TWI615269B

TWI615269B - 三維列印裝置

Info

Publication number: TWI615269B
Application number: TW105142603A
Authority: TW
Inventors: 楊士賢; 黃博承; 謝佳琳
Original assignee: 綠點高新科技股份有限公司
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2018-02-21
Also published as: TW201822996A

Abstract

一種三維列印裝置，包含一支撐架、一樹脂盛放單元、一離型單元、一光源單元及一成形載台。支撐架包括一支撐平台，支撐平台具有一鏤空的安裝區。樹脂盛放單元可受壓彈性下移地定位於支撐平台且穿設於安裝區，並包括一槽體及分別位於槽體的兩相反側的一第一連接結構及一第二連接結構。離型單元包括一設於第一連接結構的滾輪模組，及一設於支撐平台的驅動模組。驅動模組具有一馬達及一偏心輪。藉由偏心輪轉動一圈的行程，能壓抵於滾輪模組的滾輪並連動第一連接結構，使第一連接結構從一常態位置下移至一使槽體呈傾斜的離型位置再回復至常態位置。

Description

三維列印裝置

本發明是有關於一種三維列印裝置，特別是指一種使用光固化方式成形的三維列印裝置。

三維列印技術目前已經發展出多種成形方式，其中以光敏樹脂為原料，利用照光固化樹脂成形的方式有光固化成型（Stereolithigraphy Apparatus，以下簡稱SLA）技術及數位光處理(Digital Light Processing，以下簡稱DLP)技術，SLA的光源為雷射光，而DLP的光源為一般光源且結合投影技術。依據光源與樹脂槽的相對位置，可分為光源由樹脂槽上方照射的上照式，及光源由樹脂槽下方照射的下照式。

一般下照式的三維列印設備的成形載台是位於樹脂槽上方，並可相對樹脂槽上下移動。當光源由樹脂槽下方照射時，可使光敏樹脂固化於成形載台與樹脂槽之間，形成一層固化層後，必須將固化層與樹脂槽分離且使固化層保持在成形載台上，完成每一層固化層都需要將固化層與樹脂槽分離。由於固化層與成形載台及樹脂槽之間的界面都會有黏著力，如果直接將成形載台垂直拉伸而樹脂槽保持不動的話，固化層上下兩邊的界面都會受到相當大的拉力，容易使固化層破裂。參閱圖1與圖2，目前一種使固化層與樹脂槽分離的機構設計，是在樹脂槽相反兩側以不同彈力的彈簧固定，如圖中所示，樹脂槽91右邊是彈力較大的第一彈簧92，而樹脂槽91左邊是彈力較小的第二彈簧93。當成形載台94往上移時，會將連帶將固化層951疊積而成的工件95往上移，工件95的最下層為最新固化的固化層951會將樹脂槽91一起往上帶動。當樹脂槽91被往上帶動時，由於右邊的第一彈簧92施加於樹脂槽91的力量較左邊的第二彈簧93大，使得樹脂槽91右邊往上移動的阻力較大，而左邊阻力較小，致使樹脂槽91產生傾斜，藉此固化層951可由右往左逐漸脫離樹脂槽91。如此可使樹脂槽91與固化層951之間所產生的拉力小於成形載台94之間的拉力，以避免固化層951破裂。然而，此種方式，在將每層固化層951與樹脂槽91分離時，必須將成形載台94拉抬一定的高度才能讓彈簧張力產生效果，而後要再將成形載台94下降以與樹脂槽91保持一定距離形成新的固化層951，如此來回升降成形載台94，會增加整體的製程時間。

此外，中國專利公開號第CN104191625A號揭露一種工作台組件，其主要是利用偏心凸輪在安裝底框作用，而使安裝底框連同透明樹脂槽向下傾斜，而使打印層(固化層)與樹脂槽脫離。然而，由於偏心凸輪直接與安裝底框接觸，彼此容易因為互相摩擦而受損，易影響製程控制的精準度及可靠度。

