TWM477638U - 加熱平台與立體列印裝置 - Google Patents

Description

加熱平台與立體列印裝置

本新型創作是有關於一種加熱平台與列印裝置，且特別是有關於一種加熱平台與應用此加熱平台的立體列印裝置。

隨著電腦輔助製造(Computer-Aided Manufacturing，CAM)的進步，製造業發展了立體列印技術，能很迅速的將設計原始構想製造出來。立體列印技術實際上是一系列快速原型成型(Rapid Prototyping，RP)技術的統稱，其基本原理都是疊層製造，由快速原型機在X-Y平面內通過掃描形式形成工件的截面形狀，而在Z座標間斷地作層面厚度的位移，最終形成立體物件。立體列印技術能無限制幾何形狀，而且越複雜的零件越顯示RP技術的卓越性，更可大大地節省人力與加工時間，在時間最短的要求下，將3D電腦輔助設計(Computer-Aided Design，CAD)軟體所設計的數位立體模型資訊真實地呈現出來，不但摸得到，亦可真實地感受得到它的幾何曲線，更可以試驗零件的裝配性、甚至進行可 能的功能試驗。

以熔融沉積式(fused deposition modeling，FDM)的立體列印裝置而言，其通常是將熱塑性材料加熱熔融後逐層塗佈於立體列印裝置的基座上，以待其冷卻硬化後成型，並以此逐層形成立體物件。此類立體列印裝置的基座通常須在立體物件的製作過程中持續加熱，以維持基座的溫度高於熱塑性建造材料的固化溫度，防止熱塑性材料在成型前太快冷卻而固化。此外，基座的溫度可藉由溫度感測元件進行感測，而使控制單元可依據溫度感測元件的感測結果控制基座的溫度。然而，當基座製作成面積較大時，基座的表面容易產生溫度不均的現象，例如是基座的中央部分溫度較高，而周圍部分溫度較低。因此，若溫度感測元件僅依據基座的局部的溫度而調整基座的溫度，容易使基座的中央部分過熱，而導致立體物件燒焦，或者使基座的周圍部分過冷，而使立體物件產生非預期性的固化。

本新型創作提供一種加熱平台，具有良好的加熱效果。

本新型創作提供一種立體列印裝置，具有良好的列印效果。

本新型創作的加熱平台適用於將一熱塑性材料逐層成形一立體物件。加熱平台包括一基板、一加熱片、一傳導片以及一溫度感測元件。基板具有相對的一第一接面與一第二接面，第一 接面用以成形立體物件。加熱片貼附至基板的第二接面，以加熱基板。傳導片貼附至加熱片，使加熱片位在基板與傳導片之間，其中傳導片的面積小於基板的面積，且傳導片的一端延伸至加熱片外。溫度感測元件配置於傳導片所延伸至加熱片外的一端，以藉由傳導片感測基板的溫度。

本新型創作的立體列印裝置適用於將一熱塑性材料逐層成形一立體物件。立體列印裝置包括一加熱平台以及一列印單元。加熱平台包括一基板、一加熱片、一傳導片以及一溫度感測元件。基板具有相對的一第一接面與一第二接面，第一接面用以成形立體物件。加熱片貼附至基板的第二接面，以加熱基板。傳導片貼附至加熱片，使加熱片位在基板與傳導片之間，其中傳導片的面積小於基板的面積，且傳導片的一端延伸至加熱片外。溫度感測元件配置於傳導片所延伸至加熱片外的一端，以藉由傳導片感測基板的溫度。列印單元可移動地設置在基板的第一接面的上方，以將由熱塑性材料逐層成形的立體物件成形於基板的第一接面上。

在本新型創作的一實施例中，上述的立體列印裝置更包括一控制單元，電性連接加熱平台與列印單元。列印單元受控於控制單元，以在基板的第一接面形成立體物件。加熱平台受控於控制單元，以在立體物件的成型過程中加熱立體物件。

