CN105269823A - 具有多容置筒的旋转打印头模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有多容置筒的旋转打印头模块包含支架、多个容置筒、第一活塞、枢轴和控制单元。支架包含多个通孔。容置筒相互同轴地对齐排列，每一个容置筒包括抵靠部，且含有塑形材料和用于挤出塑形材料的喷嘴。当容置筒位于打印位置时，抵靠部抵靠在支架上。第一活塞经组态以沿着容置筒的延伸轴滑动，且驱动所述容置筒移向打印位置。枢轴连接到支架且用于将容置筒旋转到工作位置。控制单元耦接到枢轴和第一活塞，以控制第一活塞和支架的旋转。

Description

具有多容置筒的旋转打印头模块

技术领域

本发明是有关于一种打印头模块，且特别是有关于一种具有多容置筒(cartridge)的旋转打印头模块。

背景技术

随着计算机辅助制造(computer-aidedmanufacturing,简称CAM)的进步，三维(3-D)打印技术已开发并使用于工业制造上，进而根据原始的设计概念快速地制造产品。事实上，三维打印是一系列设计概念快速成型(rapidprototyping,简称RP)技术的总称，且其基本原理和概念是层压式制造，其中快速成型机用于通过扫描而在X-Y平面中形成工件的横截面形状，在Z坐标上以单层厚度为单位间隙性地上叠，且最终形成三维物体。三维打印技术可无限制地适用于各种几何形状上，且RP技术对于复杂的部件而言，尤其能产生优异的输出产品，而明显地节省了工作和制造时间。因此，数字三维打印技术能够根据最短的时间要求呈现通过计算机辅助设计(computer-aideddesign,简称CAD)软件设计的数字三维模型的物体，以让用户触摸并实际感觉模型的几何结构，乃至对模型进行一些可能的功能测试。

然而，在目前的三维打印装置中，三维打印装置的容置筒常需要频繁地替换，以再次填充塑形材料，或替换为具有不同塑形材料的不同容置筒。因此，目前的三维打印过程常需要中断以进行容置筒或整个打印头的替换。此外，前述容置筒替换过程耗时且耗力，这大幅降低目前三维打印加工的效益，进而阻碍了三维打印在大规模生产制造上的应用发展。

发明内容

本发明提供一种具有多容置筒的旋转打印头模块，其中打印头模块包括交替地使用于三维打印过程中的多个旋转容置筒。

本发明的一种打印头模块，经组态以在基座的承载表面上以塑形材料逐层地形成三维(3-D)物体。打印头模块包含支架、多个容置筒、第一活塞、枢轴和控制单元。支架包含多个通孔。容置筒相互同轴地对齐排列。容置筒包含抵靠部，且含有塑形材料和用于从容置筒挤出塑形材料的喷嘴。每一个容置筒中可移动地设置在所述对应的通孔中且用于在初始位置与打印位置之间移动。当所述容置筒位于打印位置时，抵靠部抵靠在所述支架上。第一活塞经组态以沿着容置筒的延伸轴方向滑动，且驱动进行打印的容置筒从初始位置移向打印位置。枢轴连接到支架，且用于将其中一个容置筒旋转至对齐第一活塞，以喷涂塑形材料的工作位置。控制单元耦接到枢轴以控制支架的旋转，且耦接到第一活塞以控制第一活塞，以驱动旋转到工作位置的容置筒从初始位置移至打印位置，其中基座与旋转到工作位置进行打印的容置筒的喷嘴之间的距离小于基座与其余的容置筒的喷嘴之间的距离。

基于上述，本发明的打印头模块利用可旋转的多个容置筒，以同时提供较多的塑形材料容置空间。以这种方式，可在不受干扰的情形下，以单一程序执行较多类型或颜色材料的打印。此外，在三维打印的过程中，将旋转到工作位置的打印容置筒从初始位置推到打印位置，其中基座与旋转到工作位置的容置筒的喷嘴之间的距离小于基座与其余的备用打印容置筒的喷嘴之间的距离。因此，未位于工作位置的其余的容置筒位于初始位置，以在三维打印过程中，防止其余的容置筒妨碍并污染基座上的三维物体。因此，可大幅提高打印头模块的效益，且减少时间和人力的消耗。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的一示范性实施例的打印头模块的示意图；

