TWM522843U - 3d列印成型機之基板結構 - Google Patents

Description

3D列印成型機之基板結構

本創作是有關於一種3D列印成型機之基板結構，特別是針對能夠列印成型立體工作物的3D列印成型機，尤其涉及一種可藉由熱阻及熱傳導作用在該成型機之加熱基板形成朝工作物承載方向之熱階，以提升加熱效率的基板結構。

3D積層列印技術， 又稱3D列印（3D printing）或增材製造（Additive Manufacturing, AM），是一種以電腦所產生之數位3D模型檔案為基礎的直接製造技術，係讀取3D模型檔案中的橫截面資料，並透過逐層堆疊累積的方式，列印液體狀或粉末狀之金屬、樹脂或塑膠等可粘合材料，將這些橫截面逐層列印出來，以直接製造出與3D模型檔案相同的立體工作物，不必經由模具設計與模具成形之製造過程。

目前常見之具有3D積層列印能力的3D列印成型機，以熔積(fused deposition)、雷射燒結(direct laser sintering)和電子束熔融(electron beam melting)等方式為主流，都是採用多組導軌或導桿所構成之多軸向移載模組來傳動材料之噴頭，而使噴頭能夠沿著所述多組導軌或導桿產生橫向、縱向及垂向等多軸向位移，令噴頭移至3D列印成型機之一基板上方適當位置，將加熱成黏稠液態之可粘合材料(例如：樹脂)，由下而上以一層一層的平面形態連續積疊在該基板上，使材料在該基板上冷卻固化在一起，而堆疊出立體工作物。

然而，當上述3D列印成型機之噴頭所輸出之材料，由下而上連續積疊的過程中，由於先輸出積疊之下層材料會先自然冷卻，導致後輸出積疊於該下層材料頂部之上層材料的溫度，高於下層材料之溫度的情形，由於先冷卻之下層材料的體積會自然收縮，容易造成上層材料與下層材料之結合位置產生偏差，影響所列印成型之立體工作物的精確度。

因此，目前市面上之3D列印成型機，已出現了一種具有加熱作用的基板技術，主要是由結合在3D列印成型機上或內部之一隔熱板，以及結合在該隔熱板頂部之一加熱板構成該基板。該加熱板用以承載該工作物，且加熱板內部設有電熱線、導熱管或其他類似之發熱元件，以使加熱板發熱。該隔熱板一般是由耐熱和隔熱材料製成，具有降低該加熱板之熱傳導至3D列印成型機其他部位的作用。該噴頭於堆疊材料之列印過程中，該加熱板能夠持續加熱該工作物之半成品，以減緩該先輸出之下層材料的冷卻速度，並降低該下層材料之體積收縮速度，以避免上層材料與下層材料之結合位置產生偏差，而影響工作物之成型精確度的缺失。

惟其缺點在於，該隔熱板雖具有降低熱傳導的隔熱作用，但其隔熱能力受限於構成該隔熱板之材料的物理特性，因此其熱傳導能力有限，而且該加熱板未接觸隔熱板的大部分區域都曝露在空氣中，經由空氣對流排出該加熱板所產生之熱的速度，低於熱傳導至該隔熱板的速度，因此無法大幅增加該隔熱板與加熱板之間的溫度落差，導致熱傳導至該工作物之效率難以提升的問題，徒增能源之消耗，亟需加以改善。

有鑑於此，本創作人乃累積多年相關領域的研究以及實務經驗，特創作出一種3D列印成型機之基板結構，藉以改善上述習知技術的缺失。

爰是，本創作之主要目的，即在於提供一種3D列印成型機之基板結構，特別是指一種可藉由熱阻及熱傳導作用在該成型機之加熱基板形成朝工作物承載方向之熱階，以提升加熱效率的基板結構，藉以改善上述先前技術中，傳統基板之隔熱板的隔熱能力受限於所構成材料的物理特性，而且經由空氣對流排出傳統基板之加熱板所產生之熱的速度，低於熱傳導至該隔熱板的速度，導致熱傳導至立體工作物之效率難以提升及徒增能源消耗等缺失。

為達成上述之目的，本創作一種3D列印成型機之基板結構，包含一加熱板，以及一承載該加熱板的隔熱板，該隔熱板及加熱板之間設有至少一被封閉的氣室，使該氣室於該隔熱板與加熱板之間形成熱阻。

該隔熱板和加熱板分別設有一底面及一頂面，該隔熱板之底面結合在該3D列印成型機上，該加熱板之底面結合該隔熱板之頂面，該氣室設在該隔熱板之頂面，且該加熱板之頂面朝向一工作物承載方向；更加包含有一具有良導熱作用的導熱板，該加熱板結合於該導熱板與隔熱板之間；該導熱板設有一底面及一頂面，該導熱板之底面結合在該加熱板之頂面上。

