TWI609764B - 手持式三維繪圖裝置 - Google Patents

Abstract

一種三維(3D)繪圖裝置，其具有一外殼，該外殼經組配來由使用者的手操縱且用來收納一給料，在某些實施例中，該給料為熱塑性塑膠股線。該繪圖裝置具有：一噴嘴總成，其具有一退出噴嘴；及一馬達，其連接至一齒輪系，該齒輪系嚙合該熱塑性塑膠給料股線，以使得該馬達之旋轉使該給料自該退出噴嘴被擠出，從而形成三維物件。

Description

手持式三維繪圖裝置 【相關申請案之交互參照】

本申請案主張2012年12月5日申請之美國臨時專利申請案序號61/733,689之權益及優先權，其全文在此以引用方式納入本文中。

本揭露內容係關於擠製裝置，且特定而言係關於手持式用具(implement)，該用具經組配來擠出材料以便建構三維(3D)物件。

三維印表機係已知的，其可用來產生所有類型的之3D物品。某些印表機藉由循序塑膠層之沈積來操作，而其他印表機藉由前驅物材料層之循序凝聚或凝固來起作用。此等印表機往往體積大且價格昂貴，並且要求將設計提供為電腦檔案，例如提供為由電腦輔助設計(CAD)程式所產生的電腦檔案。

Froedge的美國專利3,665,158揭露一種習知的手持式擠製裝置。用粒狀固體塑膠材料填充腔室且隨後用蓋子將其密封。加熱腔室之內容物以便使塑膠熔化且在腔室內產生壓力。通道自腔室通向可旋轉噴嘴，該噴嘴在第一位置中阻擋流動且在第二位置中允許流動。將觸發器附接至噴嘴，以使得拉動觸發器使噴嘴移動至第二位置，進而允許熔化的塑膠由於腔室內之壓力而自噴嘴排出。釋放觸發器允許噴嘴返回至第一位置，進 而使塑膠之流動停止。在不關閉裝置的情況下無法補足原料，亦無任何機構用來以恆定速率將材料以機械方式進給至噴嘴。另外，Froedge的系統並未提供冷卻所擠出之材料的機構。

需要提供一種可靠的、能夠易於再填充的手持式裝置來在無需電腦化之設計檔案的情況下形成2D及3D物品。本揭露內容描述一種手持式裝置，該裝置允許使用者利用給料來「繪製」3D結構，在連續使用時可補足該給料。

在某些實施例中，揭露一種3D繪圖裝置，該3D繪圖裝置包括：一外殼，其經組配來由使用者的手操縱且用來收納一給料；一噴嘴總成，其至少部分安置於該外殼內且具有一退出噴嘴；一馬達，其安置於該外殼內；以及一齒輪系，其安置於該外殼內且耦接於該馬達與該給料之間，並且經組配以使得該馬達之旋轉使該給料自該退出噴嘴被擠出，從而形成三維物件。

在某些實施例中，揭露一種3D繪圖裝置，該3D繪圖裝置包括一外殼，其經組配來由使用者的手操縱且用來收納一給料。該外殼具有一內部容積及至少一冷卻埠，該冷卻埠與該內部容積流體連通。該3D繪圖裝置亦包括：一噴嘴總成，其至少部分安置於該外殼內，靠近該至少一冷卻埠，並且具有一退出噴嘴；一風扇，其安置於該外殼內且經組配來將空氣吸入該內部容積中並且隨後迫使空氣流出該至少一冷卻埠；一馬達，其安置於該外殼內；以及一致動器，其耦接至該外殼。該致動器之致動使該給料自該退出噴嘴被擠出，從而形成三維物件。

