TWM501353U - 噴頭結構與三維列印裝置 - Google Patents

Description

噴頭結構與三維列印裝置

本新型創作是有關於一種噴頭結構與列印裝置，且特別是有關於一種噴頭結構與應用此噴頭結構的三維列印裝置。

隨著電腦輔助製造(Computer-Aided Manufacturing,CAM)的進步，製造業發展了快速成型方法(Rapid Prototyping,RP)，能很迅速的將設計原始構想製造出來。快速成型技術能無限制幾何形狀，而且越複雜的零件越顯示快速成型技術的卓越性，更可大大地節省人力與加工時間，在時間最短的要求下，將電腦輔助製造所設計出的三維零件，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。

目前常見的快速成型法，例如熔融沉積成型(Fused Deposition Modeling,FDM)，其製作過程例如是將線材(filament)在噴頭內部加溫至熔點以上，再使熔融液自噴頭的開口噴出以噴印於平台上。自噴頭的開口噴出的熔融液在基座上迅速冷卻之後 會固化，以逐層製作出形成所需的形狀。然而，由於在三維列印的過程中，熔融液可能會沾黏於噴頭的開口，甚至是造成噴頭的開口的堵塞，進而影響到後續的三維列印的品質，或者是造成製程中斷。

本新型創作提供一種噴頭結構與應用此噴頭結構三維列印裝置，其能有效提升三維列印的品質。

本新型創作提出一種噴頭結構，適用於三維列印裝置。噴頭結構包括管體、噴頭、至少兩滾輪以及至少一加熱單元。管體供線材通過。噴頭連接管體。噴頭具有開口。前述至少兩滾輪樞設於管體內，用以帶動線材沿著移動路徑朝向開口移動。前述至少一加熱單元連接於管體外。前述至少一加熱單元包括加熱頭。加熱頭位於開口的下方並指向移動路徑。在線材沿著移動路徑穿出開口後，加熱頭與線材相抵接以加熱線材。

在本新型創作的一實施例中，上述的開口的直徑大於線材的直徑。

在本新型創作的一實施例中，上述的開口的直徑與線材的直徑的比值介於1.2至1.5之間。

在本新型創作的一實施例中，上述的至少一加熱單元還包括連動件。連動件連接管體與加熱頭。

在本新型創作的一實施例中，上述的至少一加熱單元的 數量為多個。這些加熱單元的加熱頭圍繞移動路徑等距地排列於開口外。

在本新型創作的一實施例中，上述的至少一加熱單元的加熱頭為可伸縮加熱環。可伸縮加熱環圍繞移動路徑。在線材沿著移動路徑穿出開口後，線材穿入可伸縮加熱環。可伸縮加熱環與線材相抵接以加熱線材。

本新型創作提出一種三維列印裝置包括平台、移動單元以及噴頭結構。移動單元設置於平台上方。噴頭結構連接移動單元，且位於移動單元與平台之間。噴頭結構包括管體、噴頭、至少兩滾輪以及至少一加熱單元。管體供線材通過。噴頭連接管體。噴頭具有開口。前述至少兩滾輪樞設於管體內，用以帶動線材沿著移動路徑朝向開口移動。前述至少一加熱單元連接於管體外。前述至少一加熱單元包括加熱頭。加熱頭位於開口的下方並指向移動路徑。在線材沿著移動路徑穿出開口後，加熱頭與線材相抵接以加熱線材形成熔融液，並使熔融液噴印於平台上。

基於上述，本新型創作的噴頭結構與應用此噴頭結構三維列印裝置是在線材穿出噴頭的開口後，才利用加熱單元的加熱頭對線材進行加熱以形成熔融液，並使熔融液噴印於平台上。換言之，在本新型創作中，熔融液的形成是在噴頭的開口之外，故不會沾黏於噴頭的開口，甚或是造成噴頭的開口的堵塞。因此，本新型創作的噴頭結構與應用此噴頭結構三維列印裝置不僅能有效提升三維列印的品質，亦能避免熔融液堵塞於噴頭的開口而造 成製程中斷的情況產生。

