TWI712485B - 可動組件之一體化積層製造方法 - Google Patents

Abstract

本案關於一種可動組件之積層製造方法，包括步驟：(a)積層製造一可動組件，其中可動組件包括至少一主機械元件以及至少一副機械元件，至少一主機械元件具有一第一容置空間以及一第二容置空間，第一容置空間與第二容置空間彼此相互連通，且至少一副機械元件於積層製造時容置於第一容置空間；以及(b)移動至少一副機械元件至第二容置空間。藉由設計可動組件的積層製造之初始位置與使用位置相互連接，使可動組件於生產時符合製程限制要求，維持各部件間之間隙限制，而於生產後直接將可動組件的副機械元件移動至使用位置進行使用，毋需再進行組裝。

Description

可動組件之一體化積層製造方法

本案為關於一種積層製造之方法，尤指一種可動組件之一體化積層製造方法。

近年來積層製造(Additive Manufacturing)的技術大幅度的進步，由於速度的大幅提升，使積層製造能夠進行批量量產，且積層製造相對於傳統製造來的限制更少，所以在產品的設計上能夠透過積層製造來提產品性能。以一般事務機之紙匣壓上板為例，其構成部件包含壓上板、右規置板、左規置板、右側齒條、左側齒條、齒輪以及按鈕等，均得以由積層製造進行生產。惟為達成各部件間可動之功能，僅採用組裝的方式架構整體結構。且礙於現行積層製造之限制，各部件於生產時必須各別進行，之再進行組裝，過程繁瑣且耗時。

另一方面，雖然積層製造已可應用於各部件的批量量產，但仍存有部份限制。例如粉體熔化成型(Powder Bed Fusion, PBF)技術雖具有無須支撐的特點，而可實現各種細密部件的積層製造。但受限於粉體熔化成型技術之最小距離限制，於批次生產多數個部件時，各部件間之距離必須大於粉體熔化成型技術之最小距離限制，使各部件間維持必要的間隙空間，以在生產的過程中能夠讓熱量散出，同時避免各部件間在降溫的過程中黏著而成為不良品。因此，若將傳統粉體熔化成型技術應用於生產例如前述事務機之紙匣壓上板等可動組件時，欲使其構成部件進行一體化的積層製造，達成生產後無需組裝、簡化生產流程等目的，仍有待開發研究。

因此，如何發展一種可動組件之一體化積層製造方法來解決現有技術所面臨的問題，實為本領域亟待解決的課題。

本案的目的在於提供一種可動組件之一體化積層製造方法。藉由設計可動組件的積層製造之初始位置與使用位置相互連接，即可以例如粉體熔化成型技術實現可動組件一體化積層製造之方法，使可動組件於生產時符合製程限制要求，維持各部件間之間隙限制，而於生產後直接將可動組件的副機械元件移動至使用位置進行使用，毋需再進行組裝。有效簡化組裝流程、節省成本，並提昇操作效能。

本案的目的在於提供一種可動組件之一體化積層製造方法。藉由提供一可動組件的積層製造之初始位置與使用位置，使其相互連接，即可實現可動組件一體化積層製造之方法。其中可動組件於積層製造之初始位置維持各部件間之間隙需求，確保不因降溫過程中熱量無法散出而各部件黏著，且於生產後將可動組件的副機械元件移動至使用位置進行使用。此外，於積層製造之初始位置與使用位置之間更設置有一阻逆部，用以阻擋可動組件的副機械元件由使用位置移動至積層製造之初始位置，防止副機械元件的誤置。

為達到前述目的，本案提供一種可動組件之積層製造方法，包括步驟：(a)積層製造一可動組件，其中可動組件包括至少一主機械元件以及至少一副機械元件，至少一主機械元件具有一第一容置空間以及一第二容置空間，第一容置空間與第二容置空間彼此相互連通，且至少一副機械元件於積層製造時容置於第一容置空間；以及(b)移動至少一副機械元件至第二容置空間。

