TWI616318B - Curved area layer mechanism of three-dimensional object printing device - Google Patents

Abstract

本發明所提供三維列印裝置之曲面積層機構者乃係令用以輸出列印原料以進行積層之一積層件，沿一工作曲面之弧度為鐘擺擺動之非直線往復位移，並使位於該積層件一端上之列印端，在該積層件擺動之同時，保持與該工作曲面間之等間隙，俾得以將列印原料經由該列印端輸出而積層於該工作曲面上。

Description

三維物體列印裝置之曲面積層機構

本發明係與立體列印技術有關，特別是關於一種三維物體列印裝置之曲面積層機構。

三維列印乃係將列印原料經由積層堆疊成特定物品之積層製造技術，使擠出機構沿著預設的軌跡行進，以將所需料量之原料依次地在一個平整的工作平面上分層堆疊者，固為三維列印之基礎技術內容，而被廣泛地使用，惟就已被公開之先前技術而言，尚無法在一個非平面的工作面上進行分層堆疊之列印程序，使其應用受到侷限。

因此，本發明之主要目的即係在提供一種三維列印裝置之曲面積層機構，其係可將原料積層於呈曲面之工作面上，以解決習知技術所不足者。

緣是，為達成上述目的，本發明所提供三維列印裝置之曲面積層機構者乃係令用以輸出列印原料以進行積層之一積層件，沿一工作曲面之弧度為鐘擺擺動之非直線往復位移，並使位於該積層件一端上之列印端，在該積層件擺動之同時，保持與該工作曲面間之等間隙，俾得以將列印原料經由該列印端輸出而積層於該工作曲面上。

其中，為形成供該積層件擺動之轉軸，係使一樑件位於該工作曲面之上方，並與該工作曲面相隔開來，而令該積層件介於該樑件與該工作曲面之間，且使該積層件以一第一轉軸與該樑件樞接，從而使該積層件得以該第一轉軸為轉軸而為擺動位移。

進一步地，為使該列印端維持與該工作曲面間之等間隙，當該工作曲面為圓盤時，係使該第一轉軸位於該工作曲面之曲率中心上。

再者，為使該積層件之擺動穩定，係使一第二轉軸平行於該第一轉軸且與之相隔開來地設於該樑件上，並以一用以承載該積層件之載件與一臂件分別以一端與該第一轉軸及該第二轉軸樞接，以及以一連接件橋設樞接於該載件與該臂件之間，據以使該載件、該臂件與該連接件間彼此連動，使該載件所承載之該積層件得以進行穩定之擺動位移。

其中，該載件樞接於該連接件之部位與該第一轉軸間之一虛擬之力臂，以及，該臂件樞接於該連接件之部位與該第二轉軸間之另一虛擬之力臂，二力臂彼此間係相互平行。

其中，為驅動該積層件為擺動之往復位移，係使該三維物體列印裝置之曲面積層機構係更包含有一第一傳動部；該第一傳動部係以一第三轉軸樞設於該樑件上，並得以之為軸進行轉動，同時使該連接件偏心於該第三轉軸地從動於該第一傳動部，據以驅使該積層件為擺動位移。

其中，該積層件係具有一設於該連接件且直線延伸之上之導引空間，係與該第一傳動部之一偏心於該第三轉軸之從動軸滑接，俾以藉由該從動軸繞行該第三轉軸之運動，以帶動該積層件為往復之擺動位移。

再者，該樑件係更包含有一主軸，係可受外力之驅動而自轉，並使該第一轉軸垂直設於該主軸上，據以帶動該積層件以該主軸為中心地公轉運動，以及以該第一轉軸為中心地擺動，並可視實際列印產品之需求，選擇使該積層件僅進行公轉運動，或同時進行公轉運動與擺動運動。

其中，當該積層件同時進行公轉運動與擺動運動時，其公轉軌道即非圓形，而會在同一周期中行經靠近公轉中心之內緣部位，以及遠離公轉中心之外圍部位，而為使於該工作曲面上所積層之厚度一致，即需因應內緣與外圍部位之不同，提供不同之列印原料量，使慢速角位移之內緣部位不因過多原料而產生堆積，使快速角位移之外圍部位不因原料不足而斷線。

