TWM513742U - 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前述噴頭結構的三維列印裝置。

近年來，隨著三維列印技術及其材料應用日趨成熟，透過三維列印技術製造所得的三維物件在精密度和強度等方面已大幅提升，故逐漸為製造業界或工業界所採用，為新一代的前瞻製造技術。通常而言，三維列印的製作步驟是先自欲成型物件的三維圖檔擷取出多個二維切層輪廓，再依據各個二維切層輪廓以逐層堆積的方式加工出三維物件。前述透過逐層堆疊累積來建構三維物件的製作方法即稱為積層製造，以熔融沉積成型(Fused Deposition Modeling, FDM)為例，其製作過程例如是先將線材(filament)輸送至噴頭內部。接著，透過噴頭內的加熱器加熱線材至熔點以上。最後，使熔融後的線材自噴頭的噴嘴噴出，並沿著各個二維切層輪廓逐層噴印出多個子層至平台上，進而在平台上堆疊形成三維物件。

目前常見的噴嘴的截面形狀為圓形，成型於平台上的任一個子層的外緣可能因此具有弧形面。據此，由多個子層堆疊而成的三維物件的外緣便是由多個弧形面連接而成。換言之，採用圓形噴嘴製作所得的三維物件的外緣凹凸不平，其表面的平整度不佳。

本新型創作提供一種噴頭結構與應用前述噴頭結構的三維列印裝置，能製作出具有良好的平整度的三維物件。

本新型創作提出一種噴頭結構，適用於三維列印裝置。噴頭結構包括承載件、噴頭以及驅動單元。噴頭設置於承載件上。噴頭包括噴嘴。噴嘴具有方形開口。驅動單元設置於承載件上，並與噴頭相耦接。驅動單元依據噴印路徑驅動噴頭沿第一軸線相對於承載件轉動，以使噴嘴的方形開口的側壁平行於噴印路徑，進而將熔融後的線材噴印於平台上。

在本新型創作的一實施例中，上述的噴印路徑包括直線區段、曲線區段或前述區段的組合。

在本新型創作的一實施例中，上述的噴嘴的方形開口的側壁平行於曲線區段的切線方向。

在本新型創作的一實施例中，上述的驅動單元包括馬達以及與馬達相連接的傳動齒輪。噴頭結構更包括齒盤。齒盤設置於噴頭上。傳動齒輪與齒盤相耦接。

在本新型創作的一實施例中，上述的馬達驅動傳動齒輪沿垂直於第一軸線的第二軸線轉動。

在本新型創作的一實施例中，上述的噴頭更包括主體。主體與噴嘴相連接。主體具有第一通道。噴嘴具有第二通道，其中第一通道與第二通道相連通，且第二通道透過方形開口與外界相連通。

在本新型創作的一實施例中，上述的第一通道的截面形狀為圓形，且第二通道的截面形狀為方形。

在本新型創作的一實施例中，上述的第一通道的口徑大於第二通道的口徑。

在本新型創作的一實施例中，上述的第二通道延伸至主體。

本新型創作提出一種三維列印裝置，包括平台、移動單元以及前述噴頭結構。移動單元設置於平台上方。移動單元與噴頭結構相連接，用以帶動噴頭結構相對於平台移動。

基於上述，由於本新型創作的噴頭結構的噴頭具有噴嘴，且噴嘴具有方形開口，因此應用前述噴頭結構的三維列印裝置所製作出的三維物件，可具有良好的平整度。

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。

圖1是本新型創作一實施例的三維列印裝置的側視示意圖。圖2是圖1的三維列印裝置的俯視示意圖，其中為求清楚表示與便於說明，圖2省略繪示線材10。請參考圖1與圖2，在本實施例中，三維列印裝置100例如是採用熔融沉積成型的三維列印技術，其包括平台110、移動單元120以及噴頭結構130。平台110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120設置於平台110上方，且與噴頭結構130相連接。也就是說，噴頭結構130可透過移動單元120懸掛於平台110上方，以與平台110保持間距。另一方面，移動單元120適於帶動與其相連接的噴頭結構130沿平行於X軸的方向以及平行於Y軸的方向相對於平台110來回移動。

噴頭結構130包括承載件131、噴頭132以及驅動單元133。噴頭132為可轉動地設置於承載件131上，其中噴頭132包括噴嘴1321，且噴嘴1321具有方形開口1322。驅動單元133設置於承載件131上，並與噴頭132相耦接。在本實施例中，驅動單元133能依據噴印路徑P驅動噴頭132沿第一軸線A1相對於承載件131轉動，以使噴嘴1321的方形開口1322的側壁1323平行於噴印路徑P，進而將熔融後的線材MF逐層噴印於平台110上。

在本實施例中，噴頭132更包括主體1324。主體1324與噴嘴132相連接，且例如是一體成型。在其他實施例中，噴嘴132可透過螺接的方式，以固定於主體1324。主體1324具有第一通道1325，噴嘴1321具有與第一通道1325相連通的第二通道1326，且第二通道1326透過方形開口1322與外界相連通。此處，第一通道1325的截面形狀為圓形，且其口徑大於未熔融的線材MF1的直徑，以利於線材MF1通過而不會阻塞於其中。第二通道1326的截面形狀為方形，且其截面面積實質上與方形開口1322的開口面積一致。另一方面，第二通道1326可進一步延伸至主體1324，因此未熔融的線材MF1在進入噴嘴1321前即已被位於主體1324上的加熱器(圖未示)加熱熔融。

