TWI770025B - 三維列印裝置及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種三維列印裝置，包含平面、投影機、隔離機件以及驅動機件。平面供放置一第一光固化材料和一第二光固化材料。投影機，用以發出一光線來固化第一光固化材料和第二光固化材料。隔離機件，配置於平面上，並分開第一光固化材料和第二光固化材料，以及驅動機件，驅動隔離機件來使在平面上的第一光固化材料的位置改變。

Description

三維列印裝置及其製造方法

本發明有關於一種列印裝置，特別是有關於一種三維列印裝置。

目前已有光固化成型的三維列印裝置，其中光固化成型是利用光束照射來使光固化材料固化成型的技術。然而，有的習知三維列印裝置是不能在列印過程中更換光固化材料，所以這種習知三維列印裝置只能製造由單一種材料所構成的物品，而可以在列印過程中更換光固化材料的三維列印裝置，其結構複雜，成本高昂。

本發明一實施例提供一種三維列印裝置，包含平面、投影機、隔離機件、驅動機件以及二固定最外側壁。平面可供放置第一光固化材料和第二光固化材料。投影機可發出一光線來固化第一光固化材料和第二光固化材料。隔離機件配置於平面上，可分開第一光固化材料和第二光固化材料，以及驅動機件可驅動隔離機件來使在平面上的第一光固化材料的位置改變。至少一活動隔板位於二固定最外側壁之間且可相對二固定最外側壁之一者移動。

本發明另一實施例提供一種三維列印裝置，包含一平面、一投影機、一隔離機件、一驅動機件以及二固定最外側壁。平面可放置一第一光固化材料和一第二光固化材料。投影機可發出一光線來固化第一光固化材料和第二光固化材料。隔離機件配置於該平面上，並可分開第一光固化材料和第二光固化材料。驅動機件可驅動隔離機件來使在平面上的第一光固化材料的位置改變。隔離機件位於二固定最外側壁之間。

本發明另一實施例提供一種三維列印裝置，包含一平面、至少一投影機、一列印平台及一隔離機件。平面可供放置一第一光固化材料和一第二光固化材料。至少一投影機可發出一光線來固化第一光固化材料和第二光固化材料。列印平台與至少一投影機兩者位於平面的兩側。隔離機件配置於平面上，並可分開第一光固化材料和第二光固化材料，其中列印平台可在隔離機件的一側移動到另一側。

本發明另一實施例提供一種三維列印裝置的製造方法，包含以下步驟：提供一平面，其中平面可供放置一第一光固化材料和一第二光固化材料；組裝一投影機，其中投影機可發出一光線來固化第一光固化材料和第二光固化材料；組裝至少一活動隔板，其中活動隔板配置於平面上，可分開第一光固化材料和第二光固化材料；組裝一驅動機件，其中驅動機件可驅動至少一活動隔板在平面上移動；以及，組裝二固定最外側壁，其中至少一活動隔板位於二固定最外側壁之間且可相對二固定最外側壁之一者移動。

本發明實施例因採用上述隔離機件來分開多種光固化材料(例如第一光固化材料和第二光固化材料)，其結構簡單，並可採用至少兩種不同的光固化材料進行列印製程，以製造出採用多種光固化材料所形成的三維立體物品。

