TWI616315B - 可增加列印高度的三維列印機 - Google Patents

Abstract

一種可增加列印高度的三維列印機包含基座、升降模組、工作台、噴嘴支架、列印噴嘴以及驅動器。升降模組設置於基座。工作台連接基座。噴嘴支架連接升降模組。列印噴嘴連接噴嘴支架，用以在工作台上進行列印。驅動器用以驅動升降模組而使噴嘴支架沿著一方向移動，使得列印噴嘴朝向或遠離工作台移動。

Description

可增加列印高度的三維列印機

本發明是有關於一種三維列印機。

快速成型技術(Rapid Prototyping,RP)是繼CNC加工技術後，另一項受到產業界重視的技術。它可利用電腦輔助設計(CAD)中的3D物體模型藉由一立體列印機構快速地將原型(Prototype)製作出來，而且不需花費太高的費用。其原理是將CAD系統中的3D物體模型切成許多薄片，這些薄片的截面構造資訊經過後處理軟體之處理及轉換後，再送至立體列印機構將待成型物體一層一層地堆疊出來，而且不需使用任何刀具，因此快速成型技術有極大的發展潛力。

目前三維列印機的噴頭結構主要包含進料口、進料馬達、導料管、加熱元件以及噴頭所構成。所使用的原料大多是熱塑性成型原料。成型原料於常溫下為固態由進料馬達將固態的成型原料自進料口推移入導料管，經由導料管輸送到加熱元件，加熱元件將成型原料熱融後由噴頭進行出料以逐步堆疊列印成立體物件。

一般來說，在進行三維列印時，高度方向尺寸範圍比平面方向尺寸範圍來的重要。然而，傳統的三維列印機，不論是笛卡爾式結構(噴嘴在XY軸移動配合工作台在Z軸移動)或是並聯臂式結構(通過三角函數將XYZ座標映射到三台垂直的移動軸)，機台本身的Z軸高度要求大，但有效的打印高度卻過低。而且，傳統的三維列印機在進行三維列印時並無法突破機台本身的高度限制。

有鑑於此，本發明之一目的在於提出一種可解決上述問題的三維列印機。

為了達到上述目的，依據本發明之一實施方式，一種可增加列印高度的三維列印機包含基座、第一升降模組、工作台、噴嘴支架、列印噴嘴以及第一驅動器。第一升降模組設置於基座。工作台連接基座。噴嘴支架連接第一升降模組。列印噴嘴連接噴嘴支架，用以在工作台上進行列印。第一驅動器用以驅動第一升降模組而使噴嘴支架沿著第一方向移動，使得列印噴嘴朝向或遠離工作台移動。

於本發明的一或多個實施方式中，上述的第一驅動器設置於基座。第一升降模組包含第一導桿以及第一螺桿。第一導桿設置於基座，並可滑動地連接噴嘴支架。第一導桿平行於第一方向。第一螺桿設置於基座，並與噴嘴支架螺合。第一驅動器係驅動第一螺桿轉動，進而使噴嘴支架沿著第一方向移動。

於本發明的一或多個實施方式中，上述的可增加列印高度的三維列印機還包含第二升降模組以及第二驅動器。第二升降模組設置於基座，並連接工作台。第二驅動器用以驅動第二升降模組而使工作台沿著第一方向移動，使得工作台移動於基座與列印噴嘴之間。

於本發明的一或多個實施方式中，上述的第二升降模組包含第二導桿以及第二螺桿。第二導桿連接基座，並可滑動地連接工作台。第二導桿平行於第一方向。第二螺桿設置於基座，並與工作台螺合。第二驅動器係驅動第二螺桿轉動，進而使工作台沿著第一方向移動。

於本發明的一或多個實施方式中，上述的第二升降模組還包含分隔件。第二導桿連接於基座與分隔件之間，並且第一驅動器設置於分隔件。

於本發明的一或多個實施方式中，上述的第一螺桿延伸至分隔件遠離基座的一側，並且第二螺桿延伸於基座與分隔件之間。

於本發明的一或多個實施方式中，上述的可增加列印高度的三維列印機還包含二維移動模組。二維移動模組連接於噴嘴支架與列印噴嘴之間，用以使列印噴嘴相對噴嘴支架沿著第二方向以及第三方向移動。

