CN105815424A - 立体打印装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种立体打印装置，适于在第一物件上立体打印出第二物件。立体打印装置包括机体、立体打印单元、存储单元、传感单元、控制单元以及载板。控制单元电性连接立体打印单元、存储单元与传感单元。存储单元用以存储起始坐标，且起始坐标是立体打印单元的起始打印位置。载板位于机体的底部且具有视别标示，视别标示用以显示起始坐标的对应位置。第一物件适于承载于载板上。传感单元受控于控制单元以传感第一物件相对于载板的高度，且控制单元依据高度与起始坐标而驱动立体打印单元在第一物件上立体打印出第二物件。

Description

立体打印装置

技术领域

本发明是有关于一种立体打印装置。

背景技术

近年来，随着科技的日益发展，许多利用逐层建构模型等加成式制造技术(additivemanufacturingtechnology)来建造物理三维(threedimensional,简称3D)模型的不同方法已纷纷被提出。一般而言，加成式制造技术是将利用电脑辅助设计(computeraideddesign，简称CAD)等软件所建构的3D模型的设计数据转换为连续堆叠的多个薄(准二维)横截面层。于此同时，许多可以形成多个薄横截面层的技术手段也逐渐被提出。举例来说，立体打印装置的打印单元可依3D模型的设计数据所建构的空间坐标XYZ在打印平台的上方沿着XY平面移动，从而使建构材料形成正确的横截面层形状，而后驱动打印单元沿着轴Z逐层移动，以使多个横截面层逐渐堆叠而在逐层固化的状态下形成立体物件。

惟，当欲在第一物件上立体打印出第二物件时，如何使前述第一物件能有效地被放置在立体打印区内，以避免在立体打印的过程中发生错位等歪斜或偏移的情形，实为相关人员所需考虑并解决的问题。

发明内容

本发明提供一种立体打印装置，其通过视别标示而让使用者能轻易地进行物件对位。

本发明的立体打印装置，适于在第一物件上立体打印出第二物件。立体打印装置包括机体、立体打印单元、传感单元、存储单元、控制单元以及载板。控制单元电性连接立体打印单元、存储单元与传感单元。存储单元用以存储起始坐标，且起始坐标是立体打印单元的起始打印位置。载板位于机体的底部且具有视别标示。第一物件适于承载于载板上。传感单元受控于控制单元以传感第一物件相对于载板的高度，且控制单元依据高度与起始坐标而驱动立体打印单元在第一物件上立体打印出第二物件。

一种立体打印装置，适于在第一物件上立体打印出第二物件。立体打印装置包括机体、立体打印单元、传感单元、存储单元、控制单元、载板以及标示媒介。存储单元存储起始坐标，且起始坐标是立体打印单元的起始打印位置。载板位于机体的底部，第一物件适于承载在载板上。控制单元电性连接立体打印单元、存储单元与传感单元。标示媒介具有视别标示，且视别标示显示起始坐标的对应位置。传感单元受控于控制单元以传感第一物件相对于载板的高度，且控制单元依据高度与起始坐标而驱动立体打印单元在第一物件上立体打印出第二物件。

在本发明的一实施例中，上述的第一物件具有平面。第二物件位于平面上。传感单元用以传感平面相对于载板的高度。

在本发明的一实施例中，上述的视别标示为一尺规刻度，该起始坐标位于该尺规刻度的范围内。

在本发明的一实施例中，上述的起始坐标为尺规刻度的中心点。

在本发明的一实施例中，上述的第一物件与第二物件为食物。

在本发明的一实施例中，上述的尺规刻度的外形轮廓与第一物件的外形轮廓一致。

在本发明的一实施例中，上述的起始坐标位于尺规刻度的范围内。

在本发明的一实施例中，上述的载板可拆卸地配置于机体的底部。

在本发明的一实施例中，上述的立体打印装置还包括轨道，设置在机体的底部。上述的载板包括第一板件与第二板件。第一板件可移动地设置于轨道。第二板件可拆卸地定位于第一板件上，且第二板件具有上述的尺规刻度。

在本发明的一实施例中，上述的载板为显示器，显示器显示出上述的视别标示。

在本发明的一实施例中，还包括指示单元，设置于机体且电性连接控制单元。指示单元以光学方式在载板上显示出视别标示。

在本发明的一实施例中，上述的标示媒介为显示器。

基于上述，在本发明的上述实施例中，通过载板上存在视别标示，且所述视别标示是用以显示立体打印单元的起始坐标的对应位置，而让使用者得以将第一物件放置其上并予以对位至尺规刻度，同时再以传感器对第一物件的高度进行检测，以使立体打印装置能据此获得第一物件的空间位置，而在进行立体打印时使第二物件准确地落于第一物件上。此举免除了需让装置本身额外对第一物件进行相对位置的计算过程，因而得以有效地节省立体打印的时间及制作成本。

