TWI705315B - 具列印頭維護功能的3d列印機及其移動路徑控制方法 - Google Patents

Abstract

一種3D列印機，具有列印平台、由2D噴頭及3D噴頭組成的列印頭、用以對3D噴頭進行清潔的清潔元件及用以對2D噴頭進行維護的維護單元。控制方法包括下列步驟：於工作狀態下控制列印頭於列印平台上移動，以進行列印；於進入非工作狀態時，依據列印頭的目前位置、清潔元件的位置以及2D噴頭相對於3D噴頭的位置偏移量計算清潔路徑終點；控制列印頭移動至清潔路徑終點；及，依據位置偏移量控制列印頭由清潔路徑終點進行補償移動，以令2D噴頭進入維護單元中進行清潔動作。

Description

具列印頭維護功能的3D列印機及其移動路徑控制方法

本發明涉及3D列印機，尤其涉及具列印頭維護功能的3D列印機及其移動路徑控制方法。

有鑑於3D列印技術的成熟，以及3D列印機的體積縮小與價格降低，近年來3D列印機實以極快的速度普及化。而為了令列印完成的3D模型更容易被使用者所接受，部分廠商已研發出能夠列印全彩3D模型的3D列印機。

參閱圖1，為相關技術的3D列印機示意圖。如圖1所示，相關技術的3D列印機1主要包括列印平台11及列印頭12，其中列印頭12包括用以噴射成型材以建構列印物件的3D噴頭121，以及用以噴灑墨水以對列印物件進行著色的2D噴頭122。藉此，3D列印機1可通過多個著色後的列印物件來堆疊出全彩的3D模型。

3D噴頭121是對內部填裝的線材(filament)進行加熱，並從噴嘴(圖未標示)擠出處於半融化狀態的成型材。當列印時間一長，3D噴頭121的噴嘴處會有殘料的現象，而影響列印物件的外觀。再者，3D列印機1主要是採用現有 2D印表機的墨水噴頭做為上述2D噴頭122，若2D噴頭122長時間未進行噴墨動作或有殘餘積墨，可能會因為墨水凝固而造成阻塞。

請同時參閱圖2，為相關技術的3D列印機俯視圖。為了去除3D噴頭121的噴嘴上的殘料，相關技術的3D列印機1會額外設置清潔元件2。具體地，清潔元件2可例如為朝上設置的刮刀。3D列印機1於要清潔3D噴頭時，主要是控制整個列印頭12移動，以令3D噴頭121經過並碰觸清潔元件2的頂部(例如在清潔元件2上進行往復動作)，藉此清除3D噴頭121上的殘料。並且，為了防止2D噴頭122出現上述阻塞的現象，相關技術的3D列印機1還會額外設置維護單元21，以對2D噴頭122進行維護動作。

由於相關技術的3D列印機1的列印頭12是由3D噴頭121與2D噴頭122共同組成，3D列印機1控制3D噴頭121移動至清潔元件2，或是控制2D噴頭122移動至維護單元21時，容易發生因為清潔路徑規劃不當而使2D噴頭122碰撞到清潔元件2的問題，進而造成2D噴頭122表面的噴嘴(圖未標示)損壞。

本發明提供一種具列印頭維護功能的3D列印機及其移動路徑控制方法，可確保在控制列印頭移動時，2D噴頭可避開清潔元件的設置位置，而不會受到清潔元件的干涉或損壞。

於本發明的一實施例中，該3D列印機主要具有一列印平台、由一2D噴頭及一3D噴頭組成的一列印頭、用以對該3D噴頭進行清潔的一清潔元件以及用以對該2D噴頭進行維護的維護單元。該控制方法包括下列步驟：於 工作狀態下控制該列印頭於該列印平台上移動，以進行列印；於進入非工作狀態時，依據該列印頭的目前位置、該清潔元件的位置以及該2D噴頭相對於該3D噴頭的一位置偏移量計算一清潔路徑終點；控制該列印頭移動至該清潔路徑終點；及，依據該位置偏移量控制該列印頭由該清潔路徑終點進行一補償移動，以令該2D噴頭進入該維護單元中進行清潔動作。

相較於相關技術的3D列印機，本發明於進行2D噴頭的維護動作時，是先控制列印頭以2D噴頭絕對不會碰撞到清潔元件的清潔路徑移動至清潔路徑終點，接著再控制列印頭由清潔路徑終點進行補償移動，以令2D噴頭進入維護單元中。藉此，可避免在列印頭的移動過程中，因為2D噴頭不小心碰撞清潔元件而造成損壞的問題。

