TWM517684U - 適用於熔融沉積成型機之成型線材著色裝置 - Google Patents

Description

適用於熔融沉積成型機之成型線材著色裝置

本案係關於一種成型線材著色裝置，尤指一種適用於熔融沉積成型機之成型線材著色裝置 。

3D成型技術，亦稱為快速成型（Rapid Prototyping，RP）技術，因快速成型技術具有自動、直接及快速，可精確地將設計思想轉變為具有一定功能的原型或可製造直接使用的零件或成品，從而可對產品設計進行快速的評估，修改及功能試驗，大大縮短產品的開發週期，因而使得3D列印成型技術廣受青睞。

然快速成型技術中，有一種熔融沉積成型（Fused Deposition Modeling，FDM）技術，其乃輸送成型材料透過加熱對成型材料加熱成熔融液態，再由一擠出口擠出熔融液態成型材料而冷卻堆疊出3D成型物。

然而，以目前熔融沉積成型（Fused Deposition Modeling，FDM）技術而言，其所成型的3D成型物之色彩，主要係決定於當時供给FDM機之塑膠線材的顏色而定，且一般來說，該塑膠線材的顏色在生產時即已決定好，使用者僅能選擇廠商所提供之特定色彩的塑膠線材，並無法依照需求而自行決定塑膠線材的顏色，如此一來，則透過FDM技術所成型的3D成型物，其色彩通常為單一色系，或是僅由幾種特定的基本色系所構成，而無法供使用者靈活運用。

有鑑於此，本案提供一種適用於熔融沉積成型機之成型線材著色裝置，以將成型線材進行加溫並可將成型線材之兩表面均噴塗著色，如此供使用者可依照需求而將成型線材進行完整著色，並廣泛地應用於3D成型技術中，供以產業上利用。

本案之主要目的在於提供一種成型線材著色裝置，應用於熔融沉積成型（FDM）機中，俾可解決目前熔融沉積成型（FDM）技術僅可製造單一色彩之3D成型物的技術瓶頸。

為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種成型線材著色裝置，適用於熔融沉積成型機，包含：兩組供輸驅動器，分別設置於成型線材之U型導送路徑之前後段，供以導引驅動成型線材進給導料；兩組加熱組件，分別設置於其對應之供輸驅動器之一側；兩組噴頭組件，分別設置於其對應之供輸驅動器之一側，每一組噴頭組件包含至少一噴頭墨匣，每一噴頭墨匣內係容置顏色染料，且每一噴頭墨匣之底部內設有至少一噴液產生器，並與其對應之顏色染料連通，至少一噴液產生器受驅動時可控制顏色染料向外噴出；藉此，成型線材受兩組供輸驅動器導引驅動並以U型導送路徑進給至兩組加熱組件處，由兩組加熱組件對該成型線材實施表面加溫，再分別輸送至兩組噴頭組件處，且由其中一組噴頭墨匣以至少一噴液產生器將顏色染料噴塗至經加溫之成型線材之第一表面上，另一組噴頭墨匣則將其對應之顏色染料噴塗至經加溫之成型線材之第二表面上，以完成成型線材之完整線徑著色。

1‧‧‧熔融沉積成型機

10‧‧‧成型線材著色裝置

11‧‧‧成型線材

11’‧‧‧已完成完整線徑著色之成型線材

11’’‧‧‧液態成型線材

110‧‧‧第一表面

111‧‧‧第二表面

12‧‧‧材料匣

12’‧‧‧儲置已完成完整線徑著色之成型線材之材料匣

131、132‧‧‧供輸驅動器

141、142‧‧‧加熱組件

151、152‧‧‧噴頭組件

1511、1521‧‧‧噴頭墨匣

1511a‧‧‧噴墨晶片

1511b‧‧‧噴孔

1511c‧‧‧噴液產生器

1512、1522‧‧‧承載座

1513、1523‧‧‧噴液回收盒

16‧‧‧噴頭

161‧‧‧擠出口

17‧‧‧承載盤

18‧‧‧驅動輪

2‧‧‧3D成型物

第1圖為本案較佳實施例之適用於熔融沉積成型(FDM)機之成型線材著色裝置之示意圖。

第2圖為本案較佳實施例之成型線材著色裝置之噴頭墨匣之底部示意圖。

第3圖為本案第一較佳實施例之採用成型線材著色裝置之熔融沉積成型(FDM)機之示意圖。

第4圖為本案第二較佳實施例之採用成型線材著色裝置之熔融沉積成型(FDM)機之示意圖。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。