而其具體之技術手段，除可透過使該積層件輸出之列印原料料量因應著不同部位而改變供給量外，亦可改變該積層件在同一公轉周期中對應於不同部位之角位移速度，降低對應於外圍之角位移速度以及增加對應於內緣之角位移速度，形成差速。

為達成差速之目的，係使該三維物體列印裝置之曲面積層機構更包含有一第二傳動部，係傳遞外部之力予該主軸，並使該主軸以差速之角位移為自轉之轉動。

其中，該第二傳動部係具有彼此以鏈條鏈接之二凸輪鏈輪，用以傳遞可對該主軸形成差速傳動之力。

其中，該二凸輪鏈輪之總升距係彼此相異。

茲即舉以本發明一較佳實施例，並配合圖式為進一步之說明。

於本發明一較佳實施例中所提供三維物體列印裝置之曲面積層機構(10)者，其主要乃係包含了有一機架(20)、一模(30)、一樑件(40)、一積層機構(50)、一第一傳動部(60)以及一第二傳動部(70)。

如第一圖所示，該機架(20)係為一般習知之框架結構，用供作為其他構成元件設置之基座，使各構成元件得以分別受到適當之定位者。

該模(30)係固設於該機架(20)上，並具有一凹弧面朝上之圓盤狀的工作曲面(31)。

該樑件(40)具有一可自轉之主軸(41)，係受定位地設於該機架(20)上，位於該工作曲面(31)之上方，且沿該工作曲面(31)之直徑往上延伸，一概呈L形之支架(42)係固設於該主軸(41)上，並使一端(421)垂直突伸於該主軸(41)底端之一側。

併請參閱第二圖與第三圖所示，該積層機構(50)係設於該主軸(41)之底端上，而可以之為公轉中心地於該工作曲面(31)之上方，藉由該主軸(41)自轉運動所提供之動力，進行公轉運動，而其構造則係具有一第一轉軸(51)與一第二轉軸(52)係彼此平行地分設於該主軸(41)上，並使該第一轉軸(51)之軸向位於該工作曲面(31)之曲率中心上，一呈長條板狀之載件(53)係以長軸一端樞設於該第一轉軸(51)上，一呈長條狀之臂件(54)係以長軸一端樞設於該第二轉軸(52)上，並使長軸平行於該載件(53)之長軸，一板狀之連接件(55)係以兩側分別與該載件(53)之長軸另端與該臂件(54)之長軸另端樞接，用以維持該臂件(54)與該載件(53)間呈平行之狀態，一積層件(圖上未示)係如擠筒般用以控制列印原料輸出料量之擠出元件，受定位地設置於該載件(53)上，從而使該積層件得藉由該載件(53)而以該第一轉軸為轉動中心地沿著該工作曲面(31)之弧度為往復之鐘擺擺動位移，且使位於該積層件一端用以輸出列印原料之列印端(圖上未示)與該工作曲面(31)間在位移之同時維持著同樣的間隙，據以將列印原料輸印於該工作曲面(31)上。

該第一傳動部(60)具有一第三轉軸(61)，係設於該支架之一端(421)上，一凸輪(62)係以基圓之圓心部位樞設於該第三轉軸(61)上，一從動軸(63)係平行於該第三轉軸(61)且與之相隔開來地設於該凸輪(62)上，一長直條孔狀之導引空間(64)係設於該連接件(55)上，並介於該載件(53)與該臂件(54)之間，且與該從動軸(63)滑接，據此，該第一傳動部(60)即可藉由外部動力之提供使該凸輪(62)以該第三轉軸(61)為轉軸進行轉動，並經由該從動軸(63)與該導引空間(64)之滑接，將該凸輪(62)之角位移轉變成該連接件(55)之往復位移，據以帶動該積層件為往復之擺動位移。

如第四圖與第五圖所示，該第二傳動部(70)係用以使該主軸(41)得據以進行差速角位移動作者，而包含有二以一鏈條(73)彼此鏈結之凸輪鏈輪(71)(72)，分設於該機架(20)上，並使該二凸輪鏈輪(71)(72)之總升距彼此相異，俾以藉由該些凸輪鏈輪(71)(72)彼此相對轉動所產生之差速角位移，使該主軸(41)得據以進行差速角位移之自轉轉動，同步地改變該積層機構(50)之公轉角位移速度。

