TWI615282B

TWI615282B - 調整裝置及其調整方法

Info

Publication number: TWI615282B
Application number: TW105140806A
Authority: TW
Inventors: 張葵忠
Original assignee: 東友科技股份有限公司
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2018-02-21
Also published as: US10384440B2; US20180162067A1; TW201821289A

Abstract

本案係關於一種調整裝置，適用於三維印表機之建構平台，包括噴頭、傳動機構、複數個油壓缸、儲油罐及偵測器，其中噴頭係相對建構平台設置，傳動機構係與噴頭相連接，以帶動該噴頭於一水平位移面移動。複數個油壓缸係設置於建構平台，俾調整建構平台與水平位移面相平行。儲油罐儲存有液壓油，且每一個油壓缸係經由油管與儲油罐相連接。偵測器係設置於噴頭，以於噴頭於水平位移面移動時，偵測噴頭與複數個油壓缸間之複數個垂直距離。藉此，以減少調整建構平台所需時間，簡化調整程序及機構，減少占用之空間，並達到提升調整精確度之功效。

Description

調整裝置及其調整方法

本案係關於一種調整裝置，尤指一種透過油壓缸對三維印表機之建構平台進行調整之調整裝置及其調整方法。

近年來，隨著工業技術的提升，三維列印的成本大幅降低，使得三維印表機亦漸趨普及。一般而言，三維列印係藉由列印噴頭作動，並於建構平台進行層層列印以成型，其中建構平台與列印噴頭通常須保持等距，且於水平位移方向平行。

於實務上，建構平台可能因機器搬運或桌面不平整等因素，而失去與列印噴頭互相平行的關係，使得於列印成型時，材料無法順利附著於建構平台，或者列印噴頭碰觸到建構平台，造成列印品成型失敗等問題，因此，往往須透過建構平台調整機制重新建立其平行關係。

於現行常用之建構平台調整機制中，係藉由設置螺絲以對建構平台進行調整，例如透過操作者手動進行量測並調整螺絲，或藉由馬達及齒輪組以對螺絲進行調整。然而，以人工手動調整之程序繁複又耗時，且調整結果並不精確，馬達及齒輪組之作動方式複雜且體積龐大，佔據許多空間，所需成本亦偏高。

是以，如何發展一種有別於往的三維印表機之建構平台之調整裝置及其調整方法，以改善習知技術中的問題與缺點，減少調整所需時間，簡化調整程序及機構，並減少占用空間，且能達到提升調整精確度之功效，實為目前技術領域中的重點課題。

本案之主要目的為提供一種調整裝置及其調整方法，俾解決並改善前述先前技術之問題與缺點。

本案之另一目的為提供一種調整裝置及其調整方法，藉由設置結構簡單、體積較小之油壓缸，以調整三維印表機之建構平台，使得建構平台之調整程序及機構簡化，並減少調整裝置占用之空間。

本案之另一目的為提供一種調整裝置及其調整方法，藉由電磁閥的啟閉，以調控儲油罐加壓至油壓缸，其控制電路簡易且成本較低。且於電磁閥關閉時，由於液壓油之不可壓縮性，油壓缸仍能維持調整後之狀態，使得建構平台之穩定度提升。

本案之另一目的為提供一種調整裝置及其調整方法，由於油壓缸之行程為定值，且油壓缸可由彈簧復位至最低點之初始位置，使得油壓缸之調整範圍具有一定限制，以避免建構平台受調整時產生碰撞。

本案之另一目的為提供一種調整裝置及其調整方法，透過調整油壓缸之活塞面積大小、油管之管徑粗細，及液壓油之黏滯係數，可控制調整油壓缸之速率及精度，進而達到提升建構平台之調整精確度之功效。