請參閱第1圖，其為本案較佳實施例之適用於熔融沉積成型(FDM)機之成型線材著色裝置之示意圖。如圖所示，成型線材著色裝置10係適用於一熔融沉積成型(FDM)機1(如第3圖所示)中，且包含成型線材11、材料匣12、兩組供輸驅動器131、132、兩組加熱組件141、142、兩組噴頭組件151、152等組件，其中材料匣12用以儲置成型線材11，兩組供輸驅動器131、132分別設置於成型線材11之U型導送路徑之前後段，供以導引、驅動成型線材11進給導料，兩組加熱組件141、142分別設置於其對應之供輸驅動器131、132之一側，兩組噴頭組件151、152亦分別設置於其對應之供輸驅動器131、132之一側，每一組噴頭組件151、152各包含至少一噴頭墨匣1511、1521，且每一噴頭墨匣1511、1521內均容置顏色染料(未圖示)，且每一噴頭墨匣1511、1521之底部內設有至少一噴液產生器1511c(如第2圖所示)，並與其對應之顏色染料連通，當至少一噴液產生器1511c受驅動時可控制顏色染料向外噴出；藉此，成型線材11受此兩組供輸驅動器131、132導引驅動並以U型導送路徑進給至兩組加熱組件141、142處，由兩組加熱組件141、142對成型線材11實施表面加溫，再分別輸送至兩組噴頭組件151、152處，且由其中一組噴頭墨匣1511以至少一噴液產生器1511c將顏色染料噴塗至經加溫之成型線材11之第一表面110上，另一組噴頭墨匣1521則將其對應之顏色染料噴塗至經加溫之成型線材11之第二表面110上，以完成 成型線材11 之完整線徑著色。

於本實施例中，如第1圖所示，成型線材11係可為但不限為一細微之線狀體，例如：細微之塑膠線，但不以此為限，且其大致上可區分為第一表面110及第二表面111。於本實施例中，成型線材11之直徑係介於0.01 mm至2.0 mm，且其較佳值則介於0.1 mm至1.0 mm。以及，該成型線材11之材質係可為但不限為一熱塑性高分子材料。

舉例來說，該成型線材11之熱塑性高分子材料係可為但不限為塑膠材料及支撐材料，舉例來說，高分子材料係為一聚氯乙烯、一聚乙烯、一聚苯乙烯、一聚氨基甲酸酯、一聚醯胺 、一聚甲醛、一纖維素塑料、一聚四氟乙烯、一聚醯亞胺、一聚苯硫醚、一聚碳酸脂之至少其中之一種高分子材料，以作為塑膠材料，但不以此為限，又或者是，該成型線材11之熱塑性高分子材料係可為一聚乳酸（PLA）、一丙烯腈－丁二烯－苯乙烯（ABS）、一丁二烯－苯乙烯（BS）、一丙烯腈－苯乙烯（AS）、一聚乙醯胺（PA）、一尼龍6、一尼龍66、一聚酸甲酯（PMMA）、一氯化聚乙烯（CPE）、一硝酸纖維素、一聚對苯二甲酸乙二酯（PETE或PET）、一聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、一聚對苯二甲酸二丁酯（PBT）、一改質聚氯化二甲基苯（m-PPE）之至少其中之一種高分子材料，以作為支撐材料，但不以此為限。

請續參閱第1圖，如圖所示，成型線材著色裝置10具有材料匣12，用以儲置未進行噴塗著色的成型線材11，成型線材11先是透過第一組供輸驅動器131之導引驅動，使該成型線材11的第一表面110向上進行輸送，並輸送至鄰設於第一組供輸驅動器131一側的加熱組件141中，以進行加溫，於本實施例中，該加熱組件141之溫度係介於50~100度之間，且其較佳之溫度係介於70~75度之間，但不以此為限。經過加熱組件141進行加溫的成型線材11並不會完全熔融，待加溫後之成型線材11透過供輸驅動器131之導引驅動再向前輸送，則會繼續輸送至鄰設於加熱組件141一側的噴頭組件151中。

