此時，對應的第二卡合部124可與第一卡合部114卡合，以將所 選擇的出料口122a、122b、122c或122d固定於本體110上。如此，立體列印裝置10即可完成出料口122a、122b、122c、122d的切換。

請參照圖3、圖7以及圖8，在本實施例中，出料口122a、122b、122c、122d如圖7所示呈一直線排列。更具體而言，在本實施例中，立體列印裝置10更包括一切換馬達600、一連動滾輪組610以及一饋料馬達700。控制單元300分別耦接並控制切換馬達600以及饋料馬達700，而切換馬達600則如圖8所示連接連動滾輪組610，以驅動連動滾輪組610轉動。連動滾輪組610則連接出料口切換元件120，以帶動出料口切換元件120沿出料口122a、122b、122c、122d的排列方向直線移動，而將選擇的出料口122a、122b、122c或122d移動至對應供料管道112的位置而與本體110連接。也就是說，控制單元300依據出料口122a的口徑大小來選擇出料口122a、122b、122c或122d的其中之一後，控制切換馬達600驅動連動滾輪組610轉動，以帶動出料口切換元件120沿出料口122a、122b、122c、122d的排列方向直線移動，而將選擇的出料口122a、122b、122c或122d移動至對應供料管道112的位置而與本體110連接。控制單元300將選擇的出料口122a、122b、122c或122d連接至本體110後，再控制饋料馬達700將基材500由供料管道112傳送至選擇的出料口122a、122b、122c或122d，以將基材500逐層成型於基座上而形成立體物體。

綜上所述，本發明將具有多個出料口的出料口切換元件 可移動地設置於列印頭模組的本體上，其中出料口的口徑各不相同，而控制單元便可依據口徑的大小來選擇上述多個出料口的其中之一，並將選擇的出料口連接至列印頭模組的本體上，以使本體的供料管道連通出料口。如此，控制單元可依據關聯於立體物體的一數位立體模型資訊來控制當前的立體列印工作所需的解析度，並據此依據出料口的口徑大小來選擇出料口的其中之一，並將選擇的出料口連接至本體的供料管道，使基材可經由所選擇的出料口擠出並逐層成型於基座上而形成立體物體。也就是說，控制單元可藉由選擇出料口的口徑來控制列印出來的立體物體的解析度。

因此，當立體列印裝置在列印立體物體的輪廓時，可選擇口徑較小的出料口，以提高立體列印的解析度，而當立體列印裝置在列印立體物體的表面輪廓以內的部份時，由於解析度的需求較小，因而可選擇口徑較大的出料口，以提高基材的輸出量，進而提高立體列印的速率。因此，本發明可在維持列印品質及列印解析度的前提下提高立體列印裝置的列印效率。

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。

110‧‧‧本體

112‧‧‧供料管道

120‧‧‧出料口切換元件

122a、122b、122c、122d‧‧‧出料口

126‧‧‧噴嘴

500‧‧‧基材

600‧‧‧切換馬達

610‧‧‧連動滾輪組

700‧‧‧饋料馬達

Claims (21)