图2为本发明一示范性实施例的其中一个容置筒移到打印位置的情形的示意图；

图3为本发明一示范性实施例的图2的打印头模块的透视图；

图4为图3打印位置中的打印容置筒的部分透视图；

图5A为本发明一示范性实施例的打印头模块的示意图；

图5B为沿着图5A的线A-A'截取的部分横截面图；

图6A为本发明一示范性实施例的打印头模块的部分示意图；

图6B为沿着图6A的线B-B'截取的横截面图；

图7为本发明另一示范性实施例的打印头模块的示意图。

附图标记说明：

30：塑形材料；100：打印头模块；

110：支架；112：通孔；

114：对准器座架；115：对准器弹簧；

116：支撑件；117：定心元件；

118：上推弹簧；119：弹簧帽；

120：容置筒；124：喷嘴；

126：抵靠部；130：枢轴；

140：线性马达；145：控制单元；

150：驱动马达；160：驱动轮；

162：减速轮；170：垫圈；

180：第一活塞；182：第二活塞；

190：第一检测单元；192：第二检测单元；

195：滑轨；200：基座；

A1：延伸轴；D1、D2：距离；

G1：间隙；h1：第一位置；

h2：第二位置；L1：工作位置；

P1：初始位置；P2：打印位置。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的各实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而并非用来限制本发明。并且，在下列各实施例中，相同或相似的元件将采用相同或相似的标号。

图1为本发明的一示范性实施例的打印头模块的示意图。参看图1，在本实施例中，打印头模块100为适用于根据数字三维(3-D)模型信息而在基座200上打印三维物体的三维打印装置。三维打印装置可包含打印头模块100和基座200。在本实施例中，三维打印装置经组态以读取数字三维模型信息。其中，数字三维模型信息可为数字三维图像文件文件，所述数字三维图像文件文件是由电脑主机使用(例如)计算机辅助设计(CAD)或动画造型软件来建立的。

此外，打印头模块100可移动地设置在基座200上方，且经组态以沿着滑轨前后滑动，且基座200也可相对于打印头模块100移动。三维打印装置经组态以读取并处理三维模型的数字信息，且控制打印头模块100相对于基座200的移动。因此，打印头模块100可根据三维模型的数字信息而沿着滑轨移动，且打印头模块100经组态以在移动期间在基座200上逐层地喷涂塑形材料30(展示在图4中)，进而形成多个层压材料(laminatedmaterial)层。层压材料层相互堆叠以形成三维物体。

图2为本发明一示范性实施例的其中一个容置筒移到打印位置的情形的示意图。请参考图1和图2，打印头模块包含支架110、多个容置筒120、枢轴130、第一活塞180和控制单元145。打印头模块100还包含支撑件116。支撑件116连接到上述的滑轨。支架110可包含对应于容置筒120的多个通孔112，以及对准器座架114。每一个容置筒120可包含抵靠部126，且含有塑形材料30和用于挤出塑形材料30的喷嘴124。每一容置筒120可移动地设置在对应的通孔112中，且可于初始位置P1与打印位置P2之间移动，当容置筒120位于打印位置P2时，抵靠部126抵靠在支架110上。此外，在初始位置P1与打印位置P2之间存在间隙G1。第一活塞180经组态以沿着打印容置筒120的延伸轴A1的方向滑动，且驱动进行打印的容置筒120从初始位置P1移向打印位置P2。枢轴130连接到支架110，且用于将进行打印的容置筒120旋转到与第一活塞180对齐，以喷涂塑形材料30的位置。如图2所示，控制单元145耦接到第一活塞180和枢轴130，以控制支架110的旋转，并且控制第一活塞180来驱动旋转到前述位置的容置筒120从初始位置P1移向打印位置P2，以使得基座200与旋转到前述位置进行打印的容置筒120的喷嘴124之间的距离D1小于基座200与其余的容置筒120的喷嘴124之间的距离D2。

图3为本发明一示范性实施例的图2的打印头模块的透视图。参看图2和图3，支架110可包含用于将容置筒120可拆卸地固持且锁定在通孔112中的多个对准器座架114。此外，对准器座架114由弹簧致动的塑胶部件所构成。支架110上的对准器座架114的配置可达成容置筒120简单且快速的固定和替换方法，而不需要任何类型的螺锁元件。容置筒120可通过用户而与支架110快速地分离，大幅减少容置筒120的替换所花费的时间，且本三维打印装置在时间和人力消耗方面的效益可大幅地提升。