1‧‧‧接腳

2‧‧‧接腳

3‧‧‧接腳

18‧‧‧輸入口

19‧‧‧原料

20‧‧‧給料

22‧‧‧管柱

25‧‧‧粒料

100‧‧‧3D繪圖裝置

110‧‧‧外殼

112‧‧‧上部外殼

114‧‧‧下部外殼

115‧‧‧入口埠

116‧‧‧內部容積

118‧‧‧冷卻埠

120‧‧‧控制總成

122‧‧‧按鈕

124‧‧‧按鈕

126‧‧‧電路總成

127‧‧‧外部控制介面

130‧‧‧噴嘴總成

131‧‧‧絕緣體

132‧‧‧擠製機

133‧‧‧擠出通道

133 A‧‧‧退出噴嘴

134‧‧‧導管

135‧‧‧第一腔室

137‧‧‧尖端

138‧‧‧安裝管

140‧‧‧風扇總成

142‧‧‧風扇罩

144‧‧‧葉輪

146‧‧‧馬達

150‧‧‧進給機構

152‧‧‧馬達

153‧‧‧齒輪對

153 A‧‧‧大齒輪

153B‧‧‧小齒輪

154‧‧‧齒輪對

154A‧‧‧大齒輪

154B‧‧‧小齒輪

155‧‧‧齒輪對

155A‧‧‧大齒輪

155B‧‧‧小齒輪

156‧‧‧齒輪對

156A‧‧‧大齒輪

156B‧‧‧小齒輪

157‧‧‧齒輪對

157A‧‧‧大齒輪

157B‧‧‧小齒輪

200‧‧‧3D繪圖裝置

210‧‧‧主體

230‧‧‧噴嘴總成

250‧‧‧漏斗

260‧‧‧進給螺旋

270‧‧‧電力線

隨附圖式例示所揭露之實施例，且連同描述一起用來解釋所揭露之實施例的原理，該等圖式被包括來提供進一步理解並且納入本說明書中且構成本說明書的一部分。在圖式中：

圖1為根據本揭露內容之某些觀點的示範性3D繪圖裝置之透視圖。

圖2為根據本揭露內容之某些觀點的圖1之裝置的剖視圖，其中移除了外殼之一部分。

圖3A至圖3B為根據本揭露內容之某些觀點的圖1之裝置的橫截面圖及剖視圖。

圖4A至圖4B為根據本揭露內容之某些觀點的進給機構之平面圖及透視圖。

圖5A至圖5B為根據本揭露內容之某些觀點的3D繪圖裝置之另一實施例的透視圖及剖視圖。

本揭露內容描述一種手持式裝置，該裝置允許使用者「繪製」2D或3D結構且容易再填充或替換給料。

以下陳述的詳細描述意欲作為對標的技術之各種組配的描述，且並不意欲僅表示可於其中實踐標的技術之組配。所附圖式被納入本文中且構成詳細描述的一部分。詳細描述包括特定細節，以便提供對標的技術之透徹理解。然而，熟習該項技術者將顯而易見，可在沒有此等特定細節的情況下實踐標的技術。在一些情況下，以方塊圖形式展示熟知的結 構及組件，以便避免模糊標的技術之概念。為易於理解，同樣的組件係用相同的元件編號來標記。

如本揭露內容中所使用，片語「給料」意味著以任何形式提供的適合於在3D繪圖裝置內處理以便提供所需輸出流之任何材料。給料可為：諸如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂(ABS)、聚氯乙烯(PVC)或聚乳酸(PLA)之熱塑性塑膠；諸如環氧樹脂之熱固性材料；諸如錫或鉛之金屬或金屬混合物。給料可為單一材料或材料混合物，諸如桿，其具有分散於第二材料之基質內的第一材料之粒子。

圖1為根據本揭露內容之某些觀點的示範性3D繪圖裝置100之透視圖。裝置100包括外殼110，在該外殼中提供有控制總成120、噴嘴總成130、風扇總成140。外殼110可經設定大小且經組配來適應使用者的手，且經適當地成形來允許像鋼筆或鉛筆一樣操縱。致動器(例如，此實施例中之按鈕122及124)可經定位來允許使用者在握住裝置100時致動任一致動器。在此實施例中，使用者可在操縱3D繪圖裝置100時致動按鈕122、124中之一者或兩者。在此實施例中，裝置100經組配來收納呈股線形式之給料20，該股線的直徑可為3mm。在某些實施例中，給料20可提供為切割長度(例如，長度為30cm)或提供為自捲軸(圖1中未圖示)拉出來的連續股線。包括輸入口18或其他輸入元件(諸如漏斗)，例如，原料19係經由該輸入口提供至用具10。給料20可為熱塑性塑膠材料(例如PVC、ABS或PLA)，然而，其他實施例可收納其他類型的材料，諸如熱固性塑膠或金屬，或材料之組合。

