TWI598213B - 3d列印粉體材料供給裝置及供給方法 - Google Patents

Description

3D列印粉體材料供給裝置及供給方法

本發明是關於一種3D列印粉體材料供給裝置及供給方法，特別是關於一種能對3D列印之粉體材料加熱以及提升供粉品質之一種粉體材料供給裝置及供給方法。

由於3D列印技術於近年快速發展，其應用領域相當廣泛，包含上業設計、產品驗證、醫療與航空太空等產業，其中，以粉體材料進行成型之技術，分為粉末膠合式3D列印(3DP)與金屬3D列印等，其主要概念皆為以粉體材料逐層堆疊，透過層層佈建之方式進行逐層建置。

其中粉末膠合式3D列印技術目前大多應用於醫療器材與替代骨材之製作，其主要將粉體材料均勻且緊實地鋪平於工作平面上，並以膠水進行粉體材料黏合成型，然而目前市售之3D列印系統皆以刮刀或滾筒將粉末進行鋪平與壓實之動作，然因生物粉體材料容易因重壓而破壞其原始結構與特性，且粉體材料亦因為接觸空氣而受潮，進而影響成型後之模型精度。

因此，需要能夠可有效提升粉體材料供應與鋪灑之均勻性以及改善上述習知粉體材料供應之裝置及方法以使3D列印成品品質更佳。

有鑑於上述習知技術之問題，本發明之目的在於提供一種3D列印粉體材料供給裝置及供給方法，以解決使用習知3D列印粉體材料供給裝置之問題。

基於上述目的，本發明係提供一種3D列印粉體材料供給裝置，其包含供料槽、雙螺旋結構攪拌轉子、供粉轉子、氣體供給模組、第一驅動模組以及第二驅動模組。供料槽具有細長狹縫結構，供料槽用以盛裝粉體材料。雙螺旋結構攪拌轉子設置於供料槽中，用以攪拌粉體材料。供粉轉子設置於供料槽中，位於雙螺旋結構攪拌轉子及細長狹縫結構之間，其包含中空管、滾動轉子、第一氣體通道、氣體輸入口、複數個第二氣體通道、凹槽、微噴孔。中空管其管壁對應細長狹縫結構處具有第一氣體通道，且一端具有氣體輸入口。滾動轉子可轉動的套設於中空管，且其表面等間距的平行第一氣體通道設有複數個凹槽。複數個第二氣體通道，對應複數個凹槽，由複數個凹槽底部向滾動轉子中心處延伸而設置在滾動轉子內，並連通於複數個凹槽底部之複數個微噴孔。氣體供給模組連接氣體輸入口。第一驅動模組驅動雙螺旋結構攪拌轉子轉動以及第二驅動模組驅動供粉轉子之滾動轉子相對中空管轉動。其中，氣體供給模組向氣體輸入口提供加壓氣體，以在滾動轉子轉動時，使加壓氣體經由第一氣體通道，將對應之凹槽中之粉體材料向細長狹縫結構噴出。

較佳地，雙螺旋結構攪拌轉子更包含中心軸、複數個支撐桿、兩帶狀結構，兩帶狀結構透過複數個支撐桿分別以不同方向及螺旋直徑環繞並固定於中心軸。

較佳地，中心軸更包含加熱裝置，加熱裝置設置於中心軸中。

較佳地，供料槽之材質具有生物相容性並可重複滅菌使用之金屬材質。

較佳地，第一驅動模組更包含第一驅動馬達及第一時規皮帶，第一時規皮帶連接第一驅動馬達，雙螺旋結構攪拌轉子連接第一時規皮帶，第一驅動馬達驅動第一時規皮帶藉此帶動雙螺旋結構攪拌轉子旋轉。

