TWI623441B - 自動調色之3d列印裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種自動調色之3D列印裝置，係於一供料單元設有複數送料槽，該等送料槽係分別設有一輸入端及一輸出端。一控制單元係連接至該供料單元，該控制單元係對於該等送料槽提供一輸送壓力。一加熱單元係與該供料單元之該等送料槽相連通，並能提供一工作溫度，又該加熱單元係設有一加壓泵，藉以產生一輸出壓力。一混合槽係與該加熱單元相連通，該混合槽係設有一加熱器，又該混合槽係設有一列印噴嘴。一處理單元，其係分別控制該供料單元、該控制單元、該加熱單元及該混合槽之加熱器作動，藉以能執行一自動調色程序。

Description

自動調色之3D列印裝置

本發明係有關於一種可以使建構完成之3D產品的色澤均勻一致的3D列印自動調色構造。

由於目前的3D列印〔3D printing〕是一種相當新興的技術，而且可供運用之範圍相當廣泛。其係屬於快速成形技術的一種，其技術原理是一種將數位模型檔案做為基礎，直接製造幾乎任意形狀之三維實體的技術。3D列印係運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，透過逐層堆疊累積的方式，來建構出一具有三維空間形態之物品。

常見之3D列印機的構造，例如有中華民國103年10月21日所公告之新型第M488400號「三維多列印頭平台結構」專利案，其係揭露：由處理器控制x軸、y軸、z軸步進馬達，經x軸螺桿、y軸螺桿、以及z軸螺桿來精確定位，執行三維多列印頭射出料的射出印刷，係由工作產物的三維圖形檔，經由處理器的堆疊換算模組，其係將該工作產物三維空間影像，轉換為連續二維切面堆疊，經由處理器的步進馬達控制模組，將堆疊換算模組的連續二維切面堆疊訊號，形成xyz軸定位控制轉換步進馬達控制，於列印xy平面一層後，定位z軸向上一層，再連續定位z軸向上一層方式，列印xy平面一層一層堆疊，再經由處理器的三維多列印頭控制模組，將堆疊換算模組的連續二維切面堆疊訊號，藉以控制三維多列印頭進行該工作產物的三維列印。

然上述該專利前案之3D列印在製造上，大都只能單色列印，如果需要彩色列印時，需要選購結合各種不同顏色的列印線材。惟由於每一個列印線材只能列印單一顏色，因此，習知彩色3D列印的調色受到許多限制，列印的色彩也不夠豐富。

因此有如中華民國103年7月1日所公告之新型第M481136號「用於3D列印機的線材染色裝置」專利案，其係揭露：裝置可供一個列印線材通過，並包含一個染色基座，以及一個與該染色基座連接的染料供應單元，該染色基座包括一個供該列印線材通過之線材通道，以及一個與該線材通道連通的染料通道，所述染料供應單元可經由該染料通道將染料送入該線材通道內，並對通過的列印線材進行染色。藉此達到利用結構簡單的列印噴頭，即可進行3D彩色列印的目的。

然，該專利前案係利用不同的染料與線材同時進行染色，以供配合調出不同的顏色，但是由於線材與染料之間的相熔性欠佳，會容易造成染色不平均，或者是線材裡外色澤不一等缺點產生，因此於使用上仍不盡理想。

爰此，有鑑於目前的3D列印於調色上具有上述的缺點。故本發明提供一種自動調色之3D列印裝置，係設有一供料單元，其係設有複數送料槽，該等送料槽係分別設有一輸入端及一輸出端；一控制單元，其係連接至該供料單元，該控制單元係對於該等送料槽提供一輸送壓力；一加熱單元，其係與該供料單元之該等送料槽相連通，並能提供一工作溫度，又該加熱單元係設有一加壓泵，藉以產生一輸出壓力；一混合槽，其係與該加熱單元相連通，該混合槽係設有一加熱器，又該混合槽係設有一列印噴嘴；一處理單元，其係分別訊號連接至該供料單元、該控制單元、該加熱單元及該混合槽，藉以分別控制其作動，而能執行一自動調色程序。

上述設有四個送料槽，以供容置輸送不同顏色之一色粉進入至該加熱單元。

上述加熱單元對於該色粉加熱後，則輸送至該混合槽內，又處理單元係訊號連接至該加熱器，以供控制該加熱器係對於一線材進行加熱熔融後，並輸送至該混合槽內與該色粉進行混合。

上述色粉之顏色係為一紅色、一藍色、一綠色及一黑色。

上述輸出端係為一輸送管路。

上述控制單元係為一壓力泵。

上述加熱單元之工作溫度係維持在180℃以上。

上述混合槽與該加熱單元之加壓泵之間係設置有一第一控制閥，藉以控制其導通或關閉。

上述列印噴嘴與該混合槽之間係設置有一第二控制閥，藉以控制其導通或關閉。

本發明具有下列之優點：

1.本發明主要係先將不同顏色的色粉經各別加熱熔融後，再依照不同的配色需求，而混合適量不同顏色之色粉，經與一已熔融之線材混合後產生新的顏色，以供可列印噴出，而建構成具有不同顏色之3D產品。