於一實施例中，於步驟(a)中至少一副機械元件容置於至少一主機械元件之第一容置空間時，至少一副機械元件與至少一主機械元件之間具有一第一間隙。

於一實施例中，第一間隙範圍介於0.3mm至0.5mm。

於一實施例中，至少一副機械元件容置於至少一主機械元件之第二容置空間時，至少一副機械元件與至少一主機械元件之間具有一第二間隙，其中第二間隙小於或等於第一間隙。

於一實施例中，至少一副機械元件容置於至少一主機械元件之第二容置空間時，至少一副機械元件與至少一主機械元件彼此相互嚙合。

於一實施例中，可動組件更包括一可撓部，設置於第一容置空間與第二容置空間，於步驟(b)中，擋止至少一副機械元件由第二容置空間移動至第一容置空間。

於一實施例中，步驟(a)係由一粉體熔化成型技術積層製造可動組件。

於一實施例中，主機械元件包括至少一齒輪，樞接設置於主機械元件，副機械元件包括至少一齒條，於副機械元件移動至第二容置空間時，至少一齒條與至少一齒輪嚙合。

於一實施例中，至少一齒輪位於第一容置空間與第二容置空間之交集。

於一實施例中，主機械元件包括至少一齒紋，設置於主機械元件，副機械元件包括至少一干涉齒紋，於副機械元件移動至第二容置空間時，至少一齒紋與至少一干涉齒紋相互干涉。

於一實施例中，至少一齒紋位於第二容置空間。

於一實施例中，主機械元件包括至少一外輪圈，副機械元件包括至少一內中軸，至少一內中軸貫穿至少一外輪圈，於副機械元件移動至第二容置空間時，至少一外輪圈維持壓抵至少一內中軸。

於一實施例中，第一容置空間與第二容置空間之交集位於至少一外輪圈之內。

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，且其中的說明及圖式在本質上為當作說明之用，而非用於限制本案。

第1圖係揭示本案較佳實施例之可動組件之積層製造方法流程圖。第2圖係揭示本案第一較佳實施例之可動組件之結構示意圖。於本實施例中，首先，如步驟S1所示，積層製造一可動組件1a，其中可動組件1a包括至少一主機械元件10a以及至少一副機械元件11a，至少一主機械元件10a具有一第一容置空間12a以及一第二容置空間13a，第一容置空間12a與第二容置空間13彼此相互連通，且至少一副機械元件11a於積層製造時容置於第一容置空間12a。於本實施例中，步驟S1之積層製造可利用例如一粉體熔化成型(Powder Bed Fusion, PBF)技術製得可動組件10a。於步驟S1中，可動組件1a的至少一副機械元件11a於積層製造生產時，均位於第一容置空間12a，即可動組件1a生產完成後的初始位置即維持於在積層製造之初始位置狀態。值得注意的是，至少一副機械元件11a與至少一主機械元件10a於步驟S1中，必須維持必要的間隙需求，確保不因降溫過程中熱量無法散出而使至少一副機械元件11a與至少一主機械元件10a發生黏著。因此，於步驟S1中，至少一副機械元件11a容置於至少一主機械元件10a之第一容置空間12a時，至少一副機械元件11a與至少一主機械元件10之間具有一最小之第一間隙D1。其中第一間隙範圍介於0.3mm至0.5mm，以符合積層製造生產需求。而完成生產後，至少一副機械元件11a即可被移動至第二容置空間13a進行使用。於本實施例中，至少一副機械元件11a於第二容置空間13a內進行使用時，若至少一副機械元件11a與至少一主機械元件10a之間之最小間隙均大於或等於第一間隙D1，且至少一副機械元件11a於相對至少一主機械元件10a移動範圍M均不相干涉，則於生產後可將可動組件1a的副機械元件11a移動至使用位置13a進行使用。於本實施例中，第一容置空間12a更例如包含於第二容置空間13a之內，但本案並不以此為限。於另一實施例中，副機械元件11a於相對主機械元件10移動範圍M均保持大於或等於第一間隙D1，則副機械元件11a於第二容置空間13a中移動範圍M內之任一位置，均可作為積層製造之初始位置，即架構為第一容置空間12a。藉此，可動組件1a於生產時符合製程限制要求，維持各部件間之間隙限制，而於生產後直接將可動組件1a的副機械元件11a移動至第二容置空間12的使用位置進行使用，毋需再進行組裝。有效簡化組裝流程、節省成本，並提昇操作效能。