較佳地，第二驅動模組更包含第二驅動馬達及第二時規皮帶，第二時規皮帶連接第二驅動馬達，滾動轉子連接第二時規皮帶，第二驅動馬達驅動第二時規皮帶藉此帶動滾動轉子旋轉。

基於上述目的，本發明再提供一種3D列印粉體材料供給方法，其包含下列方法步驟，配置供料槽，供料槽具有一容置空間以盛裝粉體材料，供料槽底部具有細長狹縫結構。配置雙螺旋結構攪拌轉子，設置於供料槽中，用以攪拌粉體材料。配置供粉轉子於供料槽中，位於雙螺旋結構攪拌轉子及該細長狹縫結構之間，其包含中空管、滾動轉子、第一氣體通道、氣體輸入口、複數個第二氣體通道、凹槽、微噴孔。中空管管壁對應該細長狹縫結構處具有第一氣體通道，且一端具有氣體輸入口。滾動轉子可轉動的套設於該中空管，且其表面等間距的平行第一氣體通道設有複數個凹槽。複數個第二氣體通道，對應複數個凹槽，由複數個凹槽底部向滾動轉子中心處延伸而設置在該滾動轉子內，並連通於複數個凹槽底部之複數個微噴孔。配置氣體供給模組連接氣體輸入口。配置第一驅動模組驅動雙螺旋結構攪拌轉子轉動。配置第二驅動模組，驅動滾動轉子轉動。配置第一驅動模組以驅動雙螺旋結構攪拌轉子轉動。配置第二驅動模組，驅動滾動轉子轉動。以及配置單軸移動結構控制供料槽移動至 成型區上方供應該粉體材料。其中，氣體供給模組向氣體輸入口提供加壓氣體，以在滾動轉子轉動時，使加壓氣體經由第一氣體通道，將對應之凹槽中之粉體材料向細長狹縫結構噴出。

較佳地，第一驅動模組更包含第一驅動馬達及第一時規皮帶，第一時規皮帶連接第一驅動馬達，雙螺旋結構攪拌轉子連接第一時規皮帶，第一驅動馬達驅動第一時規皮帶藉此帶動雙螺旋結構攪拌轉子旋轉。

較佳地，第二驅動模組更包含第二驅動馬達及第二時規皮帶，第二時規皮帶連接第二驅動馬達，滾動轉子連接第二時規皮帶，第二驅動馬達驅動第二時規皮帶藉此帶動滾動轉子旋轉。

基於上述目的，本發明再提供一種3D列印粉體材料供給裝置，其包含供料槽、攪拌轉子、供粉轉子、氣體供給模組、第一驅動模組以及第二驅動模組。供料槽用以盛裝粉體材料，底部具有細長狹縫結構。攪拌轉子設置於供料槽中，攪拌轉子包含加熱裝置，攪拌轉子攪拌及加熱粉體材料。供粉轉子，設置於供料槽中，位於攪拌轉子及細長狹縫結構之間，其包含中空管、滾動轉子、第一氣體通道、氣體輸入口、複數個第二氣體通道、凹槽、微噴孔。中空管其管壁對應細長狹縫結構處具有第一氣體通道，且一端具有氣體輸入口。滾動轉子可轉動的套設於中空管，且其表面等間距的平行第一氣體通道設有複數個凹槽。複數個第二氣體通道，對應複數個凹槽，由複數個凹槽底部向滾動轉子中心處延伸而設置在滾動轉子內，並連通於複數個凹槽底部之複數個微噴孔。氣體供給模組連接氣體輸入口。第一驅動模組驅動攪拌轉子轉動以及第二驅動模組驅動供粉轉子之滾動轉子相對中空管轉動。其中，氣體供給模組向氣 體輸入口提供加壓氣體，以在滾動轉子轉動時，使加壓氣體經由第一氣體通道，將對應之凹槽中之粉體材料向細長狹縫結構噴出。

100‧‧‧供料槽

101‧‧‧細長狹縫結構

200‧‧‧攪拌轉子

210‧‧‧雙螺旋結構攪拌轉子

211‧‧‧中心軸

212‧‧‧支撐桿

213‧‧‧帶狀結構

214‧‧‧加熱裝置

300‧‧‧供粉轉子

301‧‧‧氣體輸入口

302‧‧‧中空管

303‧‧‧第一氣體通道

304‧‧‧第二氣體通道

305‧‧‧微噴孔

306‧‧‧凹槽

307‧‧‧滾動轉子

400‧‧‧氣體供給模組

500‧‧‧第一驅動模組

501‧‧‧第一驅動馬達

502‧‧‧第一時規皮帶

600‧‧‧第二驅動模組

601‧‧‧第二驅動馬達

602‧‧‧第二時規皮帶

700‧‧‧單軸移動結構

S701-S707‧‧‧步驟

本發明之上述及其他特徵及優勢將藉由參照附圖詳細說明其例示性實施例而變得更顯而易知，其中：

第1圖係根據本發明之實施例之3D列印粉體材料供給裝置之示意圖。

第2圖係根據本發明之實施例之3D列印粉體材料供給裝置之內部構件示意圖。

第3圖係根據本發明之實施例之3D列印粉體材料供給裝置之側視圖。

第4圖係根據本發明之實施例之3D列印粉體材料供給裝置之供粉轉子示意圖。

第5圖係根據本發明之實施例之3D列印粉體材料供給裝置之攪拌轉子示意圖。

第6圖係根據本發明之實施例之3D列印粉體材料供給裝置之列印系統示意圖。

第7圖係根據本發明之實施例之3D列印粉體材料供給方法之流程圖。

於此使用，詞彙“與/或”包含一或多個相關條列項目之任何或所有組合。當“至少其一”之敘述前綴於一元件清單前時，係修飾整個清單元件而非修飾清單中之個別元件。

現請一併參閱第1圖至第3圖，其分別係為根據本發明之實施例之3D列印粉體材料供給裝置之示意圖、根據本發明之實施例之3D列印粉體材料供給裝置之內部構件示意圖、根據本發明之實施例之3D列印粉體材料供給裝置之側視圖。

