TWI841519B - 三維列印機構 - Google Patents

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Abstract

一種三維列印機構，包含容置第一光固化材料與第二光固化材料的平面，且其中第一光固化材料不同於第二光固化材料。第一送料機構，用於將第一光固化材料輸送至平面上，以及第二送料機構，用於將第二光固化材料輸送至平面上。

Description

三維列印機構
本發明有關於一種列印設備，特別是有關於一種三維列印的機構。
目前已有光固化成型的三維列印設備，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，有的習知三維列印設備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設備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設備，其結構複雜，成本高昂。
本發明一實施例提供一種三維列印機構，包含容置第一光固化材料與第二光固化材料的平面，其中第一光固化材料不同於第二光固化材料。第一送料機構，用於將第一光固化材料輸送至平面上，以及第二送料機構，用於將第二光固化材料輸送至平面上。
本發明實施例因採用多個送料機構(供料幫浦或供料桶)、至少一個槽體及排料機構，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，下文特舉實施例，並配合圖式，作詳細說明。
100、300、400、500:三維列印設備
101、301、401、501:三維列印機構
102:投影裝置
111:第一送料機構
112:第二送料機構
120:槽體
120a:第一槽體
120b:第二槽體
122:平面
130:列印平台
140、340:排料機構
340a:排料幫浦
340b:排液閥
142、342:過濾件
150:感測器
311:第一供料桶
312:第二供料桶
311p:第一供料口
312p:第二供料口
360:清潔噴嘴
470:傳輸裝置
A1:非列印區
A2:列印區
F1:第一固體圖案
F2:第二固體圖案
G1:噴射氣流
L1、L2:圖案光束
M1:第一光固化材料
M2:第二光固化材料
圖1繪示本發明一實施例的三維列印機構的示意圖。
圖2A至圖2D繪示圖1中的三維列印設備的運作示意圖。
圖3A至圖3B繪示本發明另一實施例的三維列印機構的示意圖。
圖4繪示本發明另一實施例的三維列印機構的示意圖。
圖5繪示本發明另一實施例的三維列印機構的示意圖。
請參閱圖1，其為一種三維列印設備100的示意圖。三維列印設備100包括三維列印機構101、投影裝置102以及列印平台130。投影裝置102可配置於三維列印機構101的下方，並能朝向三維列印機構101發出光束。三維列印機構101包括槽體120，槽體120具有平面122，其可被投影裝置102所發出的光束所穿透，平面122用於容置至少兩種不同的光固化材料。列印平台130配置於投影裝置102上方，並能朝向接近與遠離槽體120的方向而移動。在一實施例中，投影裝置102可配置於三維列印機構101的上方，且列印平台130配置於投影裝置102下方，本發明不以此為限制。
三維列印機構101還包括多個送料機構，以圖1為例，三維列印機構101包括第一送料機構111與第二送料機構112，其中第一送料機構111與第二送料機構112能分別輸送兩種不同的光固化材料至槽體120的平面122上。三維列印 機構101還可包括排料機構140與感測器(sensor)150，其中排料機構140可為排料幫浦，並用來移除平面122上的部分或全部光固化材料，而感測器150能感測槽體120內的光固化材料是否到設定高度，而可進行列印製程。三維列印機構101還可包括裝設於排料機構140的過濾件142，其用於過濾被移除的光固化材料，以濾除殘留的固化碎片，其中過濾件142例如是濾網，並可裝設於排料機構140的排料口。三維列印設備的送料機構，一般常見的有：使用壓力差抽取式傳送，例如一般幫浦或供料幫浦；使用螺旋機制抽取式傳送，例如阿基米德螺旋水泵；使用擠壓傳送，例如步進電機和一個送料齒輪；使用加壓傳送，例如噴嘴；或是使用附著傳送，例如滾輪等多種不同的形式，此為習於此項技藝人士所熟知。另外，光固化材料型態可以是液態、膠態、流體、粉體等型態，本發明不以此為限制。三維列印設備的排料機構，可以是使用壓力差或應用螺旋機制抽取平面122上部分或全部的光固化材料，例如幫浦或阿基米德螺旋水泵；可以是將平面傾斜，使光固化材料靠重力流至一凹槽，再打開連結至凹槽的排液閥，將光固化材料排除；或使用機械方式如刮刀或高壓氣體噴嘴直接將平面上的光固化材料移除，三維列印設備的排料機構可以是多種不同的形式，本發明不以此為限制。
圖2A至圖2D繪示圖1中的三維列印設備100的運作示意圖。請參閱圖2A，在三維列印設備100進行列印的流程中，首先，以圖2A為例，第一送料機構(例如是供料幫浦)111先將第一光固化材料M1輸送至槽體120內，直到感測器150感測到第一光固化材料M1至設定高度為止。這表示槽體120已裝有充足的第一光固化材料M1，列印平台130可開始進行列印製程。
請參閱圖2B，接著，投影裝置102發出圖案光束L1，圖案光束L1會穿透平面122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，以使被固化的第一光固化材料M1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，投影裝置102會停止發出圖案光束L1，而列印平台130會朝向遠離投影裝置102的方向而移動，此時若需使用其他光固化材料進行下一步列印作業，則排料機構(例如是排料幫浦)140移除槽體120內的第一光固化材料M1。過濾件142會過濾被移除的第一光固化材料M1。
請參閱圖2C，在移除槽體120內的第一光固化材料M1之後，第二送料機構(例如是供料幫浦)112將第二光固化材料M2輸送至槽體120內，開始進行下一列印製程。第一光固化材料M1不同於第二光固化材料M2，在一實施例中，可將不同顏色的第一光固化材料視為第二光固化材料，本發明不以此為限制。請參閱圖2C，第二送料機構112會持續輸送第二光固化材料M2至槽體120內，直到感測器150感測到第二光固化材料M2至設定高度為止。
請參閱圖2D，接著，投影裝置102對平面122發出圖案光束L2。圖案光束L2穿透平面122而入射於第二光固化材料M2。如此，被圖案光束L2照射的第二光固化材料M2被固化，以使被固化的第二光固化材料M2在第一固體圖案F1上形成第二固體圖案F2，在一實施例中，第一固體圖案F1和第二固體圖案F2也可以被形成在同一層。在形成第二固體圖案F2後，投影裝置102停止發出圖案光束L2，而列印平台130會朝向遠離投影裝置102的方向而移動，此時若需使用其他光固化材料進行下一步列印作業，則排料機構140移除槽體120內的第二光固化材料M2，其中過濾件142過濾被移除的第二光固化材料M2。