1、6:3D列印機

I0:列印起始點

100:清潔路徑終點

1001:X軸移動終點

1002:Y軸移動終點

11、61:列印平台

12、4、5、62:列印頭

121、41、51、621:3D噴頭

1211、411、511:擠出口

122、42、52、622:2D噴頭

2、7:清潔元件

21、71:維護單元

3:清潔模組

S10~S28:控制步驟

圖1為相關技術的3D列印機示意圖。

圖2為相關技術的3D列印機俯視圖。

圖3為本發明的第一具體實施例的3D列印機俯視圖。

圖4A為本發明的列印頭的第一具體實施例的正視圖。

圖4B為本發明的列印頭的第一具體實施例的側視圖。

圖4C為本發明的列印頭的第一具體實施例的俯視圖。

圖5A為本發明的一具體實施例的第一控制流程圖。

圖5B為本發明的一具體實施例的第二控制流程圖。

圖6A為本發明的一具體實施例的第一移動示意圖。

圖6B為本發明的一具體實施例的第二移動示意圖。

圖6C為本發明的一具體實施例的第三移動示意圖。

圖7為本發明的列印頭的第二具體實施例的俯視圖。

圖8為本發明的列印頭的第三具體實施例的俯視圖。

圖9為本發明的第三具體實施例的3D列印機示意圖。

茲就本發明之一較佳實施例，配合圖式，詳細說明如後。

如前文所述，本發明主要是運用在將2D噴頭與3D噴頭整合成單一列印頭的3D列印機，並且本發明的主要目的在於，避免2D噴頭在列印頭的移動過程中碰撞用以對3D噴頭進行清潔動作的清潔元件。為了達到上述目的，本發明的3D列印機需計算或記錄3D列印機上的多個相對參數。

請同時參閱圖3、圖4A、圖4B及圖4C，其中圖3為本發明的第一具體實施例的3D列印機俯視圖，圖4A至圖4C分別為本發明的列印頭的第一具體實施例的正視圖、側視圖與俯視圖。

如圖3所示，本發明揭露了一種具列印頭維護功能的3D列印機1(下面簡稱為3D列印機1)，所述3D列印機1至少包括列印平台11、列印頭12、清潔元件2及維護單元21。

本發明中，所述列印頭12包括用以擠出成型材以於列印平台11上堆疊列印物件的3D噴頭121，以及用以噴灑墨水以對列印物件進行著色的2D噴頭122。如圖4A、圖4B及圖4C所示，所述2D噴頭122與3D噴頭121是不同的元件，並共同設置在同一個列印頭12的殼體中，因此2D噴頭122相對於3D噴頭121會具有一組位置偏移量(例如圖4C所示的偏移量m及偏移量n)。

本實施例中，所述清潔元件2為用以對3D噴頭121進行清潔的元件(例如為刮除3D噴頭121上的殘料的刮刀)。具體地，所述清潔元件2設置於3D列印機1的內部(可被設置於列印平台11的內部/外部或設置於列印平台11上)，並且具有一定高度。當列印頭12移動並經過清潔元件2的所在位置時，清潔元件2的頂端可碰觸3D噴頭121的表面及/或2D噴頭122的表面。當清潔元件2碰觸到3D噴頭121時，可對3D噴頭121的表面進行清潔動作。然而，當清潔元件2碰觸到2D噴頭122時，可能會損壞2D噴頭122表面上的多個墨水噴嘴(圖未標示)。

所述維護單元21用以對2D噴頭122進行維護動作。具體地，若2D噴頭122長時間未進行噴墨動作，可能會因為墨水凝固而造成阻塞，所述維護單元21為現有2D印表機對墨水噴頭進行清潔與維護以令墨水噴頭保持溼潤的維護元件。本實施例中，3D列印機1可於判斷2D噴頭122需進行維護時，控制列印頭12移動並令2D噴頭122進入維護單元21中，以由維護單元21對2D噴頭122進行維護動作。

值得一提的是，3D列印機1於控制列印頭12移動至維護單元21時，可依據清潔元件2的坐標規劃路徑，以令列印頭12移動時不經過清潔元件2的設置位置。藉此，可避免2D噴頭122因碰撞清潔元件2而受到損害。於一實施例中，3D列印機1的清潔元件2與維護單元21可為共同設置的清潔模組3。藉此，便於製造時快速地將清潔元件2與維護單元21設置於3D列印機1上。

3D列印機1可經由處理器(圖未標示)定義一個列印起始點(printing home location)I0。所述列印起始點I0為一個虛擬的定位點，被定義於3D列印機1的內部，並且3D列印機1可通過列印起始點I0對列印頭12進行初始定位。

於圖3的實施例中，所述列印起始點I0與清潔元件2於X軸方向的距離為u，於Y軸方向的距離為v。一般來說，要令清潔元件2對3D噴頭121進行清潔動作，3D列印機1只需控制列印頭12回到列印起始點I0，並控制列印頭12由列印起始點I0開始朝X軸移動u的距離，並朝Y軸移動v的距離，即可令3D噴頭121到達清潔元件2(即，將「朝X軸移動u的距離，並朝Y軸移動v的距離」做為3D噴頭121的清潔路徑)。