在本新型創作的一實施例中，上述的控制單元電性連接溫度感測元件與加熱片，用以依據溫度感測元件的感測結果調整 加熱片的一加熱參數。

在本新型創作的一實施例中，上述的加熱片貼附至基板的整個第二接面，以加熱基板。

在本新型創作的一實施例中，上述的基板具有一主要區域與鄰近主要區域的一周圍區域。立體物件成形於主要區域，而傳導片在基板上的正投影至少部分重疊主要區域。

在本新型創作的一實施例中，上述的主要區域的溫度高於周圍區域的溫度，而傳導片的溫度等於主要區域的溫度。

在本新型創作的一實施例中，上述的傳導片的厚度小於基板的厚度。

在本新型創作的一實施例中，上述的基板包括一玻璃基板，且傳導片包括一金屬片。

基於上述，本新型創作的加熱平台與立體列印裝置藉由加熱片直接加熱基板，並將面積較小的傳導片貼附至加熱片，且傳導片的一端延伸至加熱片外。如此，加熱片用以加熱基板的熱能可以傳遞至傳導片，故溫度感測元件可藉由傳導片感測基板的溫度，進而使加熱片依據溫度感測元件的感測結果調整基板的溫度，以避免基板過熱而使立體物件燒焦。此外，面積較小的傳導片相較於基板來得容易加熱，且可將加熱片的熱能往外傳遞，進而降低基板各局部的溫度落差。據此，本新型創作的加熱平台具有良好的加熱效果，而使本新型創作的立體列印裝置具有良好的列印效果。

為讓本新型創作的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

10‧‧‧立體物件

110‧‧‧加熱平台

112a‧‧‧主要區域

114‧‧‧加熱片

118‧‧‧溫度感測元件

122‧‧‧供料線

130‧‧‧控制單元

E1‧‧‧第一端

S1‧‧‧第一接面

100‧‧‧立體列印裝置

112‧‧‧基板

112b‧‧‧周圍區域

116‧‧‧傳導片

120‧‧‧列印單元

124‧‧‧列印頭

d1、d2‧‧‧厚度

E2‧‧‧第二端

S2‧‧‧第二接面

圖1是本新型創作一實施例的立體列印裝置的示意圖。

圖2是圖1的加熱平台的爆炸圖。

圖3是圖2的加熱平台的俯視示意圖。

有關本新型創作之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之各實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而並非用來限制本新型創作。並且，在下列各實施例中，相同或相似的元件將採用相同或相似的標號。

圖1是本新型創作一實施例的立體列印裝置的示意圖。請參考圖1，在本實施例中，立體列印裝置100包括加熱平台110、列印單元120以及控制單元130。列印單元120可移動地設置在加熱平台110的上方。控制單元130電性連接加熱平台110與列印單元120。立體列印裝置100適於將一熱塑性材料依據一數位立體模型資訊逐層成形而列印出立體物件10，其中數位立體模型資訊 可為數位立體圖像檔案，其例如由電腦主機透過電腦輔助設計(computer-aided design,CAD)或動畫建模軟體等建構而成。控制單元130可用以讀取與處理此數位立體模型資訊。

再者，在本實施例中，加熱平台110用以承載列印單元120所噴塗的熱塑性材料。列印單元120設置在加熱平台110的上方，並受控於控制單元130。列印單元120包括至少一供料線122與一列印頭124。供料線122耦接列印頭124，以提供熱塑性材料至列印頭124，而列印頭124設置於加熱平台110的上方，以將熱塑性材料逐層成型於加熱平台110上，而在加熱平台110上形成立體物件10。在本實施例中，供料線122可為由熱塑性材料所組成的固態線材，其中熱塑性材料可例如為聚乳酸(Polylactic Acid,PLA)或ABS樹脂(Acrylonitrile Butadiene Styrene,ABS)等熱塑性高分子材料。作為供料線122的固態線材可透過列印頭124的加熱單元(未繪示)加熱而呈現熔融狀態，再經由列印頭124擠出，並逐層由下往上堆疊於加熱平台110上，以形成多個熱塑性材料層，而這些熱塑性材料層彼此堆疊而形成立體物件10。在此須說明的是，一般而言，透過列印頭124逐層列印成型於加熱平台110上的熱塑性材料可包括用以建構立體物件10的建造材料以及用以支撐立體物件10的支撐材料。也就是說，列印成型於加熱平台110上的熱塑性材料並非僅用以形成立體物件10，亦可形成支撐立體物件10的支撐部或是底座等(未繪示)，並可在列印成型於加熱平台110上的熱塑性材料固化後，再將支撐材料移除， 以得到立體物件10。

