TWM518165U - 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噴塗著色，如此供使用者可依照需求而將成型線材進行著色，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城型物的技術瓶頸。

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：成型線材；供輸驅動器，可導引驅動成型線材輸送導料；加熱區，其內設置至少一加熱器；噴塗區，其內設置至少一噴頭墨匣，每一噴頭墨匣內部容置至少一顏色染料，並分隔儲置，以及每一噴頭墨匣之底部內設有至少一噴液產生器，供與至少一顏色染料連通，每一噴頭墨匣之底部更設置複數個噴孔，且每一噴孔均與內部對應之噴液產生器相連通，促使噴液產生器受驅動時可控制至少一顏色染料由噴孔向外噴出；以及隔熱組件，設置於加熱區與噴塗區之間，供以對噴塗區之至少一噴頭墨匣予以隔絕保護；藉此，成型線材受供輸驅動器導引進給至加熱區內，並由至少一加熱組件對成型線材實施加溫，再將成型線材輸送至噴塗區，由至少一噴頭墨匣以至少一噴液產生器將至少一顏色染料由噴孔噴塗至經加溫之成型線材之第一表面上，以完成成型線材之噴塗表面著色程序。

1‧‧‧熔融沉積成型機

10‧‧‧成型線材著色裝置

11‧‧‧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

121‧‧‧第一材料匣

122‧‧‧第二材料匣

13‧‧‧供輸驅動器

14‧‧‧加熱區

141‧‧‧加熱器

15‧‧‧噴塗區

151‧‧‧噴頭墨匣

151a‧‧‧噴墨晶片

151b‧‧‧噴孔

151c‧‧‧噴液產生器

152‧‧‧顏色染料

16‧‧‧隔離組件

17‧‧‧驅動輪

18‧‧‧噴頭

181‧‧‧擠出口

19‧‧‧承載盤

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、供輸驅動器13、加熱區14、噴塗區15以及隔離組件16等組件，其中材料匣12用以儲置成型線材11，供輸驅動器13用以導引、驅動成型線材11輸送導料，加熱區14內設置至少一加熱器14，噴塗區內則設置至少一噴頭墨匣151，且每一噴頭墨匣151內部均容置至少一顏色染料152，並分隔儲置，且每一噴頭墨匣151之底部內設有至少一噴液產生器151c(如第2圖所示)，供與至少一顏色染料152連通，每一噴頭墨匣151之底部更設置複數個噴孔151b，且每一噴孔151b均與內部對應之噴液產生器151c相連通，促使噴液產生器151c受驅動時可控制至少一顏色染料152由噴孔151b向外噴出，以及，隔熱組件16設置於加熱區 14與噴塗區15之間，供以對噴塗區15內之至少一噴頭墨匣151予以隔絕保護；藉此，成型線材11受供輸驅動器13導引進給至加熱區14內，並由至少一加熱組件141對成型線材11實施加溫，再將成型線材11輸送至噴塗區15，由至少一噴頭墨匣151以至少一噴液產生器151c將至少一顏色染料152由噴孔151b噴塗至經加溫之成型線材11之第一表面110上，以完成成型線材11之噴塗表面著色程序。

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0.01mm至2.0mm，且其較佳值則介於0.1mm至1.0mm。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。

請參閱第1圖，如圖所示，成型線材著色裝置10具有複數個材料匣12，舉例來說，於本實施例中即具有第一材料匣121及第二材料匣122，第一材料匣121先是用以儲置未進行噴塗著色的成型線材11，並透過供輸驅動器13之導引驅動，以將成型線材11進給輸送，並使該成型線材11的第一表面110向上進行輸送。請參閱第1圖，其中供輸驅動器13係可為驅動輪、或是兩相對設置之驅動軸塊，但均不以此為限，主要用以輔助成型線材11輸送進給至加熱區14中。加熱區14內設置了複數個加熱器14，用以對輸送進來的成型線材11進行加溫，於本實施例中，該加熱區之溫度係介於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。

於一些實施例中，成型線材著色裝置10更具有隔離組件16，但不以此為限，且隔熱組件16係設置於加熱區14與噴塗區15之間，用以對噴塗區15內之噴頭墨匣151予以隔絕保護，使其不受到加熱區14內之加熱器141之溫度影響。

經過加熱區14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13之導引驅動再向前輸送，而進入噴塗區15內後，則會由噴塗區15內的複數個噴頭墨匣151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，且該完成噴塗表面著色程序之成型線材11會再因應供輸驅動器13之導引驅動而捲收儲置於第二材料匣122之中，如此，成型線材11之第一表面110即已完成噴塗表面著色程序。