然而，本發明中列印頭12是由3D噴頭121與2D噴頭122所共同組成，若依據上述清潔路徑控制列印頭12移動，可能使得2D噴頭122在移動過程中碰撞清潔元件2，進而造成2D噴頭122的損壞。再者，若要令維護單元21對2D噴頭122進行維護動作，3D列印機1需控制列印頭12回到列印起始點I0，並控制列印頭12由列印起始點I0開始移動至維護單元21。基於相同的理由，在將列印頭12移動至維護單元21的過程中，亦可能經過清潔元件2，使得2D噴頭122因碰撞清潔元件2而造成2D噴頭122的損壞。

於一實施例中，3D列印機1的清潔元件2與維護單元21共同設置為上述清潔模組3，並且清潔元件2與維護單元21於清潔模組3上的相對位置與相對距離相同於3D噴頭121與2D噴頭122於列印頭12上的相對位置與相對距離。藉此，當3D噴頭121移動至清潔元件2中以進行清潔動作時，2D噴頭122亦可進入維護單元21中進行維護動作，藉此有效提升3D列印機1的清潔與維護效率。

本實施例中，3D列印機1會在進入工作狀態時，控制列印頭12於列印平台11的上方移動，以列印所述列印物件並對列印物件進行著色。若清 潔元件2沒有設置在列印平台11上，因此在工作狀態下無論列印頭12如何移動，都不會發生2D噴頭122碰撞清潔元件2的現象。

當預設條件達成時，3D列印機1會離開所述工作狀態，並進入非工作狀態(例如進入中斷狀態或是維護狀態)。具體地，當3D列印機1判斷3D噴頭121可能有殘料現象，或是判斷2D噴頭122有殘餘積墨現象時，即可自動進入上述非工作狀態，以藉由清潔元件2對3D噴頭121進行清潔動作及/或由維護單元21對2D噴頭122進行維護動作。舉例來說，3D列印機1可於列印時間超過門檻時間、成型材的擠出量超過門檻用量或是列印物件的列印層數超過門檻層數時，判斷3D噴頭121可能有殘料現象，或是於2D噴頭122超過一定時間未噴墨時，判斷2D噴頭122可能有殘餘積墨的現象。惟，上述僅為本發明的多個具體實例，但不以此為限。

本實施例中，當3D列印機1進入上述非工作狀態時，3D列印機1即依據列印頭12的目前位置(第一坐標值)、清潔元件2的設置位置(第二坐標值)以及所述位置偏移量計算一個清潔路徑終點(例如圖6A所示的清潔路徑終點100)。接著，3D列印機1控制3D噴頭121移動至清潔路徑終點。

當列印頭12移動至清潔路徑終點後，3D列印機1再進一步依據所述位置偏移量控制列印頭12由清潔路徑終點上進行補償移動，以令2D噴頭122進入維護單元21中(若清潔元件2與維護單元21的相對位置與相對距離相同於3D噴頭121與2D噴頭122的相對位置與相對距離，則3D噴頭121可同時進入清潔元件2的清潔範圍內)。藉此，可通過維護單元21對2D噴頭122進行維護動作(並可同時通過清潔元件2對3D噴頭121進行清潔動作)。

具體地，3D列印機1主要可依據3D噴頭121與2D噴頭122於列印頭12上的相對位置來進行上述補償移動(可能有多種移動路徑)。藉此，在不會令2D噴頭122碰撞到清潔元件2的前提下，將2D噴頭122由清潔路徑終點移動至維護單元21中(容後詳述)。

如圖4A及圖4B所示，所述2D噴頭122的位置偏移量至少包括相對於列印平台11的X軸的橫向偏移量(m)及相對於列印平台11的Y軸的縱向偏移量(n)。

如圖4C所示，本發明中，2D噴頭122為可噴灑多種顏色的墨水(例如青色(Cyan)、洋紅色(Magenta)、黃色(Yellow)、黑色(Black))的噴頭，並且其上設置有對應至各顏色墨水的多個墨水噴嘴(圖未標示)。3D噴頭121具有擠出口1211，於對內部的成型材加熱後，通過擠出口1211將處於半融化狀態的成型材擠出於列印平台11上。

本實施例中，上述位置偏移量主要是指2D噴頭122上距離3D噴頭121最遠的墨水噴嘴相對於3D噴頭121的擠出口1211的偏移量。具體地，上述橫向偏移量(m)為所述墨水噴嘴與所述擠出口1211於X軸上的距離，上述縱向偏移量(n)為所述墨水噴嘴與所述擠出口1211於Y軸上的距離。

