TWI686289B - 積層製造之控制顏色深淺變化的方法及其裝置 - Google Patents

Abstract

一種積層製造裝置適用於將一塑木基材做為積層製造時的一原料，並該塑木基材包括一植物纖維及一塑料，該積層製造裝置包含一噴嘴、一基座、一控制單元，及一冷卻單元，該噴嘴容置該塑木基材，且受控制噴出該塑木基材，該基座對應該噴嘴設置且承接該噴嘴的噴料，該控制單元電性連接該噴嘴，且控制該噴嘴進行積層製造，該冷卻單元用以冷卻該噴嘴噴出的該塑木基材的溫度，該控制單元控制該噴嘴相對該基座移動的一速率、噴料時的一出料量、堆積一層的該塑木基材的一層高、一加熱溫度、一環狀路徑距離，且控制該冷卻單元開啟或關閉。

Description

積層製造之控制顏色深淺變化的方法及其裝置

本發明係關於一種積層製造的控制顏色深淺的方法及積層製造裝置，尤指一種藉由控制一噴嘴的參數以達到成品顏色深淺變化的積層製造的控制顏色深淺的方法及積層製造裝置。

積層製造技術也稱為3D列印技術，主要是將要製作的成品在電腦內先設計出三維模型，再將三維模型分解成多層的平面切片，經由3D印表機把粉末狀、液狀、絲狀、或條狀等形狀的材料，經由3D印表機的噴頭噴出，按照切片圖形根據成品每層的材質、顏色等的設定逐層疊加，材料可為塑料、金屬、陶瓷、砂等可粘合材料，堆疊成完整的立體物體，完成成品。

多種相關這項備受矚目的技術發明也隨之提出，請參考中華民國專利公開號第201639690號「三維表面列印系統」，主要揭露一種三維表面列印系統包括微處理器、噴頭移動組件、噴頭指向組件、噴頭列印組件及物件定位組件。噴頭列印組件含多個噴嘴，且具特定顏色的染料或塗料。微處理器控制噴頭移動組件、噴頭指向組件、物件定位組件及噴頭列印組件，其中噴頭移動組件移動使噴頭列印組件至承載物件上所需的位置，噴頭指向組件調整噴嘴之噴出方向，而物件定位組件可移動、轉動承載物件至適當位置、角度。因此，該發明的三維表面列印系統可將適當的染料或塗料噴出到積層製造組件所噴出的堆疊材料上，形成不同的顏色而達到三維表面列印的上色功能。

然而，若是列印成品的顏色變化為多種同色系卻不同深淺的變化，前案還是需準備多種對應顏色深淺的材料及噴嘴，結構無法簡化。

爰此，本發明人針對應用於積層製造，在使用塑膠材料製程時，以簡化類似前案需搭配不同深淺的材料及噴嘴的結構，卻能調製出同色系卻不同深淺變化的成品，而提出一種用於積層製造之控制顏色深淺變化的方法。

於是，本發明積層製造之控制顏色深淺變化的方法，由一積層製造裝置實行，該積層製造裝置包含一噴嘴、對應該噴嘴設置且承接該噴嘴的噴料的一基座、及一控制單元，該控制顏色深淺變化的方法包含一步驟(A)、一步驟(B)、一步驟(C)、一步驟(D)、一步驟(E)、一步驟(F)，及一步驟(G)。

該步驟(A)將包括一植物纖維及一塑料的一塑木基材放入該噴嘴。該步驟(B)藉由該控制單元控制該噴嘴及該基座進行積層製造過程時相對移動的一速率，其中，該速率越快，該噴嘴噴出的該塑木基材的顏色越淺，該速率越慢，噴出的該塑木基材的顏色越深。該步驟(C)藉由該控制單元控制該噴嘴在噴料時的一出料量，其中，該出料量越大，該噴嘴噴出的該塑木基材的顏色越深，該出料量越小，該噴嘴噴出的該塑木基材的顏色越淺。

進一步，該步驟(D)藉由該控制單元控制該噴嘴在噴料時堆積一層的該塑木基材的一層高，其中，該層高越厚，堆積形成該層高的該塑木基材的顏色越淺，該層高越薄，堆積形成該層高的該塑木基材的顏色越深。

進一步，該步驟(E)藉由該控制單元控制該噴嘴保持的一加熱溫度，其中，該加熱溫度越高，該噴嘴噴出的該塑木基材的顏色越深，該加熱溫度越低，該噴嘴噴出的該塑木基材的顏色越淺。

進一步，該步驟(F)藉由該控制單元控制該噴嘴及該基座相對移動的一環狀路徑距離，其中，在該噴嘴及該基座相對移動的該速率相同時，該 噴嘴及該基座相對移動的該環狀路徑距離越大，該噴嘴噴出的該塑木基材的顏色越淺，該噴嘴及該基座相對移動的該環狀路徑距離越小，該噴嘴噴出的該塑木基材的顏色越深。