在裝置100之一實施例的使用實例中，使用者選擇特定類型 及顏色之熱塑性塑膠給料20，且將給料20引入至入口埠115(參見圖2)中，並且將電力線(圖1中未圖示)連接至電源(諸如牆面插座)。在某些實施例中，3D繪圖裝置100可包括給裝置100供電之可攜式電源(圖1至圖2中未圖示)，例如鋰聚合物電池。在暖機週期之後，使用者可按壓按鈕122，同時利用裝置100以類似於利用鉛筆繪製線條的方式在表面上繪製線條，例如在印刷紙張上描繪圖案。當按下按鈕122時，自噴嘴總成擠出給料20之管柱22。在某些實施例中，管柱22的直徑可為0.3mm。若使用者使裝置以與管柱22之擠出速率大致相同的速度沿表面移動，則使用者將在表面上產生固體的三維「線條」。在某些實施例中，給料20基本上以固體形式退出噴嘴總成130，以使得所擠出之管柱保持其形狀。在某些實施例中，新擠出之給料20將與先前擠出的管柱22接合，以使得可藉由跨越先前繪製之管柱22上繪製線條來形成結構。

在某些實施例中，按鈕122可使給料20以第一速率(例如2.6mm/sec)被擠出，而第二按鈕124可使給料20以第二速率(例如5.0mm/sec)被擠出。在某些實施例中，第一速率的範圍可為0.1-10.0mm/sec且第二速率的範圍可為2-50mm/sec。在某些實施例中，選擇第一速率及第二速率來提供適於預期使用者的速度，例如預期由幼兒使用之裝置100可具有比預期由成人藝術家使用之裝置100慢的速率。在某些實施例中，3D繪圖裝置100可包括可變速度控制機構(圖1至圖2中未圖示)，以便允許使用者調整該等擠出速率之一或多者。在某些實施例中，可變速度控制機構可包括針盤。在某些實施例中，釋放按鈕122、124中之任一者可使內部機構將給料20向後拉某一數量，進而中斷所擠出之管柱22。以此方式，使 用者可以與其利用鋼筆書寫極其相似的方式來利用3D繪圖裝置100「書寫」，不同之處在於，使用者可在三維中書寫，因為所擠出之材料係三維的。使用者可按需要產生自由形式線條、形狀或其他物件。使用者可另外使用模板或其他導件來產生所需物件，諸如雕塑、珠寶、藝術作品等等。另外，或者作為替代，3D繪圖裝置100可用來修補或增強現有的物件及結構。在某些實施例中，同時按壓兩個按鈕122、124可導致另一動作，諸如自入口埠115排出給料20的未使用部分，以使得使用者可切換至不同顏色或類型之給料20。

圖2為根據本揭露內容之某些觀點的圖1之裝置100的剖視圖，其中移除了外殼110的一部分。可看出，電路總成126定位於開關122、124下方，且進給機構150安置於下部外殼114上，其中給料20經由入口埠115進入且經過進給機構150之元件上方及該等元件之間，參閱4A至圖4B更詳細地描述該進給機構。在某些實施例中，電路總成126可包括處理器，而在某些實施例中，電路總成126可包括類比電路元件，諸如熟習該項技術者已知的機械開關、電阻器、電容器以及其他電氣元件(圖2中不可見)。在某些實施例中，電路總成126可包括功率調節電路(未圖示)，該功率調節電路將來自電源之電力轉換成諸如直流(DC)電壓之不同形式。在某些實施例中，電路總成126可包括可攜式電源(圖2中未圖示)。在某些實施例中，電路總成126可經由電力線(圖1至圖2中未圖示)連接至外部電源。在某些實施例中，3D繪圖裝置100亦包括外部控制介面127，該外部控制介面連接至電路總成126且經組配來接受來自諸如電腦數控(CNC)機之遠程系統的致動命令。在某些實施例中，外殼110可適於安裝 於CNC機之工具介面上，以使得CNC機可操縱3D繪圖裝置100來產生3D物件。例如，外部控制介面127可包括三個電接腳，其中接腳1為公用的(諸如接地)，接腳2耦接至按鈕122，以使得跨接腳1及接腳2上提供DC電壓等同於按壓按鈕122，且接腳3耦接至按鈕124，以使得跨接腳1及接腳3上提供DC電壓等同於按壓按鈕124。在某些實施例中，外部控制介面127可經組配來經由射頻(RF)或可選的無線系統接受訊號。在某些實施例中，外部控制介面127可經組配來經由光纖纜線接受訊號。