藉由上述，當加熱板發熱時，該氣室能夠對加熱板所產生之熱形成不良之熱傳導界面，使隔熱板與加熱板之間形成熱阻，減緩加熱板所產生之熱傳導至隔熱板之速度，此時加熱板朝向隔熱板方向之熱累積將持續增加，反之在加熱板朝向工作物承載方向之面，係接觸熱的良傳導界面，令該加熱板由該隔熱板朝立體工作物承載方向形成熱階，以提升朝向工作物方向的加熱效率，並達到減少熱量由隔熱板方向散失之節能效果。

本創作另一種3D列印成型機之基板結構，包含一加熱板、一隔熱板，以及一良導熱作用的導熱板，該加熱板結合於該隔熱板與導熱板之間，且該加熱板結合該導熱板之面，朝向一工作物承載方向。

該隔熱板、加熱板和導熱板分別設有一底面及一頂面，該隔熱板之底面結合在該3D列印成型機上，該加熱板之底面結合該隔熱板的頂面，該導熱板之底面結合在該加熱板之頂面，該導熱板之頂面朝向工作物承載方向；該隔熱板之頂面與加熱板的底面之間設有至少一被封閉的氣室；該氣室設在該隔熱板的頂面。

藉由上述，當加熱板發熱時，該隔熱板會在加熱板與隔熱板之間產生快速積熱，而使其溫度大幅高於加熱板朝向工作物承載方向，該導熱板則能夠將位於該工作物承載方向之熱快速移出，而使該加熱板之隔熱板側與工作物承載方向間的溫差大幅增加，令該隔熱板朝向該導熱板與立體工作物承載方向形成熱階，以進一步提升對工作物之加熱效率。

依據上述主要結構特徵，該氣室以多數凸出於該隔熱板之頂面的條肋，將該隔熱板之頂面區分成多數凹入區面，再由該加熱板之底面加以貼覆，而形成多數封閉空間所構成。

依據上述主要結構特徵，該導熱板由良導熱金屬材料製成，該導熱金屬材料可為鋁或銅，該隔熱板由耐熱材料製成。

為能明確且充分揭露本創作，併予列舉較佳實施之圖例，以詳細說明其實施方式如後述：

請參閱第1及2圖，揭示出本創作之實施方式的圖式，由上述圖式說明本創作之3D列印成型機之基板結構，包括一位於該3D列印成型機5上或內部的基板1，該基板1包含有設在該3D列印成型機5上，或者設在該3D列印成型機5內部之一加熱板2及一隔熱板3。該3D列印成型機5上或內部並設有一材料噴頭6及一多軸向移載模組7，所述噴頭6和多軸向移載模組7位於該基板1上方。該噴頭6上設有加熱器61，該3D列印成型機5能夠將外界之可粘合材料(例如：樹脂或塑膠)輸入該噴頭6，且加熱器61能夠加熱該材料成黏稠液態，而使該材料經由噴頭6輸出。該噴頭6設在多軸向移載模組7上，該多軸向移載模組7可採用多組導軌或導桿構成，能夠帶動該噴頭6沿著所述多組導軌或導桿產生橫向、縱向及垂向等多軸向位移。

請參閱第2及3圖，該基板1之加熱板2和隔熱板3分別設有一底面21、31及一頂面22、32，該隔熱板3之底面31結合在該3D列印成型機5上或內部，該加熱板2之底面21結合在該隔熱板3的頂面32，而使該隔熱板3承載該加熱板2，且加熱板2之頂面22往上方朝向一立體工作物8承載方向，並朝向該噴頭6，能夠承載該噴頭6所列印成型之立體工作物8。該加熱板2內含有發熱元件，該發熱元件可為電熱線、導熱管或其他類似之發熱元件，而使該加熱板2藉由該發熱元件產生熱，對加熱板2頂面22之工作物8產生加溫作用。該隔熱板3由耐熱材料製成，該耐熱材料可為酚醛樹脂(電木)，而使隔熱板3能夠降低該加熱板2之熱傳導至3D列印成型機5其他部位。

圖中並顯示了，在所採較佳的實施例中，該隔熱板3及加熱板2之間設有至少一被封閉的氣室33，該氣室33在本實施例中可設為多數，所述氣室33可由該隔熱板3的頂面32上，以多數凸出條肋34區分成多數凹入區面，再由該加熱板2貼覆在該隔熱板3的頂面32上，而形成多數封閉空間所構成；或者，所述氣室33亦可設在該隔熱板3的頂面32與加熱板2的底面21之間，且氣室33可設成凹槽型態。