此外，在本實施例中，在列印單元120的列印頭124逐層地將熱塑性材料堆疊於加熱平台110上的過程中，立體列印裝置100的加熱平台110受控於控制單元130，以在立體物件10的成型過程中加熱立體物件10。也就是說，立體列印裝置100可藉由控制單元130控制加熱平台110的溫度，以使加熱平台110的溫度高於熱塑性材料的固化溫度，而防止熱塑性材料在尚未完成立體物件10時太快冷卻而固化。在立體列印裝置100完成列印後，加熱平台110也可對位在其上的立體物件10進行例如硬化烘乾等處理，以初步完成立體物件10的製作。

圖2是圖1的加熱平台的爆炸圖。圖3是圖2的加熱平台的俯視示意圖。請參考圖1至圖3，在本實施例中，加熱平台110包括基板112、加熱片114、傳導片116以及溫度感測元件118。基板112具有相對的第一接面S1與第二接面S2，第一接面S1用以成形立體物件10。因此，前述的列印單元120實際上是設置在基板112的第一接面S1的上方，以將由熱塑性材料逐層成形的立體物件10成形於基板112的第一接面S1上。此外，基板112具有主要區域112a與鄰近主要區域112a的周圍區域112b。立體物件10適於形成於基板112的主要區域112a。在本實施例中，主要區域112a對應於基板112的中央部分，而周圍區域112b環繞主要區域112a，但本新型創作不限制主要區域112a與周圍區域112b的範圍、比例與相對位置。

另一方面，在本實施例中，加熱片114貼附至基板112的第二接面S2，以加熱基板112。傳導片116貼附至加熱片114，例如是直接貼附至加熱片114相對於基板112的另一表面，而使加熱片114位在基板112與傳導片116之間。由於傳導片116與基板112分別貼附至加熱片114的兩表面，故加熱片114所產生的熱能可以傳遞至基板112與傳導片116。再者，傳導片116的一端更延伸至加熱片114外。溫度感測元件118配置於傳導片116延伸至加熱片114外的一端，以藉由傳導片116感測基板112的溫度。更進一步地說，傳導片116在基板112上的正投影至少部分重疊主要區域112a，故溫度感測元件118藉由傳導片116所感測的溫度實際上可視為是主要區域112a的溫度。然而，本新型創作並不限於上述的實施方式。

須特別說明的是，本實施例的加熱平台110雖應用於立體列印裝置100，但加熱平台110實際上適用於加熱未繪示的一待加熱物件，而待加熱物件適於配置於基板112的主要區域112a。舉例來說，當加熱平台110應用於立體列印裝置100時(例如本實施例)，則立體物件10即為所述的待加熱物件。由此可知，本實施例的加熱平台110係用以在立體物件10的成型過程中加熱立體物件10，並以加熱片114作為加熱源，但本新型創作不限制加熱平台110的應用領域。

具體而言，在本實施例中，基板112例如是玻璃基板，但本新型創作不以此為限。為使加熱平台110具有面積較大的加 熱區域，基板112與加熱片114通常製作成面積較大，其中基板112提供用以成形立體物件10的第一接面S1，而加熱片114直接貼附至基板112相對於第一接面S1的第二接面S2。較佳的是，加熱片114貼附至基板112的整個第二接面S2。如此，基板112與加熱片114可省略配置習知技術常用的均溫片，而使加熱片114直接加熱基板112的主要區域112a與周圍區域112b。然而，由於加熱片114製作成面積較大，故加熱片114的各個局部會產生溫度不均的現象。因此，藉由加熱片114加熱的基板112，其各個局部也會產生溫度不均的現象。在本實施例中，主要區域112a的溫度高於周圍區域112b的溫度。因此，在加熱平台110的加熱過程中，列印單元120適於將熱塑性材料逐層成型於基板112的主要區域112a，以在基板112的主要區域112a形成立體物件10，並據此維持立體物件10的溫度。