於一些實施例中，噴頭組件151具有噴頭墨匣1511、承載座1512及噴液回收盒1513等組件，但不以此為限，其中承載座1512係用以供該噴頭墨匣1511架構於其上，且噴液回收盒1513係對應設置於噴頭墨匣1511之下方，用以將噴頭墨匣1511噴出之顏色染料(未圖示)予以集中回收處理。且如前所述，每一噴頭墨匣1511之底部內設有至少一噴液產生器1511c(如第2圖所示)，供與顏色染料(未圖示)連通，以及，每一噴頭墨匣1511之底部更設置複數個噴孔1511b(如第2圖所示)，每一噴孔1511b均與內部對應之噴液產生器1511c相連通，促使噴液產生器1511c受驅動時可控制顏色染料由噴孔1511b向外噴出，因此，當加溫後的成型線材11輸送至噴頭組件151處時，則可由噴頭墨匣1511對加溫後之成型線材11之第一表面110進行噴塗表面著色程序。

請續參閱第1圖，如圖所示，該完成第一表面110之噴塗表面著色程序之成型線材11會再因應另一組供輸驅動器132之導引驅動，而繼續以U型導送路徑進行輸送，當該成型線材11輸送至第二組供輸驅動器132處時，則會如第1圖所示，成型線材11未著色之第二表面111會因其U型之導送路徑而轉為朝上，再透過第二組供輸驅動器132之導引以向前輸送至鄰設於第二組供輸驅動器132一側之加熱組件142，以對成型線材11之第二表面111實施加溫，其後，經加溫後的成型線材11則會繼續輸送至鄰設於加熱組件142一側的噴頭組件152。於本實施例中，第二組噴頭組件152係與第一組噴頭組件151相同，同樣具有噴頭墨匣1521、承載座1522及噴液回收盒1523，且其設置方式均與前述第一組噴頭組件151相同，故不再贅述之。當加溫後的成型線材11輸送至第二組噴頭組件152處時，則可由噴頭墨匣1521對加溫後之成型線材11之第二表面111進行噴塗表面著色程序，如此一來，透過兩組供輸驅動器131、132使成型線材11可以U型導送路徑進行輸送，並由兩組加熱組件141、142以分別對成型線材11之第一表面110及第二表面111實施表面加溫，更透過噴頭組件151、152分別對成型線材11之第一表面110及第二表面111實施噴塗表面著色程序，如此即可直接完成成型線材11之完整線徑著色。

請參閱第2圖，其為本案較佳實施例之成型線材著色裝置之噴頭墨匣之底部示意圖。於本實施例中，噴頭組件151、152之噴頭墨匣1511、1521係為兩相同之墨匣結構，故以下僅以噴頭墨匣1511為例示說明之。如圖所示，噴頭墨匣1511係為一匣體結構，且其內具有容置空間(未圖示)，用以供至少一顏色染料(未圖示)容置於其內。於一些實施例中，每一噴頭墨匣1511所容置的顏色染料係可為單色或是多色，意即當噴頭墨匣1511容置多色顏料染料時，則其內的每一顏色染料均為分隔儲置。以及，在噴頭墨匣1511之匣體底部設有一噴墨晶片1511a，噴墨晶片1511a上具有複數個噴孔1511b，每一噴孔1511b均與其內部的一噴液產生器1511c對應連通，且每一噴液產生器1511c亦與噴頭墨匣1511內儲置的顏色染料對應連通，是以，當噴液產生器1511c接獲訊號受驅動時，則可控制與其相連通之顏色染料由對應的噴孔1511b向外噴出，以進行噴塗表面著色程序。

於另一些實施例中，噴頭墨匣1511中所容置的顏色染料係為一青色（Cyan）染料、一洋红色（Magenta）染料、一黄色（Yellow）染料、一黑色（Black）染料之至少其中之一。且噴液產生器1511c係可為但不限為一熱汽泡式噴頭、一壓電式噴頭、一微機電製程製造噴頭之至少其中之一種噴液產生器1511c。

