TWI734559B - 3d列印機之自動換料機構 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種3D列印機之自動換料機構，其包含：一出料單元，其具有一出料口；一驅動機構，其對應連結並傳動於一入料元件，該入料元件設有複數對應於該出料口之入料孔，相鄰之所述入料孔間係形成一傳動路徑，該驅動機構係沿該傳動路徑傳動該入料元件，藉以令其一所述入料孔對位於該出料口；一送料單元，其係對應於該出料口，並於對應於該出料口之所述入料孔處，朝該出料口處推送出料；藉此，本發明係模組化外掛式設置，藉可應用於熔融沉積成型（Fused Deposition Modeling, FDM）3D列印機，無須更改3D列印機之機台設計，即能於列印過程中可因應顏色或材質自動換料，而無須暫停、退料等流程，藉以提升3D列印之效率，且於更換材料之接點可予連續化，藉可提升3D列印成品之品質及精度者。

Description

3D列印機之自動換料機構

本發明係提供一種3D列印機之自動換料機構，尤指一種可於3D列印之過程中，因應顏色或材質而自動換料者。

按，3D列印，又稱積層製造（英語：Additive Manufacturing，AM），其主要係藉由逐層列印推疊之方式，藉以積層成型三維物體者；3D列印具有迅速、節能、客製化、易於成型、高精度等優點，並隨相關材料技術之發展，亦可用以製成高分子及各式金屬之成品，並可廣泛應用於民生產品、藝術、工業模具、交通運輸及航太等領域，故現已漸成為三維物體成型之主流技術；而3D列印之方法所在多有，諸如：光固化樹脂成型（Stereo Lithography Apparatus, SLA）、雷射燒結粉末（Selective laser sintering, SLS）、分層實體製造（Laminated objet manufacturing, LOM）、多噴頭成型（Multi jet modeling, MJM）、彩色噴頭列印（Color Jet Printing, CJP）、溶融沈積成形（Fused deposition modeling, FDM）、數位投影技術（Digital Light Processing, DLP）、薄膜影像轉換（Film transfer image, FTI）及熔融沉積成型（Fused Deposition Modeling, FDM）等。

其中，就熔融沉積成型之3D列印而言，其主要係藉由將捲收之線材，經輸入並加熱後由噴頭擠出，藉可於列印範圍內堆疊，並經冷卻固化後即可成型，而為利於加熱塑型及冷卻，故線材通常為熱塑性聚合物；惟此，熔融沉積成型之3D列印，因其列印之特性，故單次僅能供應單色之線材，若須進行顏色更換，或線材不足需重新添加時，則係需暫停列印工序後，將原已輸入之線材抽出，再予手動另行裝設另一線材，並推至噴嘴處，再予重啟列印流程，以達致換色或添加線材之目的，而其程序極為繁瑣，且無法自動化進行，導致3D列印之效率不佳；此外，因其退料過程係須將已輸入之線材抽出，而重新填入之線材難以與已成型之部分密切融合，導致成品於換料之銜接處將產生凹凸不平之現象，使影響成品之品質，

有鑑於此，吾等發明人乃潛心進一步研究3D列印之線材更換，並著手進行研發及改良，期以一較佳發明以解決上述問題，且在經過不斷試驗及修改後而有本發明之問世。

爰是，本發明之目的係為解決前述問題，為達致以上目的，吾等發明人提供一種3D列印機之自動換料機構，其包含：一出料單元，其具有一出料口；一驅動機構，其對應連結並傳動於一入料元件，該入料元件設有複數對應於該出料口之入料孔，相鄰之所述入料孔間係形成一傳動路徑，該驅動機構係沿該傳動路徑傳動該入料元件，藉以令其一所述入料孔對位於該出料口；以及一送料單元，其係對應於該出料口，並於對應於該出料口之所述入料孔處，朝該出料口處推送出料者。

據上所述之3D列印機之自動換料機構，其中，該入料元件於對應於所述入料孔之側緣處更設有一連通於所述入料孔之切槽；且該送料單元具有一推送部件，該推送部件係對應位於該切槽內，且對應於該出料口之軸向位置處；該送料單元係帶動該推送部件對應於該出料口之軸向位置往復移動而推送出料者。