為達上述目的，本案之一較佳實施態樣為提供一種調整裝置，適用於一三維印表機之一建構平台，包括：一噴頭，係相對該建構平台設置；一傳動機構，係與該噴頭相連接，以帶動該噴頭於一水平位移面移動；複數個油壓缸，係設置於該建構平台，俾調整該建構平台，以使該建構平台與該水平位移面相平行；一儲油罐，儲存有一液壓油，其中每一個該油壓缸係經由一油管與該儲油罐相連接，俾使該儲油罐加壓至該複數個油壓缸；以及一偵測器，係設置於該噴頭，以於該噴頭於該水平位移面移動時，偵測該噴頭與該複數個油壓缸間之複數個垂直距離。

為達上述目的，本案之另一較佳實施態樣為提供一種調整方法，包括步驟：(a)提供一建構平台、一噴頭、一傳動機構、複數個油壓缸、儲油罐以及偵測器，其中該噴頭係相對該建構平台設置，該傳動機構係與該噴頭相連接，該複數個油壓缸係設置於該建構平台，該儲油罐係儲存有一液壓油，每一個該油壓缸係經由一油管與該儲油罐相連接，且該偵測器係設置於該噴頭；(b)排除該儲油罐內之氣體，以使該複數個油壓缸復位；(c)提供氣體進入該儲油罐，以加壓於該液壓油；(d)使該傳動機構沿一水平位移面移動該噴頭，以使該偵測器對應於該複數個油壓缸之一；(e)使該儲油罐加壓至該油壓缸，俾調整該建構平台；(f)以該偵測器偵測該噴頭與該油壓缸間之垂直距離；(g)判斷該垂直距離是否到達一目標距離；(h)使該儲油罐停止加壓至該油壓缸；(i)判斷是否該複數個油壓缸皆已進行調整；以及(j)停止提供氣體進入該儲油罐；其中，當該步驟(g)之判斷結果為是，於該步驟(g)後係執行該步驟(h)，當步驟(g)之判斷結果為否，於該步驟(g)後係重新執行該步驟(f)及該步驟(g)；且當該步驟(i)之判斷結果為是，於該步驟(i)後係執行該步驟(j)，當步驟(i)之判斷結果為否，於該步驟(i)後係重新執行該步驟(d)至該步驟(i)。

1‧‧‧調整裝置

10‧‧‧噴頭

11‧‧‧傳動機構

12‧‧‧油壓缸

121‧‧‧第一油壓缸

122‧‧‧第二油壓缸

133‧‧‧第三油壓缸

13‧‧‧儲油罐

131‧‧‧進氣口

132‧‧‧排氣口

133‧‧‧進氣電磁閥

134‧‧‧排氣電磁閥

14‧‧‧偵測器

15‧‧‧控制單元

16‧‧‧油壓缸電磁閥

17‧‧‧儲氣罐

2‧‧‧三維印表機

3‧‧‧建構平台

3A‧‧‧第一側邊

3B‧‧‧第二側邊

6‧‧‧升降平台

X、Y‧‧‧軸

D‧‧‧行程

S10、S20、S30、S40、S50、S60、S70、S80、S90、S99‧‧‧步驟

第1圖係顯示本案較佳實施例之調整裝置之結構示意圖。

第2圖係顯示本案較佳實施例之調整裝置之架構示意圖。

第3圖係顯示本案較佳實施例之調整裝置之噴頭及偵測器之結構示意圖。

第4圖係顯示本案較佳實施例之調整裝置之油壓缸之結構示意圖。

第5圖係顯示本案較佳實施例之調整方法流程圖。

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，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。