進一步，該積層製造裝置還包含一冷卻單元，該步驟(G)藉由該冷卻單元冷卻該噴嘴噴出的該塑木基材的溫度，其中，該塑木基材的溫度越低，該塑木基材的顏色越淺。

本發明之另一目的，即在提供一種積層製造裝置。該積層製造裝置適用於將一塑木基材做為積層製造時的一原料，並該塑木基材包括一植物纖維及一塑料，且該積層製造裝置包含一噴嘴、一控制單元、一基座，及一冷卻單元。

該噴嘴容置該塑木基材，且受控制噴出該塑木基材。該基座對應該噴嘴設置且承接該噴嘴的噴料。該控制單元電性連接該噴嘴及該基座，且控制該噴嘴及該基座進行積層製造。該冷卻單元冷卻該噴嘴噴出的該塑木基材的溫度。

進一步，該控制單元電連接該冷卻單元，且控制該冷卻單元開啟及關閉之其中一者，該冷卻單元開啟時，進行冷卻該噴嘴噴出的該塑木基材的溫度。

本發明之再另一目的，即在提供一種積層製造裝置。該積層製造裝置適用於將一塑木基材做為積層製造時的一原料，並該塑木基材包括一植物纖維及一塑料，且該積層製造裝置包含一噴嘴、一控制單元，及一冷卻單元。

該噴嘴容置該塑木基材，且受控制噴出該塑木基材。

該控制單元電性連接該噴嘴，且控制該噴嘴進行積層製造。

該冷卻單元冷卻該噴嘴噴出的該塑木基材的溫度。

進一步，該控制單元電連接該冷卻單元，且控制該冷卻單元開啟及關閉之其中一者，該冷卻單元開啟時，進行冷卻該噴嘴噴出的該塑木基材的溫度。

根據上述技術特徵可達成以下功效：1.藉由以該塑木基材為材料，配合該控制單元控制該噴嘴相對於該基座移動的該速率、該噴嘴噴料的該出料量、噴料堆疊的該層高、該加熱溫度、該噴嘴相對於該基座移動的該環狀路徑距離，並搭配控制該冷卻單元的開關，完成的成品調製出同色系卻不同深淺的色彩變化，不須額外準備對應顏色深淺的材料及噴嘴，極度簡化該積層製造裝置的結構。

(1):噴嘴

(2):基座

(3):冷卻單元

(4):控制單元

(5):塑木基材

(6):線材

(701):步驟

(702)~(707):步驟

(708):步驟

[第一圖]係本發明積層製造裝置之一示意圖。

[第二圖]係本發明積層製造之控制顏色深淺變化的方法之一實施例之一流程圖。

[第三圖]係該積層製造裝置實行該實施例完成的一成品之一示意圖。

綜合上述技術特徵，本發明積層製造之控制顏色深淺變化的方法及積層製造裝置的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。

參閱第一圖及第二圖，本發明積層製造之控制顏色深淺變化的方法之一實施例由一積層製造裝置實行，以調製出同色系卻不同深淺變化的一成品。該實施例包含一步驟701、一步驟702、一步驟703、一步驟704、一步驟705、一步驟706、一步驟707，及一步驟708。該積層製造裝置包含一噴嘴1、一基座2、一冷卻單元3，及一控制單元4。

該噴嘴1容置一塑木基材5，且受控制地噴出該塑木基材5，在本例中，該噴嘴1噴出的該塑木基材5為一線材6。該塑木基材5包括一植物纖維及一塑料。需特別說明的是，該塑木基材5的顏色相關該植物纖維的顏色，因此要變化該塑木基材5的顏色可根據該植物纖維來做調整，例如該植物纖維為咖啡，該塑木基材5即以咖啡色為底色，若該植物纖維為金黃色稻穗，該塑木基材5即以金黃色為底色。

該基座2對應該噴嘴1設置，用以承接該噴嘴1噴出的該塑木基材5。

該冷卻單元3可受控制地開啟，用以冷卻該線材6的溫度，進一步，該冷卻單元3為一風扇，該風扇可轉動，則可受控制地冷卻特定位置的該線材6。

該控制單元4電性連接該噴嘴1，及該冷卻單元3，且用以接收使用者的一設定參數以控制該噴嘴1及該冷卻單元3。需補充說明的是，在本例中，該基座2為固定的座體，但在某些實施態樣中，該基座2電性連接該控制單元4且可被該控制單元4控制移動，以承接該線材6。

