TWM523581U - 三維噴印裝置 - Google Patents

Description

三維噴印裝置

本案係關於一種三維噴印裝置，尤指一種具有可撓基材、且適用於三維成型機之三維噴印裝置。

三維成型技術，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，因而使得三維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積出三維成型物。

一般來說，目前的熔融沉積成型(Fused Deposition Modeling，FDM)機構中所採用的噴印裝置通常需透過一驅動機構之驅動，以使噴印裝置可於X軸、Y軸或是Z軸方向上進行平行位移，藉此以交互平行位移的方式將一成型材料噴出於一承載盤上，以構成一三維成型物之單層輪廓，再透過層層堆疊每一平面的單層成型材料，以逐步構成立體之三維成型物。然而此以每一平面的單層堆疊設置以構成立體三維成型物之 方式，需透過噴印裝置於平面上持續地進行X軸、Y軸之位移，復以進行三維噴印成型作業，換言之，其所需耗費的成型時間較長，故該三維成型物之生產效率亦相對較低。

有鑑於此，本案提供一種三維噴印裝置，其具有可撓基材，且於可撓基材上設置複數個噴頭晶片，如此透過可撓基材因應所欲成型之三維成型物之曲面型態而產生撓性形變，並透過複數個噴頭晶片俾可同時進行三維噴印成型作業，供以產業上利用。

本案之主要目的在於提供一種三維噴印裝置，其內具有可撓之可撓基材及複數個噴頭晶片，俾可解決目前熔融沉積成型(FDM)技術以單一平面層層堆疊成型三維成型物的技術瓶頸。

為達上述目的，本案之一較廣義實施態為為提一種三維噴印裝置，用以噴出成型材料以成型出三維成型物，其包含：可撓基材，透過位移機構元件以控制可撓基材依據三維成型物所欲成型的每一曲面形狀而產生撓性變化，使可撓基材形變以符合三維成型物所欲成型的每一曲面之形狀；複數個噴頭晶片，每一噴頭晶片上設有複數個噴孔，複數個噴頭晶片以複數排陣列設置於可撓基材上，每一陣列中兩相鄰之噴頭晶片之間具有間距，且每一噴頭晶片與相鄰陣列中對應鄰接之噴頭晶片以樞軸連接，且兩相鄰陣列之兩噴頭晶片彼此錯位且相緊貼靠固排列，使每一噴頭晶片可樞轉變化角度，讓每一噴頭晶片之複數個噴孔與三維成型物所欲成型的每一該曲面保持一噴印距離，以噴出成型材料並成型出每一曲面，且堆疊成型出三維成型物。

1‧‧‧三維噴印裝置

10‧‧‧可撓基材

100‧‧‧第一表面

101‧‧‧第二表面

11‧‧‧噴頭晶片

110‧‧‧噴孔

11A‧‧‧第一排陣列

11B‧‧‧第二排陣列

11a1~11a6‧‧‧第一排陣列之噴頭晶片

11b1~11b6‧‧‧第二排陣列之噴頭晶片

11c、11c1~11c11‧‧‧樞軸

2‧‧‧三維成型物

20、21、22‧‧‧所欲成型的三維成型物之曲面

23‧‧‧支撐材料

d1‧‧‧兩相鄰噴頭晶片之間距

d2‧‧‧最佳噴印距離

w1‧‧‧寬度

w2‧‧‧截面寬度

第1圖為本案較佳實施例之三維噴印裝置之立體結構示意圖。

第2圖為第1圖所示之三維噴印裝置之平面結構示意圖。

第3圖為第2圖所示之兩相鄰陣列之兩鄰接之噴頭晶片之設置示意圖。

第4圖為本案較佳實施例之三維成型物之示意圖。

第5圖為本案較佳實施例之三維成型物所欲成型之曲面堆疊示意圖。

第6圖為本案較佳實施例之三維噴印裝置進行三維噴印之示意圖。

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。

請同時參閱第1圖及第2圖，第1圖為本案較佳實施例之三維噴印裝置之立體結構示意圖，第2圖為第1圖所示之三維噴印裝置之平面結構示意圖。於本實施例中，三維噴印裝置1係應用於一三維成型機(未圖示)中，用以噴出成型材料(未圖示)以成型出一三維成型物2(如第3圖所示)，但不以此為限。於一些實施例中，三維成型機可為但不限為熔融沉積成型機。如圖所示，三維噴印裝置1包含可撓基材10及複數個噴頭晶片11，其中可撓基材10透過一位移機構元件(未圖示)以控制可撓基材10依據三維成型物2所欲成型的每一曲面20、21、22(如第5圖所示)之形狀而產生撓性變化，使可撓基材10形變以符合三維成型物2所欲成型的每一曲面20、21、22之形狀；以及，如第2圖所示，每一該噴頭晶片11上設有複數個噴孔110，以噴出成型材料，且複數個噴頭晶片11以複數 排陣列設置於可撓基材10上，每一陣列中之兩相鄰之噴頭晶片11之間具有間距d1，且每一噴頭晶片11與相鄰陣列中對應鄰接之噴頭晶片以一樞軸11c連接，且該兩相鄰陣列之兩噴頭晶片11彼此錯位且相緊貼靠固排列，使每一噴頭晶片11均可樞轉變化角度，讓每一噴頭晶片11之複數個噴孔110與三維成型物2所欲成型的每一曲面20、21、22保持最佳噴印距離d2(如第6圖所示)，並噴出成型材料並成型出每一曲面20、21、22，且堆疊成型出該三維成型物2。