另一方面，在本實施例中，傳導片116例如是金屬片，但本新型創作不以此為限制。傳導片116貼附至加熱片114相對於基板112的另一表面，且傳導片116的一端延伸至加熱片116外。因此，傳導片116也可藉由加熱片114加熱。在加熱片114相對於基板112的另一表面配置傳導片116的目的在於，由於加熱片114與基板112都具有溫度不均的現象，若直接在基板112的主要區域112a上形成立體物件10，立體物件10的中間部分容易因加熱平台110的主要區域112a的溫度過高而產生燒焦，而立體物件10的周邊部分鄰近加熱平台110的周圍區域112b，而容易 因周圍區域112b的溫度過低而產生非預期性的固化。因此，藉由將傳導片116貼附在加熱片114上，且傳導片116的一端延伸至加熱片114外，加熱片114的熱能可藉由傳導片116快速地往外傳遞並散逸至外界。

更進一步地說，在本實施例中，傳導片116在基板112的第二接面S2上的正投影至少一部分重疊主要區域112a。詳細而言，傳導片116具有相對的第一端E1與第二端E2。傳導片116以第一端E1貼附在加熱片114的下表面，且第一端E1對應於主要區域112a，而第二端E2延伸至加熱片114外。因此，加熱片114為了加熱基板112的主要區域112a所產生的熱能可藉由傳導片116而往外傳遞。換言之，由於本實施例的傳導片116在基板112的第二接面S2上的正投影至少一部分重疊主要區域112a，且傳導片116延伸至加熱片114外，故加熱片114用以加熱基板112的主要區域112a的熱能可以藉由傳導片116適當地往外傳遞。因此，加熱片114用以加熱主要區域112a的熱能從傳導片116的第一端E1傳遞至第二端E2並散逸致外界。如此，藉由傳導片116的設計，可以適當地降低基板112的主要區域112a的溫度，以降低主要區域112a與周圍區域112b的溫度落差，而使基板112的溫度分布較為均勻。

此外，在本實施例中，傳導片116的面積小於基板112的面積，且傳導片116的厚度d1小於基板112的厚度d2。換言之，傳導片116相較於基板112來得容易加熱。亦即，加熱片114所 提供的熱能在基板112上傳遞的較慢，且熱能在基板112上的傳遞過程較長。因此，基板112上的熱能容易在傳遞過程中散失，使得基板112產生溫度不均的現象。相對的，加熱片114所提供的熱能在傳導片116上傳遞的較快，且熱能在傳導片116上的傳遞過程較短，故傳導片116較無溫度不均的問題。換言之，傳導片116的第一端E1與第二端E2之間的溫度落差較小。因此，傳導片116的溫度可視為是等於基板112的主要區域112a的溫度。此時，由於基板112的主要區域112a的溫度高於周圍區域112b的溫度，故傳導片116的溫度可視為是高於周圍區域112b的溫度。再者，本實施例將溫度感測元件118配置於傳導片116延伸至加熱片114外的一端(亦即第二端E2)。因此，溫度感測元件118所感測得的傳導片116的溫度即可視為是主要區域112a的溫度以及加熱片114用以加熱主要區域112a的溫度。換言之，本實施例的溫度感測元件118可藉由直接感測傳導片116的溫度而得知感測基板112的主要區域112a的溫度。

此外，由於本實施例的控制單元130(繪示於圖1)還電性連接溫度感測元件118與加熱片114，故控制單元130可依據溫度感測元件118的感測結果(傳導片116的溫度)調整加熱片114的加熱參數，例如是調整加熱片114的加熱功率，進而控制基板110的整體溫度。由此可知，由上述的實施方式，本實施例的立體列印裝置100的加熱平台110可以適時地依據主要區域112a的溫度而調整加熱片的加熱參數，以避免主要區域112a過熱而使立體 物件10燒焦。此外，由於傳導片116a可藉由將主要區域112a的熱能往外傳遞而降低主要區域112a與周圍區域112b之間的溫度落差，故即使加熱片依據主要區域112a的溫度來調整加熱參數，周圍區域112b的溫度也不至於過冷而使得立體物件10的周邊部分產生非預期性的固化。

綜上所述，本新型創作的加熱平台與立體列印裝置藉由加熱片直接加熱基板，並將面積較小的傳導片貼附至加熱片，且傳導片的一端延伸至加熱片外。如此，加熱片用以加熱基板的熱能可以傳遞至傳導片，故溫度感測元件可藉由傳導片感測基板的溫度，進而使加熱片依據溫度感測元件的感測結果調整基板的溫度，以避免主要區域過熱而使立體物件燒焦。此外，面積較小傳導片相較於基板來得容易加熱，且可將加熱片對應於主要區域的熱能往外傳遞，進而降低基板上的主要區域與周圍區域的溫度落差。如此，即使加熱片依據主要區域的溫度調整加熱參數，也不至使周圍區域過冷而使立體物件產生非預期性的固化。據此，本新型創作的加熱平台具有良好的加熱效果，而使本新型創作的立體列印裝置具有良好的列印效果。