請繼續參考圖1與圖2，驅動單元133例如是與噴頭132的主體1324相耦接。詳細而言，驅動單元133包括馬達1331以及與馬達1331相連接的傳動齒輪1332，其中驅動單元133例如是透過傳動齒輪1332與主體1324相耦接。此處，馬達1331可驅動傳動齒輪1332沿垂直於第一軸線A1的第二軸線A2轉動，再透過傳動齒輪1332帶動主體1324沿第一軸線A1相對於承載件131轉動。

在本實施例中，噴頭結構132更包括齒盤1327。齒盤1327設置於噴頭132的主體1324上，且例如是一體成型。在其他實施例中，齒盤1327可以是套設於主體1324(或稱主體1324穿過齒盤1327)，並卡固於主體1324上。詳細而言，驅動單元133可透過傳動齒輪1332與齒盤1327相耦接，因此馬達1331所提供的動力可透過齒輪1332傳遞至齒盤1327，以帶動噴頭132沿第一軸線A1相對於承載件131轉動。

在本實施例中，馬達1331例如是程控馬達，其能依據噴印路徑P來決定噴頭132的轉動角度，以使噴嘴1321的方形開口1322的側壁1323平行於噴印路徑P。舉例來說，噴印路徑P可包括直線區段P1、曲線區段P2或前述區段的組合。就直線區段P1而言，在將熔融後的線材MF噴印於平台110上時，噴頭結構130可控制噴嘴1321的方形開口1322的側壁1323平行於直線區段P1的延伸方向。再就曲線區段P2而言，在將熔融後的線材MF噴印於平台110上時，噴頭結構130可控制噴嘴1321的方形開口1322的側壁1323平行於曲線區段P2的切線方向。如此一來，固化後的線材MF(或稱子層)的外壁面便能平行於噴印路徑P(或稱垂直於平台110)，而由前述固化後的線材MF(或稱子層)所堆疊形成的三維物件的外緣便能由垂直於平台110的多個外壁面連接而成，以使製作所得的三維物件具有良好的平整度。

綜上所述，由於本新型創作的噴頭結構的噴頭具有噴嘴，噴嘴具有方形開口，且驅動單元能依據噴印路徑驅動噴頭轉動，以使方口噴嘴的方形開口的側壁能平行於噴印路徑，因此應用前述噴頭結構的三維列印裝置所製作出的三維物件，可具有良好的平整度。

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。

100‧‧‧三維列印裝置
110‧‧‧平台
120‧‧‧移動單元
130‧‧‧噴頭結構
131‧‧‧承載件
132‧‧‧噴頭
1321‧‧‧噴嘴
1322‧‧‧方形開口
1323‧‧‧側壁
1324‧‧‧主體
1325‧‧‧第一通道
1326‧‧‧第二通道
1327‧‧‧齒盤
133‧‧‧驅動單元
1331‧‧‧馬達
1332‧‧‧傳動齒輪
A1‧‧‧第一軸線
A2‧‧‧第二軸線
MF、MF1‧‧‧線材
P‧‧‧噴印路徑
P1‧‧‧直線區段
P2‧‧‧曲線區段

圖1是本新型創作一實施例的三維列印裝置的側視示意圖。 圖2是圖1的三維列印裝置的俯視示意圖。

100‧‧‧三維列印裝置

110‧‧‧平台

120‧‧‧移動單元

130‧‧‧噴頭結構

131‧‧‧承載件

132‧‧‧噴頭

1321‧‧‧噴嘴

1324‧‧‧主體

1325‧‧‧第一通道

1326‧‧‧第二通道

1327‧‧‧齒盤

133‧‧‧驅動單元

1331‧‧‧馬達

1332‧‧‧傳動齒輪

A1‧‧‧第一軸線

A2‧‧‧第二軸線

MF、MF1‧‧‧線材

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： 一承載件； 一噴頭，設置於該承載件上，其中該噴頭包括一噴嘴，且該噴嘴具有一方形開口；以及 一驅動單元，設置於該承載件上，並與該噴頭相耦接，該驅動單元依據一噴印路徑驅動該噴頭沿一第一軸線相對於該承載件轉動，以使該噴嘴的該方形開口的一側壁平行於該噴印路徑，進而將熔融後的線材噴印於一平台上。
2. 如申請專利範圍第1項所述的噴頭結構，其中該噴印路徑包括直線區段、曲線區段或前述區段的組合。
3. 如申請專利範圍第2項所述的噴頭結構，其中該噴嘴的該方形開口的該側壁平行於該曲線區段的切線方向。
4. 如申請專利範圍第1項所述的噴頭結構，其中該驅動單元包括一馬達以及與該馬達相連接的一傳動齒輪，該噴頭結構更包括： 一齒盤，設置於該噴頭上，該傳動齒輪與該齒盤相耦接。
5. 如申請專利範圍第4項所述的噴頭結構，其中該馬達驅動該傳動齒輪沿垂直於該第一軸線的一第二軸線轉動。
6. 如申請專利範圍第1項所述的噴頭結構，其中該噴頭更包括： 一主體，與該噴嘴相連接，該主體具有一第一通道，該噴嘴具有一第二通道，其中該第一通道與該第二通道相連通，且該第二通道透過該方形開口與外界相連通。
7. 如申請專利範圍第6項所述的噴頭結構，其中該第一通道的截面形狀為圓形，且該第二通道的截面形狀為方形。
8. 如申請專利範圍第6項所述的噴頭結構，其中該第一通道的口徑大於該第二通道的口徑。
9. 如申請專利範圍第6項所述的噴頭結構，其中該第二通道延伸至該主體。
10. 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 一如申請專利範圍第1至9項中任一項所述的噴頭結構，其中該移動單元與該噴頭結構相連接，用以帶動該噴頭結構相對於該平台移動。