為完整保護2D噴頭122不受損害，於另一實施例中，上述位置偏移量亦可為2D噴頭122距離3D噴頭121最遠的一端相對於3D噴頭121的擠出口1211的偏移量，不加以限定。

本發明中，3D列印機1可於進入工作狀態時先控制列印頭12移動至上述列印起始點I0，以對列印頭12進行初始定位。於初始定位完成後，列印頭12即可與列印起始點I0及清潔元件2使用同一個坐標系統。藉此，3D列 印機1可於列印頭12的移動過程中輕易計算列印頭12的目前位置。於圖3C所示的實施例中，可將列印起始點I0的坐標視為(0,0)，而將清潔元件2的坐標視為(u,v)。

於一實施例中，3D列印機1是於3D噴頭121的擠出口1211到達列印起始點I0時，視為初始定位完成(即，將擠出口1211視為整個列印頭12的定位點)。惟，上述僅為本發明的其中一個實施例，並不以此為限。

若列印頭12與列印起始點I0及清潔元件2使用相同的坐標系統，則當3D列印機1進入非工作狀態時，3D列印機1即可依據列印頭12的目前位置、列印起始點I0的位置、清潔元件2的位置以及所述位置偏移量來計算清潔路徑終點。

具體地，如圖3及圖4A至圖4C所示，於進入非工作狀態時，3D列印機1已知列印起始點I0的坐標(例如為(0,0))、已知清潔元件2的坐標(例如為(u,v))、且已知2D噴頭122相對於3D噴頭121的位置偏移量(例如橫向偏移量m及縱向偏移量n)。因此，3D列印機1主要可將列印起始點I0與清潔元件2於X軸上的距離減去橫向偏移量，以計算X軸移動終點(於本實施例中，相等於u-m)、將列印起始點I0與清潔元件2於Y軸上的距離減去縱向偏移量，以計算Y軸移動終點(於本實施例中，相等於v-n)。藉此，3D列印機1可依據X軸移動終點及Y軸移動終點產生所述清潔路徑終點(即，清潔路徑終點的坐標為(u-m,v-n))。

值得一提的是，於本實施例中，由於3D列印機1已知清潔路徑終點，因此可直接控制列印頭12以任意路徑移動至清潔路徑終點，不必先控制列印頭12回歸至列印起始點I0後，再從列印起始點I0移動至清潔路徑終點。藉此，可有效縮短列印頭12的清潔時間。

續請參閱圖5A及圖5B，分別為本發明的一具體實施例的第一控制流程圖及第二控制流程圖。圖5A、圖5B揭露了本發明的3D列印機的移動路徑控制方法(下面簡稱為控制方法)，所述控制方法主要運用於如圖1至圖3、圖4A至圖4C中任一圖所示的3D列印機1。

首先，3D列印機1的處理器(圖未標示)判斷3D列印機1是否開始列印程序，即，是否進入工作狀態(步驟S10)。若3D列印機1尚未進入工作狀態，則返回步驟S10(例如於待機狀態中進行等待)。若3D列印機1進入工作狀態，則接著執行步驟S12。

於進入工作狀態後，3D列印機1即依據使用者所匯入的3D圖檔控制列印頭12於列印平台11上移動，以於列印平台11上列印3D圖檔所對應的列印物件。

具體地，於進入工作狀態時，列印頭12可能位於3D列印機1上的任意位置。於開始列印之前，3D列印機1先控制列印頭12移動至上述列印起始點I0，以對列印頭12進行初始定位(步驟S12)。於一實施例中，3D列印機1可令列印頭12上的3D噴頭121的擠出口1211對齊列印起始點I0，並將擠出口1211的坐標設定為(0,0)，藉此利於在列印頭12的移動過程中計算列印頭12的位置。

如前文所述，於初始定位完成後，列印頭12與列印起始點I0及清潔元件2使用相同的坐標系統。具體地，列印頭12與列印起始點I0、清潔元件2及維護單元21使用相同的坐標系統。

於初始定位完成後，3D列印機1再控制列印頭12於列印平台11上移動，以列印對應的列印物件(步驟S14)。

接著，於列印過程中，處理器持續判斷3D列印機1是否進入非工作狀態(步驟S16)。於一實施例中，3D列印機1可依據3D噴頭121的列印時間、成型材的擠出量、列印物件的當前列印層數、2D噴頭122的噴墨量、2D噴頭122的未噴墨時間等資料判斷是否需要進入非工作狀態，但不以此為限。

若處理器判斷未達進入非工作狀態的條件，則3D列印機1返回步驟S14，以持續控制列印頭12於工作狀態下進行列印動作。若處理器判斷要進入非工作狀態，則3D列印機1控制列印頭12停止列印(即，控制3D噴頭121停止擠出成型材，並控制2D噴頭122停止噴灑墨水)。接著，3D列印機1依據列印頭12的目前位置、清潔元件2的位置以及所述位置偏移量計算所述清潔路徑終點(步驟S18)。