請參閱第1圖、第2圖、第3圖及第4圖，第1圖係顯示本案較佳實施例之調整裝置之結構示意圖，第2圖係顯示本案較佳實施例之調整裝置之架構示意圖，第3圖係顯示本案較佳實施例之調整裝置之噴頭及偵測器之結構示意圖，以及第4圖係顯示本案較佳實施例之調整裝置之油壓缸之結構示意圖。如第1圖、第2圖、第3圖及第4圖所示，本案之調整裝置1係適用於三維印表機2之建構平台3，且調整裝置1係包括噴頭10、傳動機構11、複數個油壓缸12、儲油罐13及偵測器14，其中噴頭10係相對建構平台3設置，以架構於噴出材料並成型於建構平台3上。傳動機構11係與噴頭10相連接，以帶動噴頭10於一水平位移面移動，例如但不限於使用螺桿、皮帶或鋼繩等方式以帶動噴頭10移動，其中水平位移面係如第1圖中所示之X軸與Y軸所構成之平面。

複數個油壓缸12係設置於建構平台3，俾調整建構平台3，以使建構平台3與水平位移面相平行。儲油罐13係儲存有一液壓油，其中每一個油壓缸12係經由一油管與儲油罐13相連接，即油管之數量係與油壓缸12之數量相等，俾使儲油罐13之液壓油受壓時可加壓至複數個油壓缸12。偵測器14係設置於噴頭10，以於噴頭10受傳動機構11帶動而於水平位移面移動時，偵測噴頭10與複數個油壓缸12間之複數個垂直距離。。

根據本案之構思，調整裝置1更包括控制單元15及複數個油壓缸電磁閥16，其中控制單元15為例如但不限於控制電路板，控制單元15係與傳動機構11及偵測器14相連接，而複數個油壓缸電磁閥16係與控制單元15相連接，且每一個油壓缸電磁閥16係對應設置於每一個油管。藉此，控制單元15可控制傳動機構11帶動噴頭10移動至與油壓缸12相對應之位置，以使偵測器14偵測與油壓缸12間之垂直距離並回傳至控制單元15，使控制單元15判斷垂直距離是否到達所需之目標距離，以控制油壓缸電磁閥16之開啟與關閉，進而調控儲油罐13加壓或停止加壓至油壓缸12。

易言之，藉由設置結構簡單、體積較小之油壓缸，以調整三維印表機之建構平台，可使得建構平台之調整程序及機構簡化，並減少調整裝置占用之空間。並且，藉由電磁閥的啟閉，以調控儲油罐加壓至油壓缸，其控制電路簡易且成本較低。且於電磁閥關閉時，由於液壓油之不可壓縮性，油壓缸仍能維持調整後之狀態，使得建構平台之穩定度提升。

根據本發明之構想，儲油罐13係透過液壓油提供油壓缸12上頂時所需之壓力，由於液壓油具不可壓縮性，故較佳係提供氣體至儲油罐13，透過對氣體加壓，以將壓力均勻地傳遞至液壓油。於一些實施例中，儲油罐13更包括進氣口131及排氣口132，係分別經由進氣電磁閥133及排氣電磁閥134與控制單元15相連接，以控制氣體進出儲油罐13，其中氣體可為例如但不限於透過操作者使用人力打氣筒以提供。

於一些實施例中，調整裝置1更包括儲氣罐17，且儲氣罐17係透過氣管與儲油罐13之進氣口131相連接，以提供氣體進入該儲油罐13，俾加壓於液壓油，但並不以此為限。而儲氣罐17更可具有進氣嘴，以將氣體注入儲氣罐17，例如但不限於使用人力打氣筒、罐裝壓縮氣體、空壓機或是鋼瓶壓縮氣體充氣。其中壓縮氣體可使用壓縮空氣、氮氣、二氧化碳等惰性氣體，且儲氣罐17亦可連接壓力表，用以監測氣體存量，然皆不以此為限。

於一些實施例中，調整裝置1更包括升降平台6，升降平台6係與噴頭10相對設置於建構平台3之二不同側，用以對建構平台3進行升降，俾使建構平台3與噴頭10之間保持一定距離，而複數個油壓缸12係連接於升降平台6及建構平台3之間。