請參閱第3圖，為本案第一較佳實施例之採用成型線材著色裝置之熔融沉積成型(FDM)機之示意圖。如圖所示，熔融沉積成型(FDM)機1係包含成型線材著色裝置10、噴頭16及承載盤17等組件，於本實施例中，熔融沉積成型(FDM)機1主要為直接採用成型線材著色裝置10，以將成型線材11由材料匣12輸出，並透過成型線材著色裝置10之兩組供輸驅動器131、132、兩組加熱組件141、142、兩組噴頭組件151、152等組件以分別對成型線材11之第一表面110及第二表面111實施表面加溫及噴塗表面著色程序，如此以輸出完整線徑著色之成型線材11’，其後，再將已完成完整線徑著色之成型線材11’直接輸送至噴頭16中。於一些實施例中，噴頭16內可具備一加熱器(未圖示)，以使已完成完整線徑著色之成型線材11’可熔融形成液態，並可使液態成型線材11’’儲置於噴頭16中。且於本實施例中，噴頭16更具有擠出口161，用以將熔融後之液態成型線材11’’由此擠出口161擠出至承載盤17上，並 依據每一層不同之斷面圖形進行堆疊，且隨著 液態成型線材11’’ 的自然冷卻固化、 依序堆疊成型，進而以層層堆疊出一3D成型物2。由此可見，於本實施例中，主要係直接將成型線材著色裝置10應用於熔融沉積成型(FDM)機1中，並使成型線材著色裝置10輸出之已完成完整線徑著色之成型線材11’可直接於熔融沉積成型(FDM)機1中進行熔融及擠出成型等作業，藉此，則可供使用者自行調配噴塗出其所需之成型線材11之色彩，增添3D成型物2之色彩擬真及藝術性。

請參閱第4圖，為本案第二較佳實施例之採用成型線材著色裝置之熔融沉積成型(FDM)機之示意圖。如圖所示，熔融沉積成型(FDM)機1係包含已完成完整線徑著色之成型線材11’、材料匣12’、 噴頭16、承載盤17及驅動輪18等組件，其中，材料匣12’中所儲置的成型線材11’係為由成型線材著色裝置10完成完整線徑著色之成型線材11；換言之，於本實施例中，熔融沉積成型(FDM)機1並未直接應用成型線材著色裝置10，而是將成型線材11經由成型線材著色裝置10進行完整線徑著色之後，再將已完成完整線徑著色之成型線材11’儲置於另一材料匣12’，當欲進行3D成型時，則可將材料匣12’直接輸送至熔融沉積成型機1上進行應用，並可透過驅動輪18之驅動導引，而將材料匣12’中儲置的已完成完整線徑著色之成型線材11’向外導出輸送，並輸送至噴頭16中，並可由噴頭16內的加熱器(未圖示)使之加熱熔融形成液態，並可使液態成型線材11’’儲置於噴頭18中，再由噴頭16之擠出口161將熔融後之液態成型線材11’’擠出至承載盤17上，並 依據每一層不同之斷面圖形進行堆疊，且隨著 液態成型線材11’’ 的自然冷卻固化、 依序堆疊成型，進而以層層堆疊出一3D成型物2。

綜上所述，本案之適用於熔融沉積成型機之成型線材著色裝置，主要透過成型線材著色裝置以U型導送路徑搭配兩組供輸驅動器、兩組加熱組件、兩組噴頭組件等組件以分別對成型線材之第一表面及第二表面實施表面加溫及噴塗表面著色程序，以使其完成完整線徑著色，其後更可有兩種不同之應用方式，一為可直接將整組成型線材著色裝置應用於熔融沉積成型機中，使已完成完整線徑著色之成型線材直接輸入於噴頭中，另一則為將已完成完整線徑著色之成型線材儲置於一材料匣中，再將該材料匣直接應用於熔融沉積成型機，然無論採用那一種實施態樣，均可透過本案之成型線材著色裝置以對成型線材進行完整線徑著色，並可堆疊成型出其所需色彩之3D成型物，不僅可突破傳統單色之3D成型物之技術瓶頸，更可提供使用者自行調配噴塗出其所需之成型線材之色彩，藉此以增加3D成型物之色彩擬真及藝術性，同時更利於推廣彩色3D列印技術，並使彩色3D列印技術更為普及化。

本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1‧‧‧熔融沉積成型機

10‧‧‧成型線材著色裝置

11‧‧‧成型線材

110‧‧‧第一表面

111‧‧‧第二表面

12‧‧‧材料匣

131、132‧‧‧供輸驅動器

141、142‧‧‧加熱組件

151、152‧‧‧噴頭組件

1511、1521‧‧‧噴頭墨匣

1512、1522‧‧‧承載座

1513、1523‧‧‧噴液回收盒

Claims (14)