因此，本發明之其中一目的，即在提供一種可提升製程可靠度的三維列印裝置。

於是，本發明三維列印裝置在一些實施態樣中，是包含一支撐架、一樹脂盛放單元、一離型單元、一光源單元及一成形載台。該支撐架包括一支撐平台，該支撐平台具有一鏤空的安裝區。該樹脂盛放單元可受壓彈性下移地定位於該支撐平台且穿設於該安裝區，並包括一用以容置光固化樹脂且底部可透光的槽體，及分別位於該槽體的兩相反側的一第一連接結構及一第二連接結構。該離型單元包括一設於該第一連接結構的滾輪模組，及一設於該支撐平台的驅動模組。該驅動模組具有一馬達及一連接於該馬達的偏心輪，該偏心輪位於該滾輪模組上方並由該馬達控制轉動，該滾輪模組具有一可受該偏心輪帶動而轉動的滾輪，藉由該偏心輪轉動一圈的行程，能壓抵於該滾輪並連動該第一連接結構，使該第一連接結構從一常態位置下移至一使該槽體呈傾斜的離型位置再回復至該常態位置。該光源單元位於該支撐平台下方且朝向該槽體提供用以使樹脂固化的光源。該成形載台位於該槽體上方，供一成形物之上端附著。

在一些實施態樣中，該第一連接結構及該第二連接結構各具有一位於該安裝區中以連接該槽體的基座，及一由該基座往遠離該安裝區方向橫向延伸以抵靠於該支撐平台的底面的安裝板部，該樹脂盛放單元還包括四組定位組件，每一定位組件包括一具有一頭部及一桿部的固定栓，及一套設於該桿部的彈性件，該等定位組件的其中兩組對應該第一連接結構設置，且其中另兩組對應該第二連接結構設置，每一組定位組件的固定栓的桿部穿過對應的安裝板部且末端固定於該支撐平台，而該彈性件的兩端分別抵於該頭部及該安裝板部，以彈性支撐該安裝板部抵靠於該支撐平台並提供該安裝板部彈性下移的空間。

在一些實施態樣中，該槽體具有兩個分別朝向該第一連接結構及該第二連接結構凸出的滑軌，該第一連接結構及該第二連接結構各具有一滑槽以分別容置該等滑軌，使該槽體可拆離地與該第一連接結構及該第二連接結構組裝。

在一些實施態樣中，該滾輪模組還具有一安裝座，且該安裝座設於該第一連接結構的安裝板部，該滾輪可轉動地設於該安裝座上。

在一些實施態樣中，該樹脂盛放單元還包括一連接該第一連接結構的基座及該第二連接結構的基座的一端的連接板部，且該連接板部、該第一連接結構及該第二連接結構共同形成一框體，該等滑槽沿一垂直該連接板部的第一方向延伸，且每一滑槽的入口位於對應的基座遠離該連接板部的一端。

本發明三維列印裝置在一些實施態樣中，包含一支撐平台、一樹脂盛放單元、一驅動模組、一滾輪模組、一光源單元及一成形載台。該樹脂盛放單元具有一用以容置光固化樹脂且底部可透光的槽體。該驅動模組設於該支撐平台，具有一可受驅動而旋轉的偏心輪。該滾輪模組設於該樹脂盛放單元，具有一於該偏心輪轉動的部分行程中，可受該偏心輪壓抵而帶動轉動的滾輪，而於該滾輪轉動過程中進而帶動該槽體自一常態位置下移至一呈傾斜的離型位置。該光源單元位於該支撐平台下方且朝向該槽體提供用以使樹脂固化的光源。該成形載台位於該槽體上方，供一成形物之上端附著。

在一些實施態樣中，更包含至少一彈性復位件，用以施加該槽體一彈力而使該槽體自該離型位置復位至該常態位置。

在一些實施態樣中，該槽體兩相反側分別凸伸一滑軌，該支撐平台具有一對滑槽以分別容置該等滑軌，使該槽體可拆離地與該支撐平台組裝。

本發明三維列印裝置在一些實施態樣中，包含一樹脂盛放單元、一支撐平台、一驅動模組、一光源單元及一成形載台。該樹脂盛放單元具有一用以容置光固化樹脂且底部可透光的槽體，該槽體兩相反側分別凸伸一滑軌。該支撐平台具有一對滑槽以分別容置該槽體的該等滑軌，使該槽體可拆離地與該支撐平台組裝。該驅動模組設於該支撐平台，用以透過轉動對轉動方式於操作中帶動該槽體自一常態位置下移至一呈傾斜的離型位置。該光源單元位於該支撐平台下方且朝向該槽體提供用以使樹脂固化的光源。該成形載台位於該槽體上方，供一成形物之上端附著。

