TWI625221B - 三維印表機之擠出裝置及其清潔機構 - Google Patents

Abstract

本案係關於一種三維印表機之擠出裝置，包括座體、滑塊、加熱裝置、噴頭、棘輪、導引元件、加壓惰輪及清潔機構。滑塊設置於座體下方以承載座體。加熱裝置設置於滑塊下方，噴頭與加熱裝置相連接。棘輪設置於座體內。導引元件設置於座體以導引熱熔性材料與棘輪接觸。加壓惰輪鄰設於棘輪以對熱熔性材料加壓。清潔機構包括固定座及撓性元件，固定座設置於座體底部，撓性元件設於固定座並與棘輪相抵頂，當棘輪旋轉時，撓性元件透過棘輪旋轉驅動力及自身反彈力對棘輪之溝槽進行清潔，熱熔性材料係受推進至加熱裝置並受加熱熔融，再透過噴頭擠出。

Description

三維印表機之擠出裝置及其清潔機構

本案係關於一種擠出裝置，尤指一種三維印表機之擠出裝置及其清潔機構。

近年來隨著3D列印(3D printing)，又稱積層製造(Additive Manufacturing，AM)的普及化，其中熔融沉積式(Fused deposition modeling，FDM)積層製造廣泛應用於眾多機台之中，此種類型之積層製造主要原理為以三軸工具機配合擠出噴頭來擠出塑膠或其他材料成形，擠出噴頭大都使用棘輪夾持材料線材，利用摩擦力帶動線狀熱熔性材料往噴嘴推進，並在噴嘴端加熱至一定溫度，可使線狀熱熔性材料熔化成熔融狀態，經由細小噴嘴噴出細線，將細線填滿工件切層區域，如此層層堆疊成形。

由於熔融沉積式積層製造(FDM)之成形方式是以細線成形，成形時間較其他積層製造之成形方式長，故目前熔融沉積式積層製造(FDM)面臨的一大課題便是如何加快成形速度。但欲加快熔融沉積式積層製造的列印速度，除需克服噴頭移動速度限制與線狀熱熔性材料熔化速度限制外，因線狀熱熔性材料是由棘輪帶動，在高速帶動下，棘輪與線狀熱熔性材料間之磨擦力，容易造 成些許磨粉，雖然此磨粉佔擠出線狀熱熔性材料比例極小，不影響成形品質，但此磨粉經由長時間的累積，容易沾粘於棘輪之中，造成棘輪磨擦力降低，使線狀熱熔性材料打滑，影響成形品質。

故此，如何發展一種能在舊有的設計中，有效補足其不足之處，並避免在長時間高速列印時磨粉累積造成的打滑現象，以達到高速列印目的之三維印表機之擠出裝置及其清潔機構，實為目前尚待解決之問題。

本案之主要目的為提供一種三維印表機之擠出裝置及其清潔機構，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三維印表機之擠出裝置及其清潔機構，藉由清潔機構之設置，撓性元件可於棘輪旋轉時，透過棘輪旋轉之驅動力以及自身之反彈力對棘輪之溝槽進行清潔，使得棘輪之溝槽中因與熱熔性材料摩擦產生之磨粉可有效地被清除，進而避免在高速列印時磨粉累積造成的打滑現象，並確實達到高速列印之目的。

本案之另一目的為提供一種三維印表機之擠出裝置及其清潔機構，透過清潔機構採用之撓性元件，並利用重力及撓性元件之反彈力，可於棘輪帶動熱熔性材料之帶料、停料及退料等作業時，雙向清潔棘輪之溝槽，進而可長效性維持棘輪之最佳運作狀態，進而達到使成形品質穩定並降低列印成本等功效。

為達上述目的，本案之一較佳實施態樣為提供一種三維印表機之擠出裝置，包括：一座體；一滑塊，設置於該座體下方，用以承載該座體；一加熱裝置，設置於該滑塊下方；一噴頭，與該加熱裝置相連接；一棘輪，設置於該 座體內；一導引元件，設置於該座體並部分地外露於該座體，用以導引一熱熔性材料並使該熱熔性材料與該棘輪接觸；一加壓惰輪，鄰設於該棘輪，用以對該熱熔性材料加壓以提供一正向力，並使該熱熔性材料與該棘輪緊密接觸；以及一清潔機構，包括：一固定座，設置於該座體之底部；以及一撓性元件，部分地固設於該固定座並與該棘輪相抵頂；其中，當該棘輪旋轉時，該撓性元件係透過該棘輪旋轉之驅動力以及自身之反彈力，對該棘輪之溝槽進行清潔，且該熱熔性材料係受該正向力造成之摩擦力推進至該加熱裝置，並受該加熱裝置加熱呈熔融狀態，再透過該噴頭擠出。