藉由上述構件之組成，該三維物體列印裝置之曲面積層機構(10)係可藉由該積層機構(50)之擺動位移，將列印原料積層於該工作曲面(31)上，以改進習知技術僅得以於平面上進行列印之不足。

再者，透過該該積層機構(50)公轉運動與擺動運動之選擇搭配，更可於該工作曲面上列印出各種不同形狀之物品，例如，使公轉運動與擺動運動分開進行時，係可依序地列印出具環狀或幅射狀之弧狀物品，另一方面，如使公轉運動與擺動運動同時進行，則可於該工作曲面上列印出如第十三圖中所示之任一交錯曲線形狀者，換言之，即公轉運動與擺動運動究為同時進行或異時進行，端視所擬列印物品之形狀而定；

而當採用同時進行時，即需藉由該第二傳動部(70)所提供之差速角位移運動，使該積層件之公轉運動得以因應所行經部位之不同而差別化，據以使該積層件之料量輸出固定速率得以透過角速度差異化，在各個不同部位的單位面積中獲得相等之料量，以確保列印之品質。

更進一步來說，在首層之列印層完成後，雖該工作曲面與該列印端間之距離不變，但間隙空間已被首層填滿，因此，在繼續堆疊次層原料前，即需加大該列印端與該工作曲面(31)間之距離，使繼續輸出之原料得以積層於首層之上，為達成此一功效，如第六圖與第七圖所示般，本實施例係使該載件(53)更包含有一板片狀之固定部(531)，係以兩端分別樞接於該第一轉軸(51)與該連接件(55)上，一滑動部(532)則係受定位地滑設於於該固定部(531)上，並使該積層件固設於該滑動部(532)上，據此，即可透過該滑動部(532)相對於該固定部(531)之位移，達到調整該積層件之列印端與該工作曲面間(31)相對距離之目的與功效。

另外，再加以說明者係，於本實施例中，該第一傳動部(60)與該第二傳動部(70)彼此間係藉由多數之鍊條及齒輪而彼此連動者，具體而言，如第八圖至第十圖所示，透過該第一傳動部(60)所傳遞之外部動力，係可為利用重力之重鎚或其他動力裝置所提供之力，並可使之直接作用於齒輪(82f)之轉軸上，再透過齒輪(82g、82h)傳遞至凸輪鏈輪(71)(72)，形成差別化之角速度位移後，再經由齒輪(82i、82j)與傘形齒輪(83a、83b)傳遞使該主軸(41)轉動，其中，為避免齒輪(82f)之轉軸產生逆轉，係可透過習知之限轉技術，限制其僅得為單向之轉動。

而於該主軸(41)轉動之同時，則如第十圖至第十二圖所示般，藉由該支架(42)與該主軸(41)間之固接，係使設於該支架(42)上之該第二傳動部(70)從動於該主軸(41)之轉動，當該支架(42)隨該主軸(41)轉動之同時，藉由齒輪(84a、84b、84c)與齒環(85)間之嚙接，經由傘形齒輪(86a、86b、86c、86d)間之嚙接，驅使該凸輪(62)以基圓之中心為軸轉動，俾以之使該積層件受同步於該主軸(41)之轉動速率而為擺動。

復請再參閱第八圖所示，當驅動之外力係為重鎚等利用重力之手動驅動技術時，為穩定其角位移之速度，係可在驅使齒輪(82f)轉軸轉動之同時，屆由設置於齒輪(82f)與飛輪(81)間以鍊條連接之其他齒輪(82a、82b、82c、82d、82e)，將力同步傳動至驅使該飛輪(81)轉動，俾以透過該飛輪(81)儲存動能以穩定轉動之速度者。

