TWM504000U - 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。噴頭結構包括第一管體、螺桿、第二管體、加熱器以及噴嘴。第一管體具有軸線、進料口以及相對於進料口的出料口，其中軸線通過出料口。螺桿穿設於第一管體，且適於沿軸線轉動。第二管體連通於進料口，用以輸送成型材料至第一管體，使成型材料受螺桿的攪動而輸送至出料口。加熱器設置於第一管體外，且鄰近出料口。加熱器用以加熱成型材料形成熔融液。噴嘴連接出料口，用以將熔融液噴印至三維列印裝置的平台。

在本新型創作的一實施例中，上述的噴頭結構更包括驅動單元，設置於第一管體的上方。螺桿具有第一端部以及相對於第一端部的第二端部。第一端部鄰近出料口。驅動單元耦接於第二端部。

在本新型創作的一實施例中，上述的噴頭結構更包括散 熱風扇，設置於第一管體外，且位於加熱器的。散熱風扇用以朝向第一管體提供散熱氣流。

在本新型創作的一實施例中，上述的噴頭結構更包括散熱鰭片，設置於第一管體外，且位於加熱器的上方。散熱鰭片對應於散熱風扇設置，散熱風扇所提供散熱氣流流向散熱鰭片。

在本新型創作的一實施例中，上述的噴頭結構更包括連接件。散熱風扇透過連接件連接至第一管體。

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。噴頭結構包括第一管體、螺桿、第二管體、加熱器以及噴嘴。第一管體具有軸線、進料口以及相對於進料口的出料口，其中軸線通過出料口。螺桿穿設於第一管體，且適於沿軸線轉動。第二管體連通於進料口，用以輸送成型材料至第一管體，使成型材料受螺桿的攪動而輸送至出料口。加熱器設置於第一管體外，且鄰近出料口。加熱器用以加熱成型材料形成熔融液。噴嘴連接出料口，用以將熔融液噴印至平台。

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成型材料經由第二管體輸送至第一管體內後，透過穿設於第一管體內的螺桿的轉動以攪動成型材料。在螺桿攪動成型材料的過程中，其可使得體積較大的成型材料受到擠壓、滾動而分裂成體積較小且均勻的成型材料，並將前述體積較小且均勻的成型材料持續輸送到出料口。由於輸送到出料口的成型材料 具備著體積較小且均勻的特性，因此在透過加熱器對前述成型材料加熱時，可使前述成型材料均勻地受熱以形成熔融液，並順利地自噴嘴噴出，有助於避免成型材料熔融不完全、熔融液沾黏於噴嘴，甚或是造成噴嘴的堵塞等情況產生。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。

10‧‧‧成型材料

11‧‧‧熔融液

100、100A~100B、230‧‧‧噴頭結構

110‧‧‧第一管體

111‧‧‧軸線

112‧‧‧進料口

113‧‧‧出料口

120‧‧‧螺桿

121‧‧‧第一端部

122‧‧‧第二端部

130‧‧‧第二管體

140‧‧‧加熱器

150‧‧‧噴嘴

160‧‧‧驅動單元

170‧‧‧散熱風扇

180‧‧‧連接件

190‧‧‧散熱鰭片

200‧‧‧三維列印裝置

210‧‧‧平台

220‧‧‧移動單元

圖1是本新型創作一實施例的噴頭結構的示意圖。

圖2是本新型創作另一實施例的噴頭結構的示意圖。

圖3是本新型創作又一實施例的噴頭結構的示意圖。

圖4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包括第一管體110、螺桿120、第二管體130、加熱器140以及噴嘴150。詳細而言，第一管體110 與第二管體130相連通，以使成型材料10可經由第二管體130輸送至第一管體110。第一管體110具有軸線111、進料口112以及相對於進料口112的出料口113，其中第二管體130連通於進料口112。

螺桿120穿設於第一管體110，其中螺桿120具有第一端部121以及相對於第一端部121的第二端部122，第一端部121鄰近出料口113，第二端部122鄰近進料口112。在此，噴頭結構100更包括驅動單元160。驅動單元160例如是馬達，其耦接於螺桿120的第二端部122，用以驅動螺桿120沿軸線111轉動。因此，透過第二管體130輸送至第一管體110內的成型材料10便可受到螺桿120的攪動，以持續地輸送至出料口113。舉例來說，成型材料10可為高分子材料(例如ABS、PLA或尼龍)，且例如是以碎料或塊料等型態由第二管體130輸送至第一管體110，或者是以粉末或漿料等型態由第二管體130輸送至第一管體110，又或者是半固態狀的原料，本新型創作對此不加以限制。

加熱器140設置於第一管體110外，且鄰近出料口113。此處，螺桿120的第一端部121延伸至出料口113，且加熱器140例如是對應於螺桿120的第一端部121設置。也就是說，成型材料10是由螺桿120輸送至出料口113時才會由加熱器140所加熱，並於升溫至熔點以上而形成熔融液11。最後，熔融液11可經由連接出料口113的噴嘴150噴出。此處，第一管體110、第二管體130以及噴嘴150可為一體成型，但本新型創作不限於此。

簡言之，本實施例的噴頭結構100可在成型材料10經由第二管體130輸送至第一管體110內後，透過穿設於第一管體110內的螺桿120的轉動以攪動成型材料10。在螺桿120攪動成型材料10的過程中，其可使得體積較大的成型材料10受到擠壓、滾動而分裂成體積較小且均勻的成型材料10，並將前述體積較小且均勻的成型材料10持續輸送到出料口113。由於輸送到出料口113的成型材料10具備著體積較小且均勻的特性，因此在透過加熱器140對前述成型材料10加熱時，可使前述成型材料10均勻地受熱以形成熔融液11，並順利地自噴嘴150噴出，有助於避免成型材料10熔融不完全、熔融液11沾黏於噴嘴150，甚或是造成噴嘴150的堵塞等情況產生。