為讓本發明特徵明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合圖式，作詳細說明。

100、200、300、400:三維列印裝置

110、210、310:隔離機件

111、112:活動隔板

120:容置座

121:平面

130、330:列印平台

140、440:投影機

150、250:驅動機件

211、212:氣體噴嘴

311、312:固定隔板

F1:第一固體圖案

F2:第二固體圖案

F3:第三固體圖案

G21、G22:噴射氣流

L1、L2、L3:圖案光束

M1:第一光固化材料

M2:第二光固化材料

M3:第三光固化材料

R11、R12、R13、R21、R22、R23、R31、R32、R33、R41、R42、R43:容置空間

圖1A至圖1B繪示本發明一實施例的三維列印裝置的示意圖。

圖2繪示本發明另一實施例的三維列印裝置的示意圖。

圖3A至圖3C繪示本發明另一實施例的三維列印裝置的示意圖。

圖4A至圖4C繪示本發明另一實施例的三維列印裝置的示意圖。

請參閱圖1A與圖1B，三維列印裝置100包含隔離機件110、容置座(putting base)120、列印平台130、投影機(projector或光機)140及驅動機件150。容置座120能容置至少兩種光固化材料。以圖1A與圖1B為例，容置座120具有平面121，其可供放置第一光固化材料M1、第二光固化材料M2以及第三光固化材料M3，其中第一光固化材料M1、第二光固化材料M2與第三光固化材料M3彼此不同，例如第一光固化材料M1不同於第二光固化材料M2，或是第一至第三光固化材料M1、M2與M3其中顏色彼此不同，但本發明不以此為限制。

隔離機件110配置於平面121上，並能分開第一光固化材料M1、第二光固化材料M2與第三光固化材料M3，例如，隔離機件110位於二固定最外 側壁之間。驅動機件150驅動隔離機件110在平面121上移動，以使在平面121上的第一光固化材料M1、第二光固化材料M2及第三光固化材料M3的位置改變。隔離機件110包含至少一塊活動隔板，例如圖1A與圖1B所示的至少二塊活動隔板111與112，但在一實施例中，隔離機件110只包含一塊活動隔板或三塊以上的活動隔板，本發明不以此為限制。容置座120與這些活動隔板111與112能形成三個容置空間R11、R12與R13，而第一光固化材料M1、第二光固化材料M2與第三光固化材料M3分別放置在容置空間R11、R12與R13。

驅動機件150包含動力源以及連接此動力源的傳動組件，其中動力源例如是馬達，而傳動組件連接這些活動隔板111與112，並可由齒輪、滑輪、皮帶或其他機械零件，或是這些機械零件的任意組合。如此，驅動機件150能驅動隔離機件110移動，以使這些活動隔板111與112能推動以及分開平面121上的第一光固化材料M1、第二光固化材料M2與第三光固化材料M3。

列印平台130可配置於平面121的上方，且列印平台130與投影機140兩者位於平面121的兩側。列印平台130能朝向接近與遠離平面121的方向而移動，以使列印平台130的底面能浸泡光固化材料(第一光固化材料M1、第二光固化材料M2或第三光固化材料M3)中。投影機140可配置於平面121的下方，並用以朝向平面121發出光束，其能穿透平面121，並能固化第一光固化材料M1、第二光固化材料M2與第三光固化材料M3。投影機140發出的光束為圖案光束，而第一光固化材料M1、第二光固化材料M2以及第三光固化材料M3能根據圖案光束的形狀而固化，以形成固體圖案。在一實施例中，投影機140可配置於容置座120的上方，且列印平台130可配置於投影機140下方，本發明不以此為限制。

請參閱圖1A，當三維列印裝置100進行列印的流程時，首先，將第一光固化材料M1、第二光固化材料M2與第三光固化材料M3分別放置於平面121上的容置空間R11、R12以及R13。接著，列印平台130朝向接近平面121的方向而移動，以使列印平台130進入容置空間R11中，列印平台130的底面能浸泡在第一光固化材料M1中。接著，投影機140發出圖案光束L1，其穿透平面121而入射於第一光固化材料M1。如此，被圖案光束L1照射的第一光固化材料M1會被固化而在列印平台130上形成第一固體圖案F1。在形成第一固體圖案F1之後，投影機140會停止發出圖案光束L1，而列印平台130會朝向遠離投影機140的方向而移動，使得第一固體圖案F1與平面121分開，接下來重覆上述步驟，直到要使用其他光固化材料列印，才使列印平台130離開容置空間R11，並與第一光固化材料M1分離。