於本發明的一或多個實施方式中，上述的二維移動模組包含第一軌道以及第二軌道。第一軌道連接噴嘴支架，並平行於第二方向。第二軌道可滑動地設置於第一軌道，並平行於第三方向。列印噴嘴可滑動地設置於第二軌道。

於本發明的一或多個實施方式中，上述的二維移動模組還包含第一傳動件、第一馬達、第二傳動件以及第二馬達。第一傳動件連接第二軌道。第一馬達設置於第一軌道，用以驅動第一傳動件帶動第二軌道相對第一軌道沿著第二方向移動。第二傳動件連接列印噴嘴。第二馬達設置於第二軌道，用以驅動第二傳動件帶動列印噴嘴相對第二軌道沿著第三方向移動。

於本發明的一或多個實施方式中，上述的第一傳動件與第二傳動件為皮帶。

於本發明的一或多個實施方式中，上述的第一方向、第二方向與第三方向兩兩相互垂直。

綜上所述，本發明的可增加列印高度的三維列印機可根據所欲列印的物件的實際高度，調整機台的可列印高度範圍。在不列印或所欲列印的物件的高度較矮時，本發明的可增加列印高度的三維列印機可透過第一升降模組將噴嘴支架移動最小高度，以使可增加列印高度的三維列印機佔據較少的空間；一旦所欲列印的物件的高度較高時，本發明的可增加列印高度的三維列印機可再透過第一升降模組將噴嘴支架由上述最小高度抬升至最大高度，進而增加列印噴嘴與工作台之間的可列印高度範圍。由此可知，本發明的可增加列印高度的三維列印機平時可縮小整體的外觀體積，僅在需要列印較高物件的時候才進行外型體積的展開。

以上所述僅係用以闡述本發明所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本發明之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。

1、3、5‧‧‧可增加列印高度的三維列印機

10‧‧‧基座

11‧‧‧第一升降模組

110‧‧‧第一導桿

111‧‧‧第一螺桿

12‧‧‧工作台

120、130、131‧‧‧套筒

13、53‧‧‧噴嘴支架

14‧‧‧列印噴嘴

15‧‧‧第一驅動器

16‧‧‧二維移動模組

160‧‧‧第一軌道

161‧‧‧第二軌道

162‧‧‧第一傳動件

163‧‧‧第一馬達

164‧‧‧第二傳動件

165‧‧‧第二馬達

17‧‧‧第二升降模組

170‧‧‧第二導桿

171‧‧‧第二螺桿

172‧‧‧分隔件

18‧‧‧第二驅動器

2‧‧‧物件

530‧‧‧螺合部

A1‧‧‧第一方向

A2‧‧‧第二方向

A3‧‧‧第三方向

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1A圖為繪示本發明一實施方式之可增加列印高度的三維列印機的立體圖。

第1B圖為繪示第1A圖中的可增加列印高度的三維列印機的另一立體圖。

第2圖為繪示本發明另一實施方式之可增加列印高度的三維列印機的立體圖。

第3圖為繪示本發明再一實施方式之可增加列印高度的三維列印機的立體圖。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

請參照第1A圖以及第1B圖。第1A圖為繪示本發明一實施方式之可增加列印高度的三維列印機1的立體圖。第1B圖為繪示第1A圖中的可增加列印高度的三維列印機1的另一立體圖。

如第1A圖與第1B圖所示，於本實施方式中，可增加列印高度的三維列印機1包含基座10、第一升降模組11、工作台12、噴嘴支架13、列印噴嘴14以及第一驅動器15。第一升降模組11設置於基座10。工作台12連接基座10。噴嘴支架13連接第一升降模組11。列印噴嘴14連接噴嘴支架13，用以在工作台12上進行列印。第一驅動器15用以驅動第一升降模組11而使噴嘴支架13沿著第一方向A1移動，使得列印噴嘴14朝向或遠離工作台12移動。以下將介紹可增加列印高度的三維列印機1所包含的上述元件的詳細結構、作動關係以及各元件之間的具體連接關係。