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是本发明一实施例的一种立体打印装置的示意图；

图2是图1的立体打印装置于底部的局部俯视图；

图3是图1的立体打印装置中部分构件的电性连接示意图；

图4是本发明一实施例的一种立体打印流程图；

图5示出本发明另一实施例的一种立体打印装置在载板处的局部俯视图；

图6示出本发明另一实施例的一种立体打印装置在载板处的局部俯视图；

图7是本发明又一实施例的一种立体打印装置的示意图；

图8是图7的立体打印装置的***图；

图9示出本发明另一实施例的一种立体打印装置的示意图；

图10示出图9的立体打印装置的电性连接示意图；

图11示出本发明另一实施例的一种立体打印装置的示意图；

图12示出图11的立体打印装置的电性连接示意图；

图13示出本发明另一实施例的一种立体打印装置的对位示意图。

附图标记说明：

10、30、40、50、60：第一物件；

152、252、354c、352、452：尺规刻度；

118a～118e、124：驱动单元；

20：第二物件；

100、300、400、500：立体打印装置；

110、310、410、510：机体；

112a～112d：导杆；

114a、114b：支架；

116：连接杆；

120：立体打印单元；

122：料筒；

130：传感单元；

140：控制单元；

150、350：载板；

160：存储单元；

170：指示单元；

320：轨道；

352：第一板件；

352a：锁附调整件；

354：第二板件；

354a：定位孔；

354b：定位凹槽；

520：标示媒介；

525：视别标示；

C9：视别标示；

420：显示器；

A1：马达；

A2：螺杆；

A3：发射器；

A4：接收器；

A5：基底；

A6：承载台；

A7、A8：定位柱；

C1、C3、C7、C8：基准点；

C2、C4、C5、C6：端点；

D：相对位移；

S1：顶部平面；

S110～S140：步骤。

具体实施方式

图1是本发明一实施例的一种立体打印装置的示意图。图2是图1的立体打印装置于底部的局部俯视图。图3是图1的立体打印装置中部分构件的电性连接示意图。请同时参考图1至图3，在本实施例中，立体打印装置100适于在第一物件10上立体打印出第二物件20，且立体打印装置100包括机体110、立体打印单元120、传感单元130、控制单元140、载板150以及存储单元160，其中控制单元140电性连接立体打印单元120、存储单元160与传感单元130。载板150位于机体110的底部，存储单元160用以存储一起始坐标，且所述起始坐标是立体打印单元120在机体110内的起始打印位置，而载板150具有视别标示，用以显示起始坐标的对应位置。在本实施例中，视别标示是以载板150上的尺规刻度152为例。第一物件10适于承载于载板150上。传感单元130受控于控制单元140以传感该第一物件10相对于载板150的高度，且控制单元140依据高度与前述起始坐标而驱动立体打印单元120在第一物件10上立体打印出第二物件20。

详细而言，机体110包括多个立设于底部的导杆112a至112d、一对支架114a、114b与连接在该对支架114a、114b之间的连接杆116，以及多个电性连接控制单元140的驱动单元118a至118e。支架114a、114b分别套设于导杆112a至112d，驱动单元118a、118b位于载板150的相对侧且各包括马达A1与螺杆A2，其中马达A1设置于机体110的底部，螺杆A2沿Z轴延伸且耦接于马达A1以受其驱动而旋转，支架114a、114b连接于两侧的螺杆A2而据以沿Z轴来回移动。驱动单元118c、118d分别设置在支架114a、114b上，以驱动连接杆116及其上的立体打印单元120沿Y轴来回移动。驱动单元118e设置在连接杆116，作为让立体打印单元120沿X轴移动的动力来源。立体打印单元120包括料筒122与躯动单元124，其中料筒122用以盛装成型材并经由驱动单元118e可移动地设置在连接杆116上，当料筒122移至特定位置后，驱动单元124即能受控于控制单元140而将成型材挤出于第一物件10的平面上以形成第二物件20。