請參閱圖1B，接著，進行下一道列印製程。驅動機件150驅動這些活動隔板111與112在平面121上移動，以使在平面121上的第一光固化材料M1、第二光固化材料M2以及第三光固化材料M3的位置改變。例如，活動隔板111位於二固定最外側壁之間且可相對二固定最外側壁之一者移動。以圖1B為例，先前進行過列印的第一光固化材料M1被活動隔板111與112移動至列印平台130的左側，以至於容置空間R12變大並能容納列印平台130進入。接著，列印平台130朝向接近平面121的方向而移動進入至容置空間R12中，以使列印平台130的底面浸泡在第二光固化材料M2中。之後，投影機140發出能穿透平面121的圖案光束L2來固化第二光固化材料M2，以在第一固體圖案F1上而形成第二固體圖案F2。圖案光束L2不同於圖案光束L1，但在一實施例中，圖案光束L2可以相同於圖案光束L1，本發明不以此為限制。在形成第二固體圖案F2之後，投影機140 停止發出圖案光束L2，列印平台130再次朝向遠離投影機140的方向而移動，使得第二固體圖案F2與平面121分開，接下來重覆上述步驟，直到要使用其他光固化材料列印，才使列印平台130離開容置空間R12，與第二光固化材料M2分離。

當需要再次進行下一道列印製程以形成其他固體圖案時，同理，驅動機件150再次驅動這些活動隔板111與112在平面121上移動，以再次改變第一光固化材料M1、第二光固化材料M2以及第三光固化材料M3在平面121上的位置，讓列印平台130的底面能夠浸泡在所欲列印的光固化材料中。由此可知，透過這些活動隔板111與112在平面121上的移動，三維列印裝置100能採用至少兩種不同光固化材料(例如不同顏色的光固化材料)進行列印製程，以製造出由多種不同固體圖案(或顏色)所構成的物品。

圖2繪示本發明另一實施例的三維列印裝置的示意圖。請參閱圖2，其為三維列印裝置200的示意圖，以下介紹三維列印裝置200與100兩者差異之處，兩者相同之處不再重複敘述。

三維列印裝置200包含隔離機件210與驅動機件250，其中隔離機件210包含二氣體噴嘴211與212。不過，在一實施例中，隔離機件210只包含一個氣體噴嘴，或是包括三個以上的氣體噴嘴，本發明不以此為限制。驅動機件250能驅動這些氣體噴嘴211與212在平面121上移動，以使在平面121上的第一光固化材料M1、第二光固化材料M2與第三光固化材料M3的位置改變。這些氣體噴嘴211與212能分別產生噴射氣流G21與G22，其能吹動第一致第三光固化材料M1、M2與M3，並形成容置空間R21、R22與R23。驅動機件250能驅動這些氣體噴嘴211與212移動，以驅使第一光固化材料M1、第二光固化材料M2及第三光固化材料M3移動。如此，第一光固化材料M1、第二光固化材料M2及第三光固化 材料M3在平面121上的位置得以改變，並分別配置在容置空間R21、R22與R23中。驅動機件250可相同於驅動機件150，也包含動力源與連接此動力源的傳動組件，其中動力源例如是馬達，而傳動組件可由齒輪、滑輪、皮帶或其他機械零件，或是這些這些機械零件的任意組合。另外，三維列印裝置200的列印製程與三維列印裝置100的列印製程相同，故不再重覆贅述。

圖3A至圖3C繪示本發明另一實施例的三維列印裝置的示意圖。請參閱圖3A，有別於前述三維列印裝置100與200，在本實施例的三維列印裝置300中，配置在平面121上的隔離機件310也能分開第一至第三光固化材料M1、M2與M3，但隔離機件310在平面121上是固定不動的，其中隔離機件310可包括固定隔板311與312，而這些固定隔板311與312能分開第一光固化材料M1、第二光固化材料M2以及第三光固化材料M3，並且可與容置座120一體成型。此外，在一實施例中，隔離機件310只包括一塊固定隔板，或是包括三個以上的固定隔板，本發明不以此為限制。

在前述實施例中，列印平台130只能作垂直移動，但在本實施例中，三維列印裝置300所包括的列印平台330不僅可以作垂直移動，而且還可以在平面121上方作水平移動，以使列印平台330能在隔離機件310的一側移動到另一側。此外，三維列印裝置300所包括的投影機140的數量為多個，例如在本實施例中，三維列印裝置300包括三台皆配置在平面121下方的投影機140，分別位在第一光固化材料M1、第二光固化材料M2以及第三光固化材料M3的正下方。