為達上述目的，本案之另一較佳實施態樣為提供一種清潔機構，適用於一三維印表機之擠出裝置，該三維印表機之擠出裝置包括一座體、一棘輪及一導引元件，該棘輪係設置於該座體內，該導引元件係設置於該座體以導引一熱熔性材料並使該熱熔性材料與該棘輪接觸，該熱熔性材料係受該棘輪旋轉產生之摩擦力帶動，該清潔機構包括：一固定座，設置於該座體之底部；以及一撓性元件，部分地固設於該固定座並與該棘輪相抵頂，其中當該棘輪旋轉時，該撓性元件係透過該棘輪旋轉之驅動力以及自身之反彈力，對該棘輪之溝槽進行清潔

1‧‧‧三維印表機之擠出裝置

10‧‧‧底座

100‧‧‧外蓋

101‧‧‧軸體

11‧‧‧滑塊

12‧‧‧加熱裝置

13‧‧‧噴頭

14‧‧‧棘輪

15‧‧‧導引元件

16‧‧‧加壓惰輪

17‧‧‧加壓力臂

171‧‧‧延伸部

172‧‧‧連接部

1721‧‧‧插梢

173‧‧‧轉軸部

18‧‧‧彈性元件

19‧‧‧按壓鍵

2‧‧‧清潔機構

20‧‧‧固定部

21‧‧‧撓性元件

211‧‧‧前端

3‧‧‧熱熔性材料

4‧‧‧磨粉

第1圖係顯示本案較佳實施例之三維印表機之擠出裝置之結構示意圖。

第2圖係顯示本案較佳實施例之三維印表機之擠出裝置之前視圖。

第3A圖係顯示第2圖所示之清潔機構於棘輪進行帶料作業時之作動示意圖。

第3B圖係顯示第2圖所示之清潔機構於棘輪暫停帶料作業時之作動示意圖。

第3C圖係顯示第2圖所示之清潔機構於棘輪進行退料作業時之作動示意圖。

第3D圖係顯示第2圖所示之清潔機構於棘輪再次進行帶料作業時之作動示意圖。

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。

請參閱第1圖及第2圖，其中第1圖係顯示本案較佳實施例之三維印表機之擠出裝置之結構示意圖，以及第2圖係顯示本案較佳實施例之三維印表機之擠出裝置之前視圖。如第1圖及第2圖所示，本案三維印表機之擠出裝置1係包括座體10、滑塊11、加熱裝置12、噴頭13、棘輪14、導引元件15、加壓惰輪16及清潔機構2。其中，滑塊11係設置於座體10之下方，用以承載座體10。加熱裝置12係設置於滑塊11之下方，且噴頭13係與加熱裝置12相連接。棘輪14係設置於座體10內。導引元件15係設置於座體10並部分地外露於座體10，用以導引熱熔性材料3’例如但不限於一線狀熱熔性材料，並使熱熔性材料3與棘輪14接觸。加壓惰輪16係鄰設於棘輪14，用以對熱熔性材料3加壓以提供一正向力，並使熱熔性材料3與棘輪14緊密接觸，其中當棘輪14旋轉時，熱熔性材料3係受該正向力造成之摩擦力推進至加熱裝置12，且熱熔性材料3受加熱裝置12加熱呈熔融狀態，並透過噴頭13擠出。此外，加壓惰輪16係受棘輪14及熱熔性材料3帶動與棘輪14進行反向旋轉。

清潔機構2包括固定座20及撓性元件21，撓性元件可為一撓性刮片或一撓性刷，但不以此為限，其中固定座20係設置於座體10之底部，撓性元件 21係部分地固設於固定座20並與棘輪14相抵頂，其中當棘輪14旋轉時，撓性元件21係透過棘輪14旋轉之驅動力以及自身之反彈力，對棘輪14之溝槽進行清潔。簡言之，於棘輪14旋轉帶動熱熔性材料3之過程中，因棘輪14與熱熔性材料3彼此間之摩擦力，會於棘輪14之溝槽內累積磨粉，本案之清潔機構2之撓性元件21即係設計來清除該等磨粉，使該等磨粉可有效地被清除，進而避免在高速列印時磨粉累積造成的打滑現象，並確實達到高速列印之目的。

