TWI695775B - 具撓性傳動機制之積層製造設備 - Google Patents

Abstract

一種積層製造設備之列印頭，用於輸出一成型料，包含：一列印頭本體及一進給組件。該列印頭本體界定彼此連通之一進給空間及一出料口。該進給組件包含一進給件、一進給動力源及連接該進給動力源及該進給件之一撓性傳動件，該進給件活動地連接該列印頭本體，該進給件位於該進給空間，用以使該成型料進給至該出料口。藉之，由於進給動力源可藉由撓性傳動件傳遞動力至該列印頭之進給件，因此不需配置在列印頭本體上，以減少列印頭的整體重量，且避免進給動力源的運作直接影響列印頭的穩定性。

Description

具撓性傳動機制之積層製造設備

本發明係關於一種積層製造設備及其列印頭，尤指具撓性傳動機制之積層製造設備及其列印頭。

3D列印，又稱增材製造、積層製造(Additive Manufacturing，AM)，相關前案例如有台灣專利公告號M509118之「3D列印機之列印平台自動更換機構」。3D列印屬於快速成形技術的一種，它是一種以數位模型檔案為基礎，直接製造三維實體的技術。3D列印種類主要包含：選擇性雷射燒結(Selective Laser Sintering,SLS)、選擇性雷射熔融(Selective Laser Melting,SLM)、熔融沉積式(Fused Deposition Modeling,FDM)等。

其中熔融沉積式的供料裝置，型態例如中華民國發明專利公告第I602765號之三維列印供料裝置與可變孔口裝置，主要透過進給裝置的夾持輪來進給線狀塑料，接著再熔融線狀塑料及出料，以進行積層製造成形。

但一般熔融沉積式的供料裝置，其動力源會配置在列印頭上，這一方面會增加列印頭的整體重量，而放大列印頭在移動上因為慣性所產生誤差，另一方面動力源的運作也會產生振動，而容易影響列印頭在出料上的穩定性。此外，線狀塑料在進給過程中，容易彎曲變形而易有纏繞等異常狀況發生，這往往會造成製程中斷，而延宕工時。

爰此，本發明人為改善積層製造之列印頭的實用性，而提出一種積層製造設備之列印頭，用於輸出一成型料，包含：一列印頭本體及一進給組件。該列印頭本體界定彼此連通之一進給空間及一出料口。該進給組件包含一進給件、一進給動力源及一撓性傳動件，該進給件活動地連接該列印頭本體，該進給件位於該進給空間，用以使該成型料進給至該出料口，該進給動力源不設置在該列印頭本體，該撓性傳動件連接該進給動力源及該進給件。

本發明亦為一種積層製造設備，包含：一主座體及一列印頭。該主座體包含一固定座及一列印平台，所述固定座包含複數側部，複數所述側部圍繞所述列印平台，以界定一第一空間，複數所述側部供一支架架設，所述支架包含一承座及複數支撐桿，複數所述支撐桿皆連接所述承座及所述側部，所述支架與所述固定座之間界定一空間。該列印頭包含一列印頭本體及一進給組件，該列印頭本體可動地安裝於該主座體上，以相對該主座體位移，該列印頭本體界定彼此連通之一進給空間及一出料口，該進給組件包含一進給件、一進給動力源及一撓性傳動件，該進給件活動地連接該列印頭本體，該進給件位於該進給空間，用以使一成型料輸出至該出料口，該進給動力源設置在該主座體且相對高於該列印頭本體，該撓性傳動件連接該進給動力源及該進給件。

進一步，前述成型料為顆粒狀，該進給件樞設於該列印頭本體，該進給件上有一螺紋段，以沿該螺紋段之一延伸方向進給該成型料。

進一步，該螺紋段中各個螺紋彼此間的節距沿該延伸方向逐漸縮短，每一螺紋形成一凹槽，且形成該凹槽的內面是一弧面，該進給件位在該進給空間，且該進給件沿著該延伸方向往該出料口逐漸增加寬 度，而與該列印頭本體的內壁的間距逐漸縮短，該進給件的外壁與該列印頭本體的內壁形成一夾角。

進一步，更包含一加熱模組，安裝於該列印頭本體，且該加熱模組對應該出料口或/及該進給空間處。

進一步，該撓性傳動件為一軟軸，該進給動力源為一馬達，該馬達之一輸出軸連接該軟軸之一端，該軟軸之另一端連接該進給件，所述撓性傳動件位於所述空間，所述馬達設置於所述承座。

進一步，該列印頭本體上有一送料口，該送料口連通該進給空間，該列印頭本體包含一推出面，其中，該推出面形成該出料口，該加熱模組自對應該送料口至該推出面一體延伸，且呈沒有間隙的直線狀；更包含一儲料件，該儲料件安裝於該列印頭本體，該儲料件界定一儲料空間及一送料通道，該儲料空間用以儲存前述成型料，該送料通道連通該送料口。