圖3A至圖3B為根據本揭露內容之某些觀點的圖1之裝置100的橫截面圖及剖視圖。圖3A為整個3D繪圖裝置100之側視圖，其展示上部外殼112及下部外殼114如何共同形成內部容積116，進給機構150位於該內部容積中。在右端，可看出，噴嘴總成130包括擠製機132及導管134，參閱圖3B來更詳細地描述該擠製機及該導管。風扇總成140包括：風扇罩142，該風扇罩係固定的且附接至上部外殼112；葉輪144，該葉輪位於罩142下方且經組配來經由罩142中之埠(圖3A中不可見)將空氣吸入內部容積116中。在此實例中，馬達146係安裝至下部外殼114且以恆定速度驅動葉輪144。在某些實施例中，吸入內部容積中之空氣可經由上部外殼112及下部外殼114中之任一冷卻埠118流出。參閱圖3B來更詳細地描述冷卻埠118。在圖3A中可看出，在此實施例中，給料20沿直的路徑行進通過裝置100。

圖3B為噴嘴總成130之特寫剖視圖。擠製機132具有第一腔室135，其形成為直徑與給料20大致相同之圓柱形孔；及直徑較小的擠出通道133，其在出口噴嘴133A處終止。在某些實施例中，第一腔室135 可具有3mm的第一直徑而擠出通道133具有0.3mm的直徑。在某些實施例中，擠製機132由熱傳導材料(例如金屬或陶瓷)形成，其中加熱元件(例如鎳鎘合金線)(圖3B中不可見)繞在外圓周上。當裝置100連接至電源時，加熱元件將擠製機132之溫度升高至可能高於給料20之熔點的溫度。在某些實施例中，噴嘴總成130包括連接至電路總成126之溫度感測器，該電路總成可包括溫度控制電路來調節供應至加熱元件之電力，以便將擠製機132之溫度維持於設定點之所需範圍內。因為用於溫度調節之系統及方法係熟習該項技術者所已知的，所以本文不提供有關細節。在某些實施例中，可提供例如LED之指示器(未圖示)來指示擠製機132已達到足以使給料20熔化之溫度。

在例如給料包含塑膠之某些實施例中，擠製機132之溫度的範圍可為20-500℃。在例如給料包含金屬之某些實施例中，擠製機132之溫度的範圍可為1000-2000℃。在例如給料包含諸如鉛、錫或其混合物之金屬之某些實施例中，擠製機132之溫度的範圍可為100-400℃。在例如給料包含諸如銅、金、銀或其混合物之金屬之某些實施例中，擠製機132之溫度的範圍可為1000-1200℃。在例如給料包含諸如鉑之金屬之某些實施例中，擠製機132之溫度的範圍可為1600-2000℃。在某些實施例中，3D繪圖裝置100可包括連接至電路總成126之可變溫度控制器(未圖示)，用來允許使用者選擇擠製機132之設定點溫度。在某些實施例中，可變溫度控制器可允許使用者選擇材料類型(例如「熱塑性塑膠，」且電路總成126將調整擠製機132之設定點溫度。在某些實施例中，可變溫度控制器可包括針盤。

導管134與擠製機132之第一腔室135對準，以使得通過導 管134之給料進入第一腔室135。在某些實施例中，導管134可由諸如聚四氟乙烯(PTFE)之低摩擦力材料形成，因此允許給料20易於滑動，同時亦使導管134與給料20之間的間隙最小化。由安裝管138來將擠製機132與導管134保持對準。在某些實施例中，安裝管138係由熱傳導率比其他金屬低的金屬形成。在某些實施例中，安裝管138可為不銹鋼。在某些實施例中，可在加熱元件上及安裝管138下應用例如聚醯亞胺帶之絕緣膜(圖3B中不可見)。