雖然本新型創作已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本新型創作的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本新型創作的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

110‧‧‧加熱平台

112‧‧‧基板

112a‧‧‧主要區域

112b‧‧‧周圍區域

114‧‧‧加熱片

116‧‧‧傳導片

118‧‧‧溫度感測元件

d1、d2‧‧‧厚度

S1‧‧‧第一接面

S2‧‧‧第二接面

Claims (14)

1. 一種加熱平台，適用於將一熱塑性材料逐層成形一立體物件，該加熱平台包括：一基板，具有相對的一第一接面與一第二接面，該第一接面用以成形該立體物件；一加熱片，貼附至該基板的該第二接面，以加熱該基板；一傳導片，貼附至該加熱片，使該加熱片位在該基板與該傳導片之間，其中該傳導片的面積小於該基板的面積，且該傳導片的一端延伸至該加熱片外；以及一溫度感測元件，配置於該傳導片所延伸至該加熱片外的一端，以藉由該傳導片感測該基板的溫度。
2. 如申請專利範圍第1項所述的加熱平台，其中該加熱片貼附至該基板的整個第二接面，以加熱該基板。
3. 如申請專利範圍第1項所述的加熱平台，其中該基板具有一主要區域與鄰近該主要區域的一周圍區域，該立體物件成形於該主要區域，而該傳導片在該基板上的正投影至少部分重疊該主要區域。
4. 如申請專利範圍第3項所述的加熱平台，其中該主要區域的溫度高於該周圍區域的溫度，而該傳導片的溫度等於該主要區域的溫度。
5. 如申請專利範圍第1項所述的加熱平台，其中該傳導片的厚度小於該基板的厚度。
6. 如申請專利範圍第1項所述的加熱平台，其中該基板包括一玻璃基板，且該傳導片包括一金屬片。
7. 一種立體列印裝置，適用於將一熱塑性材料逐層成形一立體物件，該立體列印裝置包括：一加熱平台，包括：一基板，具有相對的一第一接面與一第二接面，該第一接面用以成形該立體物件；一加熱片，貼附至該基板的該第二接面，以加熱該基板；一傳導片，貼附至該加熱片，使該加熱片位在該基板與該傳導片之間，其中該傳導片的面積小於該基板的面積，且該傳導片的一端延伸至該加熱片外；以及一溫度感測元件，配置於該傳導片所延伸至該加熱片外的一端，以藉由該傳導片感測該基板的溫度；以及一列印單元，可移動地設置在該基板的該第一接面的上方，以將由該熱塑性材料逐層成形的該立體物件成形於該基板的該第一接面上。
8. 如申請專利範圍第7項所述的立體列印裝置，更包括：一控制單元，電性連接該加熱平台與該列印單元，該列印單元受控於該控制單元，以在該基板的該第一接面形成該立體物件，該加熱平台受控於該控制單元，以在該立體物件的成型過程中加熱該立體物件。
9. 如申請專利範圍第8項所述的立體列印裝置，其中該控制 單元電性連接該溫度感測元件與該加熱片，用以依據該溫度感測元件的感測結果調整該加熱片的一加熱參數。
10. 如申請專利範圍第7項所述的立體列印裝置，其中該加熱片貼附至該基板的整個第二接面，以加熱該基板。
11. 如申請專利範圍第7項所述的立體列印裝置，其中該基板具有一主要區域與鄰近該主要區域的一周圍區域，該立體物件成形於該主要區域，而該傳導片在該基板上的正投影至少部分重疊該主要區域。
12. 如申請專利範圍第11項所述的立體列印裝置，其中該主要區域的溫度高於該周圍區域的溫度，而該傳導片的溫度等於該主要區域的溫度。
13. 如申請專利範圍第7項所述的立體列印裝置，其中該傳導片的厚度小於該基板的厚度。
14. 如申請專利範圍第7項所述的立體列印裝置，其中該基板包括一玻璃基板，且該傳導片包括一金屬片。