根據上述技術特徵可達成以下功效：

1.由於進給動力源可藉由撓性傳動件傳遞動力至該列印頭之進給件，因此不需配置在列印頭本體上，以減少列印頭本體的整體重量，且避免進給動力源的運作直接影響列印頭本體之移動及出料的穩定性。

2.可採用螺紋穩定地進給顆粒狀成型料，而可避免過去線材易彎曲變形、纏繞的問題。

3.各個螺紋的節距可沿延伸方向逐漸縮短，以提高進給壓力。

(1):主座體

(11):固定座

(111):側部

(12):列印平台

(13):自動化位移模組

(131):線性馬達

(132):導桿

(14):支架

(141):承座

(142):支撐桿

(15):空間

(2):列印頭

(21):列印頭本體

(211):進給空間

(212):出料口

(213):送料口

(214):推出面

(22):進給組件

(221):進給件

(2210):螺紋段

(2211):螺紋

(222):進給動力源

(2221):輸出軸

(223):撓性傳動件

(3):加熱模組

(4):儲料件

(41):儲料空間

(42):送料通道

(A):成型料

(L):延伸方向

(P):節距

(d1):第一間距

(d2):第二間距

(θ):夾角

[第一圖]係本發明實施例之立體外觀示意圖。

[第二圖]係本發明實施例之系統方塊示意圖。

[第三圖]係本發明實施例之平面示意圖。

[第四圖]係第三圖之局部放大示意圖。

[第五圖]係本發明實施例之平面暨作動示意圖。

綜合上述技術特徵，本發明具撓性傳動機制之積層製造設備及其列印頭的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。

請先參閱第一圖及第二圖，係揭示本發明實施例積層製造設備，包含：一主座體(1)及可動地安裝於該主座體(1)之一列印頭(2)。該主座體(1)包含一固定座(11)及一列印平台(12)，該列印平台(12)可相對該固定座(11)在Z軸上活動位移。該列印頭(2)包含一列印頭本體(21)及一進給組件(22)，該列印頭本體(21)可相對該固定座(11)在平面上有X軸位移量及Y軸位移量。但並不以此為限，主要目的係在於使該列印平台(12)與該列印頭本體(21)彼此可作X軸、Y軸及Z軸的相對位移預設的一預期位移值即可，實施上可利用一自動化位移模組(13)分別或共同控制該列印平台(12)與該列印頭本體(21)自動位移，該自動化位移模組可包含複數線性馬達(131)及複數導桿(132)(例如螺桿等桿體)，並藉由一控制器控制前述線性馬達(131)沿前述導桿(132)位移作動與否，但並不以此為限，亦可為部分或全手動的位移方式。由於自動化位移模組並非本案重點，且為所屬領域的通常知識，故為求簡明，於此不再詳述。

續請參閱第三圖及第四圖，該列印頭本體(21)界定彼此連通之一進給空間(211)及一出料口(212)，該列印頭本體(21)包含一推出面(214)，其中該推出面(214)形成該出料口(212)。該進給組件(22)包含一進給件(221)、一進給動力源(222)及一撓性傳動件(223)。該進給件(221)活動地連接該列印頭本體(21)，該進給件(221)位於該進給空間(211)，用以使一成型料(A)輸出至該出料口(212)。具體而言，前述成型料(A)為顆粒狀，該進給件(221)樞設於該列印頭本體(21)，該進給件(221)上有一螺紋段(2210)，以沿該螺紋段(2210)之一延伸方向(L)穩定 地進給該成型料(A)，於本實施例中該螺紋段(2210)中各個螺紋(2211)彼此間的節距(P)是沿該延伸方向(L)逐漸縮短，以提高進給壓力，且每一螺紋(2211)形成一凹槽，且形成該凹槽的內面是一弧面。此外，該進給件(221)位在該進給空間(211)，且該進給件(221)沿著該延伸方向(L)往該出料口(212)逐漸增加寬度，而與該列印頭本體(21)的內壁的間距逐漸縮短，該進給件(221)的外壁與該列印頭本體(21)的內壁在遠離該出料口(212)處的間距為一第一間距(d1)，該進給件(221)的外壁與該列印頭本體(21)的內壁在鄰近該出料口(212)處的間距為一第二間距(d2)，其中，該第一間距(d1)大於該第二間距(d2)，該進給件(221)的外壁與該列印頭本體(21)的內壁形成一夾角(θ)。該進給動力源(222)設置在該主座體(1)之固定座(11)且相對高於該列印頭本體(21)，該進給動力源(222)例如為一馬達。該撓性傳動件(223)連接該進給動力源(222)及該進給件(221)。於本實施例中，該撓性傳動件(223)為一軟軸，該軟軸具有可撓、可伸縮的特性，例如採用複數層金屬絲連續繞製的簧圈或彈簧狀的螺旋線圈，該軟軸之一端連接該馬達之一輸出軸(2221)，該軟軸之另一端連接該進給件(221)，連接方式例如為卡合、嵌合、鎖固等可拆或不可拆的固定連接方式。詳細而言，如第一圖所示，所述固定座(11)包含複數側部(111)，複數所述側部(111)圍繞所述列印平台(12)，複數所述側部(111)供一支架(14)架設，所述支架(14)包含一承座(141)及複數支撐桿(142)，所述承座(141)供所述馬達設置，複數所述支撐桿(142)皆連接所述承座(141)及所述側部(111)，所述支架(14)與所述固定座(11)之間界定一空間(15)，所述撓性傳動件(223)位於所述空間(15)。