2.本發明於混合後之色澤可以均勻，而且列印噴出後之產品的裡外色澤均會一致。尤其可以改善習知調色技術具有線材與染料之間的相熔性欠佳，而容易造成染色不平均，或者是線材裡外色澤不一等缺點產生。

(1)‧‧‧供料單元

(11)‧‧‧送料槽

(12)‧‧‧輸入端

(13)‧‧‧輸出端

(2)‧‧‧控制單元

(3)‧‧‧加熱單元

(31)‧‧‧加壓泵

(4)‧‧‧混合槽

(41)‧‧‧加熱器

(42)‧‧‧線材

(43)‧‧‧第一控制閥

(44)‧‧‧列印噴嘴

(45)‧‧‧第二控制閥

(5)‧‧‧處理單元

(A)‧‧‧色粉

[第一圖]係為本發明之構造配置圖。

[第二圖]係為本發明之自動調色示意圖。

請參閱第一圖所示，本發明實施例係包括有供料單元(1)、控制單元(2)、加熱單元(3)、混合槽(4)及處理單元(5)，其中：

供料單元(1)，其係設有複數送料槽(11)，以供可以容置輸送一色粉(A)。本實施例係設有四個送料槽(11)，每一個送料槽(11)內係可供容置輸送不同顏色的色粉(A)。該色粉(A)之顏色係可為紅色、藍色、綠色及黑色，藉由不同份量比例之色粉(A)的顏色混合，而得以調配出不同的顏色。但本實施例之顏色種類並以上述四種顏色為限，係可任意增減其他配色，藉以可調配出更為多樣化之顏色種類。又每一送料槽(11)係分別設有一輸入端(12)及一輸出端(13)，該輸入端(12)係可供由此置入一色粉(A)，而該輸出端(13)係可為一輸送管路，藉以於施加一輸送壓力後輸出該色粉(A)。

控制單元(2)，其係連接至該供料單元(1)之每一送料槽(11)，該控制單元(2)係可分別對於每一送料槽(11)提供一輸送壓力，藉以驅動控制每一送料槽(11)輸送其內部所容置之色粉(A)。該控制單元(2)係可為一壓力泵。

加熱單元(3)，其係與該供料單元(1)之每一個送料槽(11)相連通。該加熱單元(3)係能對於每一個送料槽(11)輸送進來之色粉(A)進行加熱，使每一個色粉(A)因受熱而熔融成為一液態，該加熱單元(3)之工作溫度係可維持在180℃以上。又該加熱單元(3)係設有一加壓泵(31)，藉以可將上述已熔融成為液態的色粉(A)加壓輸出。

混合槽(4)，其係與該加熱單元(3)相連通，用以匯集該加熱單元(3)所輸出之每一個已呈液態之色粉(A)，並且使上述輸入至該混合槽(4)內之每一種液態的色粉(A)均勻混合。又該混合槽(4)係設有一加熱器(41)，以供輸入一線材(42)經加熱熔融後，再進入該混合槽(4)內與該色粉(A)混合。又該混合槽(4)與該加熱單元(3)之加壓泵(31)之間係設置有一第一控制閥(43)，藉以控制該加壓泵(31)與該混合槽(4)之間色粉(A)輸送的導通或關閉。另於該混合槽(4)之底部設有 一列印噴嘴(44)，該列印噴嘴(44)係與該混合槽(4)之間設置有一第二控制閥(45)，藉以控制該列印噴嘴(44)之導通或關閉，以控制該混合槽(4)內已混合均勻之液態的色粉(A)及線材(42)是否可以噴出列印。

處理單元(5)，其係分別訊號連接至該供料單元(1)、該控制單元(2)、該加熱單元(3)、該混合槽(4)之加熱器(41)，藉以可分別控制其作動，而能執行一自動調色程序。

使用時，如第二圖所示，該處理單元(5)係會先行偵測該供料單元(1)之每一個送料槽(11)內是否已備齊所有相對應顏色之色粉(A)，一旦列印中途如有缺料時，則會自動停機並發出警示。一旦確認色粉(A)無誤後，即可啟動執行一自動調色程序。首先，該處理單元(5)係可根據待列印產品之數位檔案，自動計算出不同顏色色粉(A)之需求量、調色比例，以及調色時色粉(A)之輸送時間、溫度等參數條件。當計算完畢後，該處理單元(5)係訊號控制該控制單元(2)對於該供料單元(1)之每一送料槽(11)，根據其計算結果提供不同的輸送壓力及時間，藉以驅動控制每一送料槽(11)輸送與計算結果相符的色粉(A)份量。