根據本案之構思，複數個油壓缸12係彼此盡量遠離地設置於建構平台3邊緣處，且設置之位置不在同一直線上。於一些實施例中，複數個油壓缸12係包括第一油壓缸121、第二油壓缸122及第三油壓缸123，其中第一油壓缸121係設置於建構平台3之第一側邊3A，第二油壓缸122係設置於建構平台3之第二側邊3B之一端，且第二側邊3B係為相對於第一側邊3A之一邊，而第三油壓缸123係設置於建構平台3之第二側邊3B之另一端，然並不以此為限。於一些實施例中，可將第一油壓缸121置換為不可移動及調整之固定元件，亦即僅藉由調整第二油壓缸122及第三油壓缸123，即得以使建構平台3與水平位移面相平行，然亦不以此為限。

根據本案之構思，油壓缸12之行程D可根據建構平台3因搬運機器等外在因素可能造成之偏移量設計。舉例而言，若建構平台3具有正負最大偏移量d(±d)，則每一個油壓缸12之行程D較佳係設計為大於兩倍之最大偏移量2d，即D>2d。若將油壓缸12於設置前校正至行程D之中點，則建構平台3之偏移量皆能以油壓缸12具有之行程以0至D之範圍進行補償。

於一些實施例中，每一個油壓缸12更具有彈簧，以於儲油罐13未加壓至油壓缸12時，使油壓缸12復位。舉例而言，當油壓缸12之上推力小於彈簧彈力時，油壓缸12會被彈簧復位至最低點，即伸展長度0之位置。

易言之，由於油壓缸之行程為定值，且油壓缸可由彈簧復位至最低點之初始位置，使得油壓缸之調整範圍具有一定限制，以避免建構平台受調整時產生碰撞。

於一些實施例中，每一個油壓缸12更具有活塞，活塞係於油壓缸12受儲油罐13加壓時而上推，且活塞之面積係依油壓缸12之活塞所需之上推力設計，即活塞上推力=油壓缸內壓力x活塞面積。舉例而言，當油壓缸12之活塞受儲油罐13加壓而上推時，活塞負載=建構平台對該活塞的下壓力量+彈簧的下壓力量+活塞本身重量+活塞的摩擦力，藉此計算出適當的活塞面積，使活塞上推力大於活塞負載，並預留適當裕度即可，然並不以此為限。

於一些實施例中，控制流入油壓缸12的液壓油油量，以進油量體積除以活塞面積即為活塞前進量。是以，透過加大活塞面積、縮小油管之管徑、減少油壓缸電磁閥16之口徑，或增加液壓油之黏滯係數，皆可降低進油流速，使調整裝置1有更多時間進行反應，進而達到提高調整精準度之功效。舉例而言，油壓缸12採用直徑為30毫米之活塞，推進0.1毫米需要70.7立方毫米之進油量，若油管之直徑為2毫米，則油管內液壓油需往前推進22.5毫米。於另一實施例中，油壓缸12採用直徑為60毫米之活塞，推進0.1毫米需要282.7立方毫米進油量，若油管之直徑為2毫米，則油管內液壓油需往前推進90毫米，然皆不以此為限。

藉此，透過調整油壓缸之活塞面積大小、油管之管徑粗細，及液壓油之黏滯係數，可控制調整油壓缸之速率及精度，進而達到提升建構平台之調整精確度之功效。

根據本案之構思，儲油罐13內之下半部儲存有液壓油，且儲油罐13內上半部係為氣體。於一些實施例中，液壓油之最小儲油量需大複數個油壓缸12之總行程所需容量，即為油壓缸12之活塞面積x行程Dx油壓缸數量，且儲油罐13上半部氣體之空間亦至少需大於複數個油壓缸12總行程所需容量。於另一些實施例中，可於儲油罐13內液壓油及氣體間加入彈性隔膜，以隔絕液壓油與氣體，如此可避免氣體中水氣或其他雜質溶入液壓油，以延長液壓油使用壽命，並可達到防止儲油罐13傾倒時液壓油外洩之功效。