在本实施例中，立体打印单元120适用于进行以食物为打印成型材的立体打印动作，即所述第一物件10与第二物件20均为食物。举例来说，通过本发明的立体打印单元120，便能在蛋糕基体(即第一物件10)上立体打印出多种鲜奶油图案(即第二物件20)。惟如前述，由于并非是直接在载板150上立体打印出第二物件20，因此需对第一物件10放置于在机体110内的位置予以确认，方能使第二物件20准确无误地立体打印于第一物件10上。

据此，图4是本发明一实施例的一种立体打印流程图。请参考图4并对应前述图1至图3，在步骤S110中，将第一物件10置于载板150上；接着，在步骤S120中，将第一物件10与载板上的尺规刻度152进行对位。在步骤S130中，通过传感单元传感第一物件10的顶部平面S1相对于载板150(即尺规刻度152所在平面)的高度。在此需说明的是，传感单元130包括设置在支架114a、114b的发射器A3与接收器A4，藉此判别第一物件10的顶部平面S1相对于尺规刻度152所在平面的高度差，藉此决定驱动单元118a、118b控制立体打印单元120沿Z轴的相对位置。在此未限制传感单元130在机体110上的形式与配置位置，现有技术所能得知的传感器，以在第一物件10置于载板150上后能对其进行高度检测的，均可适用于本实施例。

最后，在步骤S140中，启动立体打印装置100，其中控制单元140通过前述所收集到的信息，即第一物件10的顶部平面S1相对于载板150的高度，即能控制立体打印单元120依据高度与起始坐标而在第一物件10的平面上立体打印出第二物件20。在此需注意的是，由于第一物件10已放置于载板150上且通过尺规刻度152而进行对位，因此立体打印装置100仅需将其对应于尺规刻度152的特定位置进行对应设置与前述所传感到的高度，便能让立体打印单元120在X-Y平面的所需范围内立体打印出第二物件20。举例来说，如图2所示，当第一物件10是放置尺规刻度152的刻度5以内，则在进行立体打印时，仅需让立体打印单元120在所述刻度5的范围内进行立体打印即可。如此，便无须让立体打印装置100对第一物件10进行额外的对位与设定动作，因此节省了立体打印的时间。

惟，本发明并未限制第一物件与尺规刻度之间的相对关系，其是能对应第一物件的外形与尺寸进行对应设置。换句话说，立体打印单元120的起始坐标(起始打印位置)能在视别标示(即本实施例的尺规刻度152)上的任一位置，在前述实施例中，是以尺规刻度的基准点C1(即尺规刻度为0处，中心点)而由于第一物件10是呈对称轮廓，因此便让第一物件10的形状中心位于基准点C1上，而使第一物件10也能相对于基准点C1呈对称轮廓。换句话说，此时第一物件10以其形状中心为基准点，而使第一物件10的基准点适配于尺规刻度的基准点。当然，在其他实施例中，为了便于相关作业，因此也能对此进行适当的改变。如图2所示，此时的第一物件30是呈扇形轮廓，因而在此将第一物件30的端点C2与基准点C1进行对位，便能使第一物件30位于尺规刻度152的其中一象限，即，此时是以第一物件30的端点C2视为其基准点。据此，使用者仅需让立体打印单元120能以尺规刻度152的象限所在区域为基准，便能顺利地让第二物件(在此未示出)成形在第一物件30上。由上述可知，通过让第一物件的基准点与尺规刻度152的基准点之间存在所述相对关系，即能藉此操作控制单元140依据相对关系而顺利地在第一物件上印出第二物件。

图5示出本发明另一实施例的一种立体打印装置在载板处的局部俯视图。请参考图5，与前述实施例不同的是，前述实施例的尺规刻度152是呈同心圆图案，而本实施例的尺规刻度252则是呈同心多边形图案(在此以同心四边形为例)，因为第一物件可能具有多种外形，因此，载板上的尺规刻度252也能因第一物件的外形而变化。如图5所示，因为第一物件40为四边形，因而在此采用同时四边形的尺规刻度252，以让第一物件40能顺利地使其形状中心对位至尺规刻度252的基准点C3(即尺规刻度252的中心点)。同样地，使用者也能让第一物件50以其端点C4与尺规刻度252的基准点C3对应，或是让第一物件50以其端点C5对应尺规刻度252的端点C6，其均能达到本案将第一物件与尺规刻度进行对位的目的。