請參閱圖3A，其為三維列印設備300的示意圖，以下介紹三維列印機構301與101兩者差異之處，兩者相同之處不再重複敘述。
三維列印機構301包括多個送料機構，例如第一供料桶311與第二供料桶312。第一供料桶311靠重力將第一光固化材料M1(圖3A未繪示)從第一供料口311p輸送至槽體120內，而第二供料桶312靠重力將第二光固化材料M2從第二供料口312p輸送至槽體120內，其中第一供料口311p與第二供料口312p皆位於槽體120上方。
在一實施例中，第一供料桶311與第二供料桶312可採用幫浦等輔助設備來協助輸送光固化材料，本發明不以此為限制。在一實施例中，第一供料桶311與第二供料桶312分別具有控制閥，以控制第一光固化材料M1與第二光固化材料M2輸入至槽體120內，其中控制閥例如是電磁閥(solenoid valve)，但本發明不以此為限制，也可以以手動或其他方式控制控制閥。
三維列印機構301還包括排料機構340，在一實施例中，排料機構340是裝設於槽體120的排液閥340b而非幫浦，且排料機構340位於槽體120的底部。當排料機構340打開時，槽體120內的光固化材料受重力牽引而從排料機構340流出。因此，排料機構340可靠重力將槽體120內的光固化材料移除，無須使用馬達與幫浦等動力源。在一實施例中，也可採用幫浦等輔助設備來協助移除光固化材料，本發明不以此為限制。此外，三維列印機構301還可包括裝設於排料機構340的過濾件342，其用於過濾被移除的光固化材料，其中過濾件342例如是濾網。
請參閱圖3B，三維列印機構301還可包括用來移除平面122上的光固化材料的清潔噴嘴360。以圖3B為例，清潔噴嘴360能產生噴射氣流G1，其能吹 動第二光固化材料M2(或第一光固化材料M1)，而移動清潔噴嘴360可使噴射氣流G1驅使殘留的第二光固化材料M2至排料機構340，讓殘留的第二光固化材料M2從排料機構340排出。此外，前述三維列印機構101也可包括清潔噴嘴360，即圖1中的排料機構140可搭配清潔噴嘴360來清除與移除槽體120內的光固化材料。
另外，以上所述的三維列印機構101與301各自包括兩個用來輸送兩種光固化材料至槽體120內的裝置(例如供料幫浦與供料桶)，但在一實施例中，三維列印機構101與301也可各自包括三個或三個以上供料機構。所以，三維列印機構101所包括的供料幫浦的數量不限定只能是兩個，而三維列印機構301所包括的供料桶的數量也同樣不限定只能是兩個。
請參閱圖4，其為三維列印設備400的示意圖，三維列印機構401與101之間存有差異，而以下介紹此差異，不重複敘述兩者相同之處。
三維列印機構401包括兩個槽體，第一槽體120a與第二槽體120b。第一槽體120a與第二槽體120b分別用於容置不同的光固化材料，並分別處於非列印區A1與列印區A2。
排料幫浦340a位於非列印區A1，並用於移除處於非列印區A1的第二槽體120b內的光固化材料。第一送料機構111、第二送料機構112、列印平台130以及投影裝置102皆位於列印區A2，而第一送料機構111、第二送料機構112與列印平台130處於列印狀態下的平面122的上方。三維列印機構401還可包括傳輸裝置470，其例如是滑軌或轉盤，在一實施例中，傳輸裝置470配置於第一槽體120a與第二槽體120b下方，本發明不以此為限制。傳輸裝置470能移動第一槽 體120a與第二槽體120b，以使第一槽體120a與第二槽體120b可在非列印區A1與列印區A2之間轉換。
三維列印設備400的運作方式與前述三維列印設備100的運作方式相似。不過，由於列印平台130以及投影裝置102皆位於列印區A2，所以三維列印設備400的列印製程完全是在列印區A2內進行，而非列印區A1內不進行列印製程。以圖4為例，在投影裝置102照射圖案光束L1於第一光固化材料M1而形成第一固體圖案F1後，在需要使用其他光固化材料進行下一步列印作業時，原先容置第一光固化材料M1的第二槽體120b被傳輸裝置470從列印區A2移動至非列印區A1，而第一槽體120a被傳輸裝置470移動至列印區A2。
之後，排料幫浦340a將位於非列印區A1內的第一光固化材料M1從第二槽體120b移除。排料幫浦340a可搭配清潔噴嘴360(請參考圖3B)一起移除第一光固化材料M1，同時第二送料機構112將第二光固化材料M2輸送至位於列印區A2內的第一槽體120a內，直到感測器150感測到第二光固化材料M2至設定高度為止。接著，投影裝置102發出圖案光束L2，以在第一固體圖案F1上形成第二固體圖案F2。在形成第二固體圖案F2後，在需要使用其他光固化材料進行下一步列印作業時，容置第二光固化材料M2的第一槽體120a被傳輸裝置470從列印區A2移動至非列印區A1。
先前清除第一光固化材料M1後的第二槽體120b被傳輸裝置470從非列印區A1移動至列印區A2，並容置第一送料機構111所輸送的第一光固化材料M1，以再次進行後續列印製程。同時，排料幫浦340a移除非列印區A1的第一槽體120a內的第二光固化材料M2。如此，透過第一槽體120a與第二槽體120b 在非列印區A1與列印區A2之間傳遞，列印區A2內可進行多次列印製程，直到列印的成品完成。
請參閱圖5，其為三維列印設備500的示意圖，有別於三維列印機構401，在三維列印機構501中，第一供料桶311與第二供料桶312皆位於非列印區A1，而列印平台130與投影裝置102皆位於列印區A2。因此，三維列印設備500的列印製程也是完全在列印區A2內進行，但由於第一供料桶311與第二供料桶312皆位於非列印區A1，所以第一光固化材料M1與第二光固化材料M2的輸送以及移除全都是在非列印區A1內進行。如此，當列印區A2內的槽體120進行列印製程時，非列印區A1內的槽體120可同時進行輸送與移除光固化材料的工作。
以圖5為例，當列印區A2內的投影裝置102發出圖案光束L1以進行第一固體圖案F1的形成時，同時非列印區A1內的第二供料桶312開始輸送第二光固化材料M2至槽體120內，以縮短列印製程的所需時間，進而增加三維列印設備500的生產能力(throughput)。
綜上所述，利用多個送料機構(供料幫浦或供料桶或其他供料設備)、至少一槽體及一排料機構，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設備，本發明實施例可利用構造簡單的三維列印設備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。
100:三維列印設備
101:三維列印機構
102:投影裝置
111:第一送料機構
112:第二送料機構
120:槽體
122:平面
130:列印平台
140:排料機構
142:過濾件
150:感測器