請參閱圖3A與圖3B，當第一光固化材料M1、第二光固化材料M2與第三光固化材料M3分別放置於平面121上的容置空間R31、R32與R33，以進行列印製程時，列印平台330朝向接近平面121的方向而移動，以使列印平台330的 底面能浸泡在第一光固化材料M1中。接著，在這些投影機140中，僅位於第一光固化材料M1正下方的投影機140發出能穿透平面121的圖案光束L1來固化第一光固化材料M1，以及在列印平台330上形成第一固體圖案F1，其他投影機140則不發出任何光線。之後，投影機140停止發出圖案光束L1，使得第一固體圖案F1與平面121分開，接下來重覆上述步驟，直到要使用其他光固化材料列印，列印平台330才離開容置空間R31。

請參閱圖3B與圖3C，在列印平台330離開容置空間R31之後，列印平台330會作水平移動，以從固定隔板311的一側移動到另一側，例如從容置空間R31的上方移動到容置空間R33的上方。之後，列印平台330朝向接近平面121的方向而移動，以使列印平台330的底面能浸泡在第三光固化材料M3中。接著，另一台位於第三光固化材料M3正下方的投影機140發出圖案光束L3，固化第三光固化材料M3而在第一固體圖案F1上形成第三固體圖案F3，但其他投影機140不發光。然後，投影機140停止發出圖案光束L3，使第三固體圖案F3與平面121分開，接下來重覆上述步驟，直到要使用其他光固化材料列印，列印平台330才離開容置空間R33。同理，當需要再次進行下一道列印製程以形成其他固體圖案時，列印平台330可以再次作水平移動，以移動到所欲進行列印的光固化材料的上方，並讓此光固化材料正下方的投影機140發出圖案光束來進行列印製程。如此，本實施例三維列印裝置300亦能列印至少兩種不同光固化材料(例如不同顏色的光固化材料)。

圖4A至圖4C繪示本發明另一實施例的三維列印裝置的示意圖。請參閱圖4A，其為三維列印裝置400的示意圖，以下介紹三維列印裝置400與300兩者差異之處，兩者相同之處不再重複敘述。

本實施例的三維列印裝置400只包括一台投影機440，而且投影機440能在平面121下方作水平移動，並能與列印平台330同步移動。舉例而言，請參閱圖4A與圖4B，在三維列印裝置400進行列印製程的過程中，列印平台330朝向接近平面121的方向而移動，以進入裝有第一光固化材料M1的容置空間R41中，而位於第一光固化材料M1正下方的投影機440發出圖案光束L1來固化第一光固化材料M1，以在列印平台330上形成第一固體圖案F1。之後，投影機440停止發出圖案光束L1，使第一固體圖案F1與平面121分開，接下來重覆上述步驟，直到要使用其他光固化材料列印，列印平台330朝向遠離投影機440的方向而移動而離開容置空間R41。

請參閱圖4B與圖4C，之後，列印平台330再次作水平移動，以從固定隔板311的一側移動到另一側，以使列印平台330從容置空間R41的上方移動到容置空間R43的上方，其中容置空間R43裝有第三光固化材料M3。同時，投影機440也跟著列印平台330一起作水平移動，移動到容置空間R43的下方。之後，列印平台330朝向接近平面121的方向而移動，讓列印平台330的底面浸泡在第三光固化材料M3中。接著，已移動至第三光固化材料M3正下方的投影機440發出圖案光束L3，固化第三光固化材料M3，並在第一固體圖案F1上形成第三固體圖案F3。然後，投影機440停止發出圖案光束L3，使第三固體圖案F3與平面121分開，接下來重覆上述步驟，直到要使用其他光固化材料列印，列印平台330才離開容置空間R43。

在一實施例中，三維列印裝置的製造方法可包含以下步驟：提供一平面，其中平面可供放置一第一光固化材料和一第二光固化材料；組裝一投影機，投影機可發出一光線來固化第一光固化材料和第二光固化材 料；組裝至少一活動隔板，配置於平面上，活動隔板可分開第一光固化材料和第二光固化材料；組裝一驅動機件，驅動機件可驅動至少一活動隔板在平面上移動；以及，組裝二固定最外側壁，其中至少一活動隔板位於二固定最外側壁之間且可相對二固定最外側壁之一者移動。