在某些實施例中，可在安裝管138上提供絕緣體131，以便減少自擠製機132傳遞至上部外殼112及下部外殼114之熱量。在某些實施例中，上部外殼112及下部外殼114中之一或兩者可具有穿過其所形成之冷卻埠118，以使得空氣可自內部容積116流至環境空氣。在某些實施例中，形成於頂部外殼112及底部外殼114中且通向冷卻埠118之通道可成角度，以使得離開冷卻埠118之空氣被向內朝向尖端137引導。因此，當空氣退出冷卻埠118時，空氣經過擠製機132之尖端137，從而使尖端137及剛剛自擠出通道133擠出之給料冷卻。此等兩種冷卻效應用來在給料20退出擠出通道133時降低其溫度，以使得給料20在其退出擠出通道133時可基本上為固體。在某些實施例中，新擠出之給料20可為柔韌的且可形成為各種形狀。在某些實施例中，新擠出之給料20之表面可接受附接，例如有黏性，以使得所擠出之材料將與其他先前所擠出之給料20接合。

在某些實施例中，絕緣體131與安裝管138之間可存在間隙。在某些實施例中，此間隙可提供熱阻斷，以便進一步使上部外殼112及下部外殼114與擠製機132熱隔離。

當藉由進給機構150(圖3B中未圖示)朝向擠出通道133驅動給料20時，給料20位於擠製機132內的部分將由擠製機132加熱，以使得第一腔室135內之給料20軟化或熔化。當固體給料20被向前推時，軟化或熔化的給料20將經由擠出通道133被推出且離開尖端137，其中流出冷卻埠118之冷卻空氣在新擠出的給料20上流動，進而使給料20冷卻且固化。在某些實施例中，擠製機132向外延伸超過前方平面102的部分可藉由流出冷卻埠118之空氣來冷卻至低於擠製機132之主要部分的溫度之溫度。在某些實施例中，尖端137之溫度可低於給料20之熔點。

圖4A至圖4B為根據本揭露內容之某些觀點的進給機構150之平面圖及透視圖。圖4A展示一系列齒輪對153、154、155、156以及157，該等齒輪對係由馬達152經由正齒輪(圖4A中不可見)來驅動，該正齒輪附接至馬達152之轉子。每一齒輪對具有大齒輪及小齒輪，該等齒輪彼此固定地附接且繞共同的軸線旋轉。馬達152之小齒輪驅動大齒輪153A，此導致小齒輪153B驅動大齒輪154A。在某些實施例中，大齒輪153A、154A、155A、156A以及157A各自可具有40個齒，而小齒輪153B、154B、155B以及156B(圖4A中不可見)以及157B可具有12個齒，從而在每一齒輪對之間提供40：12的步降比率。在某些實施例中，自馬達152至小齒輪1578之步降可為5*(40：12)或大致為17：1，亦即，馬達152之十七個完整的旋轉僅導致小齒輪1578之一個完整的旋轉。在某些實施例中，齒輪對153、154、155、156以及157在大齒輪及/或小齒輪上可具有不同數目個齒。在某些實施例中，齒輪對153、154、155、156以及157在每一對應的大齒輪或小齒輪上可不具有相同數目個齒。

在使用中，使用馬達152來驅動步降齒輪系150以便控制給料20的前進，此對給料20之擠出速率提供改良程度的控制。例如，習知的噴膠槍在觸發器與膠棒之間具有直接連動裝置，以使得觸發器上之壓力被直接傳遞至桿。膠棒之前進速率(且因此，擠出速率)取決於熔化之膠的黏性，且因此取決於模具範圍內之齲齒。此經常導致分配過多的膠。另外，因為釋放觸發器並不會使膠棒縮回，所以在將噴嘴自分配位置移開時，經常存在自噴膠槍拉出之膠的「尾部」。相反，由於馬達152及齒輪系150所提供之受控運動，所揭露之3D繪圖裝置100提供恆定的擠出速率(例如3mm/sec)。另外，當按鈕122被釋放時，電路總成126使馬達152暫時反向運行，進而使給料20稍微縮回且將位於擠出通道133內之熔化的給料20吸回至擠製機132，進而將所擠出之管柱22自尖端137乾淨地切斷。