該供料單元(1)之每一送料槽(11)之色粉(A)，係可經由每一個輸出端(13)將其輸送至該加熱單元(3)進行加熱。該處理單元(5)係會訊號控制該加熱單元(3)啟動，使該加熱單元(3)係能對於每一個送料槽(11)輸送進來之色粉(A)施予180℃以上之工作溫度進行加熱，而每一個色粉(A)因受到高溫則會被熔融成為一液態。然後該處理單元(5)再訊號控制該加熱單元(3)之加壓泵(31)啟動，並提供一輸出壓力，藉以將適當數量且已熔融成為液態的不同色粉(A)加壓輸出。

接著，該處理單元(5)並訊號控制該混合槽(4)之第一控制閥(43)啟動導通。該處理單元(5)係會根據上述之計算結果，而使相對應份量及顏色之色粉(A)得以通過，並經該加壓泵(31)加壓後輸送進入該混合槽(4)內匯集。然後該處理單元(5)係會訊號控制該加熱器(41)啟動，藉以對於一線材(42)進行加熱熔 融成一液態，並將上述已加熱成為液態之線材(42)輸入至該混合槽(4)內混合，藉以使該混合槽(4)內之各種色粉(A)與該線材(42)利用非牛頓流體定律混合均勻，使各種色粉(A)與線材(42)混合後之顏色係可調配成所需要之顏色。又該混合槽(4)進行混合的同時，該第一控制閥(43)係呈關閉的狀態，而該供料單元(1)、控制單元(2)、加熱單元(3)及加熱器(41)亦一併同時停止進料的動作，以避免使混合的色粉(A)與線材(42)會呈現水狀。

最後，該處理單元(5)再訊號控制該第二控制閥(45)啟動導通，藉以可使已調色混合均勻完成之液態的色粉(A)及線材(42)，可以經由該混合槽(4)底部之列印噴嘴(44)噴出。如此，當需要噴出不同顏色之色粉(A)及線材(42)時，則該處理單元(5)係可根據上述之自動調色程序，重新訊號控制該供料單元(1)、該控制單元(2)、該加熱單元(3)及該混合槽(4)之加熱器(41)作動，用以輸送不同份量及顏色之色粉(A)及線材(42)，並對其執行加熱、混合及噴出列印等程序，藉以可快速列印建構完成一具有不同顏色之3D產品。

惟，以上所述僅為本發明其中之一實施例，當不能以此限定本發明之申請專利保護範圍，舉凡依本發明之申請專利範圍及說明書內容所作之簡單的等效變化與替換，皆應仍屬於本發明申請專利範圍所涵蓋保護之範圍內。

Claims (1)

1. 一種自動調色之3D列印裝置，包含有：一供料單元，其係設有四個送料槽，該等送料槽係分別設有一輸入端及一輸出端，該輸出端係為一輸送管路，以供容置並施加一輸送壓力後輸送不同顏色之一色粉進入至該加熱單元，該等色粉之顏色係為一紅色、一藍色、一綠色及一黑色；一控制單元，其係連接至該供料單元，該控制單元係為一壓力泵，以對於該等送料槽提供一輸送壓力，藉以驅動控制每一送料槽輸送其內部所容置之該等色粉；一加熱單元，其係與該供料單元之該等送料槽相連通，並能提供一工作溫度，又該加熱單元係設有一加壓泵，藉以產生一輸出壓力；一混合槽，其係與該加熱單元相連通，該混合槽係設有一加熱器，又該混合槽係設有一列印噴嘴；一處理單元，其係分別訊號連接至該供料單元、該控制單元、該加熱單元及該混合槽，藉以分別控制其作動，而能執行一自動調色程序；該處理單元係根據一待列印產品之一數位檔案，自動計算出不同顏色色粉之需求量、調色比例，以及調色時色粉之輸送時間及溫度，當計算完畢後，該處理單元係訊號控制該控制單元對於該供料單元之每一送料槽，根據其計算結果提供不同的輸送壓力及時間，藉以驅動控制每一送料槽輸送與計算結果相符的色粉份量，該加熱單元係能對於每一個送料槽輸送進來之色粉進行加熱，使每一個色粉因受熱而熔融成為一液態，該加熱單元之工作溫度係維持在180℃以上，該加熱單元對於該色粉加熱後，則輸送至該混合槽內，又該處理單元係訊號連接至該加熱器，以供控制該加熱器係對於一線材進行加熱熔融後，並輸送至該混合槽內與該色粉進行混合，又該混合槽與該加壓泵之間係設置有一第一控制 閥，藉以控制該加壓泵與該混合槽之間色粉輸送的導通或關閉，另於該列印噴嘴係與該混合槽之間設置有一第二控制閥，藉以控制該列印噴嘴之導通或關閉，以控制該混合槽內已混合均勻之液態的色粉及線材可以噴出列印。