TWI713885B

TWI713885B - 用於積層製造的升降裝置及其操作方法

Info

Publication number: TWI713885B
Application number: TW107129515A
Authority: TW
Inventors: 高懷恩; 陳馨寶; 嚴瑞雄
Original assignee: 東台精機股份有限公司
Priority date: 2018-08-23
Filing date: 2018-08-23
Publication date: 2020-12-21
Also published as: TW202009128A

Abstract

一種用於積層製造的升降裝置及其操作方法，該升降裝置包含一基座、一製程模組、一供粉模組、一連動模組及一升降模組，該基座形成一製程空間及一供粉空間，該製程模組包含一製程底座，該供粉模組包含一供粉底座。在本發明中，該製程底座及該供粉底座同時透過驅動該升降模組進行移動，藉此將習知的二個動力源整合為一個動力源。

Description

用於積層製造的升降裝置及其操作方法

本發明係關於一種升降裝置及其操作方法，特別是關於一種用於積層製造的升降裝置及其操作方法。

積層製造技術又稱三維(3D)列印或者快速成型。它是一種以數據模型資料為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料或者熔絲，通過逐層堆疊累積的方式來構造物體的技術。目前常用的積層製造方法包含雷射粉床熔融、電子束粉床熔融、雷射同軸送粉及電弧熔絲成型。其中的雷射粉床熔融成形技術作為一種新型積層製造技術，不需要傳統的模具、刀具、夾具及多道加工工序，在一台設備上可快速而精密地製造出任意複雜形狀的零件，從而實現自由製造，解決許多過去難以製造的複雜結構零件，並大大減少了加工工序，縮短了加工週期，而且愈是複雜結構產品，其優勢愈為凸顯。

習知三維列印設備是透過一升降裝置作為一第一動力源驅動一製程工件在一製程腔體中抬升或下降，並且透過另一個升降裝置作作為一第二動力源，將粉末推送至該製程腔體中。然而，控制二個動力源的操作較繁複且能源耗費較高，對於後續的組裝、拆卸及保養也較為不便。

因此，有必要提供改良的一種用於積層製造的升降裝置，以解決上述習用技術所存在的問題。

本發明之主要目的在於提供一種用於積層製造的升降裝置，利用該製程底座及該供粉底座同時透過該升降模組進行移動，藉此將習知的二個動力源整合為一個動力源。

為達上述之目的，本發明提供一種用於積層製造的升降裝置，設置在一台三維列印設備的一製程腔體中，該升降裝置包含一基座、一製程模組、一供粉模組、一連動模組及一升降模組；該基座設置在該製程腔體中，該基座形成一製程空間及一供粉空間，該製程空間配置用以製作一製程工件，該供粉空間配置用以容置一粉末；該製程模組包含一製程底座及一製程支撐桿，該製程底座設置在該製程空間中，該製程支撐桿設置在該製程底座的一底部，用以支撐及上下移動該製程底座；該供粉模組包含一供粉底座及一供粉引導器，該供粉底座設置在該供粉空間中，該供粉引導器設置在該供粉底座的一底部，用以支撐及上下移動該供粉底座；該連動模組包含一固定軸及一連動組件，該固定軸設置在該基座的一底部，該連動組件樞接在該固定軸上，而且該連動組件的二端分別連接該製程底座及該供粉底座，該連動組件配置用於以該固定軸為一支點，使該連動組件的二端分別沿著二相反方向連動該製程底座及該供粉底座；該升降模組設置在該連動模組下方，且該升降模組包含一升降座及一升降桿，該升降座配置用以連接該製程支撐桿，該升降桿設置在該升降座的一底部，用以支撐及上下移動該升降座。

在本發明之一實施例中，該連動組件具有一連接件、一製程延伸件及一供粉延伸件，該連接件樞接在該固定軸上，該製程延伸件樞接在該連接件的一第一端，該供粉延伸件樞接在該連接件的第二端。

在本發明之一實施例中，該連接件的一支點樞接在該固定軸上，該支點至該第一端的一第一長度以及該支點至該第二端的一第二長度的比例為1：1。

在本發明之一實施例中，該供粉引導器具有一供粉支撐桿及一限位部，該供粉支撐桿設置在該供粉底座的一底部，用以支撐及上下移動該供粉底座，該供粉支撐桿穿過該限位部，且限制該供粉支撐桿朝上或朝下移動。