於圖5A及圖5B的實施例中，所述位置偏移量的計算方法相同或相似於前文中對於圖4A至圖4C的敘述，於此不再贅述。

值得一提的是，若3D列印機1於開始列印前先控制列印頭12移動至列印起始點I0進行初始定位(即，有執行步驟S12)，則於步驟S18中，3D列印機1是同時依據列印頭12的目前位置、列印起始點I0的位置、清潔元件2的位置以及位偏移量來計算清潔路徑終點。

於本實施例中，3D列印機1於步驟S18中主要是將列印起始點I0與清潔元件2於X軸上的距離(例如圖3所示的距離u)減去橫向偏移量(例如圖4C所示的偏移量m)，以計算X軸移動終點(例如圖6A所示的X軸移動終點1001)；接著，將列印起始點I0與清潔元件2於Y軸上的距離(例如圖3所示的距離v)減去縱向偏移量(例如圖4C所示的偏移量n)，以計算Y軸移動終點(例如圖6A 所示的Y軸移動終點1002)。最後，段依據X軸移動終點及Y軸移動終點產生所述清潔路徑終點(例如圖6A所示的清潔路徑終點100)。

步驟S18後，3D列印機1控制列印頭12移動至清潔路徑終點(步驟S20)。值得一提的是，若於步驟S18中沒有參考列印起始點I0的位置，則於步驟S20中，3D列印機1需先控制列印頭12由目前位置返回列印起始點I0後，再控制列印頭12從列印起始點I0移動至清潔路徑終點，藉此消除控制誤差。反之，若於步驟S18中參考了列印起始點I0的位置，則於步驟S20中，3D列印機1可控制列印頭12直接由目前位置移動至清潔路徑終點。

當列印頭12到達清潔路徑終點後，3D列印機1再進一步依據所述位置偏移量(例如前述橫向偏移量m及縱向偏移量n)控制列印頭12由清潔路徑終點上進行補償移動，以令2D噴頭122進入維護單元21中，並由維護單元21對2D噴頭122進行維護動作(步驟S22)。並且，若維護單元21及清潔元件2共同組成上述清潔模組3，則步驟S22可同時令3D噴頭121進入清潔元件2的清潔範圍內，並由清潔元件2對3D噴頭121進行清潔動作。

值得一提的是，於步驟S22中，3D列印機1可依據3D噴頭121與2D噴頭122於列印頭12上的相對位置來執行補償移動。舉例來說，若相較於3D噴頭121，2D噴頭122於Y軸方向上較靠近清潔元件2，則3D列印機1可先補償Y軸方向的位移量後，再補償X軸方向的位移量。藉此，可進一步降低2D噴頭122於補償移動時碰撞清潔元件2的機率。

通過本發明的控制方法，可確保3D列印機1控制2D噴頭122移動至維護單元21中進行維護動作時，2D噴頭122不會因為碰撞清潔元件2而造成表面損壞。

接著如圖5B所示，於2D噴頭122進行維護動作時，處理器持續判斷3D列印機1是否恢復工作狀態(步驟S24)，即，判斷2D噴頭122的維護動作是否完成。若處理器判斷尚未恢復工作狀態，則3D列印機1控制維護單元21持續對2D噴頭122進行維護動作(步驟S26)。若處理器判斷要恢復工作狀態，則進一步判斷列印程序是否已執行完畢(步驟S28)。

若所述列印物件的列印程序尚未完成，則3D列印機1返回步驟S12，以控制列印頭12進行初始定位，並於初始定位完成後進入工作狀態，以繼續執行列印程序。若列印程序已完成，則3D列印機1結束本發明的控制方法。

續請參閱圖6A、圖6B及圖6C，分別為本發明的一具體實施例的第一移動示意圖、第二移動示意圖及第三移動示意圖。圖6A至圖6C用以詳細說明圖5A及圖5B的流程圖所示之控制方法如何體現於3D列印機1上。

如圖6A所示，3D列印機1可計算或記錄有列印起始點I0的坐標(例如為(0,0))、清潔元件2的坐標(例如為(u,v)、以及2D噴頭122相對於3D噴頭121的位置偏移量(例如為橫向偏移量m及縱向偏移量n)。

通過上述資料，3D列印機1可將列印起始點I0與清潔元件2於X軸上的距離(u)減去2D噴頭122的橫向偏移量(m)，以計算得出X軸移動終點1001，例如為坐標(u-m,0)的點。並且，3D列印機1可將列印起始點I0與清潔元件2於Y軸上的距離(v)減去2D噴頭122的橫向偏移量(n)，以計算得出Y軸移動終點1002，例如為坐標(0,v-n)的點。最後，再依據X軸移動終點1001及Y軸移動終點1002計算清潔路徑終點100，例如為坐標(u-m,v-n)的點。