Claims (6)

  1. 一種三維列印機構，包括：一第一槽體，位於一列印區，用於容置一第一光固化材料；一第二槽體，位於一非列印區，用於容置一第二光固化材料，其中該第一光固化材料不同於該第二光固化材料；一第一送料機構，用於將該第一光固化材料輸送至該第一槽體；一第二送料機構，用於將該第二光固化材料輸送至該第二槽體；以及一排料機構，用於移除該第一槽體內的該第一光固化材料、以及移除該第二槽體內的該第二光固化材料。
  2. 如請求項1所述之三維列印機構，其中該排料機構包含下列其中之一：幫浦、阿基米德螺旋水泵、排液閥、刮刀或高壓氣體噴嘴。
  3. 如請求項1所述之三維列印機構，還包括一傳輸裝置，其中該傳輸裝置用於在該列印區與該非列印區之間移動該第一和該第二槽體。
  4. 如請求項1所述之三維列印機構，其中該第一送料機構包含下列其中之一：一般幫浦、阿基米德螺旋水泵、步進電機和送料齒輪、噴嘴、滾輪或是供料桶。
  5. 如請求項1所述之三維列印機構，還包括一清潔噴嘴，該清潔噴嘴用於清除該第一光固化材料與該第二光固化材料。
  6. 如請求項1所述之三維列印機構，還包括一過濾件，該過濾件裝設於該排料機構，並用於過濾被移除的該第一光固化材料與該第二光固化材料。
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