如圖所示，本發明之3D列印粉體材料供給裝置包含供料槽100、攪拌轉子200、供粉轉子300、第一驅動模組500以及第二驅動模組600。

供料槽100是用以盛裝3D列印所需使用之粉體材料，供料槽100更包含細長狹縫結構101於下方，使得粉體材料經由此細長狹縫結構101供給。而供料槽100之材質可使用具有生物相容性並可重複滅菌使用之金屬材質，例如醫用金屬之不鏽鋼等等，其餘構件亦可視需求使用此種材質進行製作。

攪拌轉子200設置於供料槽100中，攪拌轉子200更包含加熱裝置214以攪拌及加熱粉體材料。更進一步，攪拌轉子200可為雙螺旋結構攪拌轉子210，亦可依實際需求變更為不同結構，例如鰭片式之攪拌轉子。因此請一併參閱第5圖，本發明之雙螺旋結構攪拌轉子210包含中心軸211、複數個支撐桿212、兩帶狀結構213，兩帶狀結構213與複數個支撐桿212相連接，並透過複數個支撐桿212分別以不同方向及螺旋直徑環繞並固定於中心軸211，更詳而言之，兩帶狀結構213分別以正螺旋與反螺旋方式環繞中心軸211。中心軸211更包含加熱裝置214，加熱裝置214設置於中心軸211中。於本發明之實施例中，以雙 螺旋結構攪拌轉子210對粉體材料攪拌，雙螺旋結構之優勢在於不會因攪拌使粉體材料卡在雙螺旋結構攪拌轉子210之上，且更進一步，由於雙螺旋結構攪拌轉子210更包含加熱裝置214以攪拌及加熱粉體材料，因此，可以有效地維持粉體材料的乾燥以提升供粉的品質。

供粉轉子300亦設置於供料槽100中，如圖所示，其位於攪拌轉子200下方以及細長狹縫結構101之間，供粉轉子300具有複數個凹槽306、複數個微噴孔305、中空管302、第一氣體通道303、複數個第二氣體通道304、滾動轉子307以及氣體輸入口301。中空管302之管壁對應細長狹縫結構101處具有第一氣體通道303，且一端具有氣體輸入口301以供高壓氣體的輸入。滾動轉子307為可轉動的套設於中空管302，且表面等間距的平行第一氣體通道303設有複數個凹槽306，在此等間距的設置下，當滾動轉子307旋轉時將會有等量的粉體材料落入等間距的凹槽306中，因此可以達到粉體材料等量供給的效果。而複數個第二氣體通道304對應複數個凹槽306，並由複數個凹槽306底部向滾動轉子307中心處延伸，延伸至滾動轉子307內並連通於複數個凹槽306底部之微米級尺寸之複數個微噴孔305。

更進一步，氣體供給模組400，例如高壓氣瓶、高壓供氣設備等，可將氣體供給模組400連接氣體輸入口301，因此氣體供給模組400可由氣體輸入口301輸入高壓氣體。氣體供給模組400向氣體輸入口301提供加壓氣體，以在滾動轉子307轉動時，使加壓氣體經由第一氣體通道303，將對應之凹槽306中之粉體材料向細長狹縫結構101噴出。

因此，如第4圖所示，透過氣體供給模組400供應高壓氣體之後，氣體將會從氣體輸入口301流入第一氣體通道303，而當第二氣體通道304因滾動 轉子307之轉動位置而與第一氣體通道303相連通時，高壓氣體將會流入第二氣體通道304，最終透過複數個微噴孔305噴出，因此於此時粉體材料將由高壓氣體向細長狹縫結構101噴出。

更詳而言之，由於供粉轉子300轉動以將粉體材料容納在凹槽306中，因此透過凹槽306可以有效的控制粉體材料欲噴出的量，使得供粉總量穩定，且由於以高壓氣體噴出細長狹縫結構101並已預先以攪拌轉子200加熱與攪拌，因此更可以確保粉體材料不會堵塞於細長狹縫結構101。

