TWI620652B - 熔融沉積成型機 - Google Patents

Abstract

本案關於一種熔融沉積成型機，包含：兩供輸驅動器、兩噴頭組件、至少一容器以及控制裝置，兩供輸驅動器分別設置於成型線材之U型導送路徑之前後段；每一噴頭組件包含噴頭墨匣，其內容置顏色染料；容器具有容置空間、擠出口及加熱器；藉此，成型線材受兩供輸驅動器導引驅動，以U型導送路徑進給至噴頭組件處，透過噴頭組件對成型線材之二表面進行表面噴塗作業，以完成成型線材之完整線徑著色，再輸送至容器中，由控制裝置控制加熱器之溫度，使成型線材加熱熔融，並控制使熔融之液態成型線材由擠出口擠出，以層層堆疊成三維成型物。

Description

熔融沉積成型機

本案係關於一種熔融沉積成型機，尤指一種具有成型線材表面著色裝置之熔融沉積成型機。

三維成型技術，亦稱為快速成型(Rapid Prototyping，RP)技術，因快速成型技術具有自動、直接及快速，可精確地將設計思想轉變為具有一定功能的原型或可製造直接使用的零件或成品，從而可對產品設計進行快速的評估，修改及功能試驗，大大縮短產品的開發週期，因而使得三維列印成型技術廣受青睞。

然快速成型技術中，有一種熔融沉積成型(Fused Deposition Modeling，FDM)技術，其乃輸送成型材料透過加熱對成型材料加熱成熔融液態，再由一擠出口擠出熔融液態成型材料而冷卻堆疊出三維成型物。

然而，以目前熔融沉積成型(Fused Deposition Modeling，FDM)技術而言，其所成型的三維成型物之色彩，主要係決定於當時供给FDM機之塑膠線材的顏色而定，且一般來說，該塑膠線材的顏色在生產時即已決定好，使用者僅能選擇廠商所提供之特定色彩的塑膠線材，並無法依照需求而自行決定塑膠線材的顏色，如此一來，則透過FDM技術所成型的三維成型物，其色彩通常為單一色系，或是僅由幾種特定的基本色系所構成，而無法供使用者靈活運用。

有鑑於此，本發明提供一種熔融沉積成型機，其內具有成型線材表面 著色裝置，用以將成型線材進行加溫並可將成型線材之兩表面均噴塗著色，如此供使用者可依照需求而將成型線材進行完整著色，並廣泛地應用於三維成型技術中，供以產業上利用。

本案之主要目的在於提供一種熔融沉積成型機，其內具有成型線材表面著色裝置，俾可解決目前熔融沉積成型(FDM)技術僅可製造單一色彩之三維成型物的技術瓶頸。

為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種熔融沉積成型機，包含：兩組供輸驅動器，分別設置於成型線材之U型導送路徑之前後段，供以導引驅動成型線材進給導料；兩組噴頭組件，分別設置於其對應之供輸驅動器之一側，每一組噴頭組件包含至少一噴頭墨匣，每一噴頭墨匣內係容置至少一顏色染料，並分隔儲置，以及每一噴頭墨匣之底部內設有至少一噴液產生器，供與至少一顏色染料連通，每一噴頭墨匣之底部更設置複數個噴孔，且每一噴孔均與內部對應之噴液產生器相連通，促使噴液產生器受驅動時可控制至少一顏色染料由噴孔向外噴出；至少一容器，具有容置空間及擠出口，容置空間內更設有加熱器；以及控制裝置，與加熱器及擠出口電連接；藉此，成型線材受兩組供輸驅動器導引驅動並以U型導送路徑進給至兩組噴頭組件處，透過兩組噴頭組件對成型線材之二表面進行表面噴塗作業，以完成成型線材之完整線徑著色，其後再輸入至至少一容置空間中，由控制裝置控制加熱器之溫度，以使完成完整線徑著色之成型線材熔融並儲置於至少一容器之容置空間中，並透過控制裝置之控制以使熔融後之液態成型線材由擠出口擠出，並層層堆疊成三維成型物。