本發明三維列印裝置在一些實施態樣中，包含一支撐平台、一樹脂盛放單元、一驅動模組、一光源單元及一成形載台。該樹脂盛放單元具有一用以容置光固化樹脂且底部可透光的槽體，該槽體以可拆離方式與該支撐平台組裝。該驅動模組設於該支撐平台，用以透過轉動對轉動方式於操作中帶動該槽體自一常態位置下移至一呈傾斜的離型位置。該光源單元位於該支撐平台下方且朝向該槽體提供用以使樹脂固化的光源。該成形載台位於該槽體上方，供一成形物之上端附著。

本發明至少具有以下功效：藉由離型單元的驅動模組與滾輪模組相配合，可使固化層與槽體的分離步驟較為省時，且滾輪模組可以減少偏心輪轉動以使槽體傾斜時的摩擦力，不僅能夠增加製程的可靠度，也能降低馬達的成本。此外，槽體可拆離地與第一連接結構及第二連接結構組裝，如此可方便盛裝或更換液態樹脂，節省拆裝槽體的時間。

參閱圖3與圖4，本發明三維列印裝置之一實施例，包含一支撐架1、一樹脂盛放單元2、一離型單元3、一光源單元4及一成形載台5。

另配合參閱圖5至圖7，支撐架1包括一支撐平台11。支撐平台11具有一鏤空的安裝區111。樹脂盛放單元2可受壓彈性下移地定位於支撐平台11且穿設於安裝區111，並包括一用以容置光固化樹脂且底部可透光的槽體21，及分別位於槽體21的兩相反側的一第一連接結構22及一第二連接結構23。光源單元4位於支撐平台11下方且朝向槽體21提供用以使樹脂固化的光源。成形載台5位於槽體21上方，用以供一成形物6之上端附著。在本實施例中，光源單元4採用一般DLP技術所使用的光源系統，成形載台5可相對於槽體21上下移動。

在本實施例中，第一連接結構22及第二連接結構23各具有一位於安裝區111中以連接槽體21的基座24，及一由基座24往遠離安裝區111方向橫向延伸以抵靠於支撐平台11的底面的安裝板部25。樹脂盛放單元2還包括四組定位組件27，每一定位組件27包括一具有一頭部271a及一桿部271b的固定栓271，及一套設於桿部271b的彈性件272。該等定位組件27的其中兩組對應第一連接結構22設置，且其中另兩組對應第二連接結構23設置。每一組定位組件27的固定栓271的桿部271b穿過對應的安裝板部25且末端固定於支撐平台11，而彈性件272的兩端分別抵於頭部271a及安裝板部25，以彈性支撐安裝板部25抵靠於支撐平台11並提供安裝板部25彈性下移的空間。

此外，在本實施例中，槽體21具有一底壁211、一由底壁211向上延伸的圍繞壁212，及兩個分別由底壁211朝向第一連接結構22及第二連接結構23凸出的滑軌213。如圖8所示，第一連接結構22及第二連接結構23各具有一設於基座24的滑槽241以分別容置滑軌213，使槽體21可拆離地與第一連接結構22及第二連接結構23組裝。樹脂盛放單元2還包括一連接第一連接結構22的基座24及第二連接結構23的基座24的一端的連接板部26，且連接板部26、第一連接結構22及第二連接結構23共同形成一U形框體，該等滑槽241沿一垂直連接板部26的第一方向D延伸，且每一滑槽241的入口位於對應的基座24遠離連接板部26的一端，亦即在U形框體兩臂的自由端。在本實施例中，第一連接結構22及第二連接結構23是設在支撐平台11上，亦可將第一連接結構22及第二連接結構23視為支撐平台11的一部分。

再參閱圖4至圖6，離型單元3包括一設於第一連接結構22的滾輪模組31，及一設於支撐平台11的驅動模組32。驅動模組32具有一馬達321及一連接於馬達321的偏心輪322。偏心輪322位於滾輪模組31上方並由馬達321控制轉動。滾輪模組31具有一可受偏心輪322帶動而轉動的滾輪311及一安裝座312。安裝座312設於第一連接結構22的安裝板部25，滾輪311可轉動地設於安裝座312上。