而第一驅動模組500是用以驅動攪拌轉子200轉動，第二驅動模組600是驅動供粉轉子300之滾動轉子307相對於中空管302轉動，更詳而言之，如第2圖所示，第一驅動模組500更包含第一驅動馬達501及第一時規皮帶502，第二驅動模組600更包含第二驅動馬達601及第二時規皮帶602，第一時規皮帶502連接第一驅動馬達501，雙螺旋結構攪拌轉子210連接該第一時規皮帶502，第一驅動馬達501驅動第一時規皮帶502藉此帶動雙螺旋結構攪拌轉子210旋轉，第二時規皮帶602連接第二驅動馬達601，滾動轉子307連接第二時規皮帶602，第二驅動馬達601驅動第二時規皮帶602藉此帶動滾動轉子307旋轉。因此，藉由第一時規皮帶502及第二時規皮帶602的使用，第一時規皮帶502及雙螺旋結構攪拌轉子210、第二時規皮帶602及滾動轉子307之間將可有效減少相對地滑動，使得能夠精確地傳動，因而能有效地控制滾動轉子307及雙螺旋結構攪拌轉子210。

現請參閱第6圖及第7圖，其分別係為根據本發明之實施例之3D列印粉體材料供給裝置之列印系統示意圖及根據本發明之實施例之3D列印粉體材料供給方法之流程圖。

如第6圖所示，本發明之3D列印粉體材料供給方法為由S701至S707。S701為開始步驟，經由步驟S702以供料槽100盛裝粉體材料，經由步驟S703以雙螺旋結構攪拌轉子210攪拌粉體材料，並對粉體材料進行加熱，其後經由步驟S704由供粉轉子300旋轉時將粉體材料填入等間距凹槽306中，而後再經由步驟S705由供粉轉子300表面之微噴孔305旋轉至細長狹縫結構101後利用高壓氣體將粉體材料推送至成型平台上，而供料槽100的移動乃是如第7圖中之單軸移動結構700以步驟S706利用單軸移動結構700控制供料槽100往復移動至成型區上方供應粉體材料，最終結束於步驟S707，步驟S701至步驟S707將不斷重複直至成品完成。

除此之外，當各種所繪示及討論的元件被放置在不同的位置時，可以理解的是，各種元件的相對位置可以改變，且同時此處仍保有上述所提及的功能。可以設想到的是，各種組合、具體特徵和實施例之子集合係可以被進行，且此子集合仍然落入本說明書的範圍之內。各種特徵和所公開的實施例可以彼此結合或進行取代，而所有這些修改和改變都將落入本發明之所附權利要求所限定的範圍之內。

200‧‧‧攪拌轉子

300‧‧‧供粉轉子

301‧‧‧氣體輸入口

400‧‧‧氣體供給模組

500‧‧‧第一驅動模組

600‧‧‧第二驅動模組

Claims (10)