此外，对准器座架114可具有设置在抵靠部126与支架110之间的弹簧帽119和上推弹簧118，以便在容置筒120离开与第一活塞180对准的位置时，使抵靠部126从打印位置P2回复到初始位置P1。此外，如图1所示的线性马达140可耦接到支架110，其中由线性马达140施加的力可辅助旋转到与第一活塞180对准的工作位置L1的容置筒120克服上推弹簧118的弹性回复力，以便将旋转到工作位置L1的打印容置筒120下推到用于打印的打印位置P2。因此，进行打印的容置筒120可通过从线性马达140接收下推的力，且从上推弹簧118接收弹性回复力而在初始位置P1与打印位置P2之间移动。因此，在三维打印过程期间，未位于打印工作位置L1的其余的容置筒120可回复到初始位置P1，以防止在三维打印过程期间妨碍和污染所打印的物体。

此外，请参考图1及图2，当打印容置筒120在三维打印过程期间消耗完塑形材料，或者需要转换为不同种类的材料或不同颜色塑形材料时，通过控制单元145，枢轴130可使支架110旋转，以转换容置筒120。在本实施例中，不同种类的塑形材料可填充在每一个不同的容置筒120中，且根据三维模型的数字信息来分配。因此，可在不需要频繁地手动地对容置筒120进行替换或再填充的情形下，完成喷涂不同种类材料的步骤。此外，通过控制单元145的配置，打印头模块100可针对多材料或多颜色三维打印物体，采用不同种类的材料的预定交错式打印安排。

图4为图3打印位置中的打印容置筒的部分透视图。请参考图3和图4，在本实施例中，容置筒120可还包含多个第二活塞182。第二活塞182接触容置筒120中所含有的塑形材料30的表层，且适用于通过第一活塞180的推动，以从初始位置P1向下移向对应的喷嘴124，从而挤出塑形材料30。此外，第一检测单元190和第二检测单元192可设置在支架上以检测第一活塞180和第二活塞182的移动。当打印容置筒120从其初始位置P1移到打印位置P2且抵靠部126接触支架110时，第二检测单元192被触发以因此产生初始信号。控制单元145接收初始信号，且驱动线性马达140推动第一活塞180在第一位置h1与第二活塞182接触。接着，控制单元145通过线性马达140来连续地驱动第一活塞180将第二活塞182移到第二位置h2，同时终止来自控制单元145的驱动力。第二检测单元192因而同时产生终止信号，且终止信号传输到控制单元145。基于来自第一检测单元190和第二检测单元192的检测信号，控制单元145计算第一位置h1与第二位置h2之间的差D1，其中差D1表示第二活塞182的移动距离。此外，控制单元145还可根据第二活塞182的移动距离来计算塑形材料30的剩余或喷涂量。

图5A为本发明一示范性实施例的打印头模块的示意图。图5B为沿着图5A的线A-A'截取的部分横截面图。请参考图5A和图5B，支架110还包含对准器弹簧115和定心元件117，其对应于工作位置L1而设置。对准器弹簧115和定心元件117用于分别抵靠在旋转到工作位置L1的打印容置筒120的相对两侧，以对旋转到工作位置L1的打印的容置筒120进行定位和定心。通过对准器弹簧115和定心元件117的配置，对准器弹簧115和定心元件117从相对侧将打印容置筒120推到工作位置L1，以使得到工作位置L1的打印容置筒120与第一活塞180对齐。因此，第一活塞180可与适用于推动第二活塞182(展示在图4中)的位置快速地对准，否则，第一活塞180和第二活塞182的接触位置可能会产生偏离，且从第一活塞180施加到第二活塞182的力可能耗散到其他方向。因此，塑形材料的喷涂量可能时而不恒定，且不可预测，这也将导致每一个容置筒120偏离打印物体的位置，因而影响三维打印物体的打印品质。

图6A为本发明一示范性实施例的打印头模块的部分示意图。图6B为沿着图6A的线B-B'截取的横截面图。请参考图6A和图6B，在本实施例中，例如标准无油衬套等垫圈170可围绕枢轴130，且抵靠在支架110与枢轴130之间，以使得枢轴130可平稳地旋转，且打印过程期间的枢轴130的震动可减少。因此，可提高三维打印装置的品质。此外，驱动轮160可配置且连接在驱动马达150与枢轴130之间以驱动枢轴130旋转，以使支架110旋转而对容置筒120和不同塑形材料进行转换以供喷涂。此外，减速轮162可沿着枢轴130的旋转轴而设置，且与驱动轮160一起配置，以进行减速。即，枢轴130的旋转速度可通过驱动轮160和减速轮162的配置来调整。