於本實施方式中，第一驅動器15設置於基座10。第一升降模組11包含第一導桿110以及第一螺桿111。第一導桿110設置於基座10，並可滑動地連接噴嘴支架13。第一導桿110平行於第一方向A1。第一螺桿111設置於基座10，並與噴嘴支架13螺合。具體來說，噴嘴支架13包含套筒130以及套筒131。套筒130可滑動地套合於第一導桿110外，而套筒131螺合於第一螺桿111外。藉此，第一驅動器15即可驅動第一螺桿111轉動，進而使噴嘴支架13沿著第一方向A1移動於最大高度(如第1B圖所示)與最小高度之間的一預定高度(如第1A圖所示)。

於本實施方式中，可增加列印高度的三維列印機1包含三個第一導桿110以及一個第一螺桿111，但本發明並不以此為限。於其他實施方式中，可增加列印高度的三維列印機1可包含四個驅動器以分別驅動四個第一導桿110(亦即，將三個第一導桿110取代為三個第一螺桿111)，以使噴嘴支架13升降時可更好地維持水平。

另外，可增加列印高度的三維列印機1還包含二維移動模組16。二維移動模組16連接於噴嘴支架13與列印噴嘴14之間，用以使列印噴嘴14相對噴嘴支架13沿著第二方向A2以及第三方向A3移動。於本實施方式中，上述的第一方向A1、第二方向A2與第三方向A3兩兩相互垂直，但本發明並不以此為限。於實際應用中，第二方向A2與第三方向A3可以非正交，只要第二方向A2與第三方向A3所構成的平面垂直於第一方向A1，本發明的可增加列印高度的三維列印機1即可進行三維列印。

詳細來說，二維移動模組16包含第一軌道160以及第二軌道161。第一軌道160連接噴嘴支架13，並平行於第二方向A2。第二軌道161可滑動地設置於第一軌道160，並平行於第三方向A3。列印噴嘴14可滑動地設置於第二軌道161。二維移動模組16還包含第一傳動件162、第一馬達163、第二傳動件164以及第二馬達165。第一傳動件162連接第二軌道161。第一馬達163設置於第一軌道160，用以驅動第一傳動件162帶動第二軌道161相對第一軌道160沿著第二方向A2移動。第二傳動件164連接列印噴嘴14。第二馬達165設置於第 二軌道161，用以驅動第二傳動件164帶動列印噴嘴14相對第二軌道161沿著第三方向A3移動。

於本實施方式中，第一傳動件162與第二傳動件164為皮帶，但本發明並不以此為限。

根據上述結構配置，可以清楚得知本發明的可增加列印高度的三維列印機1可藉由第一驅動器15驅動第一螺桿111轉動而調整噴嘴支架13相對於工作台12在第一方向A1上的距離，並可藉由第一馬達163與第二馬達165調整列印噴嘴14分別在第二方向A2與第三方向A3上的位移，進而可實現三維列印物件2的目的。

第2圖為繪示本發明另一實施方式之可增加列印高度的三維列印機3的立體圖。如圖所示，於本實施方式中，可增加列印高度的三維列印機3同樣包含基座10、第一升降模組11、工作台12、噴嘴支架13、列印噴嘴14、第一驅動器15以及二維移動模組16。因此，這些元件的結構、功能、作動方式與各元件之間的連接關係，可參考上述相關說明，在此不再贅述。本實施方式的可增加列印高度的三維列印機3與第1A圖所示的可增加列印高度的三維列印機1的差異，在於本實施方式的可增加列印高度的三維列印機3還包含第二升降模組17以及第二驅動器18(於第2圖中以虛線表示)。第二升降模組17設置於基座10，並連接工作台12。第二驅動器18用以驅動第二升降模組17而使工作台12沿著第一方向A1移動，使得工作台12移動於基座10與列印噴嘴14之間。

於本實施方式中，第二升降模組17包含第二導桿170以及第二螺桿171。第二導桿170連接基座10，並可滑動地連接工作台12。第二導桿170平行於第一方向A1。具體來說，工作台12包含套筒120。套筒120可滑動地套合於第二導桿170外。第二螺桿171設置於基座10，並與工作台12螺合。第二驅動器18係驅動第二螺桿171轉動，進而使工作台12沿著第一方向A1移動。