如第1至3圖所示，使用時該噴頭6能夠藉由多軸向移載模組7移至該加熱板2之頂面22上方適當位置，並能夠將加熱成黏稠液態之材料，由下而上以一層一層的平面形態連續積疊在該加熱板2的頂面22，令材料在該加熱板2頂面22冷卻固化在一起，而堆疊出立體之工作物8。在此期間，該加熱板2能夠產生熱，在所述構成隔熱板3之耐熱材料已具有隔熱效果的情形下，致使該加熱板2所產生之熱，能偏向工作物8加工方向加強傳導以外，該隔熱板3之氣室33更加能夠對加熱板2所產生的熱，形成不良之熱傳導界面，而使該氣室33於該隔熱板3與加熱板2之間形成更大的熱阻，更進一步減緩該加熱板2所產生之熱傳導至隔熱板3之速度，此時加熱板2朝向隔熱板3方向之熱累積將持續增加，反之在加熱板2朝向工作物8承載方向之頂面22，係接觸熱的良傳導界面，令該加熱板2由該隔熱板3朝工作物8承載方向形成熱階，由於熱傳導至低溫處之速率，高於熱傳導至高溫處的速率，促使該加熱板2所產生之熱快速傳導至加熱板2頂面22的工作物8，進而大幅提升朝向工作物8方向的加熱效率，並達到減少熱量由隔熱板3方向散失之節能效果。如此，可減緩該噴頭6先輸出之下層材料的冷卻速度，並降低該下層材料之體積收縮速度，以提升該噴頭6後輸出之上層材料與下層材料之間結合成型的精確度。

如第2及3圖所示，在一可行的實施例中，該基板1亦可包含一具有良導熱作用的導熱板4，並可省略上述隔熱板3中的氣室33。該導熱板4設有一底面41及一頂面42，該導熱板4之底面41結合在加熱板2的頂面22，而使該加熱板2結合於該導熱板4與隔熱板3之間，且加熱板2之頂面22朝向該工作物8承載方向，該導熱板4之頂面42往上方朝向工作物8承載方向，並朝向該材料噴頭6，而使該導熱板4之頂面42能夠承載該材料噴頭6所列印成型之立體工作物8。在較佳的考量中，該導熱板4由良導熱金屬材料製成，該導熱金屬材料可為鋁或銅。使用時該噴頭6能夠藉由多軸向移載模組7移至該導熱板4之頂面42上方適當位置，並能夠將該材料由下而上以連續積疊在該導熱板4頂面42，令材料在該導熱板4頂面42堆疊出該工作物8。在此期間，當加熱板2發熱時，該隔熱板3之耐熱材料會在加熱板2與隔熱板3之間產生快速積熱，而使其溫度大幅高於加熱板2朝向工作物8承載方向，該導熱板4則能夠將位於該工作物8承載方向之熱快速移出，而使該加熱板2之隔熱板3側(即加熱板2之底面21)與工作物8承載方向之間的溫差大幅增加，令由該隔熱板3朝向該導熱板4與工作物8承載方向，形成該隔熱板3溫度高於導熱板4溫度的熱階，促使該加熱板2所產生之熱快速傳導至導熱板4頂面42的該工作物8，亦可提升對工作物8之加熱效率及節能效果。

再請參閱第2及3圖，在另一可行的實施例中，上述隔熱板3中的氣室33及導熱板4亦可同時實施。當加熱板2發熱時，該隔熱板3之氣室33能夠對加熱板2所產生的熱形成不良之熱傳導界面，而使該氣室33於該隔熱板3與加熱板2之間形成熱阻，減緩該加熱板2所產生之熱傳導至隔熱板3的速度，致使加熱板2朝向隔熱板3方向之熱累積將持續增加；同時，該導熱板4能夠將位於該工作物8承載方向之熱快速移出，而使該加熱板2之隔熱板3側與工作物8承載方向間的溫差大幅增加，令該隔熱板3朝向該導熱板4與工作物8承載方向，形成該隔熱板3溫度高於導熱板4溫度的熱階，促使該加熱板2所產生之熱快速傳導至導熱板4頂面42的立體工作物8，以進一步提升對工作物8之加熱效率及節能效果。

據此，達到上述藉由熱阻及熱傳導作用在該成型機之加熱基板形成朝工作物承載方向之熱階而提升導熱效率之目的，藉以改善上述先前技術中，傳統基板之隔熱板的隔熱能力受限於所構成材料的物理特性，而且經由空氣對流排出傳統基板之加熱板所產生之熱的速度，低於熱傳導至該隔熱板的速度，導致熱傳導至立體工作物之效率難以提升及徒增能源消耗等缺失。