據上所述之3D列印機之自動換料機構，更包含一限位桿，其於對應於該入料元件一端設有一限位部，該送料單元設有一對應套接於該限位桿之限位孔，且該送料單元及該限位部間具有一彈性單元；一輸送單元，其係對應往復傳動於該送料單元，使該送料單元藉由該限位孔沿該限位桿往復移動而出料者。

據上所述之3D列印機之自動換料機構，其中，該推送部件於相對該出料口一端具有一斜導面。

據上所述之3D列印機之自動換料機構，其中，所述入料孔係圓弧狀陣列成型者，且該驅動機構係令該入料元件旋轉進而使其一所述入料孔對位於該出料口者。

據上所述之3D列印機之自動換料機構，更包含一傳動元件，其係位於該出料單元及該入料元件之間，且對應傳動設置於該入料元件；該傳動元件設有對應於所述入料孔之導孔。

據上所述之3D列印機之自動換料機構，其中，該傳動元件側緣更設有一傳動部件，該驅動機構連結並傳動一轉盤，該轉盤設有一對應於該傳動部件之掣動元件，該驅動機構係藉由傳動該轉盤，令該掣動元件藉由該傳動部件傳動於該傳動元件，藉以傳動該入料元件者。

據上所述之3D列印機之自動換料機構，其中，該傳動部件係包含對應於所述入料孔數量之凹槽，且相鄰之所述凹槽間具有一傳動槽；該掣動元件係包含一對應於所述凹槽之第一掣動塊及一對應於所述傳動槽之第二掣動塊；且該第一掣動塊及該第二掣動塊係偏心設置於該轉盤者。

據上所述之3D列印機之自動換料機構，更包含一背板，該背板設有一對應於該出料口之穿孔，該出料單元係設於該背板之一側，而該入料元件及該送料單元係設置於該背板之另側者。

據上所述之3D列印機之自動換料機構，更包含一殼體，該殼體具有一側殼，其係對應圍繞並固設該背板，且該側殼於該入料元件一端設有一前板，該前板設有一對應連通於所述入料孔之輸入槽；該側殼於該出料單元一端設有一後板，該後板設有一供該出料單元貫穿之通槽。

是由上述說明及設置，顯見本發明主要具有下列數項優點及功效，茲逐一詳述如下：

1. 本發明係模組化外掛式之設置，藉可無須更改原3D列印機之機台設計，僅需外掛式安裝即可適用，藉可直接提升原3D列印機之換料性能、效率及列印品質，使業者或使用者無須重新購置3D列印機，以降低支出之成本者。

2.本發明藉由驅動機構及入料元件之設置，藉可於列印過程中虛換料時，僅需令驅動機構帶動入料元件，使欲更換後欲輸入之線材之入料孔對轉動至出料口，即可透過送料單元繼續供料，藉使無須暫停原列印之工序或予以退料，即能於列印過程中可因應顏色或材質自動換料，藉以提升3D列印之效率，且於更換材料之接點可予連續化，藉可提升3D列印成品之品質及精度者。

3.本發明藉由彈性單元之設置，藉以於送料單元往復運動中回抽過程所產生之力可予被彈性單元所吸收，使線材不易受回抽之力而影響其出料之過程，藉可提升本發明於送料單元往復運動送料時之穩定性者。

關於吾等發明人之技術手段，茲舉數種較佳實施例配合圖式於下文進行詳細說明，俾供  鈞上深入了解並認同本發明。

請先參閱第1圖至第4圖所示，本發明係一種3D列印機之自動換料機構，其包含：

一出料單元1，其具有一出料口11，其主要係用以送料至一3D列印機（圖未繪示）進行3D列印，在一實施例中，該3D列印機係可為熔融沉積成型（Fused Deposition Modeling, FDM）3D列印機，如：Delta FDM列印機，惟其僅係舉例說明，並不以此作為限定；