於本實施方式中，可增加列印高度的三維列印機3包含兩組套筒120與第二導桿170的組合，以使工作台12在相對基座10升降時可更好地維持水平，但本發明所包含的套筒120與第二導桿170的組合的數量並不以此為限。

進一步來說，第二升降模組17還包含分隔件172。第二導桿170連接於基座10與分隔件172之間。另外，如第2圖所示，噴嘴支架13與工作台12分別位於分隔件172的相反兩側，且分隔件172位於噴嘴支架13的移動路徑上。也就是說，第一驅動器15可經由第一螺桿111使噴嘴支架13移動於分隔件172的一側，而第二驅動器18可經由第二螺桿171使工作台12移動於分隔件172的另一側。當第一升降模組11將噴嘴支架13移動至抵靠分隔件172時，噴嘴支架13位於其最小高度；當第一升降模組11將噴嘴支架13移動至最遠離分隔件172時，噴嘴支架13位於其最大高度。

藉由此結構配置，在不列印或所欲列印的物件2的高度較矮時，可增加列印高度的三維列印機3可透過第一升降模組11將噴嘴支架13移動至最小高度，以使可增加列印高度 的三維列印機3佔據較少的空間。此時，第二驅動器18可驅動第二升降模組17將工作台12升至可供列印噴嘴14列印第一層的高度，並逐步下降(每次移動一層列印厚度的距離)以逐步完成物件2的列印。相反地，一旦所欲列印的物件2的高度較高時，可增加列印高度的三維列印機3可在工作台12已降至最低時，透過第一升降模組11將噴嘴支架13由其最小高度逐步抬升至其最大高度(每次移動一層列印厚度的距離)，進而增加列印噴嘴14與工作台12之間的可列印高度範圍。由此可知，可增加列印高度的三維列印機3平時可縮小整體的外觀體積，僅在需要列印較高物件2的時候才進行外型體積的展開。

第3圖為繪示本發明再一實施方式之可增加列印高度的三維列印機5的立體圖。如圖所示，於本實施方式中，可增加列印高度的三維列印機5同樣包含基座10、第一升降模組11、工作台12、噴嘴支架53、列印噴嘴14、第一驅動器15、二維移動模組16、第二升降模組17以及第二驅動器18。因此，這些元件的結構、功能、作動方式與各元件之間的連接關係，可參考上述相關說明，在此不再贅述。本實施方式的可增加列印高度的三維列印機5與第2圖所示的可增加列印高度的三維列印機3的差異，在於本實施方式的可增加列印高度的三維列印機5的第一驅動器15設置於第二升降模組17的分隔件172。並且，第一螺桿111延伸至分隔件172遠離基座10的一側，並與噴嘴支架53的螺合部530相螺合，而第二螺桿171延伸於基座10與分隔件172之間。藉由此結構配置，同樣可藉由第一升降模組11將噴嘴支架53移動至其最小高度(即噴嘴支架53移 動至抵靠分隔件172)或移動至其最大高度(即噴嘴支架53移動至最遠離分隔件172)，但第一螺桿111的長度可大幅縮短。

由以上對於本發明之具體實施方式之詳述，可以明顯地看出，本發明的可增加列印高度的三維列印機可根據所欲列印的物件的實際高度，調整機台的可列印高度範圍。在不列印或所欲列印的物件的高度較矮時，本發明的可增加列印高度的三維列印機可透過第一升降模組將噴嘴支架調整至最小高度，以使可增加列印高度的三維列印機佔據較少的空間；一旦所欲列印的物件的高度較高時，本發明的可增加列印高度的三維列印機可再透過第一升降模組將噴嘴支架由上述最小高度抬升至最大高度，進而增加列印噴嘴與工作台之間的可列印高度範圍。由此可知，本發明的可增加列印高度的三維列印機平時可縮小整體的外觀體積，僅在需要列印較高物件的時候才進行外型體積的展開。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並不用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此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。