參閱圖3與圖7，藉由偏心輪322轉動一圈的行程，能壓抵於滾輪311並連動第一連接結構22，使第一連接結構22從一常態位置(如圖3所示)下移至一使槽體21呈傾斜的離型位置(如圖7所示)再回復至常態位置。具體而言，配合參閱圖5，偏心輪322的外周可區分為一離軸心距離最短的短距段322a、一離軸心距離最長的長距段322b，及介於短距段322a與長距段322b之間的兩中距段322c，短距段322a與長距段322b位於相對位置。當偏心輪322的長距段322b位於短距段322a上方時，長距段322b遠離滾輪311且偏心輪322不與滾輪311接觸，此時第一連接結構22位於常態位置，而槽體21呈水平設置，如此成形載台5的底面與槽體21平行，當樹脂照光固化時能夠形成平整的一層固化層61。在形成一層固化層61後，啟動馬達321以驅動偏心輪322轉動一圈，當偏心輪322轉動時，偏心輪322會逐漸接近滾輪311再進一步接觸滾輪311，隨著長距段322b越接近滾輪311，會將滾輪311逐漸往下壓並連動第一連接結構22，而使槽體21由第一連接結構22側逐漸往下傾斜，藉此固化層61可由靠近第一連接結構22側逐漸往第二連接結構23側的方向與槽體21底部表面分離。而在偏心輪322轉動的同時，成形載台5也緩慢上移至下一個固化層61預定成形厚度的距離。當偏心輪322的長距段322b接觸滾輪311時，槽體21呈最大傾斜，且固化層61隨著成形載台5上移並與槽體21完全分離。此外，當滾輪311受壓帶動第一連接結構22下移時，第一連接結構22擠壓對應的彈性件272而使對應的彈性件272蓄積彈性回復力。之後，偏心輪322的長距段322b逐漸遠離滾輪311回到原位，且逐漸減少對滾輪311的施壓，此時第一連接結構22受到彈性件272的彈性回復力作用逐漸回復至常態位置。當然，於其他實施例中，樹脂盛放單元2的第一連接結構22或其他適當部位亦可受其他形式的彈性復位件所施加的彈性回復力而逐漸回復至常態位置，而不以本實施例的彈性件272為限。每次完成一固化層61後，即可執行前述動作，以將固化層61與槽體21分離。由於成形載台5只要上移至下一個固化層61預定成形的位置，不需要上移至較高位置以使固化層61與槽體21分離後再下移至成形位置，所以能夠大幅降低整體的製程時間，加快製程速度。

由於偏心輪322轉動壓抵於滾輪311時，滾輪311可相對偏心輪322轉動，而能減少偏心輪322轉動時的摩擦力，大幅降低偏心輪322因磨耗變形而使槽體21下移行程距離改變的風險，亦即降低因槽體21下移行程距離改變而使固化層61未與槽體21分離的風險。除此之外，由於偏心輪322是與滾輪311接觸，透過施力於滾輪311而帶動槽體21下移，亦即以透過轉動對轉動方式帶動槽體21下移，偏心輪322並不會直接接觸樹脂盛放單元2，因此，也可避免因為偏心輪322頻繁接觸樹脂盛放單元2而使樹脂盛放單元2產生磨耗，影響位置的精確度。換言之，本案是以透過轉動對轉動方式，達成操作施力使槽體21自常態位置下移至傾斜的離型位置。

再者，由於偏心輪322轉動時的摩擦力低，可以忽略摩擦力的影響，所以馬達321不需要位置檢出和速度檢出的回授裝置，而能採用成本較低的步進馬達321，即能達到精確控制偏心輪322轉動的要求。因此，藉由滾輪311降低與偏心輪322之間的摩擦力，不僅能夠增加製程的可靠度，也能降低馬達321的成本。於其他實施例中，滾輪311亦可呈其他外型，例如球形，而不以本實施例為限。