圖4B展示最後的小齒輪157B之齒如何嚙合給料20。在此實施例中，給料20經過下部外殼114之立柱119，隨後經過小齒輪157B，且隨後進入導管134。在某些實施例中，齒輪157B經定位以使得齒按壓在給料20上，藉由立柱119及導管134限制該給料以免其橫向運動而遠離齒輪157B之齒，以使得齒輪157B之旋轉將軸向力(亦即，沿長度來定向)施加至給料20。齒輪組150在第一方向上的旋轉將使給料20向前線性移動，亦即，朝向尖端137。因為給料20的此部分不受擠製機132內之加熱影響，所以齒輪組150在相反方向上的旋轉將使給料20向後線性移動，亦即，遠離尖端137。

自圖4A及圖4B可看出，馬達152之旋轉使給料20向前或向後移動，馬達之旋轉係藉由按壓按鈕122、124中之一者來控制。自馬達 152至小齒輪157B之步降提供給料之平滑運動速率，因為馬達152可按在平滑操作之正常範圍內的速度轉動，而該步降將此轉換成給料20之低速率線性運動。

圖5A至圖5B為根據本揭露內容之某些觀點的3D繪圖裝置之另一實施例200的透視圖及剖視圖。圖5A展示3D繪圖裝置200，其經組配來收納呈粒料25之形式的給料，該等粒料係裝在附接至主體210之漏斗250中。電力線270附接至主體210。圖5B為展示進給螺旋260之剖視圖，該進給螺旋將粒料25自漏斗250傳遞至噴嘴總成230，該噴嘴總成使粒料25熔化且在進給螺旋260所提供之壓力下，以類似於先前所述實施例100之噴嘴總成130之方式擠出熔化的給料25。實施例200中亦可提供實施例100之其他特徵，諸如冷卻埠118。在某些實施例中，藉由其他機構，例如熟習該項技術者已知的往復式汽缸(圖5A至圖5B中未圖示)，將粒料自漏斗250傳遞至噴嘴總成130。在某些實施例中，可將給料提供為裝在漏斗250中之液體，例如環氧樹脂，其中催化劑珠粒懸浮於液體聚合物中。在某些實施例中，液體給料通過擠出通道(類似於實施例100之擠出通道133)可更改該液體給料，以使得其在自3D繪圖裝置200擠出之後快速硬化。

所揭露之3D繪圖裝置的實例例示出其構造及使用之原理。在尖端處提供冷卻空氣流來快速固化所擠出之給料，此允許使用者在三維中工作，而不是被迫依靠支撐表面來在仍為液體的所擠出材料硬化時將其保持在適當位置。使用機械齒輪系來使給料前進(而不是加壓供應或觸發器與進給桿之間的直接連接)，此允許對擠出速率之精確控制，進而增加所擠出之材料管柱的均勻性且允許精確置放而不會有過多的材料。

本申請案包括被提供來使一般技藝人士能夠實踐本文所述之各種觀點的描述。雖然前述內容已描述所認為的最佳模式及/或其他實例，但是應理解，此等觀點之各種修改對熟習該項技術者將顯而易見，並且本文所定義之一般原理可適用於其他觀點。應理解，所揭露之過程中之步驟或方塊的特定次序或階層係對示範性方法的例示。基於設計偏好，應理解，可重新佈置該等過程中之步驟或方塊的特定次序或階層。隨附方法項按範例次序呈現各種步驟之元件，並且不意味著受限於所呈現之特定次序或階層。因此，申請專利範圍並不意欲受限於本文所示之觀點，而是意欲依照與語言申請專利範圍一致的完整範疇。

標題及子標題(若存在)僅僅為便利起見而使用且不限制本發明。

除非明確說明，否則以單數形式提及元件不意欲意味著「一個且僅一個」，而是「一或多個」。使用冠詞「一」應理解為等同於片語「至少一個」。除非另外明確說明，否則術語「一組」及「一些」指一或多個。

諸如「頂部」、「底部」、「上部」、「下部」、「左」、「右」、「前」、「後」等等之術語在本揭露內容中使用時應被理解為指任意參考框架，而不是普通的重力參考框架。因此，頂部表面、底部表面、前表面以及後表面可在重力參考框架中向上、向下、對角或水平延伸。

儘管各種組件之間的關係在本文中被描述及/或例示為正交或垂直的，但是此等組件在一些實施例中可佈置成其他組態。例如，在一些實施例中，參考組件之間所形成之角度可大於或小於90度。