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。

20‧‧‧線材

21‧‧‧熔融液

100、100A~100D、230‧‧‧噴頭結構

110‧‧‧管體

120‧‧‧噴頭

121‧‧‧開口

130‧‧‧滾輪

140、140a‧‧‧加熱單元

141‧‧‧加熱頭

141a‧‧‧可伸縮加熱環

142‧‧‧連動件

142a、142b‧‧‧連桿

142c‧‧‧樞轉件

143a‧‧‧孔壁

200‧‧‧三維列印裝置

210‧‧‧平台

220‧‧‧移動單元

D1、D2‧‧‧直徑

D3‧‧‧內徑

P‧‧‧移動路徑

圖1是本新型創作一實施例的噴頭結構的局部剖面示意圖。

圖2是本新型創作另一實施例的噴頭結構的局部剖面示意圖。

圖3是本新型創作又一實施例的噴頭結構的底視示意圖。

圖4是本新型創作更一實施例的噴頭結構的底視示意圖。

圖5是本新型創作再一實施例的噴頭結構的局部剖面示意圖。

圖6是本新型創作一實施例的三維列印裝置的示意圖。

圖1是本新型創作一實施例的噴頭結構的局部剖面示意圖。請參考圖1，在本實施例中，噴頭結構100可應用於熔融沉積成型的三維列印技術，其中噴頭結構100包括管體110、噴頭120、至少兩滾輪130以及至少一加熱單元140。雖然圖1示意地繪示出兩個滾輪130以及一個加熱單元140，但滾輪130與加熱單元140的數量可視實際需求而有所調整，本新型創作並不以此為限。

管體110例如是提供線材20通過所用，其中線材20的材質可為低熔點金屬，例如鋁、鋅、錫或上述金屬的合金，又或者是高分子材料，例如ABS、PLA或尼龍等。另一方面，線材的直徑D1例如是介於0.1釐米至0.5釐米之間。噴頭120連接管體110，其中噴頭120與管體110可為一體成型，但本新型創作不限於此。

詳細而言，噴頭120具有開口121，其中開口121的直徑D2大於線材的直徑D1，且開口121的直徑D2與線材20的直徑D1的比值例如是介於1.2至1.5之間。此處，前述兩個滾輪130樞設於管體110內，其中前述兩個滾輪130例如是對稱設置，且彼此之間保有可供線材20通過的間距。亦即，前述間距實質上等於線材的直徑D1。因此，在線材20通過前述兩個滾輪130之間時，線材20可與前述兩個滾輪130相抵接，以受到前述兩個滾輪130的帶動而沿著移動路徑P朝向開口121移動。舉例來說，前述兩個滾輪130的其中一者可為主動滾輪，而前述兩個滾輪130的其中一者則例如是從動滾輪。又或者是，前述兩個滾輪130皆為主動滾輪，本新型創作對此不加以限制。

加熱單元140連接於管體110外，其中加熱單元140包括加熱頭141，加熱頭141位於開口121的下方並指向移動路徑P。此處，加熱單元140還包括連動件142，其中連動件142例如是由連桿142a與142b以及連接連桿142a與142b的樞轉件142c所組成。舉例來說，連桿142a的其中一端例如是固定於或可動地連接 於管體110，連桿142b的其中一端則透過樞轉件142c可轉動地連接於連桿142a的另一端，且連桿142b的另一端與加熱頭141相連接。因此，加熱頭141的位置可視實際操作需求而透過連動件142作調整，藉以確保加熱頭141可與穿出開口121後的線材20相抵接。

由於開口121的直徑D2與線材20的直徑D1的比值例如是介於1.2至1.5之間，因此在線材20受到前述兩個滾輪130的帶動而沿著移動路徑P持續朝向開口121移動時，線材20可平順地自開口121穿出。接著，自開口121穿出後的線材20，加熱頭141可與線材20相抵接，以透過加熱頭141加熱線材20，使線材20升溫至熔點以上而形成熔融液21。