一驅動機構2，其對應連結並傳動於一入料元件3，該入料元件3設有複數對應於該出料口11之入料孔31，所述入料孔31係可用以輸入基材而入料，而當3D列印機為FDM之3D列印機時，則入料之基材可為對應之線材，惟其亦僅係舉例說明，並不以此作為限定；而相鄰之所述入料孔31間係形成一傳動路徑，該驅動機構2係沿該傳動路徑傳動該入料元件3，藉以令其一所述入料孔31對位於該出料口11；以及

一送料單元4，其係對應於該出料口11，並於對應於該出料口11之所述入料孔31處，朝該出料口11處推送出料者。

藉此，如第1圖及第5、6圖所示，欲進行3D列印之相異材質或顏色之線材，其係可分別置入相異之所述入料孔31內，而於須進行特定線材進行列印時，係如前所述，驅動機構2係傳動於該入料元件3，以將對應線材之入料孔31傳動至對位於出料口11，而後即可驅動送料單元4予以送料。

就入料元件3之配置及送料單元4之送料方式而言，在一實施例中，該入料元件3於對應於所述入料孔31之側緣處更設有一連通於所述入料孔31之切槽32；且該送料單元4具有一推送部件41，該推送部件41係對應位於該切槽32內，且對應於該出料口11之軸向位置處，使基材由入料孔31進入後，推送部件41係可抵掣於基材之側緣，並藉其往復運動而將基材推往出料口11並予出料者；該送料單元4係帶動該推送部件41對應於該出料口11之軸向位置往復移動而推送出料。

具體舉例而言，送料單元4係透過一輸送單元42之傳動而往復運動，其係可直接裝設並傳動於送料單元4，在其他實施例中，亦可藉由輸送單元42為馬達，並設置一棘輪（圖未繪示）而進行往復運動之傳動，其傳動方式係屬習知技術，故在此不予贅述；而就送料單元4之往復傳動而言，其係可藉由設置一限位桿5，其於對應於該入料元件3一端設有一限位部51，該送料單元4設有一對應套接於該限位桿5之限位孔43，且該送料單元4及該限位部51間具有一彈性單元52，輸送單元42係驅動該送料單元4藉由該限位孔43沿該限位桿5往復移動而出料者；藉以如第7、8圖所示，於送料單元4往復運動中，由於輸送單元42驅動送料單元4之速率係可因應3D列印機之設置，其係可為定速或非定速輸送，而於非定速輸送時，送料單元4將不定時朝相對出料口11方向回抽，其回抽過程所產生之力可予被彈性單元52所吸收，使基材不易受回抽之力而影響其出料之過程，藉可提升本發明於送料單元4往復運動送料時之穩定性；而因推送部件41與基材間具有摩擦力，為可有效的傳動基材，故該推送部件41於相對該出料口11一端具有一斜導面411，藉以於推送部件41朝該出料口11方向移動時，可確實推抵基材，並於朝相對出料口11之方向移動時，係可藉由斜導面411滑過基材之側緣表面，故可藉以防止將基材推回。

就驅動機構2傳動路徑傳動該入料元件3之配置而言，在一較佳之實施例中，所述入料孔31係圓弧狀陣列成型者，故驅動機構2可為馬達，藉以驅動該入料元件3旋轉，進而使其一所述入料孔31可對位於該出料口11以進行入料者。

而在一具體之實施例中，係可更包含一傳動元件6，其係位於該出料單元1及該入料元件3之間，且對應傳動設置於該入料元件3；該傳動元件6設有對應於所述入料孔31之導孔61，使基材可透過入料孔31連通至導孔61，並於其所在之入料孔31對位於出料口11時，基材可依序經入料孔31、導孔61而輸送至出料口11，而驅動機構2係可傳動於傳動元件6或入料元件3，使其相互同步作動，而傳動元件6之設置，係可於列印過程中需進行更換基材時，如第5至9圖所示，傳動元件6於受轉動之過程中，原於對應出料口11之導孔61將受傳動，使導孔61非對位於出料口11而致對基材產生剪力而裁斷之，而驅動機構2係使另一入料孔31之基材對位於出料口11，藉使更換後之基材得如前所述，受送料單元4之往復運動而出料者。