例如，儘管各種組件被例示為平坦及/或直的，但是此等組 件在一些實施例中可具有其他構型，諸如彎曲或錐形的。

男性代名詞(例如，他的)包括女性及中性性別(例如，她的及它的)，且反之亦然。一般技藝人士已知的或以後將知曉的貫穿本揭露內容所描述的各種觀點之元件的所有結構性及功能性等同物係明確地以引用方式納入本文中，且意欲由申請專利範圍涵蓋。此外，本文所揭露之內容並不意欲貢獻給公眾，不管此揭露內容是否在申請專利範圍中明確地闡述。除非使用片語「用於……之機構」來明確地闡述元件，或在方法項的情況下，使用片語「用於……之操作」來闡述元件，否則不應按35 U.S.c.§112第六段的規定來解釋主張的元件。

諸如「觀點」之片語並不意指此等觀點係標的技術所必不可少的或此等觀點適用於標的技術之所有組態。關於一觀點之揭露內容可適用於所有組態或一或多個組態。諸如一觀點之片語可指一或多個觀點，且反之亦然。諸如「實施例」之片語並不意指此等實施例係標的技術所必不可少的或此等實施例適用於標的技術之所有組態。關於一實施例之揭露內容可適用於所有實施例或一或多個實施例。諸如一實施例之片語可指一或多個實施例，且反之亦然。

詞「示範性」在本文中係用來意味「充當實例或例示」。本文描述為「示範性」的任何觀點或設計不必被解釋為相比其他觀點或設計而言係較佳或有利的。

一般技藝人士已知的或以後將知曉的貫穿本揭露內容所描述的各種觀點之元件的所有結構性及功能性等同物係以引用之方式納入本文中，且意欲由申請專利範圍涵蓋。此外，本文所揭露之內容並不意欲貢 獻給公眾，不管此揭露內容是否在申請專利範圍中明確地闡述。除非使用片語「用於……之機構」來明確地闡述元件，或在方法項的情況下，使用片語「用於……之步驟」來闡述元件，否則不應按35 U.S.c.§112第六段的規定來解釋主張的元件。此外，在術語「包括」、「具有」或類似術語被用於描述或申請專利範圍中的情況下，此等術語意欲為包括性的，其方式類似於術語「包含」在申請專利範圍中用作過渡詞時對「包含」的解釋方式。

儘管已詳細描述且例示本揭露內容之實施例，但是應清楚理解，其僅作為例示及實例，且不應被視為限制，本發明之範疇僅由附屬申請專利範圍之條款限制。

20‧‧‧給料

22‧‧‧管柱

100‧‧‧繪圖裝置

110‧‧‧外殼

120‧‧‧控制總成

122‧‧‧按鈕

124‧‧‧按鈕

130‧‧‧噴嘴總成

140‧‧‧風扇總成

Claims (19)

