TWI535553B - 立體列印裝置 - Google Patents

Description

立體列印裝置

本發明是有關於一種列印裝置，且特別是有關於一種立體列印裝置。

隨著電腦輔助製造(Computer-Aided Manufacturing,CAM)的進步，製造業發展了立體列印技術，能很迅速的將設計原始構想製造出來。立體列印技術實際上是一系列快速原型成型(Rapid Prototyping,RP)技術的統稱，其基本原理都是疊層製造，由快速原型機在X-Y平面內通過掃描形式形成工件的截面形狀，而在Z座標間斷地作層面厚度的位移，最終形成立體物件。立體列印技術能無限制幾何形狀，而且越複雜的零件越顯示RP技術的卓越性，更可大大地節省人力與加工時間，在時間最短的要求下，將3D電腦輔助設計(Computer-Aided Design,CAD)軟體所設計的數位立體模型真實地呈現出來，不但摸得到，亦可真實地感受得到它的幾何曲線，更可以試驗零件的裝配性、甚至進行可能的功能試驗。

然而，目前利用上述快速成型法形成立體物品的立體列 印裝置是透過列印頭將基材擠出而逐層成型於基座上，之後，再例如透過烘乾以及硬化等步驟而得到立體物件，如此，立體列印裝置所列印出來的立體物件的尺寸會受限於基座的尺寸而無法列印出體積較龐大的物體。因此，目前的立體列印裝置在使用上仍舊十分地不便，且其所列印出的立體物品的變化及彈性也有限。

本發明提供一種立體列印裝置，其能列印出尺寸較大的立體物件。

本發明的立體列印裝置，包括一基座、一列印頭模組及一控制單元。基座包括一承載面及導引機構。導引機構沿基座的長軸方向延伸。列印頭模組可移動地設置導引機構上在長軸方向上，基座的長度大於列印頭模組的長度，使列印頭模組適於沿著導引機構相對基座移動。控制單元耦接基座及列印頭模組，以依據一數位立體模型的一關聯資訊控制該列印頭模組於該承載面成形該立體物件，其中該關聯資訊包括一該長軸方向關聯的延伸資訊，以依據該延伸資訊控制與該基座與該列印頭模組的相對移動。

在本發明的一實施例中，上述的列印頭模組包括一殼體以及至少一列印頭。殼體可移動地設置於導引機構上。列印頭可移動地設置於殼體內。

在本發明的一實施例中，上述的控制單元依據延伸資訊控制殼體沿著導引機構相對基座移動。

在本發明的一實施例中，上述的關聯資訊包括一第一軸向資訊、一第二軸向資訊以及一第三軸向資訊，分別對應立體物件的一第一軸向、一第二軸向以及一第三軸向，其中第一軸向資訊包括延伸資訊。

在本發明的一實施例中，上述的控制單元依據延伸資訊控制列印頭模組沿著導引機構移動，並依據第三軸向資訊控制基座沿著承載面的一法線方向移動。

在本發明的一實施例中，上述的基座更包括一第一電連接器，以電連接控制單元。

在本發明的一實施例中，上述的列印頭模組更包括一第二電連接器，以電連接控制單元。

在本發明的一實施例中，上述的基座更包括一升降部，承載面位於升降部上。兩導引機構設置於升降部的相對兩側。控制單元依據數位立體模型控制升降部沿著承載面的一法線方向移動。

在本發明的一實施例中，上述的多個感測元件，分別設置於導引機構的端點，以偵測列印頭模組於導引機構上的位置。

在本發明的一實施例中，上述的基座的數量為多個。列印頭模組可滑動地設置於基座的其中之一。

在本發明的一實施例中，上述的基座在其長軸方向上的長度各不相同，且大於或等於列印頭模組在長軸方向上的長度。

在本發明的一實施例中，上述的導引機構包括為成對設 置的兩滑軌，分別設置於承載面的相對兩側。

基於上述，本發明的立體列印裝置的基座長度大於其殼體的長度，並且，列印頭模組可滑動地設置於基座上，使列印頭模組相對基座滑動，並在移動中將基材逐層成型於基座上而列印形成立體物件。如此，控制單元得以依據數位立體模型的延伸資訊控制列印頭模組相對基座移動，以擴大列印頭模組的列印範圍，使列印頭模組的列印範圍不會再侷限於固設於基座上的列印頭模組所圈圍的範圍內。因此，本發明的立體列印裝置可增加其所列印出的立體物件的變化以及設計彈性。