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，惟兩者的差異在於：噴頭結構100A更包括設置於第一管體110外的散熱風扇170以及連接件180，其中散熱風扇170例如是連接件180連接至第一管體110而懸掛於第一管體110上。詳細而言，散熱風扇170位於加熱器140的上方，用以以朝向第一管體110提 供散熱氣流171。因此，在螺桿120攪動成型材料10時所產生的熱可被散熱氣流171帶走，藉以避免第一管體110內的溫度因螺桿120的轉動以及螺桿120攪動成型材料10而不斷上升。

圖3是本新型創作又一實施例的噴頭結構的示意圖。請參考圖3，圖3的噴頭結構100B與圖2的噴頭結構100A大致相似，惟兩者的差異在於：噴頭結構100B更包括設置於第一管體100外的散熱鰭片190。詳細而言，散熱鰭片190例如是貼附於第一管體110的外壁面，且位於加熱器140的上方。此處，散熱鰭片190對應於散熱風扇170設置，因此散熱風扇170所提供的散熱氣流171將會流向散熱鰭片190，以與散熱鰭片190進行熱交換。也就是說，螺桿120攪動成型材料10時所產生的熱會透過第一管體110傳遞至散熱鰭片190，再透過流向散熱鰭片190的散熱氣流171將熱帶走，以達到降溫的效用。

圖4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4，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(例如不銹鋼)或陶瓷(例如氧化鋁)，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、100B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11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成型材料經由第二管體輸送至第一管體內後，透過穿設於第一管體內的螺桿的轉動以攪動成型材料。在螺桿攪動成型材料的過程中，其可使得體積較大的成型材料受到擠壓、滾動而分裂成體積較小且均勻的成型材料，並將前述體積較小且均勻的成型材料持續輸送到出料口。由於輸送到出料口的成型材料具備著體積較小且均勻的特性，因此在透過加熱器對前述成型材料加熱時，可使前述成型材料均勻地受熱以形成熔融液，並順利地自噴嘴噴出，有助於避免成型材料熔融不完全、熔融液沾黏於噴嘴，甚或是造成噴嘴的堵塞等情況產生。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。

10‧‧‧成型材料

11‧‧‧熔融液

100‧‧‧噴頭結構

110‧‧‧第一管體

111‧‧‧軸線

112‧‧‧進料口

113‧‧‧出料口

120‧‧‧螺桿

121‧‧‧第一端部

122‧‧‧第二端部

130‧‧‧第二管體

140‧‧‧加熱器

150‧‧‧噴嘴

160‧‧‧驅動單元

Claims (10)

1. 一種噴頭結構，適用於一三維列印裝置，該噴頭結構包括：一第一管體，具有一軸線、一進料口以及相對於該進料口的一出料口，其中該軸線通過該出料口，一螺桿，穿設於該第一管體，且適於沿該軸線轉動；一第二管體，連通於該進料口，用以輸送一成型材料至該第一管體，使該成型材料受該螺桿的攪動而輸送至該出料口；一加熱器，設置於該第一管體外，且鄰近該出料口，該加熱器用以加熱該成型材料形成一熔融液；以及一噴嘴，連接該出料口，用以將該熔融液噴印至該三維列印裝置的一平台。
2. 如申請專利範圍第1項所述的噴頭結構，更包括：一驅動單元，設置於該第一管體的上方，該螺桿具有一第一端部以及相對於該第一端部的一第二端部，該第一端部鄰近該出料口，該驅動單元耦接於該第二端部。
3. 如申請專利範圍第1項所述的噴頭結構，更包括：一散熱風扇，設置於該第一管體外，且位於該加熱器的上方，用以朝向該第一管體提供一散熱氣流。
4. 如申請專利範圍第3項所述的噴頭結構，更包括：一散熱鰭片，設置於該第一管體外，且位於該加熱器的上方，該散熱鰭片對應於該散熱風扇設置，該散熱風扇所提供的該散熱氣流流向該散熱鰭片。
5. 如申請專利範圍第3項所述的噴頭結構，更包括：一連接件，該散熱風扇透過該連接件連接至該第一管體。
6. 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：一第一管體，具有一軸線、一進料口以及相對於該進料口的一出料口，其中該軸線通過該出料口；一螺桿，穿設於該第一管體，且適於沿該軸線轉動；一第二管體，連通於該進料口，用以輸送一成型材料至該第一管體，使該成型材料受該螺桿的攪動而輸送至該出料口；一加熱器，設置於該第一管體外，且鄰近該出料口，該加熱器用以加熱該成型材料形成一熔融液；一噴嘴，連接該出料口，用以將該熔融液噴印至該平台。
7. 如申請專利範圍第6項所述的三維列印裝置，其中該噴頭結構更包括：一驅動單元，設置於該第一管體的上方，該螺桿具有一第一端部以及相對於該第一端部的一第二端部，該第一端部鄰近該出料口，該驅動單元耦接於該第二端部。
8. 如申請專利範圍第6項所述的三維列印裝置，其中該噴頭 結構更包括：一散熱風扇，設置於該第一管體外，且位於該加熱器的上方，用以朝向該第一管體提供一散熱氣流。
9. 如申請專利範圍第8項所述的三維列印裝置，其中該噴頭結構更包括：一散熱鰭片，設置於該第一管體外，且位於該加熱器的上方，該散熱鰭片對應於該散熱風扇設置，該散熱風扇所提供的該散熱氣流流向該散熱鰭片。
10. 如申請專利範圍第8項所述的三維列印裝置，其中該噴頭結構更包括：一連接件，該散熱風扇透過該連接件連接至該第一管體。