於一些實施例中，座體10更包括外蓋100，外蓋100係與座體10接合以容收棘輪14、加壓惰輪16及清潔機構2，且導引元件15係穿設於外蓋100並部分地外露於外蓋100。此外，座體10係具有軸體101，且軸體101係與棘輪14及加壓惰輪16之旋轉軸平行設置。

根據本案之構想，三維印表機之擠出裝置1更包括加壓力臂17，加壓力臂17包括延伸部171、連接部172及轉軸部173，其中轉軸部173係樞設於軸體101，用以連接延伸部171及連接部172，以使延伸部171與連接部172相對於轉軸部173呈一固定夾角，且加壓惰輪16係以插梢1721樞設於連接部172，但不以此為限。

進一步地，本案之三維印表機之擠出裝置1係可包括彈性元件18，彈性元件18係與座體10及加壓力臂17相抵頂，以透過加壓力臂17之延伸部171放大彈性元件18之彈力；同時，三維印表機之擠出裝置1可更包括按壓鍵19，按壓鍵19係設置於加壓力臂17之延伸部171並至少部分地外露於座體10，其中當按壓按壓鍵19時，彈性元件18對加壓力臂17之彈力係被釋放，且加壓惰輪16係受加壓力臂17之連接部172之帶動脫離熱熔性材料3。

請參閱第3A圖，第3A圖係顯示第2圖所示之清潔機構於棘輪進行帶料作業時之作動示意圖。如第3A圖所示，本案三維印表機之擠出裝置1之加壓力臂17之延伸部171係受彈性元件18之彈力，帶動加壓力臂17之轉軸部173及連 接部172沿軸體101旋轉，使加壓惰輪16往棘輪14靠近，並夾住熱熔性材料3。因加壓力臂17之槓桿原理，可放大彈性元件18之彈力，以對加壓惰輪16進行加壓，並施予正向力於熱熔性材料3，藉此增加棘輪14與熱熔性材料3之間的磨擦力。進行第一次帶動熱熔性材料3(以下簡稱「帶動熱熔性材料3」為「帶料」)作業前，三維印表機之擠出裝置1中以及棘輪14之溝槽中並無磨粉；開始帶料作業時，棘輪14開始受驅動而進行逆時針旋轉，熱熔性材料3往下方推進，撓性元件21之前端211會往棘輪14之旋轉方向移動並傾斜一特定角度，此時撓性元件21因其自身之撓性，前端211會與棘輪14有一定壓力貼緊，當棘輪14長時間且快速的磨擦熱熔性材料3後，會產生磨粉4(於第3A圖至第3D圖中以星狀體示出)，並隨著棘輪14之旋轉方向前進。由於撓性元件21之前端211與棘輪14間之壓力，會使磨粉4停留在撓性元件21之前端211，保持棘輪14接觸熱熔性材料3時，為無沾黏磨粉狀態，磨擦力不會減小，故不會造成棘輪14與熱熔性材料3間打滑的現象。

請參閱第3B圖，第3B圖係顯示第2圖所示之清潔機構於棘輪暫停帶料作業時之作動示意圖。如第3B圖所示，當三維印表機於列印過程中需暫停擠出熱熔性材料3時，本案三維印表機之擠出裝置1會暫停帶料。在暫停帶料前，棘輪14會先行稍微反轉，亦即進行微幅的順時針旋轉，以釋放噴嘴端之壓力，此時熱熔性材料3會稍微往上方移動，撓性元件21之前端211亦會往棘輪14之旋轉方向移動並反向傾斜一特定角度。原本累積在撓性元件21上之磨粉4，會因重力往下方掉落，使得累積在撓性元件21上之磨粉4被有效地清除，可使下次帶料時，更有效率的清潔棘輪14之溝槽內之磨粉。

請參閱第3C圖，第3C圖係顯示第2圖所示之清潔機構於棘輪進行退料作業時之作動示意圖。如第3C圖所示，當本案三維印表機之擠出裝置1進行退出熱熔性材料3(以下簡稱「退出熱熔性材料3」為「退料」)作業時，棘輪14會反向旋轉，亦即進行一順時針旋轉，此時亦可能產生磨粉4，熱熔性材料3係受 帶動往上方移動，撓性元件21之前端211亦會往棘輪14之旋轉方向移動，若有磨粉4產生，如同第3A圖所示之作動方式，由於撓性元件21之前端211與棘輪14間之壓力，會使磨粉4停留在撓性元件21之前端211，保持棘輪14接觸熱熔性材料3時，為無沾黏磨粉狀態，磨擦力不會減小，故不會造成棘輪14與熱熔性材料3間打滑的現象。