1. 一種成型線材著色裝置，適用於一熔融沉積成型機，包含：
   　 兩組供輸驅動器，分別設置於一成型線材之一U型導送路徑之前後段，供以導引驅動該成型線材進給導料；
   　 兩組加熱組件，分別設置於其對應之該供輸驅動器之一側；以及
   　 兩組噴頭組件，分別設置於其對應之該供輸驅動器之一側，每一組該噴頭組件包含至少一噴頭墨匣，每一該噴頭墨匣內係容置一顏色染料，且每一該噴頭墨匣之底部內設有至少一噴液產生器，並與其對應之該顏色染料連通，該至少一噴液產生器受驅動時可控制該顏色染料向外噴出；
   　 藉此，該成型線材受該兩組供輸驅動器導引驅動並以該U型導送路徑進給至該兩組加熱組件處，由該兩組加熱組件該成型線材實施表面加溫，再分別輸送至該兩組噴頭組件處，且由其中一組該噴頭墨匣以該至少一噴液產生器將該顏色染料噴塗至經加溫之該成型線材之一第一表面上，另一組該噴頭墨匣則將其對應之該顏色染料噴塗至經加溫之該成型線材之一第二表面上，以完成該成型線材之完整線徑著色。
2. 如申請專利範圍第1項所述之成型線材著色裝置 ，其中該加熱組件對該成型線材實施表面加溫之溫度係介於50~100度之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之成型線材著色裝置，其中該加熱組件對該成型線材實施表面加溫之溫度係介於70~75度之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之成型線材著色裝置，其中該成型線材為一熱塑性高分子材料。
5. 如申請專利範圍第4項所述之成型線材著色裝置，其中該熱塑性高分子材料係為一聚氯乙烯、一聚乙烯、一聚苯乙烯、一聚氨基甲酸酯、一聚醯胺 、一聚甲醛、一纖維素塑料、一聚四氟乙烯、一聚醯亞胺、一聚苯硫醚、一聚碳酸脂之至少其中之一或其混合物。
6. 如申請專利範圍第4項所述之成型線材著色裝置，其中該熱塑性高分子材料係為一聚乳酸（PLA）、一丙烯腈－丁二烯－苯乙烯（ABS）、一丁二烯－苯乙烯（BS）、一丙烯腈－苯乙烯（AS）、一聚乙醯胺（PA）、一尼龍6、一尼龍66、一聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、一氯化聚乙烯（CPE）、一醋酸纖維素、一聚對苯二甲酸乙二酯（PETE或PET）、一聚氯乙烯（PVC）、一聚丙烯（PP）、一聚對苯二甲酸二丁酯（PBT）、一改質聚氯化二甲基苯（m-PPE）之至少其中之一或其混合物。
7. 如申請專利範圍第1項所述之成型線材著色裝置，其中每一該噴頭組件之每一該噴頭墨匣之底部更設置複數個噴孔，且每一該噴孔均與內部對應之該噴液產生器相連通，促使該噴液產生器受驅動時可控制該至少一顏色染料由該噴孔向外噴出。
8. 如申請專利範圍第1項所述之成型線材著色裝置，其中每一該噴頭組件更包括一承載座及一噴液回收盒，該承載座係供該至少一噴頭墨匣架構於其上，該噴液回收盒對應設置於該至少一噴頭墨匣之下方，用以將已噴出之該顏色染料予以集中回收處理。
9. 如申請專利範圍第1項所述之成型線材著色裝置，其中該顏色染料為一青色（Cyan）染料。
10. 如申請專利範圍第1項所述之成型線材著色裝置，其中該顏色染料為一洋红色（Magenta）染料。
11. 如申請專利範圍第1項所述之成型線材著色裝置，其中該顏色染料為一黄色（Yellow）染料。
12. 如申請專利範圍第1項所述之成型線材著色裝置，其中該噴液產生器係為一熱汽泡式噴頭、一壓電式噴頭、一微機電製程製造噴頭之至少其中之一種噴液產生器。
13. 如申請專利範圍第1項所述之成型線材著色裝置，其中該熔融沉積成型機具有一材料匣，用以收集儲置經已完成完整線徑著色之該成型線材，且該材料匣得以直接於該熔融沉積成型機上應用。
14. 如申請專利範圍第1項所述之成型線材著色裝置，其中已完成完整線徑著色之該成型線材得以直接輸送於該熔融沉積成型機上應用。