而在一實施例中，驅動機構2係透過傳動元件6而帶動入料元件3旋轉，具體而言，如第5圖及第6圖所示，該傳動元件6側緣更設有一傳動部件61，該驅動機構2連結並傳動一轉盤21，該轉盤21設有一對應於該傳動部件61之掣動元件211，該驅動機構2係藉由傳動該轉盤21，令該掣動元件211藉由該傳動部件61傳動於該傳動元件6，藉以傳動該入料元件3；在一實施例中，為利於對該傳動部件61傳動，故傳動部件61係包含對應於所述入料孔31數量之凹槽611，且相鄰之所述凹槽611間具有一傳動槽612；該掣動元件211係包含一對應於所述凹槽611之第一掣動塊2111及一對應於所述傳動槽612之第二掣動塊2112；且該第一掣動塊2111及該第二掣動塊2112係偏心設置於該轉盤21，藉以令驅動機構2傳動轉盤21時，可藉由第一掣動塊2111及第二掣動塊2112，分別接續的對凹槽611及傳動槽612進行傳動，而在一具體之實施例中，係可將凹槽611及第一掣動塊2111配置為略呈半圓狀，而傳動槽612可為一長形之槽孔，第二掣動塊2112則為圓柱狀設置，以透過第一掣動塊2111、第二掣動塊2112、凹槽611及傳動槽612之形狀特徵，使驅動機構2可與傳動元件6及入料元件3非同軸之情形下進行連續的傳動，而不因公差而有傳動中斷之情事，並可利於空間之配置及安裝。

而就本發明整體之配置而言，在一實施例中，係更包含一背板7，該背板7設有一對應於該出料口11之穿孔71，該出料單元1係設於該背板7之一側，而該入料元件3、該送料單元4及限位桿5係設置於該背板7之另側，且該背板7於裝設出料單元1之一端，係可裝設有該驅動機構2；此外，本發明具有一殼體8，該殼體8具有一側殼81，其係對應圍繞並固設該背板7，且該側殼81於該入料元件3一端設有一前板82，該前板82設有一對應連通於所述入料孔31之輸入槽821；該側殼81於該出料單元1一端設有一後板83，該後板83設有一供該出料單元1貫穿之通槽831，藉使本發明可予利於裝配形成模組化，且後板83係可裝設有一安裝部件832，該安裝部件71係可用以將本發明整體固設於3D列印機並可外掛式應用於3D列印機。

而本發明係可配合應用程式之執行，使3D列印機可於須換料時將指令傳輸至驅動機構2，使轉動驅動機構2而更換相異之基材，並可持續由輸送單元42驅動送料單元4進行基材之輸送，藉可由單一之出料口11持續給料於3D列印機，藉以達致自動更換相異顏色或材質之基材之功效，且於更換過程可較為迅速，且無須暫停、退料等流程，使大幅提升3D列印之效率，更可使更換材料之接點可予連續化，藉可提升3D列印成品之品質及精度者。

綜上所述，本發明所揭露之技術手段確能有效解決習知等問題，並達致預期之目的與功效，且申請前未見諸於刊物、未曾公開使用且具長遠進步性，誠屬專利法所稱之發明無誤，爰依法提出申請，懇祈  鈞上惠予詳審並賜准發明專利，至感德馨。

惟以上所述者，僅為本發明之數種較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1:出料單元 11:出料口 2:驅動機構 21:轉盤 211:掣動元件 2111:第一掣動塊 2112:第二掣動塊 3:入料元件 31:入料孔 32:切槽 4:送料單元 41:推送部件 411:斜導面 42:輸送單元 43:限位孔 5:限位桿 51:限位部 52:彈性單元 6:傳動元件 61:導孔 611:凹槽 612:傳動槽 7:背板 71:穿孔 8:殼體 81:側殼 82:前板 821:輸入槽 83:後板 831:通槽 832:安裝部件