另需说明的是，在本案图2与图5的实施例中，为了便于使第一物件能与尺规刻度容易辨识，因此在示出手法上采用让第一物件的虚线轮廓仍与尺规刻度保持错开的情形。

图6示出本发明另一实施例的一种立体打印装置在载板处的局部俯视图。在前述实施例中，无论以第一物件的端点或形状中心为基准点，其均是以第一物件的基准点重合至尺规刻度的基准点作为依据。惟，本实施例与前述不同的是，尺规刻度352以其原点作为基准点C7，而第一物件60具有基准点C8，且基准点C7、C8之间存在相对位移。举例来说，第一物件60的原点是位在尺规刻度352的坐标(3,3)处，因此产生的相对位移以向量表示即为D(3,3)，再加上第一物件60的可打印范围为(-2～+2,-2～+2)，因此对于尺规刻度352而言，立体打印单元120的可打印范围即是(+1～+5,+1～+5)，惟其不变的是，立体打印单元120的可打印范围仍会小于或等于第一物件60所具有的顶部平面的范围。

图7是依据本发明又一实施例的一种立体打印装置的示意图。图8是图7的立体打印装置的***图。请同时参考图7与图8，其中与上述实施例相同的构件便不再赘述，而与上述实施例不同的是，立体打印装置300的载板350是可拆卸地配置于机体310的底部。进一步地说，本实施例的立体打印装置300还包括设置在机体310底部的轨道320，而载板350包括相互叠置的第一板件352与第二板件354，其中第一板件352可移动地设置于轨道320，第二板件354可拆卸地定位于第一板件352上，且第二板件354具有尺规刻度354c。

值得注意的是，第一板件352为包含基底A5与承载台A6的双层板结构，承载台A6通过锁附调整件352a而组装在基底A5上，以在两者结合的同时还能通过锁附调整件352a调整承载台A6相对于基底A5的高度。再者，承载台A6上设置有定位柱A7、A8，而第二板件354具有定位孔354a与定位凹槽354b，因此藉由定位柱A7搭配于定位孔354a、定位柱A8定位于定位凹槽354b，而使第二板件354能顺利地定位在承载台A6上。据此，使用者能通过前述轨道320与第一板件352的搭配，以及第一板件352与第二板件354的结构关系，而顺利地对具有尺规刻度354c的第二板件354进行更换的动作。如此一来，使用者便能通过更换第二板件354而得以采用多样的尺规刻度354c，此举也扩大立体打印装置300对于第一物件(在此未示出，请参考前述实施例)的适用范围。

图9示出本发明另一实施例的一种立体打印装置的示意图。图10示出图9的立体打印装置的电性连接示意图。请同时参考图9与图10，与前述实施例不同的是，立体打印装置400在其机体410底部设置显示器420而取代前述实施例的载板与其上的尺规刻度。显示器420电性连接控制单元140，且第一物件10适于承载于显示器420上的任意位置。显示器420会产生尺规刻度452以利于使用者将第一物件10置于显示器420上并与尺规刻度452对位。换句话说，本实施例的尺规刻度452实质上为虚拟图案，使用者并无须先行制作实体载板，由于尺规刻度的范围会会因应第一物件的平面而与其一致，且尺规刻度的外形轮廓也会因应第一物件的外形轮廓而与其一致，因此使用者也无须针对不同的第一物件而更换前述实施例的载板。

接着，一旦第一物件10与显示器420上尺规刻度452对准之后，便如前述实施例一般，再通过传感单元130传感第一物件10的顶部平面S1相对于显示器420的高度，控制单元140便能依据显示器420所显示的尺规刻度的信息以及第一物件10的高度而驱动立体打印单元120在第一物件10的顶部平面S1上立体打印出第二物件20。

图11示出本发明另一实施例的一种立体打印装置的示意图。图12示出图11的立体打印装置的电性连接示意图。与前述实施例不同的是，立体打印装置500还包括标示媒介520，设置在机体510旁，且标示媒介520具有视别标示525，用以显示立体打印单元120(参考图1标号)的起始坐标的对应位置。据此，使用者便能依据标示媒介520上所示出的位置而将第一物件10放置在载板150(参考图1标号)上的对应位置。在本实施例中，标示媒介520例如是显示器，其能随着使用需求而显示不同图案的视别标示525。在另一未示出的实施例中，标示媒介也可为纸张等用以显示图案的各种媒介。

图13示出本发明另一实施例的一种立体打印装置的对位示意图。在此省略立体打印装置的部分构件，其可参考前述图1、图9或图10的实施例并与之结合应用。在此以图1的实施例作为对应参考，相关构件及标号能参考图1的实施例而在此不予赘述。在本实施例中，立体打印装置还包括指示单元170，其设置在机体110且电性连接控制单元140。指示单元170例如是红外线激光，其以光学方式在载板150上显示出视别标示C9，用以让使用者将第一物件10对位其上。本实施例同时能对应上述图2与图5所述的实施例，即，通过指示单元170在尺规刻度152上指示出起始位置，以作为第一物件10的对准依据。