綜上所陳，僅為本創作之較佳實施例而已，並非用以限定本創作，凡其他未脫離本創作所揭示之精神下而完成之等效修飾或置換，均應包含於後述申請專利範圍內。

1‧‧‧基板
2‧‧‧加熱板
21、31、41‧‧‧底面
22、32、42‧‧‧頂面
3‧‧‧隔熱板
33‧‧‧氣室
34‧‧‧條肋
4‧‧‧導熱板
5‧‧‧3D列印成型機
6‧‧‧噴頭
61‧‧‧加熱器
7‧‧‧多軸向移載模組
8‧‧‧工作物

第1圖為本創作的立體圖。

第2圖為第1圖之基板的立體分解圖。

第3圖為第1圖之使用狀態的示意圖。

1‧‧‧基板

2‧‧‧加熱板

21、31、41‧‧‧底面

22、32、42‧‧‧頂面

3‧‧‧隔熱板

33‧‧‧氣室

34‧‧‧條肋

4‧‧‧導熱板

Claims (19)

1. 一種3D列印成型機之基板結構，包含一加熱板，以及一承載該加熱板的隔熱板，該隔熱板及加熱板之間設有至少一被封閉的氣室，使該氣室於該隔熱板與加熱板之間形成熱阻。
2. 如申請專利範圍第1項所述3D列印成型機之基板結構，其中該隔熱板和加熱板分別設有一底面及一頂面，該隔熱板之底面結合在該3D列印成型機上，該加熱板之底面結合該隔熱板之頂面，該氣室設在該隔熱板之頂面，且該加熱板之頂面朝向一工作物承載方向。
3. 如申請專利範圍第2項所述3D列印成型機之基板結構，其中該氣室以多數凸出於該隔熱板之頂面的條肋，將該隔熱板之頂面區分成多數凹入區面，再由該加熱板之底面加以貼覆，而形成多數封閉空間所構成。
4. 如申請專利範圍第1或2或3項所述3D列印成型機之基板結構，包含一具有良導熱作用的導熱板，該加熱板結合於該導熱板與隔熱板之間。
5. 如申請專利範圍第4項所述3D列印成型機之基板結構，其中該導熱板設有一底面及一頂面，該導熱板之底面結合在該加熱板上。
6. 如申請專利範圍第4項所述3D列印成型機之基板結構，其中該導熱板由良導熱金屬材料製成。
7. 如申請專利範圍第6項所述3D列印成型機之基板結構，其中該導熱金屬材料為鋁及銅的其中之一者。
8. 如申請專利範圍第1或2或3項所述3D列印成型機之基板結構，其中該隔熱板由耐熱材料製成。
9. 如申請專利範圍第4項所述3D列印成型機之基板結構，其中該隔熱板由耐熱材料製成。
10. 如申請專利範圍第6項所述3D列印成型機之基板結構，其中該隔熱板由耐熱材料製成。
11. 一種3D列印成型機之基板結構，包含一加熱板、一隔熱板，以及一良導熱作用的導熱板，該加熱板結合於該隔熱板與導熱板之間，且該加熱板結合該導熱板之面，朝向一工作物承載方向。
12. 如申請專利範圍第11項所述3D列印成型機之基板結構，其中該隔熱板、加熱板和導熱板分別設有一底面及一頂面，該隔熱板之底面結合在該3D列印成型機上，該加熱板之底面結合該隔熱板的頂面，該導熱板之底面結合在該加熱板之頂面，該導熱板之頂面朝向工作物承載方向。
13. 如申請專利範圍第12項所述3D列印成型機之基板結構，其中該隔熱板之頂面與加熱板的底面之間設有至少一被封閉的氣室。
14. 如申請專利範圍第13項所述3D列印成型機之基板結構，其中該氣室設在該隔熱板的頂面。
15. 如申請專利範圍第14項所述3D列印成型機之基板結構，其中該氣室以多數凸出於該隔熱板之頂面的條肋，將該隔熱板之頂面區分成多數凹入區面，再由該加熱板之底面加以貼覆，而形成多數封閉空間所構成。
16. 如申請專利範圍第11或12或13或14或15項所述3D列印成型機之基板結構，其中該導熱板由良導熱金屬材料製成。
17. 如申請專利範圍第16項所述3D列印成型機之基板結構，其中該導熱金屬材料為鋁及銅的其中之一者。
18. 如申請專利範圍第11或12或13或14或15項所述3D列印成型機之基板結構，其中該隔熱板由耐熱材料製成。
19. 如申請專利範圍第16項所述3D列印成型機之基板結構，其中該隔熱板由耐熱材料製成。