1. 一種立體列印裝置，包括：一基座，具有一承載面；一列印頭模組，設置於該基座上方，該列印頭模組包括：一本體，包括一供料管道；以及一出料口切換元件，可移動地設置於該本體，該出料口切換元件包括多個出料口，該些出料口的口徑各不相同；以及一控制單元，耦接並控制該出料口切換元件，以依據該些口徑選擇該些出料口的其中之一，並將選擇的出料口連接至該本體，使該供料管道連通選擇的出料口。
2. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中該些出料口呈一圓形排列。
3. 如申請專利範圍第2項所述的立體列印裝置，其中該控制單元控制該出料口切換元件沿該圓形的一中心軸旋轉，以將選擇的該出料口旋轉至對應該供料管道的位置而與該本體連接。
4. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中該些出料口呈一直線排列。
5. 如申請專利範圍第4項所述的立體列印裝置，其中該控制單元控制該出料口切換元件沿該直線移動，以將選擇的出料口移動至對應該供料管道的位置而與該本體連接。
6. 如申請專利範圍第4項所述的立體列印裝置，更包括一切 換馬達以及一連動滾輪組，控制單元耦接並控制該切換馬達，該切換馬達連接該連動滾輪組，以驅動該連動滾輪組轉動，該連動滾輪組連接該出料口切換元件，以帶動該出料口切換元件沿該直線移動而將選擇的出料口移動至對應該供料管道的位置而與該本體連接。
7. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，更包括一饋料馬達，耦接該控制單元，該控制單元將選擇的出料口連接至該本體後，該控制單元控制該饋料馬達將一基材由該供料管道傳送至選擇的出料口。
8. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中該本體包括一第一卡合部，該出料口切換元件更包括多個第二卡合部，分別對應該些出料口設置，以在該控制單元將選擇的該出料口連接至該本體時，對應的第二卡合部與該第一卡合部卡合。
9. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，更包括多個噴嘴，設置於該出料口切換元件並分別套設於該些出料口上，各該噴嘴的口徑實質上等同於對應的出料口的口徑。
10. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，更包括一噴嘴，套設於該出料口切換元件上，使該些出料口位於該噴嘴內。
11. 一種列印頭模組，包括：一本體，包括一供料管道；以及一出料口切換元件，可移動地設置於該本體，該出料口切換元件包括多個出料口，該些出料口的口徑各不相同，該出料口切 換元件適於將各該出料口移動至與對應該本體的位置而與其連接，並使該供料管道連通對應的出料口。
12. 如申請專利範圍第11項所述的列印頭模組，其中該些出料口呈一圓形排列。
13. 如申請專利範圍第12項所述的列印頭模組，其中該出料口切換元件適於沿該圓形的一中心軸旋轉，以將各該出料口旋轉至對應該供料管道的位置而與該本體連接。
14. 如申請專利範圍第12項所述的列印頭模組，更包括一切換馬達以及一連動滾輪組，控制單元耦接並控制該切換馬達，該切換馬達連接該連動滾輪組，以驅動該連動滾輪組轉動，該連動滾輪組連接該出料口切換元件，以帶動該出料口切換元件沿該直線移動而將選擇的出料口移動至對應該供料管道的位置而與該本體連接。
15. 如申請專利範圍第11項所述的列印頭模組，其中該些出料口呈一直線排列。
16. 如申請專利範圍第15項所述的列印頭模組，其中該出料口切換元件適於沿該直線移動，以將各該出料口移動至對應該供料管道的位置而與該本體連接。
17. 如申請專利範圍第15項所述的列印頭模組，更包括一切換馬達以及一連動滾輪組，控制單元耦接並控制該切換馬達，該切換馬達連接該連動滾輪組，以驅動該連動滾輪組轉動，該連動滾輪組連接該出料口切換元件，以帶動該出料口切換元件沿該直 線移動而將選擇的出料口移動至對應該供料管道的位置而與該本體連接。
18. 如申請專利範圍第11項所述的列印頭模組，更包括一饋料馬達，耦接該控制單元，該控制單元將選擇的出料口連接至該本體後，該控制單元控制該饋料馬達將一基材由該供料管道傳送至選擇的出料口。
19. 如申請專利範圍第11項所述的列印頭模組，其中該本體包括一第一卡合部，該出料口切換元件更包括多個第二卡合部，分別對應該些出料口設置，以在對應的出料口連接至該本體時，對應的第二卡合部與該第一卡合部卡合。
20. 如申請專利範圍第11項所述的列印頭模組，更包括多個噴嘴，設置於該出料口切換元件並分別套設於對應的出料口上，各該噴嘴的口徑實質上等同於對應的出料口的口徑。
21. 如申請專利範圍第11項所述的列印頭模組，更包括一噴嘴，套設於該出料口切換元件上，使該些出料口位於該噴嘴內。