請參閱第3D圖，第3D圖係顯示第2圖所示之清潔機構於棘輪再次進行帶料作業時之作動示意圖。如第3D圖所示，當本案三維印表機之擠出裝置1再次帶料時，棘輪14再次受驅動而進行逆時針旋轉，如同第3A圖所示之作動方式，由於撓性元件21之前端211與棘輪14間之壓力，會使磨粉4停留在撓性元件21之前端211，保持棘輪14接觸熱熔性材料3時，為無沾黏磨粉狀態，磨擦力不會減小，故不會造成棘輪14與熱熔性材料3間打滑的現象。同時，原本累積於撓性元件21之前端211另一側之磨粉4，亦會因重力往下方掉落，使得累積在撓性元件21上之磨粉4被有效地清除，可使下次帶料時，更有效率的清潔棘輪14之溝槽內之磨粉。

綜上所述，本案提供一種三維印表機之擠出裝置及其清潔機構，俾解決並改善先前技術之問題與缺點。故此，本案藉由清潔機構之設置，撓性元件可於棘輪旋轉時，透過棘輪旋轉之驅動力以及自身之反彈力對棘輪之溝槽進行清潔，使得棘輪之溝槽中因與熱熔性材料摩擦產生之磨粉可有效地被清除，進而避免在高速列印時磨粉累積造成的打滑現象，並確實達到高速列印之目的。同時，透過清潔機構採用之撓性元件，並利用重力及撓性元件之反彈力，可於棘輪帶動熱熔性材料之帶料、停料及退料等作業時，雙向清潔棘輪之溝槽，進而可長效性維持棘輪之最佳運作狀態，進而達到使成形品質穩定並降低列印成本等功效。

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。

Claims (6)

1. 一種三維印表機之擠出裝置，包括：一座體，具有一軸體；一滑塊，設置於該座體下方，用以承載該座體；一加熱裝置，設置於該滑塊下方；一噴頭，與該加熱裝置相連接；一棘輪，設置於該座體內；一導引元件，設置於該座體並部分地外露於該座體，用以導引一熱熔性材料並使該熱熔性材料與該棘輪接觸；一加壓惰輪，鄰設於該棘輪，用以對該熱熔性材料加壓以提供一正向力，並使該熱熔性材料與該棘輪緊密接觸，其中該軸體係與該棘輪及該加壓惰輪之旋轉軸平行設置；一加壓力臂，包括一延伸部、一連接部及一轉軸部，其中該轉軸部係樞設於該軸體，用以連接該延伸部及該連接部，以使該延伸部與該連接部相對於該轉軸部呈一固定夾角，且該加壓惰輪係以一插梢樞設於該連接部；以及一清潔機構，包括：一固定座，設置於該座體之底部；以及一撓性元件，部分地固設於該固定座並與該棘輪相抵頂；其中，當該棘輪旋轉時，該撓性元件係透過該棘輪旋轉之驅動力以及自身之反彈力，對該棘輪之溝槽進行清潔，且該熱熔性材料係受該正向力造成之摩擦力推進至該加熱裝置，並受該加熱裝置加熱呈熔融狀態，再透過該噴頭擠出。
2. 如申請專利範圍第1項所述之三維印表機之擠出裝置，其中該加壓惰輪係受該棘輪及該熱熔性材料帶動與該棘輪反向旋轉。
3. 如申請專利範圍第1項所述之三維印表機之擠出裝置，其中該座體更包括一外蓋，該外蓋係與該座體接合以容收該棘輪、該加壓惰輪及該清潔機構，且該導引元件係穿設於該外蓋並部分地外露於該外蓋。
4. 如申請專利範圍第1項所述之三維印表機之擠出裝置，更包括一彈性元件，該彈性元件係與該座體及該加壓力臂相抵頂，以透過該加壓力臂之延伸部放大該彈性元件之彈力。
5. 如申請專利範圍第4項所述之三維印表機之擠出裝置，更包括一按壓鍵，該按壓鍵係設置於該加壓力臂之該延伸部並至少部分地外露於該座體，其中當按壓該按壓鍵時，該彈性元件對該加壓力臂之彈力係被釋放，且該加壓惰輪係受該連接部之帶動脫離該熱熔性材料。
6. 如申請專利範圍第1項所述之三維印表機之擠出裝置，其中該撓性元件為一撓性刮片或一撓性刷。