1. 一種三維(3D)繪圖裝置，其包含：一外殼，其經組配以符合一使用者的手，且造型為允許該外殼以像一支筆的方式操縱，該外殼具有一第一端、一第二端、以及經組配來將一給料引入該外殼之一內部容積的一埠，且該外殼具有延伸於該內部容積與一周圍大氣之間的至少一冷卻埠；一第一致動器及一第二致動器，其每一者耦接至該外殼且被置放以供該使用者的手在握持該外殼時致動；一馬達，其安置於該內部容積內且反應於該第一致動器及該第二致動器的操作而被控制；一齒輪系，操作地耦接於該馬達以驅動該齒輪系，該齒輪系配置在該內部容積內以接收該給料，並且該齒輪系經組配成當該給料與該齒輪系嚙合時移動該給料；以及一噴嘴總成，配置於該外殼之該第一端且至少部分地在該外殼內，該噴嘴總成包含一擠製機、一退出噴嘴(exit nozzle)及一導管，該擠製機具有被一絕緣體環繞的一加熱元件，該導管延伸於該齒輪系與該擠製機之間，該導管之一第一端被置放以接收來自該齒輪系的該給料，該導管之一第二端與該擠製機之一腔室對準，使得該給料被導入該腔室，該擠製機安置於該導管與該退出噴嘴之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之3D繪圖裝置，其中該加熱元件係定位成鄰近該退出噴嘴且經組配來在經由該退出噴嘴擠出之前使該給料熔化。
3. 如申請專利範圍第1項所述之3D繪圖裝置，其進一步包含一風扇，該風扇經組配來在該退出噴嘴處提供一流動冷卻空氣。
4. 如申請專利範圍第3項所述之3D繪圖裝置，其中：該外殼包含靠近該退出噴嘴之至少一冷卻埠，該冷卻埠與該內部容積流體連通；以及該風扇係安置於該外殼內且經組配來將空氣吸入該內部容積中。
5. 如申請專利範圍第4項所述之3D繪圖裝置，其中該至少一冷卻埠經組配來將一冷卻空氣流自該內部容積引導至在該退出噴嘴處的所 擠出之給料上。
6. 如申請專利範圍第1項所述之3D繪圖裝置，其中該第一致動器或該第二致動器經組配來選擇性地使該馬達至少在一第一方向上旋轉，以使該給料自該退出噴嘴被擠出。
7. 如申請專利範圍第6項所述之3D繪圖裝置，其中該第一致動器或該第二致動器經組配來選擇性地使該馬達在一第二方向上旋轉，該第二方向與該第一方向相反。
8. 如申請專利範圍第7項所述之3D繪圖裝置，其中該第一致動器與該第二致動器之每一者包含至少一按鈕。
9. 如申請專利範圍第8項所述之3D繪圖裝置，其中該第一致動器包含一第一按鈕，其使該馬達在該第一方向上以一第一速度旋轉，以使得該給料自該退出噴嘴以一第一速率被擠出；及其中該第二致動器包含一第二按鈕，其使該馬達在該第一方向上以一第二速度旋轉，以使得該給料自該退出噴嘴以一第二速率被擠出，該第二速率大於該第一速率，其中該第一按鈕及該第二按鈕之同時致動使該馬達在該第二方向上旋轉。
10. 如申請專利範圍第1項所述之3D繪圖裝置，其中：該給料係以一股線之形式提供；以及該齒輪系包含一最後的齒輪，其具有嚙合該給料股線的齒，以使得該最後的齒輪之旋轉使該給料股線線性移動。
11. 如申請專利範圍第1項所述之3D繪圖裝置，其中：該埠經組配來經由該外殼之該第二端將該給料引入該內部容積；以及該外殼具有於該第一端與該第二端之間的一長度，該長度係大於該外殼之一最大的橫向廣度(extent)。
12. 如申請專利範圍第1項所述之3D繪圖裝置，其進一步包含一安裝管，其具有一第一端及一第二端，且其中該導管之該第二端延伸至該安裝管之該第一端內，且該擠製機相反於該噴嘴之一端延伸至該安裝管之該第二端內，該安裝管保持該導管之該第二端與該擠製 機相反於該噴嘴之該端對準。
13. 如請專利範圍第1項所述之3D繪圖裝置，其進一步包含一上部外殼及一下部外殼，該上部外殼與該下部外殼之至少一者包含鄰近於該噴嘴之一冷卻埠。
14. 如請專利範圍第13項所述之3D繪圖裝置，其中該上部外殼與該下部外殼各包含一冷卻埠。
15. 如請專利範圍第1項所述之3D繪圖裝置，其中該第一致動器與該第二致動器軸向對準且沿著該外殼於該第一端與該第二端之間的一外表面延伸。
16. 如請專利範圍第1項所述之3D繪圖裝置，其中該第一致動器的致動使該馬達以一第一馬達速率在一第一方向旋轉以使該給料以一第一擠出速率自該退出噴嘴被擠出，且該第二致動器的致動使該馬達以一第二馬達速率在該第一方向旋轉以使該給料以一第二擠出速率自該退出噴嘴被擠出，該第二擠出速率大於該第一擠出速率。
17. 如請專利範圍第16項所述之3D繪圖裝置，其中該第一致動器與該第二致動器的同時致動使該馬達在該第二方向上旋轉。
18. 如請專利範圍第16項所述之3D繪圖裝置，其進一步包含一可變速度控制機構以調整該第一擠出速率與該第二擠出速率之一或多者。
19. 如請專利範圍第1項所述之3D繪圖裝置，其中該給料包含一股線材料，該埠經組配來引入該股線材料。