在本实施例中，由于载板150已具有一部分的视别标示(即，尺规刻度152)，因此指示单元170仅用以标示出立体打印单元的起始坐标。但本发明并未以此为限，于另一未示出的实施例中，当载板并不具有前述尺规刻度时，指示单元可通过振动式机构件(例如扫描式反射镜或振动式反射镜，scanmirrororvibrationmirror)的对应配置，而在载板上显示出具有二维图案的视别标示，同样也能达到让第一物件对位的效果。

综上所述，在本发明的上述实施例中，通过位在机体底部设置具有尺规刻度的载板，而让使用者得以将第一物件放置其上并依据尺规刻度进行对位，以使第一物件能与尺规刻度产生相对关系，并藉由传感器对于第一物件相对于载板的高度进行传感动作之后，获得第一物件在载板上的完整空间信息。据此，立体打印装置便能依据前述相对关系及高度而判断第一物件的顶部平面的所在位置(即空间坐标)，进而得以直接让第二物件立体打印在第一物件上。故，本案通过载板上的尺规刻度与传感器所测得知高度，而让立体打印装置无须额外对第一物件的空间位置另行传感与计算，即，使用者仅需将第一物件在载板上的平面位置输入立体打印装置即可，因此有效地节省了立体打印所需的制程时间。

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 (15)

1.一种立体打印装置，适于在一第一物件上立体打印出一第二物件，其特征在于，该立体打印装置包括：

一机体；

一立体打印单元，设置于该机体；

一存储单元，存储一起始坐标，该起始坐标为该立体打印单元的起始打印位置；

一载板，位于该机体的底部，该载板具有一视别标示，该视别标示用以显示该起始坐标的对应位置；

一传感单元；以及

一控制单元，电性连接该立体打印单元、存储单元与该传感单元，该传感单元受控于该控制单元以传感该第一物件相对于该载板的一高度，且该控制单元依据该高度与该起始坐标而驱动该立体打印单元在该第一物件上立体打印出该第二物件。

2.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该第一物件具有一平面，该第二物件位于该平面上，而该传感单元用以传感该平面相对于该载板的高度。

3.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该视别标示为一尺规刻度，该起始坐标位于该尺规刻度的范围内。

4.根据权利要求3所述的立体打印装置，其特征在于，该起始坐标为该尺规刻度的中心点。

5.根据权利要求3所述的立体打印装置，其特征在于，该尺规刻度的外形轮廓与该第一物件的外形轮廓一致。

6.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该第一物件与该第二物件为食物。

7.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该载板可拆卸地配置于该机体的底部。

8.根据权利要求7所述的立体打印装置，其特征在于，还包括：

一轨道，设置在该机体的底部，而该载板包括：

一第一板件，可移动地设置于该轨道；以及

一第二板件，可拆卸地定位于该第一板件上，该第二板件具有该尺规刻度。

9.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该载板为一显示器，该显示器显示出该视别标示。

10.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，还包括：

一指示单元，设置于该机体且电性连接该控制单元，该指示单元以光学方式在该载板上显示出该视别标示。

11.一种立体打印装置，适于在一第一物件上立体打印出一第二物件，其特征在于，该立体打印装置包括：

一机体；

一立体打印单元；

一存储单元，存储一起始坐标，该起始坐标为该立体打印单元的起始打印位置；

一载板，位于该机体的底部，该第一物件适于承载在该载板上；

一传感单元；

一控制单元，电性连接该立体打印单元、该存储单元与该传感单元；以及

一标示媒介，具有一视别标示，该视别标示显示该起始坐标的对应位置，其中该传感单元受控于该控制单元以传感该第一物件相对于该载板的一高度，且该控制单元依据该高度与该起始坐标而驱动该立体打印单元在该第一物件上立体打印出该第二物件。

12.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该第一物件具有一平面，该第二物件位于该平面上，而该传感单元用以传感该平面相对于该载板的高度。

13.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该视别标示为一尺规刻度，且该尺规刻度与该载板相互对应且彼此范围一致。

14.根据权利要求13所述的立体打印装置，其特征在于，该起始坐标为该尺规刻度的中心。

15.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该标示媒介为一显示器。