第3圖係揭示本案第二較佳實施例之可動組件之結構示意圖。於本實施例中，可動組件1b與第2圖所示的可動組件1a相似，且相同的元件標號代表相同的元件、結構與功能，於此不再贅述。於本實施例中，可動組件1b同樣利用例如第1圖所示之積層製造方法所製得，且於步驟S1後，可動組件1b之副機械元件11b同樣容置於第一容置空間12b，不與主機械元件10b接觸，最小間隙維持在第一間隙D1之範圍，例如0.3mm至0.5mm之間。惟不同於前述實施例，移動至第二容置空間13b之副機械元件11b’則與主機械元件10b產生物理性的干涉，例如接觸、磨擦或嚙合，俾以達成可動組件1b的作動。於本實施例中，可動組件1b更包括一阻逆部14b，設置於第一容置空間12b與第二容置空間13b，且具有單向不可逆之撓性特徵，俾以於第1圖中之步驟S2中，提供擋止已進入第二容置空間13b之副機械元件11b’再由第二容置空間13b移動至第一容置空間12b，即防止已進入第二容置空間13b使用位置之副機械元件11a’再誤置重回到生產初始位置的第一容置空間12b。

第4圖係揭示本案第三較佳實施例之可動組件之結構示意圖。於本實施例中，可動組件1c與第2圖所示的可動組件1a相似，且相同的元件標號代表相同的元件、結構與功能，於此不再贅述。於本實施例中，可動組件1c同樣利用例如第1圖所示之積層製造方法所製得，且於步驟S1後，可動組件1c之副機械元件11c同樣容置於第一容置空間12c，不與主機械元件10c接觸，最小間隙維持在第一間隙D1之範圍，例如0.3mm至0.5mm之間。另外，於本實施例中，移動至主機械元件10c之第二容置空間13c的副機械元件11c’與主機械元件10c之間具有一第二間隙D2，其中第二間隙D2小於或等於該第一間隙D1，俾以達成可動組件1c的作動。於本實施例中，可動組件1c同樣包括一阻逆部14c，設置於第一容置空間12c與第二容置空間13c，且具有單向不可逆之撓性特徵，俾以於第1圖中之步驟S2中，提供擋止已進入第二容置空間13c之副機械元件11c’再由第二容置空間13c移動至第一容置空間12c，即防止已進入第二容置空間13c使用位置之副機械元件11c’再誤置重回到生產初始位置的第一容置空間12c。

第5圖係揭示本案第四較佳實施例之可動組件之結構示意圖。於本實施例中，可動組件1d與第2圖所示的可動組件1a相似，且相同的元件標號代表相同的元件、結構與功能，於此不再贅述。於本實施例中，可動組件1d同樣利用例如第1圖所示之積層製造方法所製得，且於步驟S1後，可動組件1d之副機械元件11d同樣容置於第一容置空間12d，不與主機械元件10d接觸，最小間隙維持在第一間隙D1之範圍，例如0.3mm至0.5mm之間。另外，於本實施例中，移動至主機械元件10d之第二容置空間13d的副機械元件11d’具有一部份與主機械元件10d之間產生物理性的干涉，例如接觸、磨擦或嚙合，亦具有一部份與主機械元件10d維持第二間隙D2，其中第二間隙D2小於或等於該第一間隙D1，俾以達成可動組件1d的作動。於本實施例中，可動組件1d同樣包括一阻逆部14d，設置於第一容置空間12d與第二容置空間13d，且具有單向不可逆之撓性特徵，俾以於第1圖中之步驟S2中，提供擋止已進入第二容置空間13d之副機械元件11d’再由第二容置空間13d移動至第一容置空間12d，即防止已進入第二容置空間13d使用位置之副機械元件11d’再誤置重回到生產初始位置的第一容置空間12d。