在本發明之一實施例中，該基座另形成一回收粉槽，用以回收該粉末。

在本發明之一實施例中，該製程模組另包含一製程底板，設置在該製程底座的一頂部。

在本發明之一實施例中，該基座具有一本體及一卡合部，該卡合部自該本體周緣向外延伸，而且該卡合部配置用以卡合在該製程腔體的一底部。

在本發明之一實施例中，該升降座具有一定位部，該定位部配置用以連接該製程支撐桿。

為達上述之目的，本發明提供一種用於積層製造的升降裝置的操作方法，該操作方法包括一備置步驟、一供粉步驟、一列印步驟及一下降步驟；在該備置步驟中，將該製程模組的製程底座移動至該製程空間的一頂部，同時將該供粉底座移動至該供粉空間的一底部，並且將一粉末填充至該供粉空間中；在該供粉步驟中，利用該三維列印設備的一刮刀將該粉末推抹至該製程空間中，並且利用該刮刀將該製程空間中多餘的粉末推抹至一回收粉槽中；在該列印步驟中，利用該三維列印設備的一雷射裝置對該製程空間中的粉末進行燒結來製作一製程工件；在該下降步驟中，驅動該升降座連動該製程底座向下移動，使該連動組件連動該供粉底座向上移動，進而將該供粉空間中的粉末往上推抵，接著返回進行該供粉步驟，直到該製程工件完成。

在本發明之一實施例中，在該下降步驟中，該供粉底座向上移動的一距離是該製程底座向下移動的一距離的1倍或以上。

如上所述，本發明用於積層製造的升降裝置利用該製程底座及該供粉底座同時透過該升降模組進行移動，藉此將習知的二個動力源整合為一個動力源。另外，該製程腔體可為現有一般製程腔體的尺寸，利用將該基座安裝至該製程腔體上，能夠縮小該製程空間及該供粉空間，其中縮小列印範圍可以降低該粉末的損失，而且也方便於該基座的組裝、拆卸及保養。

101:製程腔體

102:製程工件

103:刮刀

104:粉末

2:基座

21:本體

22:卡合部

23:製程空間

24:供粉空間

25:回收粉槽

3:製程模組

31:製程底座

32:製程支撐桿

33:製程底板

4:供粉模組

41:供粉底座

42:供粉引導器

421:供粉支撐桿

422:限位部

5:連動模組

51:固定軸

52:連動組件

521:連接件

522:製程延伸件

523:供粉延伸件

6:升降模組

61:升降座

62:升降桿

611:定位部

S201:備置步驟

S202:供粉步驟

S203:列印步驟

S204:下降步驟

第1圖是依據本發明用於積層製造的升降裝置的一較佳實施例的製程底座及供粉底座在製程原點位置的一示意圖。

第2圖是依據本發明用於積層製造的升降裝置的一較佳實施例的製程底座移動至製程空間中段的一示意圖。

第3圖是依據本發明用於積層製造的升降裝置的一較佳實施例的製程底座移動至製程空間的底部的一示意圖。

第4圖是依據本發明用於積層製造的升降裝置的操作方法的一較佳實施例的一流程圖。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。

請參照第1及2圖所示，為本發明用於積層製造的升降裝置的一較佳實施例，其中該升降裝置設置在一台三維列印設備的一製程腔體101中，而且該升降裝置包括一基座2、一製程模組3、一供粉模組4、一連動模組5及一升降模組6。本發明將於下文詳細說明各元件的細部構造、組裝關係及其運作原理。

續參照第1及2圖所示，該基座2設置在該製程腔體101中，該基座2具有一本體21及一卡合部22，其中該卡合部22自該本體21周緣向外延伸，而且該卡合部22配置用以卡合在該製程腔體101的一底部。另外，該基座2的本體21形成一製程空間23、一供粉空間24及一回收粉槽25，其中該製程空間23配置用以製作一製程工件102，該供粉空間24配置用以容置一粉末104，該回收粉槽25用以回收該粉末104。

續參照第1及2圖所示，該製程模組3包含一製程底座31、一製程支撐桿32及一製程底板33，該製程底座31設置在該製程空間23中，該製程支撐桿32設置在該製程底座31的一底部，該製程支撐桿32配置用以支撐該製程底座31以及上下移動該製程底座31，該製程底板33設置在該製程底座31的一頂部，該製程底板33被配置用以承載待燒結的該粉末104以及燒結完成的該製程工件102。

續參照第1及2圖所示，該供粉模組4包含一供粉底座41及一供粉引導器42，其中該供粉底座41設置在該供粉空間24中，該供粉引導器42設置在該供粉底座41的一底部，該供粉引導器42用以支撐該供粉底座41及上下移動該供粉底座41。進一步來說，該供粉引導器42具有一供粉支撐桿421及一限位部422，該供粉支撐桿421設置在該供粉底座41的一底部，該供粉支撐桿421用以支撐該供粉底座41及上下移動該供粉底座41，該供粉支撐桿421穿過該限位部422，而且該限位部422限制該供粉支撐桿421朝上或朝下移動。