1‧‧‧熔融沉積成型機

10‧‧‧成型線材表面著色裝置

11‧‧‧成型線材

11’‧‧‧已完成完整線徑著色之成型線材

11”‧‧‧液態成型線材

110‧‧‧第一表面

111‧‧‧第二表面

12‧‧‧材料匣

131、132‧‧‧供輸驅動器

141、142‧‧‧預熱器

151、152‧‧‧噴頭組件

1511、1521‧‧‧噴頭墨匣

1511a‧‧‧噴墨晶片

1511b‧‧‧噴孔

1511c‧‧‧噴液產生器

1512、1522‧‧‧承載座

1513、1523‧‧‧噴液回收盒

16‧‧‧噴頭

161‧‧‧擠出口

17‧‧‧承載盤

18‧‧‧驅動輪

2‧‧‧三維成型物

第1圖為本案較佳實施例之適用於熔融沉積成型(FDM)機之成型線材表面著色裝置之示意圖。

第2圖為本案較佳實施例之熔融沉積成型(FDM)機之成型線材表面著色裝置之噴頭墨匣之底部示意圖。

第3圖為本案較佳實施例之熔融沉積成型(FDM)機之示意圖。

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，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。

請同時參閱第1圖及第3圖，第1圖為本案較佳實施例之熔融沉積成型(FDM)機之成型線材表面著色裝置之示意圖，第3圖為本案較佳實施例之熔融沉積成型(FDM)機之示意圖。如圖所示，熔融沉積成型(FDM)機1(如第3圖所示)係具有成型線材表面著色裝置10、容器16、控制裝置17及承載盤18等組件，其中，成型線材表面著色裝置10包含成型線材11、材料匣12、兩組供輸驅動器131、132、兩組預熱器141、142、兩組噴頭組件151、152等組件。材料匣12用以儲置成型線材11，兩組供輸驅動器131、132分別設置於成型線材11之U型導送路徑之前後段，供以導引、驅動成型線材11進給導料，兩組預熱器141、142及兩組噴頭組件151、152均分別設置於其對應之供輸驅動器131、132之一側，每一組噴頭組件151、152各包含至少一噴頭墨匣1511、1521，且每一噴頭墨匣1511、1521內均容置至少一顏色染料(未圖示)，並分隔儲置，且每一噴頭墨匣1511、1521之底部內設有至少一噴液產生器1511c(如第2圖所示)，供與至少一顏色染料連通，每一噴頭墨匣1511、1521之底部更設置複數個噴孔1511b，且每一噴孔1511b均與內部對應之噴液產生器1511c相連通，促使噴液產生器 1511c受驅動時可控制至少一顏色染料由噴孔1511b向外噴出。如第3圖所示，容器16具有容置空間160及擠出口162，且容置空間160內更設有加熱器161；以及控制裝置17係與加熱器161及擠出口162電連接；藉此，成型線材11受此兩組供輸驅動器131、132導引驅動並以U型導送路徑進給至兩組噴頭組件151、152處，透過兩組噴頭組件151、152對成型線材11之二表面進行表面噴塗作業，以完成成型線材11之完整線徑著色，其後再輸入至容器16之容置空間160中，由控制裝置17控制加熱器161之溫度，以使完成完整線徑著色之成型線材11’熔融並儲置於容器16之容置空間160中，並透過控制裝置17之控制以使熔融後之液態成型線材11"由擠出口162擠出，並層層堆疊成三維成型物2。

於本實施例中，如第1圖所示，成型線材11係可為但不限為一細微之線狀體，例如：細微之塑膠線，但不以此為限，且其大致上可區分為第一表面110及第二表面111。於本實施例中，成型線材11之直徑係介於0.01mm至2.0mm，且其較佳值則介於0.1mm至1.0mm。以及，該成型線材11之材質係可為但不限為一熱塑性高分子材料。

舉例來說，該成型線材11之熱塑性高分子材料係可為但不限為塑膠材料及支撐材料，舉例來說，高分子材料係為一聚氯乙烯、一聚乙烯、一聚苯乙烯、一聚氨基甲酸酯、一聚醯胺、一聚甲醛、一纖維素塑料、一聚四氟乙烯、一聚醯亞胺、一聚苯硫醚、一聚碳酸脂之至少其中之一種高分子材料，以作為塑膠材料，但不以此為限，又或者是，該成型線材11之熱塑性高分子材料係可為一聚乳酸(PLA)、一丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、一丁二烯-苯乙烯(BS)、一丙烯腈-苯乙烯(AS)、一聚乙醯胺(PA)、一尼龍6、一尼龍66、一聚酸甲酯(PMMA)、一氯化聚乙烯(CPE)、一硝酸纖維素、一聚對苯二甲酸乙二酯(PETE或PET)、一聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、一聚對苯二甲酸二丁酯(PBT)、一改質聚氯化二甲基苯(m-PPE)之至少其中之一種高分子材料，以作為支撐材料，但不以此為限。