值得一提的是，由於在計算清潔路徑終點100時，已經考慮了2D噴頭122與3D噴頭121之間的位置偏移量，因此3D列印機1控制列印頭12移動至清潔路徑終點100時，2D噴頭122絕對不會碰撞清潔元件2。

具體地，若3D列印機1依據X軸移動終點1001及Y軸移動終點1002來規劃要控制列印頭12移動至清潔路徑終點100的一或多條清潔路徑，則無論列印頭12沿著哪一條清潔路徑移動，2D噴頭122都不會碰撞清潔元件2。換句話說，只要在3D列印機1所規劃的清潔路徑，於X軸的最大移動坐標不超過X軸移動終點1001，於Y軸的最大移動坐標不超過Y軸移動終點1002，則3D列印機1可依據任意的清潔路徑控制列印頭12移動至清潔路徑終點100。

於圖6A的實施例中，列印頭12是從列印起始點I0移動至清潔路徑終點100。若3D列印機1進入非工作狀態時列印頭12位於任意位置(例如坐標為(x,y))，則3D列印機1可依據列印起始點I0與清潔元件2的距離(u,v)、列印頭12與列印起始點I0的距離(x,y)、以及2D噴頭122的位置偏移量(m,n)來計算清潔路徑終點100的位置。藉此，列印頭12不必回到列印起始點I0，而可有效提昇清潔效率。

參閱圖6B，當列印頭12移動至清潔路徑終點100後，2D噴頭122與維護單元21間的距離約略等於2D噴頭122相對於3D噴頭121的橫向偏移量(m)與縱向偏移量(n)。此時，3D列印機1可控制列印頭12由清潔路徑終點100上進行補償移動(即，朝X軸方向移動距離m，並朝Y軸方向移動距離n)，以令2D噴頭122能如圖6C所示的進入維護單元21中。藉此，3D列印機1可在不損害2D噴頭122的情況下，將2D噴頭122移動至維護單元21中進行維護動作。

於圖4C的實施例中，3D噴頭121設置於2D噴頭122的右後方(以俯視圖的角度查看)，2D噴頭122相對於3D噴頭121的橫向偏移量m為一正值，且縱向偏移量n也為一正值。然而，不同的3D列印機所採用的列印頭可能會有不同的設置態樣，因此上述的橫向偏移量與縱向偏移量亦可能為負值。值得一提的是，若清潔元件2與維護單元21共同設置為上述清潔模組3，則清潔元件2與維護單元21間的相對位置及相對距離需隨著列印頭的配置而對應改變。

參閱圖7，為本發明的列印頭的第二具體實施例的俯視圖。本實施例中，列印頭4包括3D噴頭41及2D噴頭42，3D噴頭41設置於2D噴頭42的左後方(以俯視圖的角度查看)，2D噴頭42相對於3D噴頭41的橫向偏移量m為一負值(即為-m)，而縱向偏移量n為一正值(即為+n)。於此實施例中，3D列印機1在計算前述清潔路徑終點100時，是將該列印起始點I0與清潔元件2於X軸上的距離(u)減去橫向偏移量(-m)以計算X軸移動終點1001(即，計算”u-(-m)”)，將列印起始點I0與清潔元件2於Y軸上的距離(v)減去縱向偏移量(n)以計算Y軸移動終點1002(即，計算”v-n”)，再依據X軸移動終點1001及Y軸移動終點1002產生清潔路徑終點100。其中，所述位置偏移量是2D噴頭42距離3D噴頭41最遠的墨水噴嘴相對於3D噴頭41的擠出口411的偏移量。

參閱圖8，為本發明的列印頭的第三具體實施例的俯視圖。本實施例中，列印頭5包括3D噴頭51及2D噴頭52，3D噴頭51設置於2D噴頭52的左前方(以俯視圖的角度查看)，2D噴頭52相對於3D噴頭51的橫向偏移量m為一負值(即為-m)，而縱向偏移量n也為一負值(即為-n)。於此實施例中，3D列印機1在計算前述清潔路徑終點100時，是將該列印起始點I0與清潔元件2於X軸上的距離(u)減去橫向偏移量(-m)以計算X軸移動終點1001(即，計 算”u-(-m)”)，將列印起始點I0與清潔元件2於Y軸上的距離(v)減去縱向偏移量(-n)以計算Y軸移動終點1002(即，計算”v-(-n)”)，再依據X軸移動終點1001及Y軸移動終點1002產生清潔路徑終點100。其中，所述位置偏移量是2D噴頭52距離3D噴頭51最遠的墨水噴嘴相對於3D噴頭51的擠出口511的偏移量。

通過上述計算，則無論3D噴頭121與2D噴頭122是以什麼樣的形式共同設置於單一列印頭12中，本發明的3D列印機1及控制方法皆可避免2D噴頭122於2D噴頭122移動至維護單元21時，因碰撞清潔元件2而受到損壞。