綜上所述，利用隔離機件(例如活動隔板或氣體噴嘴)，本發明可用至少兩種不同光固化材料或不同顏色的光固化材料進行列印製程，以製造出由多種不同固體圖案(或顏色)所構成的物品。相較於習知構造複雜的三維列印裝置，本發明實施例可利用構造簡單的三維列印裝置製造出較為多樣性的物品，滿足較多種需求。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明精神和範圍，當可作些許更動與潤飾，因此本發明保護範圍當視後附之申請專利範圍界定者為準。

100:三維列印裝置

110:隔離機件

111、112:活動隔板

120:容置座

121:平面

130:列印平台

140:投影機

150:驅動機件

F1:第一固體圖案

L1:圖案光束

M1:第一光固化材料

M2:第二光固化材料

M3:第三光固化材料

R11、R12、R13:容置空間

Claims (10)

1. 一種三維列印裝置，包含：一平面，可供放置一第一光固化材料和一第二光固化材料；一投影機，可發出一光線來固化該第一光固化材料和該第二光固化材料；至少一活動隔板，配置於該平面上，可分開該第一光固化材料和該第二光固化材料；一驅動機件，可驅動該至少一活動隔板在該平面上移動；以及二固定最外側壁，其中該至少一活動隔板位於該二固定最外側壁之間且可相對該二固定最外側壁之一者移動。
2. 如請求項1所述之三維列印裝置，其中該平面更供放置一第三光固化材料，而該至少一活動隔板的數量為多個，該些活動隔板可將該第一光固化材料、該第二光固化材料以及該第三光固化材料彼此分開。
3. 一種三維列印裝置，包含：一平面，可放置一第一光固化材料和一第二光固化材料；一投影機，可發出一光線來固化該第一光固化材料和該第二光固化材料；一隔離機件，配置於該平面上，並可分開該第一光固化材料和該第二光固化材料；一驅動機件，可驅動該隔離機件來使在該平面上的該第一光固化材料的位置改變；以及二固定最外側壁，其中該隔離機件位於該二固定最外側壁之間。
4. 一種三維列印裝置，包含：一平面，可供放置一第一光固化材料和一第二光固化材料；至少一投影機，可發出一光線來固化該第一光固化材料和該第二光固化材料；一列印平台，與該至少一投影機兩者位於該平面的兩側；一隔離機件，配置於該平面上，並可分開該第一光固化材料和該第二光固化材料，其中該隔離機件可相對該列印平台移動，使該列印平台相對該隔離機件的位置由一側改變到另一側；以及二固定最外側壁，其中該隔離機件位於該二固定最外側壁之間。
5. 如請求項1、2、3或4所述之三維列印裝置，其中該第一光固化材料不同於該第二光固化材料。
6. 如請求項3或4所述之三維列印裝置，其中該隔離機件包含至少一活動隔板或至少一氣體噴嘴。
7. 如請求項3或4所述之三維列印裝置，其中該平面可供放置一第三光固化材料，而該隔離機件可將該第一光固化材料、該第二光固化材料以及該第三光固化材料彼此分開。
8. 如請求項4所述之三維列印裝置，其中該列印平台適於在該平面上方作水平移動。
9. 如請求項8所述之三維列印裝置，其中該至少一投影機適於在該平面下方作水平移動，且該至少一投影機可與該列印平台同步移動。
10. 一種三維列印裝置的製造方法，包含： 提供一平面，其中該平面可供放置一第一光固化材料和一第二光固化材料；組裝一投影機，其中該投影機可發出一光線來固化該第一光固化材料和該第二光固化材料；組裝至少一活動隔板，其中該至少一活動隔板配置於該平面上，可分開該第一光固化材料和該第二光固化材料；組裝一驅動機件，其中該驅動機件可驅動該至少一活動隔板在該平面上移動；以及組裝二固定最外側壁，其中該至少一活動隔板位於該二固定最外側壁之間且可相對該二固定最外側壁之一者移動。

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