請續參閱第1圖，如圖所示，成型線材表面著色裝置10具有材料匣12，用以儲置未進行噴塗著色的成型線材11，成型線材11先是透過第一組供輸驅動器131之導引驅動，使該成型線材11的第一表面110向上進行輸送，並輸送至鄰設於第一組供輸驅動器131一側的預熱器141中，以進行加溫，於本實施例中，該預熱器141之預熱溫度係介於50~100度之間，且其較佳之預熱溫度係介於70~75度之間，但不以此為限。經過預熱器141進行加溫的成型線材11並不會完全熔融，待加溫後之成型線材11透過供輸驅動器131之導引驅動再向前輸送，則會繼續輸送至鄰設於預熱器141一側的噴頭組件151中。

於一些實施例中，噴頭組件151具有噴頭墨匣1511、承載座1512及噴液回收盒1513等組件，但不以此為限，其中承載座1512係用以供該噴頭墨匣1511架構於其上，且噴液回收盒1513係對應設置於噴頭墨匣1511之下方，用以將噴頭墨匣1511噴出之顏色染料(未圖示)予以集中回收處理。且如前所述，每一噴頭墨匣1511之底部內設有至少一噴液產生器1511c(如第2圖所示)，供與顏色染料(未圖示)連通，以及，每一噴頭墨匣1511之底部更設置複數個噴孔1511b(如第2圖所示)，每一噴孔1511b均與內部對應之噴液產生器1511c相連通，促使噴液產生器1511c受驅動時可控制顏色染料由噴孔1511b向外噴出，因此，當加溫後的成型線材11輸送至噴頭組件151處時，則可由噴頭墨匣1511對加溫後之成型線材11之第一表面110進行噴塗表面著色程序。

請續參閱第1圖，如圖所示，該完成第一表面110之噴塗表面著色程序之成型線材11會再因應另一組供輸驅動器132之導引驅動，而繼續以U型導送路徑進行輸送，當該成型線材11輸送至第二組供輸驅動器132處時，則會如第1圖所示，成型線材11未著色之第二表面111會因其U型之導送路徑而轉為朝上，再透過第二組供輸驅動器132之導引以向前輸送至鄰設於第二組供輸驅動器132一側之預熱器142，以對成型線材11之第二表面111實施加溫，其後，經加溫後的成型線材11則會繼續輸送至鄰設於預熱器142一側的噴頭組件 152。於本實施例中，第二組噴頭組件152係與第一組噴頭組件151相同，同樣具有噴頭墨匣1521、承載座1522及噴液回收盒1523，且其設置方式均與前述第一組噴頭組件151相同，故不再贅述之。當加溫後的成型線材11輸送至第二組噴頭組件152處時，則可由噴頭墨匣1521對加溫後之成型線材11之第二表面111進行噴塗表面著色程序，如此一來，透過兩組供輸驅動器131、132使成型線材11可以U型導送路徑進行輸送，並由兩組預熱器141、142以分別對成型線材11之第一表面110及第二表面111實施表面加溫，更透過噴頭組件151、152分別對成型線材11之第一表面110及第二表面111實施噴塗表面著色程序，如此即可直接完成成型線材11之完整線徑著色。

請參閱第2圖，其為本案較佳實施例之熔融沉積成型(FDM)機之成型線材表面著色裝置之噴頭墨匣之底部示意圖。於本實施例中，噴頭組件151、152之噴頭墨匣1511、1521係為兩相同之墨匣結構，故以下僅以噴頭墨匣1511為例示說明之。如圖所示，噴頭墨匣1511係為一匣體結構，且其內具有容置空間(未圖示)，用以供至少一顏色染料(未圖示)容置於其內。於一些實施例中，每一噴頭墨匣1511所容置的顏色染料係可為單色或是多色，意即當噴頭墨匣1511容置多色顏料染料時，則其內的每一顏色染料均為分隔儲置。以及，在噴頭墨匣1511之匣體底部設有一噴墨晶片1511a，噴墨晶片1511a上具有複數個噴孔1511b，每一噴孔1511b均與其內部的一噴液產生器1511c對應連通，且每一噴液產生器1511c亦與噴頭墨匣1511內儲置的顏色染料對應連通，是以，當噴液產生器1511c接獲訊號受驅動時，則可控制與其相連通之顏色染料由對應的噴孔1511b向外噴出，以進行噴塗表面著色程序。

於另一些實施例中，噴頭墨匣1511中所容置的顏色染料係為一青色(Cyan)染料、一洋红色(Magenta)染料、一黄色(Yellow)染料、一黑色(Black)染料之至少其中之一。且噴液產生器1511c係可為但不限為一熱汽泡式噴頭、一壓電式噴頭、一微機電製程製造噴頭之至少其中之一種噴液產生器1511c。