於前述實施例中，是以列印起始點I0被定義於3D列印機1的右上角，清潔元件2及維護單元21被設置於3D列印機1的左下角為例。然而，本發明中，列印起始點I0可被定義於3D列印機1上的任意位置，而清潔元件2及維護單元21也可被設置於3D列印機1上的任意位置。

如圖3所示，當列印起始點I0被定義於右上角，清潔元件2及維護單元21被設置於左下角時，列印起始點I0與清潔元件2於X軸上的距離u為一正值，而於Y軸上的距離v也為一正值。於另一實施例中，若列印起始點I0被定義於3D列印機1的左上角，清潔元件2及維護單元21被設置於3D列印機1的右下角，則列印起始點I0與清潔元件2於X軸上的距離u可被定義為一負值(即，-u)，而於Y軸上的距離v仍為一正值。

於再一實施例中，若列印起始點I0被定義於3D列印機1的左下角，清潔元件2及維護單元21被設置於3D列印機1的右上角，則列印起始點I0與清潔元件2於X軸上的距離u可被定義為一負值(即，-u)，而於Y軸上的距 離v也可被定義為一負值(即，-v)。惟，上述僅為本發明的多個具體實施例，但不以此為限。

通過上述距離的定義，則無論列印起始點I0與清潔元件2被定義/設置在什麼位置，3D列印機1皆可依據列印頭12的目前位置、列印起始點I0的位置、清潔元件2的位置以及2D噴頭122的位置偏移量來計算清潔路徑終點100以及一或多條清潔路徑。藉此，可確保列印頭12無論如何移動，2D噴頭122都不會碰撞清潔元件2。

參閱圖9，為本發明的第三具體實施例的3D列印機示意圖。圖9揭露了另一3D列印機6，所述3D列印機6具有與前述3D列印機1相同或相似的列印平台61、列印頭62、清潔元件7及維護單元71。其中，列印頭62是由3D噴頭621與2D噴頭622所組成，並且3D噴頭621與2D噴頭622相同或相似於前文所述的3D噴頭121與2D噴頭122。

前述實施例的3D列印機1是以熱融沉積式(Fused Deposition Modeling,FDM)3D列印機為例，而圖9所示的3D列印機6則為三軸並聯式(Delta)3D列印機。本實施例中，三軸並聯式3D列印機採用了由3D噴頭621與2D噴頭622共構的列印頭62，且3D列印機6內部設置有用以對3D噴頭621進行清潔的清潔元件7以及用以對2D噴頭622進行維護的維護單元71。因此，3D列印機6的2D噴頭622同樣會有因碰撞清潔元件7而受到損害的問題。

換句話說，本發明的3D列印機實可為各種型態的3D列印機，且本發明的控制方法可用於協助各種型態的3D列印機解決為了清潔3D噴頭而可能損害2D噴頭的問題。

以上所述僅為本發明之較佳具體實例，非因此即侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明內容所為之等效變化，均同理皆包含於本發明之範圍內，合予陳明。

S10~S22:控制步驟

Claims (15)