為讓本發明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。

10‧‧‧立體物件

12‧‧‧標準部

14‧‧‧延伸部

100‧‧‧立體列印裝置

110、110a、110b、110c‧‧‧基座

112‧‧‧承載面

114‧‧‧導引機構

116‧‧‧第一電連接器

118‧‧‧升降部

120‧‧‧列印頭模組

122‧‧‧殼體

124‧‧‧列印頭

126‧‧‧第二電連接器

130‧‧‧控制單元

140‧‧‧感測元件

200‧‧‧電腦主機

A1‧‧‧第一軸向

A2‧‧‧第二軸向

A3‧‧‧第三軸向

LD‧‧‧長軸方向

N1‧‧‧法線方向

SD‧‧‧短軸方向

圖1是依照本發明的一實施例的一種立體列印裝置的示意圖。

圖2是依照本發明的一實施例的一種立體列印裝置的使用情境方塊示意圖。

圖3是依照本發明的一實施例的一種立體列印裝置的方塊示意圖。

圖4是依照本發明的一實施例的一種立體列印裝置所列印出的立體物件的示意圖。

圖5是依照本發明的另一實施例的一種立體列印裝置的示意圖。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之各實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而並非用來限制本發明。並且，在下列各實施例中，相同或相似的元件將採用相同或相似的標號。

圖1是依照本發明的一實施例的一種立體列印裝置的示意圖。圖2是依照本發明的一實施例的一種立體列印裝置的使用情境方塊示意圖。請參照圖1以及圖2，在本實施例中，立體列印裝置100適於依據一數位立體模型列印出一立體物件10。立體列印裝置100包括一基座110、一列印頭模組120以及一控制單元130。在本實施例中，控制單元130可用以讀取以及處理一數位立體模型，其中，數位立體模型可為一數位立體圖像檔案，其例如由一電腦主機200透過電腦輔助設計(computer-aided design,CAD)或動畫建模軟體等建構而成。

圖3是依照本發明的一實施例的一種立體列印裝置的方塊示意圖。請同時參照圖1以及圖3，在本實施例中，立體列印裝置100的基座110包括一承載面112以及一導引機構114。在本實 施例中，導引機構114可為成對設置的兩滑軌，分別設置於承載面112的相對兩側。基座110經配置以沿著承載面112的一法線方向N1移動。導引機構114沿基座110的一長軸方向LD延伸，並如圖1所示地分別設置於基座110的相對兩側，而列印頭模組120可移動地設置於導引機構114上。在本實施例中，如圖1所示，基座110在長軸方向LD上的長度大於列印頭模組120在長軸方向LD的長度，使列印頭模組120可在導引機構114上來回滑動。

詳細來說，列印頭模組120包括一殼體122及至少一列印頭124。殼體122可拆卸地設置於導引機構114上，且基座110在長軸方向LD上的長度大於殼體122在長軸方向LD的長度，使列印頭模組120可在導引機構114上來回滑動。使殼體122適於沿著導引機構114相對基座110移動。在本實施例中，殼體122與導引機構114接觸的表面可設置有滾輪，使殼體可透過滾輪滑動於導引機構114上。當然，本發明並不以此為限，在本發明的其他實施例中，殼體122與導引機構114接觸的下緣亦可不裝設滾輪而僅與導引機構114結構嵌合，使殼體122可與導引機構114相對滑動。列印頭124則可移動地設置於殼體122內，並經配置以平行於承載面112移動。控制單元130耦接基座110以及列印頭模組120，並用以讀取與處理數位立體模型。如此，控制單元130可依據此數位立體模型一與該長軸方向LD關聯的延伸資訊控制列印頭模組120相對基座110移動，使列印頭模組120可在相對基座110移動的過程中依據數位立體模型將一基材逐層成形於 承載面112上而形成多個積層材料層。積層材料層彼此堆疊而形成立體物件10。更具體而言，控制單元130是依據上述的延伸資訊控制殼體122沿著導引機構114相對基座110移動，使列印頭124可在移動的過程中依據數位立體模型將基材逐層成形於承載面112上而形成立體物件10。