復請參閱第三圖及第四圖，於本實施例中，更包含一加熱模組(3)(例如電熱線圈)，安裝於該列印頭本體(21)，且該加熱模組(3)對應該出料口(212)或/及該進給空間(211)處，其中，該加熱模組(3)自對應該送料口(213)至該推出面(214)一體延伸，且呈沒有間隙的直線狀，使前述成型料(A)受熱而呈熔融 狀。要補充說明的是，前述電熱線圈、馬達的供電可由外部電力或蓄電元件來提供，由於這些供電方式並非本案重點，且為所屬領域的通常知識，故為求簡明，於此不再詳述。

復請參閱第三圖及第四圖，較佳的是，該列印頭本體(21)上有一送料口(213)，該送料口(213)連通該進給空間(211)；更包含一儲料件(4)，該儲料件(4)安裝於該列印頭本體(21)，該儲料件(4)界定一儲料空間(41)及一送料通道(42)，該儲料空間(41)用以儲存前述成型料(A)，該送料通道(42)連通該送料口(213)。

使用之情況，續請參閱第三圖及第五圖，當該進給動力源(222)運作時，會藉由該撓性傳動件(223)傳遞動力至該列印頭(2)之進給件(221)，以驅動該進給件(221)作動，而推送前述成型料(A)至前述出料口(212)；當該列印頭(2)之列印頭本體(21)相對該固定座(11)位移時，由於該列印頭(2)之進給動力源(222)可藉由該撓性傳動件(223)傳遞動力至該列印頭(2)之進給件(221)，因此不需配置在列印頭本體(21)上，以減少列印頭本體(21)的整體重量，而可避免該進給動力源(222)的運作直接影響列印頭本體(21)移動及出料的穩定性。

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):主座體

(11):固定座

(111):側部

(12):列印平台

(13):自動化位移模組

(131):線性馬達

(132):導桿

(14):支架

(141):承座

(142):支撐桿

(15):空間

(2):列印頭

(21):列印頭本體

(22):進給組件

Claims (1)

1. 一種積層製造設備，包含：一主座體，該主座體包含一固定座及一列印平台，所述固定座包含複數側部，複數所述側部圍繞所述列印平台，以界定一第一空間，複數所述側部供一支架架設，所述支架包含一承座及複數支撐桿，複數所述支撐桿皆連接所述承座及所述側部，所述支架與所述固定座之間界定一空間；及一列印頭，包含一列印頭本體、一進給組件、一加熱模組及一儲料件，該列印頭本體可動地安裝於該主座體上，以相對該主座體位移，該列印頭本體界定彼此連通之一進給空間及一出料口，該列印頭本體上有一送料口，該送料口連通該進給空間，該列印頭本體包含一推出面，其中，該推出面形成該出料口，該進給組件包含一進給件、一進給動力源及一撓性傳動件，該進給件活動地連接該列印頭本體，該進給件位於該進給空間，用以使一成型料輸出至該出料口，其中，前述成型料為顆粒狀，該進給件樞設於該列印頭本體，該進給件上有一螺紋段，以沿該螺紋段之一延伸方向進給該成型料，該螺紋段中各個螺紋彼此間的節距沿該延伸方向逐漸縮短，且該進給件沿著該延伸方向往該出料口逐漸增加寬度，而與該列印頭本體的內壁的間距逐漸縮短，每一螺紋形成一凹槽，且形成該凹槽的內面是一弧面，該進給件的外壁與該列印頭本體的內壁形成一夾角，該進給動力源設置在該主座體且相對高於該列印頭本體，該撓性傳動件連接該進給動力源及該進給件，其中，該撓性傳動件為一軟軸，所述撓性傳動件位於所述空間，該進給動力源為一馬達，所述馬達設置於所述承座，該馬達之一輸出軸連接該軟軸之一端，該軟軸之另一端連接該進給件，該加熱模組安裝於該列印頭本體，且該加熱模組對應該出料口或/及該進給空間處，其中，該加熱模組自對應該送料口至該推出面一體延伸，且呈沒有間隙的直線狀，該儲料件安裝 於該列印頭本體，該儲料件界定一儲料空間及一送料通道，該儲料空間用以儲存前述成型料，該送料通道連通該送料口。

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