簡言之，本實施例的噴頭結構100是在線材20穿出噴頭120的開口121後，才利用加熱單元140的加熱頭141對線材20進行加熱以形成熔融液21。也就是說，熔融液21的形成是在噴頭120的開口121之外，故不會沾黏於噴頭120的開口121，甚或是造成噴頭120的開口121的堵塞。

以下將列舉其他實施例以作為說明。在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。

圖2是本新型創作另一實施例的噴頭結構的局部剖面示 意圖。請參考圖2，圖2的噴頭結構100A與圖1的噴頭結構100大致相似，惟兩者的主要差異是在於：噴頭結構100A包括對稱設置於管體120外的相對兩側的兩個加熱單元140，其中前述兩個加熱單元140的加熱頭141之間保有可供線材20通過的間距。亦即，前述間距實質上等於線材的直徑D1。因此，在線材20自開口121穿出後，前述兩個加熱單元140可與線材20相抵接，以對線材20均勻地加熱。

圖3是本新型創作又一實施例的噴頭結構的底視示意圖，其中為求便於說明與清楚表示，省略繪示了管體110、滾輪130、連桿142a與142b以及樞轉件142c。請參考圖3，不同於上述實施例的是：本實施例的噴頭結構100B的加熱單元140的數量可為三個，且前述三個加熱單元140的加熱頭141圍繞移動路徑P等距地排列於噴頭120的開口121外，以與自開口121穿出後的線材20相抵接，進而對線材20均勻地加熱。

圖4是本新型創作更一實施例的噴頭結構的底視示意圖其中為求便於說明與清楚表示，省略繪示了管體110、滾輪130、連桿142a與142b以及樞轉件142c。請參考圖4，不同於上述實施例的是：本實施例的噴頭結構100C的加熱單元140的數量可為四個，且前述四個加熱單元140的加熱頭141圍繞移動路徑P等距地排列於噴頭120的開口121外，以與自開口121穿出後的線材20相抵接，進而對線材20均勻地加熱。

圖5是本新型創作再一實施例的噴頭結構的局部剖面示 意圖。請參考圖5，不同於上述實施例的是：本實施例的噴頭結構100D的加熱單元140a的加熱頭例如是可伸縮加熱環141a，其中可伸縮加熱環141a的內徑D3實質上等於線材的直徑D1。因此，在線材20自開口121穿出後，線材20可平順地穿入可伸縮加熱環141a並與可伸縮加熱環141a的孔壁143a相抵接，以由可伸縮加熱環141a均勻地加熱。

圖6是本新型創作一實施例的三維列印裝置的示意圖。請參考圖6，在本實施例中，三維列印裝置200可包括平台210、移動單元220以及噴頭結構230，其中平台210的材質可為金屬(如，不銹鋼)或陶瓷(如，氧化鋁)，且適於沿平行於Z軸的方向來回移動。此處，移動單元220設置於平台210上方，且適於沿平行於X軸的方向以及平行於Y軸的方向相對於平台210來回移動。噴頭結構230連接移動單元220，且位於移動單元220與平台210之間，其中噴頭結構230可為上述實施例的噴頭結構100、100A~100D的任一者，其結構配置與運作機制可參照上述實施例的說明，於此便不再贅述。

舉例來說，在電腦控制下，移動單元220可依據二維幾何資訊以決定其相對於平台210移動時的軌跡，並透過噴頭結構230將熔融液21噴印於平台210上。具體來說，在噴印完其中一層圖案化薄層(圖未示)後，平台210會沿平行於Z軸的方向下降一高度，接著噴印下一層圖案化薄層(圖未示)。如此反覆為之，逐層堆疊出三維實體(圖未示)。