圖4是依照本發明的一實施例的一種立體列印裝置所列印出的立體物件的示意圖。請參照圖1以及圖4，在本實施例中，數位立體模型的關聯資訊可包括一第一軸向資訊、一第二軸向資訊以及一第三軸向資訊，其分別對應於立體列印裝置100所列印出的立體物件10的一第一軸向A1、一第二軸向A2以及一第三軸向A3。第一軸向A1、第二軸向A2以及第三軸向A3可如圖4所示之彼此垂直，而第一軸向資訊包括上述的延伸資訊。在本實施例中，第一軸向A1、第二軸向A2以及第三軸向A3可分別為座標中的X軸、Y軸以及Z軸，而第一軸向資訊、第二軸向資訊以及第三軸向資訊則分別為關聯於立體物件10的數位立體模型於X軸方向、Y軸方向以及Z軸方向上的資訊。控制單元130讀取數位立體模型，以依據上述資訊分別控制基座110、殼體122以及列印頭124於X軸、Y軸以及Z軸上的移動，並在移動的過程中透過列印頭124將基材逐層成形於承載面112上而列印出立體物件10。

進一步而言，如立體物件10在第一軸向A1上的長度大於一般列印頭124可列印的標準長度，此時，關聯於此立體物件10的數位立體模型的第一軸向資訊可包括一標準資訊以及上述的 延伸資訊，其中，第一軸向資訊例如為數位立體模型於第一軸向A1上的長度。依據此數位立體模型所列印出的立體物件10的關聯資訊則可如圖4所示包括關聯於標準資訊的一標準部12以及關聯於延伸資訊的一延伸部14。舉例來說，第一軸向資訊例如為20公分(cm)，而標準資訊例如為5公分，也就是在殼體122不移動的情形下，列印頭124於X軸方向上可進行列印的長度，而剩餘的15公分即為延伸資訊，也就是殼體122需相對基座110移動才能進行列印的長度。如此，控制單元130讀取數位立體模型後，依據標準資訊控制列印頭124的移動而列印出立體物件10的標準部12，並依據延伸資訊控制殼體122相對基座110的移動以及列印頭124的移動而列印出立體物件10的延伸部14，如此，即可完成立體物件10的列印工作。

舉例來說，控制單元130可依據第一軸向資訊的延伸資訊控制殼體122沿著導引機構114移動，並依據第三軸向資訊控制基座110沿著法線方向N1移動。在本實施例中，第一軸向A1可例如平行於基座110的長軸方向LD，而第三軸向A3則可例如平行於基座110的承載面112的法線方向N1。如此，控制單元130便可依據數位立體模型的延伸資訊來控制殼體122沿著平行於第一軸向A1的導引機構114移動，並依據第三軸向資訊控制基座110沿著平行於第三軸向A3的法線方向N1移動。在本實施例中，立體列印裝置100更可包括多個感測元件140，分別設置於導引機構114的端點並耦接控制單元，以偵測殼體122於導引機構114 上的位置，使控制單元130可據此控制殼體122於導引機構114上的移動。

除此之外，控制單元130更可依據第一軸向資訊控制列印頭124在殼體122內沿著長軸方向LD移動，並依據第二軸向資訊控制列印頭124在殼體122內沿著一短軸方向SD移動，其中，短軸方向SD垂直於長軸方向LD。也就是說，控制單元130可依據第一軸向資訊控制列印頭124在殼體122內沿著平行於第一軸向A1的長軸方向LD移動，並依據第二軸向資訊控制列印頭124在殼體122內沿著平行於第二軸向A2的短軸方向SD移動，並在移動的過程中透過列印頭124將基材逐層成型於承載面112上以形成立體物件10。

如此配置，本實施例將基座110的長度設計為大於殼體122的長度，並將殼體122滑動設置於基座110上，使設置於殼體122內的列印頭124可隨著殼體122於基座110上滑動，因而可擴大列印頭124的列印範圍，使列印頭124的列印範圍不會再侷限於殼體122固定於基座110上所圈圍出的範圍內，進而增加其所列印出的立體物件10的變化以及設計彈性。

進一步而言，基座110更包括一升降部118，承載面112即是位於此升降部118上，而兩導引機構114則可如圖1所示地設置於升降部118的相對兩側。如此，控制單元130便可依據數位立體模型來控制升降部118沿著法線方向N1移動。詳細來說，控制單元130可依據第三軸向資訊控制基座110沿著平行於第三 軸向A3的法線方向N1移動。此外，基座110更可包括一第一電連接器116，而列印頭模組120更可包括一第二電連接器126，以分別電性連接至控制單元130。

圖5是依照本發明的另一實施例的一種立體列印裝置的示意圖。請參照圖5，在本實施例中，基座110的數量可為多個，也就是說，立體列印裝置100可包括多個如圖1所示的基座110a、110b及110c，惟上述多個基座110a、110b及110c在其長軸方向LD上的長度各不相同，且各基座110a、110b及110c的長度大於或等於列印頭模組120在長軸方向LD上的長度。如此，使用者即可依據基座110的長度、欲列印的立體物件10的尺寸需求或是數位立體模型的第一軸向資訊來選擇基座110a、110b及110c的其中之一，以將殼體122可滑動地設置於選擇的基座110a、110b或110c上，如此，控制單元130可如前所述地電性連接列印頭模組120與選擇的基座110，以依據數位立體模型控制列印頭模組120以及選擇的基座110a、110b或110c的移動而列印出立體物件10。