1. 一種3D列印粉體材料供給裝置，係包含：一供料槽，係具有一容置空間以盛裝粉體材料，該供料槽底部具有一細長狹縫結構；一雙螺旋結構攪拌轉子，係設置於該供料槽中，用以攪拌該粉體材料；一供粉轉子，係設置於該供料槽中，位於該雙螺旋結構攪拌轉子及該細長狹縫結構之間，其包含：一中空管，其管壁對應該細長狹縫結構處具有一第一氣體通道，且一端具有一氣體輸入口；一滾動轉子，係可轉動的套設於該中空管，且其表面等間距的平行該第一氣體通道設有複數個凹槽；複數個第二氣體通道，係對應該複數個凹槽，由該複數個凹槽底部向該滾動轉子中心處延伸而設置在該滾動轉子內，並連通於該複數個凹槽底部之複數個微噴孔；一氣體供給模組，係連接該氣體輸入口；一第一驅動模組，係驅動該雙螺旋結構攪拌轉子轉動；以及一第二驅動模組，係驅動該供粉轉子之該滾動轉子相對該中空管轉動；其中，該氣體供給模組向該氣體輸入口提供加壓氣體，以在該滾動轉子轉動時，使加壓氣體經由該第一氣體通道，將對應之該凹槽中之該粉體材料向該細長狹縫結構噴出。
2. 如申請專利範圍第1項所述之3D列印粉體材料供給裝置，其 中該雙螺旋結構攪拌轉子更包含一中心軸、複數個支撐桿、兩帶狀結構，其中該兩帶狀結構透過該複數個支撐桿分別以不同方向及螺旋直徑環繞並固定於該中心軸。
3. 如申請專利範圍第2項所述之3D列印粉體材料供給裝置，其中該中心軸更包含一加熱裝置。
4. 如申請專利範圍第1項所述之3D列印粉體材料供給裝置，其中該供料槽之材質具有生物相容性並可重複滅菌使用之金屬材質。
5. 如申請專利範圍第1項所述之3D列印粉體材料供給裝置，其中該第一驅動模組更包含一第一驅動馬達及一第一時規皮帶，該第一時規皮帶連接該第一驅動馬達，該雙螺旋結構攪拌轉子連接該第一時規皮帶，該第一驅動馬達驅動該第一時規皮帶藉此帶動該雙螺旋結構攪拌轉子旋轉。
6. 如申請專利範圍第1項所述之3D列印粉體材料供給裝置，其中該第二驅動模組更包含一第二驅動馬達及一第二時規皮帶，該第二時規皮帶連接該第二驅動馬達，該滾動轉子連接該第二時規皮帶，該第二驅動馬達驅動該第二時規皮帶藉此帶動該滾動轉子旋轉。
7. 一種3D列印粉體材料供給方法，係包含下列方法步驟：配置一供料槽，該供料槽係具有一容置空間以盛裝粉體材料，該供料槽底部具有一細長狹縫結構；配置一雙螺旋結構攪拌轉子，設置於該供料槽中，用以攪拌該粉體材料； 配置一供粉轉子於該供料槽中，位於該雙螺旋結構攪拌轉子及該細長狹縫結構之間，其包含：一中空管，其管壁對應該細長狹縫結構處具有一第一氣體通道，且一端具有一氣體輸入口；一滾動轉子，係可轉動地套設於該中空管，且其表面等間距的平行該第一氣體通道設有複數個凹槽；複數個第二氣體通道，係對應該複數個凹槽，由該複數個凹槽底部向該滾動轉子中心處延伸而設置在該滾動轉子內，並連通於該複數個凹槽底部之複數個微噴孔；一氣體供給模組，係連接該氣體輸入口；一第一驅動模組，係驅動該雙螺旋結構攪拌轉子轉動；以及一第二驅動模組，係驅動該供粉轉子之該滾動轉子相對該中空管轉動；配置一第一驅動模組，驅動該雙螺旋結構攪拌轉子轉動；配置一第二驅動模組，驅動該滾動轉子轉動；以及配置一單軸移動結構控制該供料槽移動至一成型區上方供應該粉體材料；其中，該氣體供給模組向該氣體輸入口提供加壓氣體，以在該滾動轉子轉動時，使加壓氣體經由該第一氣體通道，將對應之該凹槽中之該粉體材料向該細長狹縫結構噴出。
8. 如申請專利範圍第7項所述之3D列印粉體材料供給方法，其中該第一驅動模組更包含一第一驅動馬達及一第一時規皮帶，該第一時規皮帶連接該第一驅動馬達，該雙螺旋結構攪拌轉子 連接該第一時規皮帶，該第一驅動馬達驅動該第一時規皮帶藉此帶動該雙螺旋結構攪拌轉子旋轉。
9. 如申請專利範圍第7項所述之3D列印粉體材料供給方法，其中該第二驅動模組更包含一第二驅動馬達及一第二時規皮帶，該第二時規皮帶連接該第二驅動馬達，該滾動轉子連接該第二時規皮帶，該第二驅動馬達驅動該第二時規皮帶藉此帶動該滾動轉子旋轉。
10. 一種3D列印粉體材料供給裝置，係包含：一供料槽，係具有一容置空間以盛裝粉體材料，該供料槽底部具有一細長狹縫結構；一攪拌轉子，係設置於該供料槽中，該攪拌轉子包含一加熱裝置，該攪拌轉子攪拌及加熱該粉體材料；一供粉轉子，係設置於該供料槽中，位於該攪拌轉子及該細長狹縫結構之間，其包含：一中空管，其管壁對應該細長狹縫結構處具有一第一氣體通道，且一端具有一氣體輸入口；一滾動轉子，係可轉動地套設於該中空管，且其表面等間距的平行該第一氣體通道設有複數個凹槽；複數個第二氣體通道，係對應該複數個凹槽，由該複數個凹槽底部向該滾動轉子中心處延伸而設置在該滾動轉子內，並連通於該複數個凹槽底部之複數個微噴孔；一氣體供給模組，係連接該氣體輸入口；一第一驅動模組，係驅動該滾動轉子轉動；以及 一第二驅動模組，係驅動該供粉轉子之該滾動轉子相對該中空管轉動；其中，該氣體供給模組向該氣體輸入口提供加壓氣體，以在該滾動轉子轉動時，使加壓氣體經由該第一氣體通道，將對應之該凹槽中之該粉體材料向該細長狹縫結構噴出。