值得注意的是，前述實施例中，本案可動組件之一體化積層製造方法可視實際應用需求設計副機械元件11a、11b、11c、11d相對於主機械元件10a、10b、10c、10d中第一容置空間12a、12b、12c、12d與第二容置空間13a、13b、13c、13d之位置。例如，第2圖中所示之副機械元件11a因於移動範圍M內均不相干涉或接觸，因此其對應主機械元件10a的第一容置空間12a可任意設置於第二容置空間13a中的位置，即第一容置空間12a包含於第二容置空間13a之內。又，例如第3圖至第5圖中所示之副機械元件11b、11c、11d因於移動範圍M內可能產生干涉、接觸或具有小於第一間隙D1之第二間隙D2，因此，副機械元件11b、11c、11d於進行積層製造時需藉由設計第一容置空間12b、12c、12d使副機械元件11b、11c、11d與主機械元件10b、10c、10d之間的最小間隙維持在第一間隙D1範圍，俾使可動組件1b、1c、1d於容置於第一容置空間12b、12c、12d(即位於積層製造之初始位置)時維持主機械元件10b、10c、10d與副機械元件11b、11c、11d之間的最小間隙需求，確保不因降溫過程中熱量無法散出而各部件黏著，且於生產後可順利將可動組件1b、1c、1d的副機械元件11b、11c、11d移動至第二容置空間13b、13c、13d(即位於使用位置)進行使用。

另一方面，例如第3圖至第5圖中所示，由於主機械元件10b、10c、10d包含之第一容置空間12b、12c、12d與對應的第二容置空間13b、13c、13d分別相互連通，因此副機械元件11b、11c、11d可於其所對應的第一容置空間12b、12c、12d與第二容置空間13b、13c、13d之間移動。於本實施例中，主機械元件10b、10c、10d於彼此連通的第一容置空間12b、12c、12d與對應的第二容置空間13b、13c、13d之間一阻逆部14b、14c、14d，用以阻擋可動組件1b、1c、1d的副機械元件由第二容置空間13b、13c、13d(即位於使用位置)移動至第一容置空間12b、12c、12d(即位於積層製造之初始位置)，防止副機械元件11b、11c、11d的誤置，確保例如第3圖中副機械元件11b與主機械元件10b的干涉作用運作正常，抑或確保例如第4圖中副機械元件11b與主機械元件10b維持第二間隙D2而移動。當然，本案並不以此為限。

應強調的是，本案一體化積層製造方法可因應實際應用需求設計可動組件1a、1b、1c、1d的結構。以下將分別以一體化紙匣壓上板以及一體化傳動輪軸之可動組件為例，進一步說明本案一體化積層製造方法適用之可動組件。

第6圖至第7圖係揭示本案一體化紙匣壓上板之可動組件於積層製造之初始位置之立體結構圖。第8圖係揭示本案一體化紙匣壓上板之可動組件於積層製造之初始位置的底視圖。第9圖及第10圖分別係第7圖不同區域之局部結構放大圖。第11圖及第12圖係揭示本案一體化紙匣壓上板之可動組件於使用位置之立體結構圖。第13圖係揭示本案一體化紙匣壓上板之可動組件於使用位置的底視圖。第14圖及第15圖分別係第12圖不同區域之局部結構放大圖。於本實施例中，例如一體化紙匣壓上板之可動組件1包括例如壓上板之主機械元件10以及例如左右規置板副機械元件11。主機械元件10包括至少一齒輪101，樞接設置於主機械元件10，又例如規置板之副機械元件11包括至少一齒條111。其中如第6圖至第9圖所示，在積層製造之初始位置，即副機械元件11之至少一齒條111容置於第一容置空間121時，至少一齒條111與至少一齒輪101之間保持符合積層製造所需之最小間隙而不相接觸，確保不因降溫過程中熱量無法散出而使至少一齒條111與至少一齒輪101黏著。又如第11圖至第14圖所示，於副機械元件11之至少一齒條111移動至第二容置空間131時，至少一齒條111與至少一齒輪101彼此接近而嚙合，順利達成副機械元件11相對主機械元件10移動之一體化設計。於本實施例中，至少一齒輪101同時位於第一容置空間121與第二容置空間131之交集，但本案並不受限於此。另一方面，於本實施例中，主機械元件10更包括至少一齒紋102，設置於主機械元件10上，用以提供一干涉作用。相對於主機械元件10之至少一齒紋102，副機械元件11則包括至少一干涉齒紋112。其中如第6圖至第8圖及第10圖所示，在積層製造之初始位置，即副機械元件11之至少一齒紋112容置於第一容置空間122時，至少一齒紋102與至少一干涉齒紋112之間保持符合積層製造所需之最小間隙而不相接觸，確保不因降溫過程中熱量無法散出而使至少一齒紋條102與至少一干涉齒紋112黏著。又如第11圖至第13圖及第15圖所示，於副機械元件11之至少一干涉齒紋112移動至第二容置空間132時，至少一干涉齒紋112與至少一齒紋102彼此緊密接觸而相互干涉，順利達成副機械元件11相對主機械元件10移動之一體化設計。於本實施例中，至少一干涉齒紋102僅位於該第二容置空間。當然，本案並不以此為限。