是等藉由齒輪、鏈輪等習知傳動元件進行傳遞力之技術內容，應屬本發明所屬技術領域中具有通常知識者所能輕易完成者，因此，本案即不為過度之說明。

(10)‧‧‧三維物體列印裝置之曲面積層機構

(20)‧‧‧機架

(30)‧‧‧模

(31)‧‧‧工作曲面

(40)‧‧‧樑件

(41)‧‧‧主軸

(42)‧‧‧支架

(421)‧‧‧支架一端

(50)‧‧‧積層機構

(51)‧‧‧第一轉軸

(52)‧‧‧第二轉軸

(53)‧‧‧載件

(531)‧‧‧固定部

(532)‧‧‧滑動部

(54)‧‧‧臂件

(55)‧‧‧連接件

(60)‧‧‧第一傳動部

(61)‧‧‧第三轉軸

(62)‧‧‧凸輪

(63)‧‧‧從動軸

(64)‧‧‧導引空間

(70)‧‧‧第二傳動部

(71)(72)‧‧‧凸輪鏈輪

(73)‧‧‧鏈條

(81)‧‧‧飛輪

(82a)(82b)(82c)(82d)(82e)(82f)(82g)(82h)(82i)(82j)‧‧‧齒輪

(83a)(83b)‧‧‧傘形齒輪

(84a)(84b)(84c)‧‧‧齒輪

(85)‧‧‧齒環

(86a)(86b)(86c)(86d)‧‧‧傘形齒輪

第一圖係本發明一較佳實施例之立體圖。 第二圖與第三圖係本發明一較佳實施例之局部平面圖，係顯示該第一動傳動部驅使積層機構擺動之動作圖。 第四圖與第五圖係本發明一較佳實施例之局部平面圖，係顯示該第二傳動部之凸輪鏈輪間之動作圖。 第六圖係本發明一較佳實施例之載件立體圖。 第七圖係本發明一較佳實施例之載件另一視角之立體圖。 第八圖至第十二圖係本發明一較佳實施例中使主軸轉動之傳動路徑圖。 第十三圖係本發明一較佳實施例可積層列印形狀之例示圖形。

Claims (10)

1. 一種三維物體列印裝置之曲面積層機構，係位於一工作曲面之上方，用以將列印原料積層於該工作曲面上，其係包含有： 一樑件，位於該工作曲面之上方，並與之相隔開來； 一積層機構，具有一第一轉軸，設於該樑件上，一積層件係以該第一轉軸為轉動中心地介於該樑件與該工作曲面間為擺動位移，且使位於該積層件一端之一列印端與該工作曲面間維持等間隙，從而使該積層件於擺動位移之同時得以經由該列印端輸出該列印原料而積層於該工作曲面上。
2. 如請求項1所述三維物體列印裝置之曲面積層機構，其中，該積層機構具有一第二轉軸，係平行於該第一轉軸且與之相隔開來地設於該樑件上，一載件係以一端樞接於該第一轉軸上，用以承載該積層件，一臂件係以一端樞接於該第二轉軸上，一連接件係橋設樞接於該載件之另端與該臂件之另端上。
3. 如請求項2所述三維物體列印裝置之曲面積層機構，其中，介於該臂件與該連接件之樞接部位與該第二轉軸間之一力臂，以及，介於該載件與該連接件之樞接部位與該第一轉軸間之另一力臂，該些力臂彼此係呈平行。
4. 如請求項2或3所述三維物體列印裝置之曲面積層機構，其係更包含有一第一傳動部，係以一第三轉軸樞設於該樑件上，而得以之為軸進行轉動，並使該連接件偏心於該第三轉軸地從動於該第一傳動部，據以驅使該積層件為擺動位移。
5. 如請求項4所述三維物體列印裝置之曲面積層機構，其中，該第一傳動部係更包含有一導引空間，係設於該連接件上而於該載件與該臂件間直線延伸，一偏心且平行於該第三轉軸之從動軸，係滑設於該導引空間中。
6. 如請求項2所述三維物體列印裝置之曲面積層機構，其中，該載件係更包含有一固定部，係以一端輸接於該第一轉軸上，一滑動部係滑設且受定位於該固定部上，用以承載該積層件。
7. 如請求項1所述三維物體列印裝置之曲面積層機構，其中，該第一轉軸係位於該工作曲面之曲率中心上。
8. 如請求項1或7所述三維物體列印裝置之曲面積層機構，其中，該樑件具有一主軸，係可受外力驅動而自轉運動，並使該第一轉軸垂直設於該主軸上，以帶動該積層件以該主軸為中心地公轉運動，以及以該第一轉軸為中心地擺動。
9. 如請求項8所述三維物體列印裝置之曲面積層機構，其係更包含有一第二傳動部，用以傳遞外部之力予該主軸，並使該主軸以差速之角位移為自轉轉動。
10. 如請求項9所述三維物體列印裝置之曲面積層機構，其中，該第二傳動部係具有二彼此鏈接之凸輪鏈輪，係用以對該主軸為差速之傳動。