請參閱第3圖，如前所述，熔融沉積成型(FDM)機1係包含成型線材表面著色裝置10、容器16、控制裝置17及承載盤18等組件。其中，成型線材表面著色裝置10包含成型線材11、材料匣12、兩組供輸驅動器131、132、兩組預熱器141、142、兩組噴頭組件151、152等組件。於一些實施例中，容器16係可為一噴頭，但不以此為限，且容器16內部係具有容置空間160，而在容器16之底部則具有一擠出口162，容置空間160內主要用以供已完成完整線徑著色之成型線材11’設置於其中，且在容置空間160之底部更具有加熱器161，透過加熱器161之加熱，使得已完成完整線徑著色之成型線材11’熔融為液態，再由擠出口162將熔融後之液態成型線材11”擠出，使其於承載盤18上層層堆疊，以構成三維成型物2。

於本實施例中，熔融沉積成型(FDM)機1更包括控制裝置17，且於一些實施例中，控制裝置17係設置於容器16之容置空間160內，但不以此為限。 控制裝置17係與加熱器161及擠出口162電連接，進而可控制加熱器161之加熱溫度，舉例來說，於較佳實施例中，控制裝置17係控制加熱器161之加熱溫度係介於100~300度之間，但不以此為限，藉由此加熱溫度將已完成完整線徑著色之成型線材11’熔融為液態，其後再由控制裝置17控制使熔融後之液態成型線材11”由擠出口162擠出。

故於本實施例中，如第3圖所示，熔融沉積成型(FDM)機1主要為直接採用成型線材表面著色裝置10，將成型線材11由材料匣12輸出，並透過成型線材表面著色裝置10之兩組供輸驅動器131、132、兩組預熱器141、142、兩組噴頭組件151、152等組件以分別對成型線材11之第一表面110及第二表面111實施表面加溫及噴塗表面著色程序，如此以輸出完整線徑著色之成型線材11’，其後，再將已完成完整線徑著色之成型線材11’直接輸送至容器16之容置空間160中；再透過控制裝置17之控制，使加熱器161對已完成完整線徑著色之成型線材11’加熱熔融，以形成液態成型線材11”，並由控制裝置17控制使 熔融後之液態成型線材11”由擠出口162擠出至承載盤17上，並依據每一層不同之斷面圖形進行堆疊，且隨著液態成型線材11”的自然冷卻固化、依序堆疊成型，進而以層層堆疊出一三維成型物2。由此可見，於本實施例中，主要係直接將成型線材表面著色裝置10應用於熔融沉積成型(FDM)機1中，並使成型線材表面著色裝置10輸出之已完成完整線徑著色之成型線材11’可直接於熔融沉積成型(FDM)機1中進行熔融及擠出成型等作業，藉此，則可供使用者自行調配噴塗出其所需之成型線材11之色彩，增添三維成型物2之色彩擬真及藝術性。

除此之外，於另一些實施例中，熔融沉積成型(FDM)機1亦可直接應用儲置已完成完整線徑著色之成型線材11’之材料匣(未圖示)，當欲進行三維成型時，則可透過驅動輪(未圖示)之驅動導引，而將材料匣中儲置的已完成完整線徑著色之成型線材11’向外導出輸送，並輸送至容器16之容置空間160中，並同樣可透過控制裝置17之控制，使加熱器161對已完成完整線徑著色之成型線材11’加熱熔融，以形成液態成型線材11”，再由控制裝置17控制使熔融後之液態成型線材11"由擠出口162擠出至承載盤17上，並依據每一層不同之斷面圖形進行堆疊，且隨著液態成型線材11”的自然冷卻固化、依序堆疊成型，進而以層層堆疊出一三維成型物2。

綜上所述，本案之熔融沉積成型機，主要透過成型線材表面著色裝置以U型導送路徑搭配兩組供輸驅動器、兩組預熱器、兩組噴頭組件等組件以分別對成型線材之第一表面及第二表面實施表面加溫及噴塗表面著色程序，以使其完成完整線徑著色，其後再將已完成完整線徑著色之成型線材直接輸入於容器之容置空間中，由控制裝置控制加熱器使之加熱熔融，並擠出堆疊成型出其所需色彩之三維成型物，不僅可突破傳統單色之三維成型物之技術瓶頸，更可提供使用者自行調配噴塗出其所需之成型線材之色彩，藉此以增加三維成型物之色彩擬真及藝術性，同時更利於推廣彩色三維列印技術，並使彩色三維列印技術更為普及化。