請再參閱第1圖、第2圖及第5圖，其中第5圖係顯示本案較佳實施例之調整方法流程圖。如第1圖、第2圖及第5圖所示，本案較佳實施例之調整裝置1之調整方法係包括以下步驟：首先，如步驟S10所示，提供建構平台3、噴頭10、傳動機構11、複數個油壓缸12、儲油罐13以及偵測器14，其中噴頭10係相對建構平台3設置，傳動機構11係與噴頭10相連接，複數個油壓缸12係設置於建構平台3，儲油罐13係儲存有液壓油，每一個油壓缸12係經由油管與儲油罐13相連接，且偵測器14係設置於噴頭10。

接著，如步驟S20所示，排除儲油罐13內之氣體，以使複數個油壓缸12復位，例如但不限於由彈簧復位。然後，如步驟S30所示，提供氣體進入儲油罐13，以加壓於液壓油。接著，如步驟S40所示，使傳動機構11沿水平位移面移動噴頭10，以使偵測器14對應於複數個油壓缸12之一。然後，如步驟S50所示，使儲油罐13加壓至油壓缸12，俾調整建構平台3。接著，如步驟S60所示，以偵測器14偵測噴頭10與油壓缸12間之垂直距離。然後，如步驟S70所示，判斷垂直距離是否到達一目標距離，例如但不限於由控制單元15於接收偵測器14偵測之垂直距離後，與目標距離比對以進行判斷。於一些實施例中，當步驟S70之判斷結果為否，於步驟S70後係重新執行步驟S60及步驟S70。於另一些實施例中，當步驟S70之判斷結果為是，於步驟S70後係執行步驟S80，如步驟S80所示，使儲油罐13停止加壓至油壓缸12。

然後，如步驟S90所示，判斷是否複數個油壓缸12皆已進行調整，例如但不限於由控制單元15進行判斷。於一些實施例中，當步驟S90之判斷結果為否，於步驟S90後係重新執行該步驟S40至該步驟S90。於另一些實施例中，當步驟S90之判斷結果為是，於步驟S90後係執行步驟S99，如步驟S99所示，停止提供氣體進入儲油罐13，以結束調整建構平台3之動作。

根據本案之構思，每一個油管更設有油壓缸電磁閥16，且儲油罐13更具有進氣口131及排氣口132，進氣口131及排氣口132分別設有進氣電磁閥133及排氣電磁閥134。於步驟S20中，係關閉進氣電磁閥133，並開啟排氣電磁閥134及油壓缸電磁閥16，且於步驟S30中，係關閉排氣電磁閥134及油壓缸電磁閥16，並開啟進氣電磁閥133。而於步驟S50中，係開啟油壓缸電磁閥16，於步驟S80中，係關閉油壓缸電磁閥16，且於步驟S99中，係關閉進氣電磁閥133。

綜上所述，本案係提供一種調整裝置及其調整方法，藉由設置結構簡單、體積較小之油壓缸，以調整三維印表機之建構平台，使得建構平台之調整程序及機構簡化，並減少調整裝置占用之空間。並且，藉由電磁閥的啟閉，以調控儲油罐加壓至油壓缸，其控制電路簡易且成本較低。且於電磁閥關閉時，由於液壓油之不可壓縮性，油壓缸仍能維持調整後之狀態，使得建構平台之穩定度提升。此外，由於油壓缸之行程為定值，且油壓缸可由彈簧復位至最低點之初始位置，使得油壓缸之調整範圍具有一定限制，以避免建構平台受調整時產生碰撞。同時，透過調整油壓缸之活塞面積大小、油管之管徑粗細，及液壓油之黏滯係數，可控制調整油壓缸之速率及精度，進而達到提升建構平台之調整精確度之功效。

縱使本發明已由上述之實施例詳細敘述而可由熟悉本技藝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。