另外，第16圖係揭示本案一體化傳動輪軸之可動組件於積層製造之初始位置的截面圖。17圖係揭示本案一體化傳動輪軸之可動組件於用位置的截面圖。於本實施例中一體化傳動輪軸之可動組件1’可例如是一皮帶驅動之傳動輪軸，包括具有例如外輪圈103之主機械元件10以及具有例如內中軸113之副機械元件11。於本實施例中，主機械元件10之第一容置空間123與第二容置空間133之交集設置於外輪圈103之內。其中如第16圖所示，在積層製造之初始位置，副機械元件11之內中軸113與主機械元件10之外輪圈103保持符合積層製造所需之最小間隙而不相接觸，確保不因降溫過程中熱量無法散出而使副機械元件11之內中軸113與主機械元件10之外輪圈103黏著。又如第17圖所示，在使用位置，副機械元件11之內中軸113與主機械元件10之外輪圈103相接觸，且外輪圈103維持壓抵內中軸113，俾於例如一皮帶驅動外輪圈103時，內中軸113作為轉軸功能。於其他實施例中，前述主機械元件10亦可設有阻逆部14b、14c、14d(參考第3圖至第5圖)。當然，阻逆部14b、14c、14d之位置亦可視實際應用需求調變，設置於例如第一容置空間12b、12c、12d與其對應第二容置空間13b、13c、13d之間，以有效區隔積層製造之生產位置與使用位置，於此便不再贅述。

應強調的是，本案可動組件1、1’、1a、1b、1c、1d之一體化積層製造方法可因應實際應用需求設計可動組件各組件間之位置，以同時符合積層製造生產時的製程限制要求，並於積層製造生產後直接移動使用，有效達成一體化的設計要求。

綜上所述，本案提供一種可動組件之一體化積層製造方法。藉由設計可動組件的積層製造之初始位置與使用位置相互連接，即可以例如粉體熔化成型技術實現可動組件一體化積層製造之方法，使可動組件於生產時符合製程限制要求，維持各部件間之間隙限制，而於生產後直接將可動組件的副機械元件移動至使用位置進行使用，毋需再進行組裝。有效簡化組裝流程、節省成本，並提昇操作效能。此外，藉由提供一可動組件的積層製造之初始位置與使用位置，使其相互連接，即可實現可動組件一體化積層製造之方法。其中可動組件於積層製造之初始位置維持各部件間之間隙需求，確保不因降溫過程中熱量無法散出而各部件黏著，且於生產後將可動組件的副機械元件移動至使用位置進行使用。此外，於積層製造之初始位置與使用位置之間更設置有一阻逆部，用以阻擋可動組件的副機械元件由使用位置移動至積層製造之初始位置，防止副機械元件的誤置。

本案得由熟習此技術的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。

1、1’、1a、1b、1c、1d:可動組件10、10a、10b、10c、10d:主機械元件101:齒輪102:齒紋103:外輪圈11、11a、11a’、11b、11b’、11c、11c’、11d、11d’:副機械元件111:齒條112:干涉齒紋113:內中軸121、122、123、12a、12b、12c、12d:第一容置空間131、132、133、13a、13b、13c、13d:第二容置空間14b、14c、14d:阻逆部D1:第一間隙D2:第二間隙M:移動範圍S1~S2:步驟