1. 一種3D列印機，包括：一列印平台，用以承載一列印物件；一列印頭，由一2D噴頭及一3D噴頭組成，並且該2D噴頭相對於該3D噴頭具有一位置偏移量；一清潔元件，用以對該3D噴頭進行清潔動作；及一維護單元，用以對該2D噴頭進行維護動作；其中，該3D列印機於進入一工作狀態時，控制該列印頭於該列印平台上移動，以列印該列印物件；其中，該3D列印機於進入一非工作狀態時，依據該列印頭的目前位置、該清潔元件的位置以及該位置偏移量計算一清潔路徑終點，並且控制該列印頭沿著一清潔路徑移動至該清潔路徑終點，再依據該位置偏移量控制該列印頭由該清潔路徑終點上進行一補償移動，以令該2D噴頭進入該維護單元中進行維護動作；其中，該列印頭沿著該清潔路徑移動時，該2D噴頭不會經過該清潔元件正上方，而不會碰撞該清潔元件，並且該列印頭進行該補償移動時，該2D噴頭不會經過該清潔元件正上方，而不會碰撞該清潔元件。
2. 如請求項1所述的3D列印機，其中該清潔元件與該維護單元為共同設置的一清潔模組，並且該清潔元件與該維護單元於該清潔模組上的相對位置與相對距離相同於該3D噴頭與該2D噴頭於該列印頭上的相對位置與相對距離。
3. 如請求項1所述的3D列印機，其中該3D列印機內部定義有一列印起始點，該3D列印機於進入該工作狀態時，是控制該列印頭移動至該列印起始點以對該列印頭進行初始定位，並且該3D列印機於進入該非工作狀態時，是依據該列印頭的目前位置、該列印起始點的位置、該清潔元件的位置以及該位置偏移量計算該清潔路徑終點。
4. 如請求項3所述的3D列印機，其中該位置偏移量是該2D噴頭距離該3D噴頭最遠的一墨水噴嘴相對於該3D噴頭的一擠出口的偏移量，並且該3D列印機是於該擠出口移動至該列印起始點時完成對該列印頭的初始定位。
5. 如請求項3所述的3D列印機，其中該位置偏移量包括相對於該列印平台的X軸的一橫向偏移量及相對於該列印平台的Y軸的一縱向偏移量。
6. 如請求項5所述的3D列印機，其中該3D列印機是將該列印起始點與該清潔元件於X軸上的距離減去該橫向偏移量以計算一X軸移動終點，將該列印起始點與該清潔元件於Y軸上的距離減去該縱向偏移量以計算一Y軸移動終點，並依據該X軸移動終點及該Y軸移動終點產生該清潔路徑終點。
7. 如請求項6所述的3D列印機，其中該3D列印機於該非工作狀態中是依據該清潔路徑控制該列印頭移動至該清潔路徑終點，該清潔路徑於X軸的最大移動坐標不超過該X軸移動終點，並且該清潔路徑於Y軸的最大移動坐標不超過該Y軸移動終點。
8. 一種3D列印機的移動路徑控制方法，運用於具有一列印平台、由一2D噴頭及一3D噴頭組成的一列印頭、對該2D噴頭進行維護動作的一維護單元及對該3D噴頭進行清潔動作的一清潔元件的一3D列印機，其中該2D噴頭相對於該3D噴頭具有一位置偏移量，並且該移動路徑控制方法包括： a)於該3D列印機進入一工作狀態時，控制該列印頭於該列印平台上移動，以列印一列印物件；b)於該3D列印機進入一非工作狀態時，依據該列印頭的目前位置、該清潔元件的位置以及該位置偏移量計算一清潔路徑終點；c)控制該列印頭沿著一清潔路徑移動至該清潔路徑終點，其中該列印頭沿著該清潔路徑移動時，該2D噴頭不會經過該清潔元件正上方，而不會碰撞該清潔元件；及d)依據該位置偏移量控制該列印頭由該清潔路徑終點上進行一補償移動，以令該2D噴頭進入該維護單元中進行維護動作，其中該列印頭進行該補償移動時，該2D噴頭不會經過該清潔元件正上方，而不會碰撞該清潔元件。
9. 如請求項8所述的移動路徑控制方法，其中該清潔元件與該維護單元為共同設置的一清潔模組，並且該清潔元件與該維護單元於該清潔模組上的相對位置與相對距離相同於該3D噴頭與該2D噴頭於該列印頭上的相對位置與相對距離。
10. 如請求項8所述的移動路徑控制方法，其中該3D列印機內定義有一列印起始點，並且步驟a)包括：a1)於進入一工作狀態時，控制該列印頭移動至該列印起始點以對該列印頭進行初始定位；及a2)於初始定位完成後控制該列印頭於該列印平台上移動，以列印該列印物件；其中，步驟b)是依據該列印頭的目前位置、該列印起始點的位置、該清潔元件的位置以及該位置偏移量計算該清潔路徑終點。
11. 如請求項10所述的移動路徑控制方法，其中該位置偏移量是該2D噴頭距離該3D噴頭最遠的一墨水噴嘴相對於該3D噴頭的一擠出口的偏移量，步驟a1)是於該擠出口移動至該列印起始點時完成對該列印頭的初始定位。
12. 如請求項10所述的移動路徑控制方法，其中該位置偏移量包括相對於該列印平台的X軸的一橫向偏移量及相對於該列印平台的Y軸的一縱向偏移量。
13. 如請求項12所述的移動路徑控制方法，其中步驟b)是將該列印起始點與該清潔元件於X軸上的距離減去該橫向偏移量以計算一X軸移動終點，將該列印起始點與該清潔元件於Y軸上的距離減去該縱向偏移量以計算一Y軸移動終點，並依據該X軸移動終點及該Y軸移動終點產生該清潔路徑終點。
14. 如請求項13所述的移動路徑控制方法，其中步驟c)是依據該清潔路徑控制該列印頭移動至該清潔路徑終點，其中該清潔路徑於X軸的最大移動坐標不超過該X軸移動終點，並且該清潔路徑於Y軸的最大移動坐標不超過該Y軸移動終點。
15. 如請求項8所述的移動路徑控制方法，其中更包括下列步驟：e)判斷該3D列印機是否恢復該工作狀態；f)於恢復該工作狀態前，持續藉由該維護單元對該2D噴頭進行維護動作；及g)於恢復該工作狀態後，再次步驟a)至步驟d)。

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