其後，再將第二材料匣122設置於原先第一材料匣121所設置之起始位置，並使成型線材11再以未著色之第二表面111朝上，並透過供輸驅動器13之導引以輸送至加熱區14及噴塗區15內，並如前所述地實施加溫及第二表面111之噴塗表面著色程序，則當其完成第二表面111之噴塗表面著色程序後，亦可將成型線材11再次捲收儲置於第一材料匣121中，如此一來，透過對成型線材11之第一表面110及第二表面111兩次的噴塗表面著色程序後，即可完成成型線材11之完整線徑著色，且第一材料匣121即可直接輸送至熔融沉積成型機1(如第3圖所示)上進行應用。當然，完成第二表面111之表面著色程序之成型線材11亦可捲收於其他的材料匣12中，並不限於儲置在第一材料匣121或第二材料匣122中，其係可依照實際施作情形而任施變化。

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。如圖所示，本案之噴頭墨匣151係為一匣體結構，且其內具有容置空間(未圖示)，用以供第1圖所示之顏色染料152容置於其內，於本實施例中，每一噴頭墨匣151所容置的顏色染料152係可為單色或是多色，意即當噴頭墨匣151容置多色顏料染料152時，則其內的每一顏色染料152均為分隔儲置。以及，在噴頭墨匣151之匣體底部設有一噴墨晶片151a，噴墨晶片151a上具有複數個噴孔151b，每一噴孔151b均與其內部的一噴液產生器151c對應連通，且每一噴液產生器151c亦與噴頭墨匣151內儲置的顏色染料152對應連通，是以，當噴液產生器151c接獲訊號受驅動時，則可控制與其相連通之顏色染料152由對應的噴孔151b向外噴出，以進行噴塗表面著色程序。

於一些實施例中，噴頭墨匣151中所容置的顏色染料152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151c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151c。

請參閱第3圖，為本案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係具有材料匣12、驅動輪17、噴頭18及承載盤19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形線材11。且如前所述，當完成完整線徑著色後，儲置成型線材11之第一材料匣121即可直接輸送至熔融沉積成型機1上，供以透過驅動輪17驅動導引，而將第一材料匣121中儲置的成形線材11向外導出輸送，並輸送至噴頭18中。且於本實施例中，噴頭18具有擠出口181，用以將熔融後之液態成形線材11’由此擠出口181擠出至承載盤19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，係可應用於熔融沉積成型機中，透過成型線材著色裝置先將未著色的成型線材之兩表面分別實施加溫及噴塗表面著色程序，以使其完成完整線徑著色，並儲置於材料匣中，進而可直接將材料匣應用於熔融沉積成型機，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。

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

121‧‧‧第一材料匣

122‧‧‧第二材料匣

13‧‧‧供輸驅動器

14‧‧‧加熱區

141‧‧‧加熱器

15‧‧‧噴塗區

151‧‧‧噴頭墨匣

151b‧‧‧噴孔

152‧‧‧顏色染料

16‧‧‧隔離組件

Claims (15)

1. 一種成型線材著色裝置，適用於一熔融沉積成型機，包含：一成型線材；一供輸驅動器，可導引驅動該成型線材輸送導料；一加熱區，其內設置至少一加熱器；一噴塗區，其內設置至少一噴頭墨匣，每一該噴頭墨匣內部容置至少一顏色染料，並分隔儲置，以及每一該噴頭墨匣之底部內設有至少一噴液產生器，供與該至少一顏色染料連通，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；以及一隔熱組件，設置於該加熱區與該噴塗區之間，供以對該噴塗區之該至少一噴頭墨匣予以隔絕保護；藉此，該成型線材受該供輸驅動器導引進給至該加熱區內，並由該至少一加熱組件對該成型線材實施加溫，再將該成型線材輸送至該噴塗區，由該至少一噴頭墨匣以該至少一噴液產生器將該至少一顏色染料由該噴孔噴塗至經加溫之該成型線材之一第一表面上，以完成該成型線材之噴塗表面著色程序。
2. 如申請專利範圍第1項所述之成型線材著色裝置，其中該成型線材之直徑係介於0.01mm至2.0mm之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之成型線材著色裝置，其中該成型線材之直徑係介於0.1mm至11.0mm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，其中該顏色染料為一青色(Cyan)染料。
8. 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。
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黄色(Yellow)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黑色(Black)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。
12. 如申請專利範圍第1項所述之成型線材著色裝置，其中該加熱區之溫度係介於50~100度之間。
13. 如申請專利範圍第1項所述之成型線材著色裝置，其中該加熱區之溫度係介於70~75度之間。
14. 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，用以收集儲置已完成該第一表面之表面著色程序之該成型線材，並將該成型線材之未著色之一第二表面予以導送，並實施加溫及噴塗表面著色程序，以完成該成型線材之完整線徑著色，並利用另一材料匣予以收集儲置。
15. 如申請專利範圍第14項所述之成型線材著色裝置，其中收集儲置經完整線徑著色之該成型線材之該材料匣得以直接輸送於該熔融沉積成型機上應用。