本案得由熟知此技術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。

Claims (15)

1. 一種熔融沉積成型機，包含：兩組供輸驅動器，分別設置於一成型線材之一U型導送路徑之前後段，供以導引驅動該成型線材進給導料；兩組預熱器，分別設置於其對應之該供輸驅動器之一側，以對該成型線材實施表面加溫；兩組噴頭組件，分別設置於其對應之該供輸驅動器之一側，每一組該噴頭組件包含至少一噴頭墨匣，每一該噴頭墨匣內係容置至少一顏色染料，並分隔儲置，以及每一該噴頭墨匣之底部內設有至少一噴液產生器，供與該至少一顏色染料連通，每一該噴頭墨匣之底部更設置複數個噴孔，且每一該噴孔均與內部對應之該噴液產生器相連通，促使該噴液產生器受驅動時可控制該至少一顏色染料由該噴孔向外噴出；至少一容器，具有一容置空間及一擠出口，該容置空間內更設有一加熱器；以及一控制裝置，與該加熱器及該擠出口電連接；藉此，該成型線材受該兩組供輸驅動器導引驅動並以該U型導送路徑進給至該兩組預熱器處，以實施表面加溫，其後再輸送至該兩組噴頭組件處，透過該兩組噴頭組件對該成型線材之二表面進行表面噴塗作業，以完成該成型線材之完整線徑著色，其後再輸入至該至少一容置空間中，由該控制裝置控制該加熱器之溫度，以使完成完整線徑著色之該成型線材熔融並儲置於該至少一容器之該容置空間中，並透過該控制裝置之控制以使熔融後之一液態成型線材由該擠出口擠出，並層層堆疊成一三維成型物。
2. 如申請專利範圍第1項所述之熔融沉積成型機，其中該成型線材之直徑係介於0.01mm至2.0mm之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之熔融沉積成型機，其中該成型線材之直徑係介於0.1mm至1.0mm之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之熔融沉積成型機，其中該成型線材為一熱塑 性高分子材料。
5. 如申請專利範圍第4項所述之熔融沉積成型機，其中該熱塑性高分子材料係為一聚氯乙烯、一聚乙烯、一聚苯乙烯、一聚氨基甲酸酯、一聚醯胺、一聚甲醛、一纖維素塑料、一聚四氟乙烯、一聚醯亞胺、一聚苯硫醚、一聚碳酸脂之至少其中之一或其混合物。
6. 如申請專利範圍第4項所述之熔融沉積成型機，其中該熱塑性高分子材料係為一聚乳酸(PLA)、一丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、一丁二烯-苯乙烯(BS)、一丙烯腈-苯乙烯(AS)、一聚乙醯胺(PA)、一尼龍6、一尼龍66、一聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、一氯化聚乙烯(CPE)、一醋酸纖維素、一聚對苯二甲酸乙二酯(PETE或PET)、一聚氯乙烯(PVC)、一聚丙烯(PP)、一聚對苯二甲酸二丁酯(PBT)、一改質聚氯化二甲基苯(m-PPE)之至少其中之一或其混合物。
7. 如申請專利範圍第1項所述之熔融沉積成型機，其中該加熱器之溫度係介於100~300度之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述之熔融沉積成型機，其中該顏色染料為一青色(Cyan)染料。
9. 如申請專利範圍第1項所述之熔融沉積成型機，其中該顏色染料為一洋红色(Magenta)染料。
10. 如申請專利範圍第1項所述之熔融沉積成型機，其中該顏色染料為一黄色(Yellow)染料。
11. 如申請專利範圍第1項所述之熔融沉積成型機，其中該顏色染料為一黑色(Black)染料。
12. 如申請專利範圍第1項所述之熔融沉積成型機，其中該噴液產生器係為一熱汽泡式噴頭、一壓電式噴頭、一微機電製程製造噴頭之至少其中之一。
13. 如申請專利範圍第1項所述之熔融沉積成型機，其中該預熱器之預熱溫度 係介於50~100度之間。
14. 如申請專利範圍第1項所述之熔融沉積成型機，其中該預熱器之預熱溫度係介於70~75度之間。
15. 如申請專利範圍第1項所述之熔融沉積成型機，其中每一該噴頭組件更包括一承載座及一噴液回收盒，該承載座係供該至少一噴頭墨匣架構於其上，該噴液回收盒對應設置於該至少一噴頭墨匣之下方，用以將已噴出之該顏色染料予以集中回收處理。