該積層製造裝置實行該實施例步驟，以下詳述該步驟701至該步驟708。

在該步驟701中，將已混和好該植物纖維及該塑料的該塑木基材5放入該噴嘴1內。

在該步驟702中，藉由該控制單元4控制該噴嘴1進行積層製造過程時，相對該基座2移動時的一速率，在本例中該基座2固定，因此該速率為該噴嘴2移動的該速率，由於該線材6的溫度會影響其氧化的速度，該線材6的溫度越高，該線材6越快氧化則顏色越深，該線材6的溫度越低，該線材6越慢氧化則顏色越淺，因此，當該噴嘴1移動的該速率越慢，該線材6的熱度容易積在 一起，則顏色越深，當該噴嘴1移動的該速率越快，該線材6的熱度越容易散去，則顏色越淺。故，該線材6的顏色深淺可經由該噴嘴1相對該基座2移動的該速率做調整。在本例中，該噴嘴1相對於該基座2的該速率介於300mm/s至3000mm/s之間。

在該步驟703中，藉由該控制單元4控制該噴嘴1在噴料時的一出料量，該噴嘴1噴出該線材6的瞬間，該噴嘴會產生剪切的熱能及與該線材6摩擦的熱能，連帶影響噴出該線材6的熱度，當該出料量越少，該噴嘴1的壓力較小，則該噴嘴1產生的剪切熱及摩擦熱較小，則該線材6的顏色越淺，當該出料量越多，該噴嘴1的壓力較大，則該噴嘴1產生的剪切熱及摩擦熱較大，該線材6的顏色越深。因此，該線材6的顏色深淺可經由該噴嘴1的出料量做調整。每一噴嘴1有預設的一固定出料量，在本例中，該出料量為該固定出料量的1至1.2倍之間。

在該步驟704中，藉由該控制單元4控制該噴嘴1在噴料時堆積一層的該線材6的一層高，當堆積的該層高越厚，該噴嘴1在噴料的過程與已噴出的該線材6的距離越遠，則該噴嘴1的熱度不易影響該線材6的溫度，該線材6的溫度較容易冷卻，則該線材6的顏色越淺，當堆積的該層高越薄，該噴嘴1在噴料的過程與已噴出的該線材6的距離越近，則該噴嘴1的熱度越容易影響該線材6的溫度，該線材6的顏色越深。因此，該線材6的顏色深淺可經由堆積的該層高做調整。在本例中，該層高的範圍介於0.2mm至0.3mm之間。

在該步驟705中，藉由該控制單元4控制該噴嘴1保持的一加熱溫度，當該噴嘴1的該加熱溫度越高，該線材6的溫度越高、該線材6材料氧化速率越快且顏色越深，當該噴嘴1的該加熱溫度越低，該線材6的溫度越低、該線材6材料氧化速率越慢且顏色越淺。因此，該線材6的顏色深淺可經由該噴嘴1的加熱溫度做調整。在本例中，該加熱溫度的範圍介於190℃至230℃之間。

在該步驟706中，藉由該控制單元4控制該噴嘴1及該基座2相對移動的一環狀路徑距離，其中，在該噴嘴1及該基座2相對移動的該速率相同時，當該噴嘴1及該基座2相對移動的該環狀路徑距離越大，該線材6較容易散熱，因此該線材6的顏色越淺，當噴嘴1及該基座2相對移動的該環狀路徑距離越小，該線材6的熱度越不容易散去，該線材6的顏色越深。因此，在製程時若需要某些區塊的顏色比較深或淺，可經由設定該噴嘴1及該基座2相對移動形成的該環狀路徑距離來做調整。

在該步驟707中，藉由該控制單元4控制該冷卻單元3開啟或關閉，當該冷卻單元3開啟，被該冷卻單元3吹到的該線材6散熱較快，溫度越快冷卻，則該線材6的顏色越淺，當該冷卻單元3關閉，該冷卻單元3不會影響該線材6冷卻的速度，該線材6的溫度相較於有被該冷卻單元3影響的溫度來得高，因此該線材6的顏色相對比較深。因此，該線材6的顏色深淺還可經由控制該冷卻單元3的開啟或關閉來做調整。

需特別說明的是，在該步驟702至該步驟707中的設定並無先後順序及使用次數的限定，可自行根據需調整的該成品的顏色深淺來做變化及互相搭配使用。

配合參閱第三圖，在該步驟708為完成該成品，該步驟708是藉由步驟702至步驟707所揭露的方法：該控制單元4調整該噴嘴1的參數、該噴嘴1相對於該基座2的參數及該冷卻單元3的開關，來完成該成品。

因此，本發明積層製造之控制顏色深淺變化的方法直接由該塑木基材5為材料，配合該控制單元4控制該噴嘴1相對於該基座2移動的該速率、該出料量、噴料堆疊的該層高、該加熱溫度、該噴嘴1相對於該基座2移動的該環狀路徑距離，並搭配控制該冷卻單元3的開關，完成該成品調製出同色系卻不 同深淺的色彩變化，不須額外準備對應顏色深淺的材料及噴嘴，極度簡化該積層製造裝置的結構，故確實能達成本發明的目的。

綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。

(1):噴嘴

(2):基座

(3):冷卻單元

(4):控制單元

(5):塑木基材

(6):線材

Claims (9)

1. 一種積層製造之控制顏色深淺變化的方法，由一積層製造裝置實行，該積層製造裝置包含一噴嘴、對應該噴嘴設置且承接該噴嘴的噴料的一基座、及一控制單元，該積層製造之控制顏色深淺變化的方法包含以下步驟：(A)將包括一植物纖維及一塑料的一塑木基材放入該噴嘴；(B)藉由該控制單元控制該噴嘴及該基座進行積層製造過程時相對移動的一速率，其中，該速率越快，該噴嘴噴出的該塑木基材的顏色越淺，該速率越慢，噴出的該塑木基材的顏色越深；及(C)藉由該控制單元控制該噴嘴在噴料時的一出料量，其中，該出料量越大，該噴嘴噴出的該塑木基材的顏色越深，該出料量越小，該噴嘴噴出的該塑木基材的顏色越淺。
2. 如申請專利範圍第1項所述之積層製造之控制顏色深淺變化的方法，還包含以下步驟：(D)藉由該控制單元控制該噴嘴在噴料時堆積一層的該塑木基材的一層高，其中，該層高越厚，堆積形成該層高的該塑木基材的顏色越淺，該層高越薄，堆積形成該層高的該塑木基材的顏色越深。
3. 如申請專利範圍第1項所述之積層製造之控制顏色深淺變化的方法，還包含以下步驟：(E)藉由該控制單元控制該噴嘴保持的一加熱溫度，其中，該加熱溫度越高，該噴嘴噴出的該塑木基材的顏色越深，該加熱溫度越低，該噴嘴噴出的該塑木基材的顏色越淺。
4. 如申請專利範圍第1項所述之積層製造之控制顏色深淺變化的方法，還包含以下步驟： (F)藉由該控制單元控制該噴嘴及該基座相對移動的一環狀路徑距離，其中，在該噴嘴及該基座相對移動的該速率相同時，該噴嘴及該基座相對移動的該環狀路徑距離越大，該噴嘴噴出的該塑木基材的顏色越淺，該噴嘴及該基座相對移動的該環狀路徑距離越小，該噴嘴噴出的該塑木基材的顏色越深。
5. 如申請專利範圍第1項所述之積層製造之控制顏色深淺變化的方法，其中，該積層製造裝置還包含一冷卻單元，且該積層製造之控制顏色深淺變化的方法還包含以下步驟；(G)藉由該冷卻單元冷卻該噴嘴噴出的該塑木基材的溫度，其中，該塑木基材的溫度越低，該塑木基材的顏色越淺。
6. 一種積層製造裝置，適用於將一塑木基材做為積層製造時的一原料，並該塑木基材包括一植物纖維及一塑料，且該積層製造裝置適用於執行如申請專利範圍第1項至第4項任一項所述之積層製造之控制顏色深淺變化的方法，該積層製造裝置包含：一噴嘴，容置該塑木基材，且受控制噴出該塑木基材；一基座，對應該噴嘴設置且承接該噴嘴的噴料；及一控制單元，電性連接該噴嘴及該基座，且控制該噴嘴及該基座進行積層製造。
7. 如申請專利範圍第6項所述之積層製造裝置，其中，該積層製造裝置還包含一冷卻單元，該控制單元電連接該冷卻單元，且控制該冷卻單元開啟及關閉之其中一者，該冷卻單元開啟時，進行冷卻該噴嘴噴出的該塑木基材的溫度。
8. 一種積層製造裝置，適用於將一塑木基材做為積層製造時的一原料，並該塑木基材包括一植物纖維及一塑料，且該積層製造裝置包含：一噴嘴，容置該塑木基材，且受控制噴出該塑木基材；及 一控制單元，電性連接該噴嘴，且控制該噴嘴進行積層製造過程時的一速率，其中，該速率越快，該噴嘴噴出的該塑木基材的顏色越淺，該速率越慢，噴出的該塑木基材的顏色越深，並藉由該控制單元控制該噴嘴在噴料時的一出料量，其中，該出料量越大，該噴嘴噴出的該塑木基材的顏色越深，該出料量越小，該噴嘴噴出的該塑木基材的顏色越淺。
9. 如申請專利範圍第8項所述之積層製造裝置，其中，該積層製造裝置還包含一冷卻單元，該控制單元電連接該冷卻單元，且控制該冷卻單元開啟及關閉之其中一者，該冷卻單元開啟時，進行冷卻該噴嘴噴出的該塑木基材的溫度。

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