續參照第1及2圖所示，該連動模組5包含一固定軸51及一連動組件52，其中該固定軸51設置在該基座2的一底部，該連動組件52樞接在該固定軸51上，而且該連動組件52的二端分別連接該製程底座31及該供粉底座41，該連動組件52配置用於以該固定軸51為一支點，使該連動組件52的二端分別沿著二相反方向連動該製程底座31及該供粉底座41，例如：該製程底座31朝下移動，該供粉底座41則朝上移動。進一步來說，該連動組件52具有一連接件521、一製程延伸件522及一供粉延伸件523，該連接件521樞接在該固定軸51上，該製程延伸件522樞接該連接件521的一第一端及該製程底座31，該供粉延伸件523樞接該連接件的第二端及該供粉底座41。在本實施例中，該連接件521的一支點樞接在該固定軸51上，較佳地，該支點至該第一端的一第一長度以及該支點至該第二端的一第二長度的比例為1：1。另外，該連接件521樞接在該固定軸51的支點可依照現場條件，對該第一長度及第二長度進行比例調整，使得該供粉底座41向上移動的一距離是該製程底板33向下移動的一距離的1倍、1.25倍、1.5倍、2倍或以上，進而控制該粉末104的提供量。

續參照第1及2圖所示，該升降模組6設置在該連動模組5下方，而且該升降模組6包含一升降座61及一升降桿62，其中該升降座61配置用以連接該製程支撐桿32，該升降桿62設置在該升降座61的一底部，該升降桿62配置用以支撐該升降座61及上下移動該升降座61。進一步來說，該升降座61具有一定位部611，該定位部611配置用以連接該製程支撐桿32，以強化該製程支撐桿32的結構。

依據上述的結構，如第1圖所示，該製程底座31及該供粉底座41在製程原點位置上，即該製程底座31位於該製程空間23的頂部，該供粉底座41位於該供粉空間24的底部；製程開始時，該升降座61會帶動該製程底座31下降一層，使該供粉底座41被該連動模組5連動而向上推升，並將該粉末104向上推擠(如第2圖所示)，此時，該三維列印設備的一刮刀103會將該粉末104從該供粉空間24推抹到該製程空間23，並且將多餘的該粉末104回送至該回收粉槽25中，接著利用該三維列印設備的一雷射裝置(未繪示)對該製程空間中的粉末進行燒結來製作一製程工件，重複驅動該製程底座31下降，使該供粉底座41向上推升而將該粉末104推抹到該製程空間23，最後該供粉底座41會位於該供粉空間24的頂部(如第3圖所示)。當製程完成後，推升該製程底座31及連動該供粉底座41下降至如第1圖的製程原點位置上，更換該回收粉槽25及在該供粉空間24補充該粉末104之後可再繼續另一製程。

如上所述，本發明用於積層製造的升降裝置利用該製程底座31及該供粉底座41同時透過該升降模組6(即單一個動力源)進行移動，藉此將習知的二個動力源整合為一個動力源。另外，該製程腔體101可為現有一般製程腔體的尺寸，利用將該基座2安裝至該製程腔體101上，能夠縮小該製程空間23及該供粉空間24，其中縮小列印範圍可以降低該粉末104的損失，而且也方便於該基座2的組裝、拆卸及保養。

請參照第4圖並配合第1圖所示，本發明用於積層製造的升降裝置的操作方法的一較佳實施例，是利用上述升降裝置進行操作，該操作方法包含一備置步驟S201、一供粉步驟S202、一列印步驟S203及一下降步驟S204。本發明將於下文詳細說明各項步驟的運作流程。

續參照第4圖並配合第1及2圖所示，在該備置步驟S201中，將該製程模組3的製程底座31移動至該製程空間23的一頂部，同時將該供粉底座41移動至該供粉空間24的一底部(即製程原點位置)，並且將一粉末104填充至該供粉空間24中。

續參照第4圖並配合第1及2圖所示，在該供粉步驟S202中，利用該三維列印設備的一刮刀103將該粉末104推抹至該製程空間23中，並且利用該刮刀103將該製程空間23中多餘的粉末104推抹至一回收粉槽25中。

續參照第4圖並配合第1及2圖所示，在該列印步驟S203中，利用該三維列印設備的一雷射裝置(未繪示)對該製程空間23中位於特定位置的粉末104進行燒結來製作一具有預定立體形狀的製程工件102。

續參照第4圖並配合第1及2圖所示，在該下降步驟S204中，驅動該升降座61連動該製程底座31向下移動，使該連動組件52連動該供粉底座41向上移動，進而將該供粉空間24中的粉末104往上推抵，接著返回進行該供粉步驟S202，直到該製程工件102完成。在本實施例中，該供粉底座41向上移動的一距離是該製程底座31向下移動的一距離的1倍或以上。