此外，如圖8所示，在本實施例中，藉由槽體21上的滑軌213與第一連接結構22及第二連接結構23上的滑槽241，使槽體21可拆離地與第一連接結構22及第二連接結構23組裝，如此可方便盛裝或更換液態樹脂，節省拆裝槽體21的時間。將槽體21與第一連接結構22及第二連接結構23組裝時，使滑軌213由滑槽241入口置入後沿滑槽241移動，最後可由連接板部26擋止，即可確認槽體21已達定位。欲將槽體21移出時，將槽體21沿組裝方向的反方向拉出即可。

綜上所述，藉由離型單元3的驅動模組32與滾輪模組31相配合，可使固化層61與槽體21的分離步驟較為省時，且滾輪模組31可以減少偏心輪322轉動以使槽體21傾斜時的摩擦力，不僅能夠增加製程的可靠度，也能降低馬達321的成本。此外，槽體21可拆離地與第一連接結構22及第二連接結構23組裝，如此可方便盛裝或更換液態樹脂，節省拆裝槽體21的時間。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧支撐架
11‧‧‧支撐平台
111‧‧‧安裝區
2‧‧‧樹脂盛放單元
21‧‧‧槽體
211‧‧‧底壁
212‧‧‧圍繞壁
213‧‧‧滑軌
22‧‧‧第一連接結構
23‧‧‧第二連接結構
24‧‧‧基座
241‧‧‧滑槽
25‧‧‧安裝板部
26‧‧‧連接板部
27‧‧‧定位組件
271‧‧‧固定栓
271a‧‧‧頭部
271b‧‧‧桿部
272‧‧‧彈性件
3‧‧‧離型單元
31‧‧‧滾輪模組
311‧‧‧滾輪
312‧‧‧安裝座
32‧‧‧驅動模組
321‧‧‧馬達
322‧‧‧偏心輪
322a‧‧‧短距段
322b‧‧‧長距段
322c‧‧‧中距段
4‧‧‧光源單元
5‧‧‧成形載台
6‧‧‧成形物
61‧‧‧固化層
D·‧‧‧第一方向
91‧‧‧樹脂槽
92‧‧‧第一彈簧
93‧‧‧第二彈簧
94‧‧‧成形載台
95‧‧‧工件
951‧‧‧固化層

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1與圖2是說明現有的一種使固化層與樹脂槽分離的機構設計的示意圖；圖3是本發明三維列印裝置的一實施例的一側視示意圖；圖4是該實施例之一部分構件的立體圖；圖5是圖4的一立體分解圖；圖6是圖5的另一角度視圖；圖7是一類似圖3的視圖，說明該實施例的一第一連接結構位於一離型位置的狀態；及圖8是圖4的一立體分解圖，說明該實施例的一槽體可拆離地與第一連接結構及第二連接結構組裝。