請續參閱第1圖，於本實施例中，三維噴印裝置1之可撓基材10具有第一表面100及第二表面101，且第一表面100相對於第二表面101而設置，且複數個噴頭晶片11係即設於為第一表面100上，而位移機構元件(未圖示)則對應架構於第二表面101上，藉此以透過此位移機構元件(未圖示)控制可撓基材10依據三維成型物2所欲成型的每一曲面20、21、22(如第4圖所示)之形狀，以產生撓性變化，使可撓基材10形變以符合三維成型物2所欲成型的每一曲面20、21、22之形狀。於一些實施例中，可撓基材10係為由可撓性材料所構成，例如：金屬，但不以此為限，且由於其主要供以因應三維成型物2所欲成型的每一曲面20、21、22之形狀而產生形變，故於另一些實施例中，可撓基材10亦可由耐高溫之高分子材料所構成，但亦不以此為限。

又於另一些實施例中，位移機構元件更可具備一感測元件(未圖示)，但不以此為限，用以偵測三維成型物2所欲成型的每一曲面20、21、22之形態，進而以回饋控制可撓基材10對應產生撓性變化。

請參閱第2圖及第3圖，第3圖為第2圖所示之兩相鄰陣列之兩鄰接之噴頭晶片之設置示意圖。如第2圖所示，每一噴頭晶片11上設有複數個噴孔110，且複數個噴頭晶片11以複數排陣列設置於可撓基材10之第一表面100 上，於本實施例中，複數個噴頭晶片11係以8排陣列為例示(例如：11A、11B...)，且每一排陣列中均具有6個噴頭晶片11，換言之，本案之三維噴印裝置1共具有48個噴頭晶片11，然噴頭晶片11之數量及排列方式係可依照實際施作情形而任施變化，並不以此為限。以第一排陣列11A為例，第一排陣列11A中係等距設置6個噴頭晶片11a1~11a6，且其中兩兩相鄰之噴頭晶片11a1、11a2之間係維持相同的間距d1，相同的，第二排陣列11B中的每一噴頭晶片11b1~11b6之間亦維持相同的間距d1，惟此兩相鄰之第一排陣列11A與第二排陣列11B之噴頭晶片11a1~11a6、11b1~11b6彼此間係錯位設置。即如圖所示，該第一排陣列11A的第一個噴頭晶片11a1與相鄰的第二排陣列11B中對應鄰接的第一個噴頭晶片11b1之間係具有一部份重疊設置，且該部分重疊區域係供樞軸11c1設置，俾可將噴頭晶片11a1與噴頭晶片11b1於垂直於平行陣列設置的方向而串接，藉此以使兩相鄰陣列11A、11B的兩噴頭晶片11a1、11b1彼此錯位且相緊貼靠固排列。

且如第3圖所示，第一排陣列11A的第一個噴頭晶片11a1之前端係與第二排陣列11B的第一個噴頭晶片11b1之後端重疊設置，且兩者均與同一樞軸11c1連接，然如第2圖可見，第一排陣列11A的第一個噴頭晶片11a1之後端亦與第二排陣列11B的第二個噴頭晶片11b2之前端重疊設置，且此兩者係與另一樞軸11c2連接，換言之，於本實施例中，此噴頭晶片11所構成之陣列中共具有11個樞軸11c1~11c11，且大部分噴頭晶片11之兩端均分別與一樞軸11c連接，惟每一陣列中的第一個或是最後一個噴頭晶片11係與單一樞軸11c連接，藉由此排列設置方式，可使每一噴頭晶片11均可透過其前端或後端設置的樞軸11c而樞轉變化角度，讓每一噴頭晶片11上的複數個噴孔110與三維成型物2所欲成型的每 一曲面20、21、22均可保持一最佳噴印距離d2(如第6圖所示)，藉以提升三維噴印成型作業之精準度。

請續參閱第2圖及第4圖，第4圖為本案較佳實施例之三維成型物之示意圖。如第2圖所示，三維噴印裝置1之可撓基材10具有一寬度w1，且如第4圖所示，三維噴印裝置1所欲成型之三維成型物2亦具有一截面寬度w2，且於本實施例中，可撓基材1之寬度w1係大於三維成型物2同方向之截面寬度w2，藉此，當三維噴印裝置1進行三維噴印成型作業時，方可順利成型該三維成型物2。