3‧‧‧可增加列印高度的三維列印機

10‧‧‧基座

11‧‧‧第一升降模組

110‧‧‧第一導桿

111‧‧‧第一螺桿

12‧‧‧工作台

120、130、131‧‧‧套筒

13‧‧‧噴嘴支架

14‧‧‧列印噴嘴

15‧‧‧第一驅動器

16‧‧‧二維移動模組

160‧‧‧第一軌道

161‧‧‧第二軌道

162‧‧‧第一傳動件

163‧‧‧第一馬達

164‧‧‧第二傳動件

165‧‧‧第二馬達

17‧‧‧第二升降模組

170‧‧‧第二導桿

171‧‧‧第二螺桿

172‧‧‧分隔件

18‧‧‧第二驅動器

2‧‧‧物件

A1‧‧‧第一方向

A2‧‧‧第二方向

A3‧‧‧第三方向

Claims (10)

1. 一種可增加列印高度的三維列印機，包含：一基座；一第一升降模組，設置於該基座；一工作台，連接該基座；一噴嘴支架，連接該第一升降模組；一列印噴嘴，連接該噴嘴支架，用以在該工作台上進行列印；一第二升降模組，設置於該基座，並連接該工作台，該第二升降模組包含一分隔件，該噴嘴支架與該工作台分別位於該分隔件的相反兩側；一第一驅動器，用以驅動該第一升降模組而使該噴嘴支架沿著一第一方向移動於該分隔件的該兩側中之一側，使得該列印噴嘴朝向或遠離該工作台移動；以及一第二驅動器，用以驅動該第二升降模組而使該工作台沿著該第一方向移動於該分隔件的該兩側中之另一側，使得該工作台移動於該基座與該分隔件之間。
2. 如請求項第1項所述之可增加列印高度的三維列印機，其中該第一驅動器設置於該基座，並且該第一升降模組包含：一第一導桿，設置於該基座，並可滑動地連接該噴嘴支架，其中該第一導桿平行於該第一方向；以及一第一螺桿，設置於該基座，並與該噴嘴支架螺合，其中該第一驅動器係驅動該第一螺桿轉動，進而使該噴嘴支架沿著該第一方向移動。
3. 如請求項第1項所述之可增加列印高度的三維列印機，其中該第二升降模組包含：一第二導桿，連接該基座，並可滑動地連接該工作台，其中該第二導桿平行於該第一方向；以及一第二螺桿，設置於該基座，並與該工作台螺合，其中該第二驅動器係驅動該第二螺桿轉動，進而使該工作台沿著該第一方向移動。
4. 如請求項第3項所述之可增加列印高度的三維列印機，其中該第二導桿連接於該基座與該分隔件之間，並且該第一驅動器設置於該分隔件。
5. 如請求項第4項所述之可增加列印高度的三維列印機，其中該第一螺桿延伸至該分隔件遠離該基座的一側，並且該第二螺桿延伸於該基座與該分隔件之間。
6. 如請求項第1項所述之可增加列印高度的三維列印機，還包含一二維移動模組，連接於該噴嘴支架與該列印噴嘴之間，用以使該列印噴嘴相對該噴嘴支架沿著一第二方向以及一第三方向移動。
7. 如請求項第6項所述之可增加列印高度的三維列印機，其中該二維移動模組包含：一第一軌道，連接該噴嘴支架，並平行於該第二方向；以及一第二軌道，可滑動地設置於該第一軌道，並平行於該第三方向，其中該列印噴嘴可滑動地設置於該第二軌道。
8. 如請求項第7項所述之可增加列印高度的三維列印機，其中該二維移動模組還包含：一第一傳動件，連接該第二軌道；一第一馬達，設置於該第一軌道，用以驅動該第一傳動件帶動該第二軌道相對該第一軌道沿著該第二方向移動；一第二傳動件，連接該列印噴嘴；以及一第二馬達，設置於該第二軌道，用以驅動該第二傳動件帶動該列印噴嘴相對該第二軌道沿著該第三方向移動。
9. 如請求項第8項所述之可增加列印高度的三維列印機，其中該第一傳動件與該第二傳動件為皮帶。
10. 如請求項第6項所述之可增加列印高度的三維列印機，其中該第一方向、該第二方向與該第三方向兩兩相互垂直。