1‧‧‧支撐架

11‧‧‧支撐平台

2‧‧‧樹脂盛放單元

21‧‧‧槽體

211‧‧‧底壁

212‧‧‧圍繞壁

213‧‧‧滑軌

22‧‧‧第一連接結構

23‧‧‧第二連接結構

24‧‧‧基座

241‧‧‧滑槽

25‧‧‧安裝板部

27‧‧‧定位組件

271‧‧‧固定栓

272‧‧‧彈性件

3‧‧‧離型單元

31‧‧‧滾輪模組

311‧‧‧滾輪

312‧‧‧安裝座

32‧‧‧驅動模組

321‧‧‧馬達

322‧‧‧偏心輪

4‧‧‧光源單元

5‧‧‧成形載台

6‧‧‧成形物

61‧‧‧固化層

Claims

一種三維列印裝置，包含：一支撐架，包括一支撐平台，該支撐平台具有一鏤空的安裝區；一樹脂盛放單元，可受壓彈性下移地定位於該支撐平台且穿設於該安裝區，並包括一用以容置光固化樹脂且底部可透光的槽體，及分別位於該槽體的兩相反側的一第一連接結構及一第二連接結構；一離型單元，包括一設於該第一連接結構的滾輪模組，及一設於該支撐平台的驅動模組，該驅動模組具有一馬達及一連接於該馬達的偏心輪，該偏心輪位於該滾輪模組上方並由該馬達控制轉動，該滾輪模組具有一可受該偏心輪帶動而轉動的滾輪，藉由該偏心輪轉動一圈的行程，能壓抵於該滾輪並連動該第一連接結構，使該第一連接結構從一常態位置下移至一使該槽體呈傾斜的離型位置再回復至該常態位置；一光源單元，位於該支撐平台下方且朝向該槽體提供用以使樹脂固化的光源；及一成形載台，位於該槽體上方，用以供一成形物之上端附著。
如請求項1所述三維列印裝置，其中，該第一連接結構及該第二連接結構各具有一位於該安裝區中以連接該槽體的基座，及一由該基座往遠離該安裝區方向橫向延伸以抵靠於該支撐平台的底面的安裝板部，該樹脂盛放單元還包括四組定位組件，每一定位組件包括一具有一頭部及一桿部的固定栓，及一套設於該桿部的彈性件，該等定位組件的其中兩組對應該第一連接結構設置，且其中另兩組對應該第二連接結構設置，每一組定位組件的固定栓的桿部穿過對應的安裝板部且末端固定於該支撐平台，而該彈性件的兩端分別抵於該頭部及該安裝板部，以彈性支撐該安裝板部抵靠於該支撐平台並提供該安裝板部彈性下移的空間。
如請求項1或2所述三維列印裝置，其中，該槽體具有兩個分別朝向該第一連接結構及該第二連接結構凸出的滑軌，該第一連接結構及該第二連接結構各具有一滑槽以分別容置該等滑軌，使該槽體可拆離地與該第一連接結構及該第二連接結構組裝。
如請求項3所述三維列印裝置，其中，該滾輪模組還具有一安裝座，且該安裝座設於該第一連接結構的安裝板部，該滾輪可轉動地設於該安裝座上。
如請求項3所述三維列印裝置，其中，該樹脂盛放單元還包括一連接該第一連接結構的基座及該第二連接結構的基座的一端的連接板部，且該連接板部、該第一連接結構及該第二連接結構共同形成一框體，該等滑槽沿一垂直該連接板部的第一方向延伸，且每一滑槽的入口位於對應的基座遠離該連接板部的一端。
一種三維列印裝置，包含：一支撐平台；一樹脂盛放單元，具有一用以容置光固化樹脂且底部可透光的槽體；一驅動模組，設於該支撐平台，具有一可受驅動而旋轉的偏心輪；一滾輪模組，設於該樹脂盛放單元，具有一於該偏心輪轉動的部分行程中，可受該偏心輪壓抵而帶動轉動的滾輪，而於該滾輪轉動過程中進而帶動該槽體自一常態位置下移至一呈傾斜的離型位置；一光源單元，位於該槽體下方且朝向該槽體提供用以使樹脂固化的光源；及一成形載台，位於該槽體上方，用以供一成形物之上端附著。
如請求項6所述三維列印裝置，更包含至少一彈性復位件，用以施加該槽體一彈力而使該槽體自該離型位置復位至該常態位置。
如請求項6所述三維列印裝置，其中，該槽體兩相反側分別凸伸一滑軌，該支撐平台具有一對滑槽以分別容置該等滑軌，使該槽體可拆離地與該支撐平台組裝。
一種三維列印裝置，包含：一樹脂盛放單元，具有一用以容置光固化樹脂且底部可透光的槽體，該槽體兩相反側分別凸伸一滑軌；一支撐平台，具有一對滑槽以分別容置該槽體的該等滑軌，使該槽體可拆離地與該支撐平台組裝；一驅動模組，設於該支撐平台，用以透過轉動對轉動方式於操作中帶動該槽體自一常態位置下移至一呈傾斜的離型位置；一光源單元，位於該槽體下方且朝向該槽體提供用以使樹脂固化的光源；及一成形載台，位於該槽體上方，用以供一成形物之上端附著。
一種三維列印裝置，包含：一支撐平台；一樹脂盛放單元，具有一用以容置光固化樹脂且底部可透光的槽體，該槽體以可拆離方式與該支撐平台組裝；一驅動模組，設於該支撐平台，用以透過轉動對轉動方式於操作中帶動該槽體自一常態位置下移至一呈傾斜的離型位置；一光源單元，位於該槽體下方且朝向該槽體提供用以使樹脂固化的光源；及一成形載台，位於該槽體上方，用以供一成形物之上端附著。