第1圖係揭示本案較佳實施例之可動組件之積層製造方法流程圖。

第2圖係揭示本案第一較佳實施例之可動組件之結構示意圖。

第3圖係揭示本案第二較佳實施例之可動組件之結構示意圖。

第4圖係揭示本案第三較佳實施例之可動組件之結構示意圖。

第5圖係揭示本案第四較佳實施例之可動組件之結構示意圖。

第6圖係揭示本案一體化紙匣壓上板之可動組件於積層製造之初始位置之立體結構圖。

第7圖係揭示本案一體化紙匣壓上板之可動組件於積層製造之初始位置在另一視角之立體結構圖。

第8圖係揭示本案一體化紙匣壓上板之可動組件於積層製造之初始位置的底視圖。

第9圖係第7圖之局部結構放大圖。

第10圖係第7圖之另一局部結構放大圖。

第11圖係揭示本案一體化紙匣壓上板之可動組件於使用位置之立體結構圖。

第12圖係揭示本案一體化紙匣壓上板之可動組件於使用位置在另一視角之立體結構圖。

第13圖係揭示本案一體化紙匣壓上板之可動組件於使用位置的底視圖。

第14圖係第12圖之局部結構放大圖。

第15圖係第12圖之另一局部結構放大圖。

第16圖係揭示本案一體化傳動輪軸之可動組件於積層製造之初始位置的截面圖。

第17圖係揭示本案一體化傳動輪軸之可動組件於用位置的截面圖。

S1~S2:步驟

Claims (10)

1. 一種可動組件之積層製造方法，包括步驟：(a)積層製造一可動組件，其中該可動組件包括至少一主機械元件以及至少一副機械元件，該至少一主機械元件具有一第一容置空間以及一第二容置空間，該第一容置空間與該第二容置空間彼此相互連通，且該至少一副機械元件於積層製造時容置於該第一容置空間；以及(b)移動該至少一副機械元件至該第二容置空間，其中該可動組件更包括一阻逆部，設置於該第一容置空間與該第二容置空間，擋止該至少一副機械元件由該第二容置空間移動至該第一容置空間。
2. 如請求項1中所述之可動組件之積層製造方法，其中於該步驟(a)中該至少一副機械元件容置於該至少一主機械元件之該第一容置空間時，該至少一副機械元件與該至少一主機械元件之間具有一第一間隙。
3. 如請求項2中所述之可動組件之積層製造方法，其中該第一間隙範圍介於0.3mm至0.5mm。
4. 如請求項2中所述之可動組件之積層製造方法，其中該至少一副機械元件容置於該至少一主機械元件之該第二容置空間時，該至少一副機械元件與該至少一主機械元件之間具有一第二間隙，其中該第二間隙小於或等於該第一間隙。
5. 如請求項2中所述之可動組件之積層製造方法，其中該至少一副機械元件容置於該至少一主機械元件之該第二容置空間時，該至少一副機械元件與該至少一主機械元件彼此相互嚙合。
6. 如請求項1中所述之可動組件之積層製造方法，其中該步驟(a)係由一粉體熔化成型技術積層製造該可動組件。
7. 如請求項1中所述之可動組件之積層製造方法，其中該主機械元件包括至少一齒輪，樞接設置於主機械元件，該副機械元件包括至少一齒條，於該副機械元件移動至該第二容置空間時，該至少一齒條與該至少一齒輪嚙合。
8. 如請求項7中所述之可動組件之積層製造方法，其中該至少一齒輪位於該第一容置空間與該第二容置空間之交集。
9. 如請求項1中所述之可動組件之積層製造方法，其中該主機械元件包括至少一齒紋，設置於主機械元件，該副機械元件包括至少一干涉齒紋，於該副機械元件移動至該第二容置空間時，該至少一齒紋與該至少一干涉齒紋相互干涉。
10. 如請求項9中所述之可動組件之積層製造方法，其中該至少一齒紋位於該第二容置空間。

Images