綜上所述，在本發明的立體列印裝置中，其基座的長度大於列印頭模組的長度，且列印頭模組包括殼體以及設置於殼體內的至少一列印頭，其中，殼體滑動設置於基座上，使設置於殼體內的列印頭可隨著殼體於基座上滑動，並在移動中將基材逐層成型於基座上而列印形成立體物件。如此，控制單元得以依據數位立體模型的延伸資訊控制列印頭模組相對基座移動，以擴大列印頭的列印範圍，使列印頭的列印範圍不會再侷限於固設於基座 上的殼體所圈圍的範圍內。因此，本發明的立體列印裝置可增加其所列印出的立體物件的變化以及設計彈性。

此外，本發明的立體列印裝置更可包括多個長度各不相同的基座以供使用者選擇，使用者即可依據基座的長度、欲列印的立體物件的尺寸需求來選擇基座的其中之一，以將列印頭模組可滑動地設置於選擇的基座上，使控制單元得以依據數位立體模型控制列印頭模組以及選擇的基座的移動並進行列印，以進一步增加立體列印裝置所列印出的立體物件的變化以及設計彈性。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

110‧‧‧基座

112‧‧‧承載面

114‧‧‧滑軌

116‧‧‧第一電連接器

118‧‧‧升降部

120‧‧‧列印頭模組

122‧‧‧殼體

124‧‧‧列印頭

126‧‧‧第二電連接器

140‧‧‧感測元件

A1‧‧‧第一軸向

A2‧‧‧第二軸向

A3‧‧‧第三軸向

LD‧‧‧長軸方向

N1‧‧‧法線方向

SD‧‧‧短軸方向

Claims (12)

1. 一種立體列印裝置，適於將一基材逐層成形一立體物件，該立體列印裝置包括：一基座，包括一承載面以及一導引機構，該導引機構沿該基座的一長軸方向延伸；一列印頭模組，可移動地設置該導引機構上，其中，在該長軸方向上，該基座的長度大於該列印頭模組的長度，使該列印頭模組適於沿著該導引機構相對該基座移動；以及一控制單元，電性連接該基座以及該列印頭模組，以依據一數位立體模型的一關聯資訊控制該列印頭模組於該承載面成形該立體物件，其中該關聯資訊包括一標準資訊以及一與該長軸方向關聯的延伸資訊，該控制單元依據該延伸資訊控制該基座與該列印頭模組的相對移動。
2. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中該列印頭模組包括一殼體以及至少一列印頭，該殼體可拆卸地設置於該導引機構上，並適於沿著該導引機構相對該基座移動，該至少一列印頭可移動地設置於該殼體內。
3. 如申請專利範圍第2項所述的立體列印裝置，其中該控制單元依據該延伸資訊控制該殼體沿著該導引機構相對該基座移動。
4. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中該關聯資訊包括一第一軸向資訊、一第二軸向資訊以及一第三軸向資 訊，分別對應該立體物件的一第一軸向、一第二軸向以及一第三軸向，其中該第一軸向資訊包括該延伸資訊。
5. 如申請專利範圍第4項所述的立體列印裝置，其中該控制單元依據該延伸資訊控制該列印頭模組沿著該導引機構移動，並依據該第三軸向資訊控制該基座沿著該承載面的一法線方向移動。
6. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中該基座更包括一第一電連接器，以電連接該控制單元。
7. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中該列印頭模組更包括一第二電連接器，以電連接該控制單元。
8. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中該基座更包括一升降部，該承載面位於該升降部上，該導引機構設置於該升降部的相對兩側，該控制單元依據該數位立體模型控制該升降部沿著該承載面的一法線方向移動。
9. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，更包括多個感測元件，分別設置於該導引機構的端點，以偵測該列印頭模組於該導引機構上的位置。
10. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中該基座的數量為多個，該列印頭模組可滑動地設置於該些基座的其中之一。
11. 如申請專利範圍第10項所述的立體列印裝置，其中該些基座在其長軸方向上的長度各不相同，且大於或等於該列印頭模 組在該長軸方向上的長度。
12. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中該導引機構包括為成對設置的兩滑軌，分別設置於該承載面的相對兩側。