綜上所述，本新型創作的噴頭結構與應用此噴頭結構三維列印裝置是在線材穿出噴頭的開口後，才利用加熱單元的加熱頭對線材進行加熱以形成熔融液，並使熔融液噴印於平台上。換言之，在本新型創作中，熔融液的形成是在噴頭的開口之外，故不會沾黏於噴頭的開口，甚或是造成噴頭的開口的堵塞。因此，本新型創作的噴頭結構與應用此噴頭結構三維列印裝置不僅能有效提升三維列印的品質，亦能避免熔融液堵塞於噴頭的開口而造成製程中斷的情況產生。

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。

20‧‧‧線材

21‧‧‧熔融液

100‧‧‧噴頭結構

110‧‧‧管體

120‧‧‧噴頭

121‧‧‧開口

130‧‧‧滾輪

140‧‧‧加熱單元

141‧‧‧加熱頭

142‧‧‧連動件

142a、142b‧‧‧連桿

142c‧‧‧樞轉件

D1、D2‧‧‧直徑

P‧‧‧移動路徑

Claims (12)

1. 一種噴頭結構，適用於一三維列印裝置，該噴頭結構包括：一管體，供一線材通過；一噴頭，連接該管體，其中該噴頭具有一開口；至少兩滾輪，樞設於該管體內，用以帶動該線材沿著一移動路徑朝向該開口移動；以及至少一加熱單元，連接於該管體外，該至少一加熱單元包括一加熱頭，該加熱頭位於該開口的下方並指向該移動路徑，在該線材沿著該移動路徑穿出開口後，該加熱頭與該線材相抵接以加熱該線材。
2. 如申請專利範圍第1項所述的噴頭結構，其中該開口的直徑大於該線材的直徑。
3. 如申請專利範圍第2項所述的噴頭結構，其中該開口的直徑與該線材的直徑的比值介於1.2至1.5之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述的噴頭結構，其中該至少一加熱單元還包括一連動件，該連動件連接該管體與該加熱頭。
5. 如申請專利範圍第1項所述的噴頭結構，其中該至少一加熱單元的數量為多個，該些加熱單元的該些加熱頭圍繞該移動路徑等距地排列於該開口外。
6. 如申請專利範圍第1項所述的噴頭結構，其中該至少一加熱單元的該加熱頭為一可伸縮加熱環，該可伸縮加熱環圍繞該移動路徑，在該線材沿著該移動路徑穿出開口後，該線材穿入該可 伸縮加熱環，該可伸縮加熱環與該線材相抵接以加熱該線材。
7. 一種三維列印裝置包括：一平台；一移動單元，設置於該平台上方；以及一噴頭結構，連接該移動單元，且位於該移動單元與該平台之間，該噴頭結構包括：一管體，供一線材通過；一噴頭，連接該管體，其中該噴頭具有一開口；至少兩滾輪，樞設於該管體內，用以帶動該線材沿著一移動路徑朝向該開口移動；以及至少一加熱單元，連接於該管體外，該至少一加熱單元包括一加熱頭，該加熱頭位於該開口的下方並指向該移動路徑，在該線材沿著該移動路徑穿出開口後，該加熱頭與該線材相抵接以加熱該線材形成一熔融液，並使該熔融液噴印於該平台上。
8. 如申請專利範圍第7項所述的三維列印裝置，其中該開口的直徑大於該線材的直徑。
9. 如申請專利範圍第8項所述的三維列印裝置，其中該開口的直徑與該線材的直徑的比值介於1.2至1.5之間。
10. 如申請專利範圍第7項所述的三維列印裝置，其中該至少一加熱單元還包括一連動件，該連動件連接該管體與該加熱頭。
11. 如申請專利範圍第7項所述的三維列印裝置，其中該至 少一加熱單元的數量為多個，該些加熱單元的該些加熱頭圍繞該移動路徑等距地排列於該開口外。
12. 如申請專利範圍第7項所述的三維列印裝置，其中該至少一加熱單元的該加熱頭為一可伸縮加熱環，該可伸縮加熱環圍繞該移動路徑，在該線材沿著該移動路徑穿出開口後，該線材穿入該可伸縮加熱環，該可伸縮加熱環與該線材相抵接以加熱該線材。