第1圖係本發明之立體示意圖。 第2圖係本發明另一視角之立體示意圖。 第3圖係本發明之立體分解示意圖。 第4圖係本發明入料元件之立體示意圖。 第5圖係本發明移除前板後之前視示意圖。 第6圖係本發明傳動入料元件至另一入料孔對位於出料口之前視示意圖。 第7圖係本發明移送料單元往回抽方向傳動之俯視示意圖。 第8圖係本發明移送料單元往輸送方向傳動之俯視示意圖。 第9圖係本發明傳動元件傳動後，使導孔非對位出料口而可裁斷基材之俯視示意圖。

1:出料單元

2:驅動機構

3:入料元件

31:入料孔

4:送料單元

43:限位孔

5:限位桿

51:限位部

52:彈性單元

8:殼體

81:側殼

82:前板

821:輸入槽

83:後板

Claims (9)

1. 一種3D列印機之自動換料機構，其包含：一出料單元，其具有一出料口；一驅動機構，其對應連結並傳動於一入料元件，該入料元件設有複數對應於該出料口之入料孔，相鄰之所述入料孔間係形成一傳動路徑，該驅動機構係沿該傳動路徑傳動該入料元件，藉以令其一所述入料孔對位於該出料口；以及一送料單元，其係對應於該出料口，並於對應於該出料口之所述入料孔處，朝該出料口處推送出料；該入料元件於對應於所述入料孔之側緣處設有一連通於所述入料孔之切槽；且該送料單元具有一推送部件，該推送部件係對應位於該切槽內，且對應於該出料口之軸向位置處；該送料單元係帶動該推送部件對應於該出料口之軸向位置往復移動而推送出料者。
2. 如請求項1所述之3D列印機之自動換料機構，更包含一限位桿，其於對應於該入料元件一端設有一限位部，該送料單元設有一對應套接於該限位桿之限位孔，且該送料單元及該限位部間具有一彈性單元；一輸送單元，其係對應往復傳動於該送料單元，使該送料單元藉由該限位孔沿該限位桿往復移動而出料者。
3. 如請求項1所述之3D列印機之自動換料機構，其中，該推送部件於相對該出料口一端具有一斜導面。
4. 如請求項1所述之3D列印機之自動換料機構，其中，所述入料孔係圓弧狀陣列成型者，且該驅動機構係令該入料元件旋轉進而使其一所述入料孔對位於該出料口者。
5. 如請求項1至4項中任一項所述之3D列印機之自動換料機構，更包含一傳動元件，其係位於該出料單元及該入料元件之間，且對應傳動設置於該入料元件；該傳動元件設有對應於所述入料孔之導孔。
6. 如請求項5所述之3D列印機之自動換料機構，其中，該傳動元件側緣更設有一傳動部件，該驅動機構連結並傳動一轉盤，該轉盤設有一對應於該傳動部件之掣動元件，該驅動機構係藉由傳動該轉盤，令該掣動元件藉由該傳動部件傳動於該傳動元件，藉以傳動該入料元件者。
7. 如請求項6所述之3D列印機之自動換料機構，其中，該傳動部件係包含對應於所述入料孔數量之凹槽，且相鄰之所述凹槽間具有一傳動槽；該掣動元件係包含一對應於所述凹槽之第一掣動塊及一對應於所述傳動槽之第二掣動塊；且該第一掣動塊及該第二掣動塊係偏心設置於該轉盤者。
8. 如請求項5所述之3D列印機之自動換料機構，更包含一背板，該背板設有一對應於該出料口之穿孔，該出料單元係設於該背板之一側，而該入料元件及該送料單元係設置於該背板之另側者。
9. 如請求項8所述之3D列印機之自動換料機構，更包含一殼體，該殼體具有一側殼，其係對應圍繞並固設該背板，且該側殼於該入料元件一端設有一前板，該前板設有一對應連通於所述入料孔之輸入槽；該側殼於該出料單元一端設有一後板，該後板設有一供該出料單元貫穿之通槽。

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