如上所述，該製程底座31及該供粉底座41同時透過該升降模組6(即單一個動力源)進行移動，藉此將習知的二個動力源整合為一個動力源。另外，該製程腔體101可為現有一般製程腔體的尺寸，利用將該基座2安裝至該製程腔體101上，能夠縮小該製程空間23及該供粉空間24，其中縮小列印範圍可以降低該粉末104的損失，而且也方便於該基座2的組裝、拆卸及保養。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

101‧‧‧製程腔體

2‧‧‧基座

21‧‧‧本體

22‧‧‧卡合部

24‧‧‧供粉空間

25‧‧‧回收粉槽

3‧‧‧製程模組

31‧‧‧製程底座

32‧‧‧製程支撐桿

33‧‧‧製程底板

4‧‧‧供粉模組

41‧‧‧供粉底座

42‧‧‧供粉引導器

421‧‧‧供粉支撐桿

422‧‧‧限位部

5‧‧‧連動模組

51‧‧‧固定軸

52‧‧‧連動組件

521‧‧‧連接件

522‧‧‧製程延伸件

523‧‧‧供粉延伸件

6‧‧‧升降模組

61‧‧‧升降座

62‧‧‧升降桿

611‧‧‧定位部

Claims

一種用於積層製造的升降裝置，設置在一台三維列印設備的一製程腔體中，該升降裝置包括：一基座，設置在該製程腔體中，該基座形成：一製程空間，配置用以製作一製程工件；及一供粉空間，配置用以容置一粉末；一製程模組，包含：一製程底座，設置在該製程空間中；及一製程支撐桿，設置在該製程底座的一底部，用以支撐及上下移動該製程底座；一供粉模組，包含：一供粉底座，設置在該供粉空間中；及一供粉引導器，設置在該供粉底座的一底部，用以支撐及上下移動該供粉底座；一連動模組，包含：一固定軸，設置在該基座的一底部；及一連動組件，樞接在該固定軸上，而且該連動組件的二端分別連接該製程底座及該供粉底座，該連動組件配置用於以該固定軸為一支點，使該連動組件的二端分別沿著二相反方向連動該製程底座及該供粉底座；其中該連動組件具有：一連接件，樞接在該固定軸上；一製程延伸件，樞接在該連接件的一第一端及該製程底座；及一供粉延伸件，樞接在該連接件的第二端及該供粉底座；而且該連接件的一支點樞接在該固定軸上，該支點至該第一端的一第一長度以及該支點至該第二端的一第二長度的比例為1：1；及一升降模組，設置在該連動模組下方，該升降模組包含：一升降座，配置用以連接該製程支撐桿；及一升降桿，設置在該升降座的一底部，用以支撐及上下移動該升降座。
如申請專利範圍第1項所述之用於積層製造的升降裝置，其中該供粉引導器具有：一供粉支撐桿，設置在該供粉底座的一底部，用以支撐及上下移動該供粉底座；及一限位部，該供粉支撐桿穿過該限位部，且限制該供粉支撐桿朝上或朝下移動。
如申請專利範圍第1項所述之用於積層製造的升降裝置，其中該基座另形成一回收粉槽，用以回收該粉末。
如申請專利範圍第1項所述之用於積層製造的升降裝置，其中該製程模組另包含一製程底板，設置在該製程底座的一頂部。
如申請專利範圍第1項所述之用於積層製造的升降裝置，其中該基座具有一本體及一卡合部，該卡合部自該本體周緣向外延伸，而且該卡合部配置用以卡合在該製程腔體的一底部。
如申請專利範圍第1項所述之用於積層製造的升降裝置，其中該升降座具有一定位部，該定位部配置用以連接該製程支撐桿。
一種使用如申請專利範圍第1項所述之用於積層製造的升降裝置的操作方法，該操作方法包括：一備置步驟，將該製程模組的製程底座移動至該製程空間的一頂部，同時將該供粉底座移動至該供粉空間的一底部，並且將一粉末填充至該供粉空間中；一供粉步驟，利用該三維列印設備的一刮刀將該粉末推抹至該製程空間中，並且利用該刮刀將該製程空間中多餘的粉末推抹至一回收粉槽中；一列印步驟，利用該三維列印設備的一雷射裝置對該製程空間中的粉末進行燒結來製作一製程工件；及一下降步驟，驅動該升降座連動該製程底座向下移動，使該連動組件連動該供粉底座向上移動，進而將該供粉空間中的粉末往上推抵，接著返回進行該供粉步驟，直到該製程工件完成。
如申請專利範圍第7項所述之操作方法，其中在該下降步驟中，該供粉底座向上移動的一距離是該製程底座向下移動的一距離的1倍或以上。