請同時參閱第5圖及第6圖，第5圖為本案較佳實施例之三維成型物所欲成型之曲面堆疊示意圖，第6圖為本案較佳實施例之三維噴印裝置進行三維噴印之示意圖。如第5圖所示，可見本案中所欲成型之三維成型物2的每一曲面20、21、22之立體型態，其成型之方式主要為透過本案之三維噴印裝置1之可撓基材10依據所欲成型之三維成型物2的第一層曲面20的形狀，使設置於可撓基材10之第二表面101上的位移機構元件(未圖示)控制可撓基材10產生相對應之撓性變化，以使可撓基材10如第6圖所示而彎曲形變為符合三維成型物2所欲成型的第一層曲面20之形狀，再由設置於第一表面100上的複數個噴頭晶片11以一最佳噴印距離d2噴印出該第一層曲面20之立體型態，其後，再透過位移機構元件之感測元件(未圖示)，以進一步感測第一層曲面20之形狀，再依據其所欲成型的第二層曲面21的形狀，使可撓基材10再次產生撓性變化，並由複數個噴頭晶片11於第一層曲面20上再噴印堆疊上第二層曲面21，如此透過層層堆疊不同層曲面20、21、22，以逐步構成所欲成型的三維成型物2。

於本實施例中，三維噴印裝置1係應用於一熔融沉積成型機，但不以此為限，且其所採用之成型材料係可為但不限為熱塑性高分子材料，且於一些實施例中，該成型材料之熱塑性高分子材料更可包含塑膠材料及支撐材料23(如第6圖所示)，但不以此為限。如此一來，當本案之三維噴印裝置1進行三維噴印成型作業時，除了噴出用以成型該三維成型物2之塑膠材料外，更可噴出另一支稱材料23，藉以輔助支撐該三維成型物2。於一些實施例中，熱塑性高分子材料係可為但不限為一聚氯乙烯、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；而於另一些實施例中，該熱塑性高分子材料亦可為但不限為一聚乳酸(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23，但不以此為限。

綜上所述，本案之三維噴印裝置主要藉由位移機構元件以控制可撓基材依據所欲成型的三維成型物的每一曲面形狀而產生對應的撓性形變，俾使設置於可撓基材之第一表面的複數個噴頭晶片均可以一最佳噴印距離進行三維噴印成型作業，且層層堆疊出該三維成型物；藉此可撓之三維噴印裝置使三維成型物於成型時可更精準地控制每一層曲面的型態變化，且透過複數 個噴頭晶片同時作動進行三維噴印成型作業，更可加速其成型速度，俾可快速、有效率且精準地達成三維噴印成型作業。

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‧‧‧三維噴印裝置

10‧‧‧可撓基材

100‧‧‧第一表面

101‧‧‧第二表面

11‧‧‧噴頭晶片

110‧‧‧噴孔

2‧‧‧三維成型物

23‧‧‧支撐材料

d2‧‧‧最佳噴印距離

Claims (8)

1. 一種三維噴印裝置，用以噴出一成型材料以成型出一三維成型物，其包含：一可撓基材，透過一位移機構元件以控制該可撓基材依據該三維成型物所欲成型的每一曲面形狀而產生撓性變化，使該可撓基材形變以符合該三維成型物所欲成型的每一該曲面之形狀；以及複數個噴頭晶片，每一該噴頭晶片上設有複數個噴孔，該複數個噴頭晶片以複數排陣列設置於該可撓基材上，每一該陣列中兩相鄰之該噴頭晶片之間具有一間距，且每一該噴頭晶片與該相鄰陣列中對應鄰接之該噴頭晶片以一樞軸連接，且該兩相鄰陣列之該兩噴頭晶片彼此錯位且相緊貼靠固排列，使每一該噴頭晶片可樞轉變化角度，讓每一該噴頭晶片之該複數個噴孔與該三維成型物所欲成型的每一該曲面保持一噴印距離，以噴出該成型材料並成型出每一該曲面，且堆疊成型出該三維成型物。
2. 如申請專利範圍第1項所述之三維噴印裝置，其中該位移機構元件具有一感測元件，以偵測該三維成型物所欲成型的每一該曲面，進而以回饋控制該可撓基材產生撓性變化。
3. 如申請專利範圍第1項所述之三維噴印裝置，其中該可撓基材之寬度係大於該三維成型物之截面寬度。
4. 如申請專利範圍第1項所述之三維噴印裝置，其中該可撓基材具有一第一表面及一第二表面，該第一表面與該第二表面對應設置，該複數個噴頭晶片設置於該第一表面上，且該位移機構元件設置於該第二表面上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之三維噴印裝置，其中該成型材料更包含至少一熱塑性高分子材料。
6. 如申請專利範圍第5項所述之三維噴印裝置，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混合物。
7. 如申請專利範圍第5項所述之三維噴印裝置，其中該熱塑性高分子材料更包含一支撐材料。
8. 如申請專利範圍第7項所述之三維噴印裝置，其中該支撐材料係為一聚乳酸(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。