图7为本发明另一示范性实施例的打印头模块的示意图。打印头模块100可滑动地设置在滑轨195上。滑轨195经设置以通过皮带轮和皮带的驱动而在平行于基座200的顶表面的工作平面的X方向上移动打印头模块100。此外，滑轨195可与控制单元145耦接以计算打印头模块100的移动间距或移动速率。因此，打印头模块100喷涂塑形材料30的预定工作路线可取决于最终三维打印产品的形状或是需打印区域，并将预定工作路线加载入控制单元145中。

综上所述，本发明的打印头模块具有多个容置筒，能够通过多个打印头模块喷涂不同种类的塑形材料。因此，可处理多材料或多颜色的三维打印过程，而无需替换打印头，可避免需使用不同种类的塑形材料对容置筒进行再填充，而中断或干扰打印过程。此外，在三维打印过程期间，将旋转到工作位置的容置筒从初始位置推到打印位置，其中基座与旋转到工作位置进行打印的容置筒的喷嘴之间的距离小于基座与其余的打印容置筒的喷嘴之间的距离。因此，未位于工作位置的其余的容置筒位于初始位置，以在三维打印过程期间防止其余的打印头妨碍并污染基座上的三维物体。因此，打印头或容置筒的更换频率可大幅降低，时间和人力消耗亦可大幅减少。也因此，可大幅提高三维打印过程的效益。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种打印头模块，经组态以在基座上逐层地喷涂塑形材料以形成三维物体，其特征在于，所述打印头模块包括：

支架，包括多个通孔；

多个容置筒，相互同轴地对齐排列，每一个所述容置筒包括抵靠部，且具有所述塑形材料及用于从所述容置筒挤出所述塑形材料的喷嘴，每一个所述容置筒可移动地设置在对应的所述通孔中，且用于在初始位置与打印位置之间移动，当所述容置筒位于所述打印位置时，所述抵靠部抵靠在所述支架上；

第一活塞，经组态以沿着所述容置筒的延伸轴滑动，且驱动打印容置筒从所述初始位置移至所述打印位置；

枢轴，连接到所述支架，且用于将所述容置筒旋转到与所述第一活塞对齐，以喷涂所述塑形材料的工作位置；以及

控制单元，耦接到所述枢轴以控制所述支架的旋转，且耦接到所述第一活塞以控制所述第一活塞，以驱动旋转到所述工作位置的所述容置筒从所述初始位置移至所述打印位置，其中所述基座与旋转到所述工作位置进行打印的所述容置筒的所述喷嘴之间的距离小于所述基座与其余的所述打印容置筒的所述喷嘴之间的距离。

2.根据权利要求1所述的打印头模块，其特征在于，所述支架包括用于将所述容置筒固持且锁定在对应的所述通孔中的多个对准器座架。

3.根据权利要求2所述的打印头模块，其特征在于，还包括多个第二活塞，其分别设置在所述容置筒中，其中所述第一活塞用于将所述其中一个第二活塞推向对应的所述喷嘴，以挤压出所述塑形材料。

4.根据权利要求1所述的打印头模块，其特征在于，所述支架还包括对准器弹簧和定心元件，其对应于所述工作位置而设置，所述对准器弹簧和定心元件用于分别抵靠在旋转到所述位置进行打印的所述容置筒的相对两侧上，以对旋转到所述工作位置进行打印的所述容置筒进行定位和定心。

5.根据权利要求1所述的打印头模块，其特征在于，还包括上推弹簧，其设置在所述抵靠部与所述支架之间，以便使所述抵靠部从所述打印位置回复到所述初始位置。

6.根据权利要求5所述的打印头模块，其特征在于，还包括弹簧帽，其覆盖所述上推弹簧的末端，且抵靠在所述上推弹簧与所述抵靠部之间。

7.根据权利要求5所述的打印头模块，其特征在于，还包括线性马达，其耦接到所述支架，且连接到所述第一活塞，其中所述线性马达克服所述上推弹簧的弹性回复力，以驱动所述第一活塞将旋转到所述工作位置进行打印的所述容置筒推到所述打印位置，以通过对应的所述喷嘴来喷涂所述塑形材料。

8.根据权利要求1所述的打印头模块，其特征在于，还包括驱动轮，其连接在驱动马达与所述枢轴之间，以驱动所述枢轴旋转。

9.根据权利要求1所述的打印头模块，其特征在于，还包括垫圈，其围绕所述枢轴且抵靠在所述支架与所述枢轴之间。

10.根据权利要求1所述的打印头模块，其特征在于，所述打印头模块可滑动地设置在滑轨上，以使得所述打印头模块经组态以沿着所述滑轨前后滑动。