CN105818372A - 三维打印机 - Google Patents

Abstract

本发明为一种三维打印机，包含：主机体，设有建构平台，且主机体内配抽风设备及过滤器，以及主机体外架设供墨单元架座；供料腔室，架构于建构平台上，用以提供粉末建构材料暂存于内；建构腔室，架构于建构平台上，堆栈粉末建构材料成型；建构位移机构，架构于建构平台上，以进行相对位移；喷印模块，组架于建构位移机构上进行连动位移，并由喷印位移机构驱动承载内置墨匣的承载座作往复位移，而喷印位移机构一端固定架构吐废墨盒，喷印模块于底部设置挡推滚轮，供将粉末建构材料推送至建构腔室内；藉此完成层叠喷印三维物成型作业。

Description

三维打印机

【技术领域】

本发明系关于一种快速成型装置，尤指一种可放在桌面上操作大幅缩减体积的三维打印机。

【背景技术】

随着科技的进步，近期三维打印技术正悄然崛起，足以能够改变产品生产方式的潜在技术，即使只加工一件物品，其投入费用较低，任何形状物品都能加工自如的优点。期待三维打印技术在制造业、医疗以及IT领域等多方面改变技术思维，引领产业的革新。三维打印技术已经在产业上部份制作过程中获得应用，例如生医领域运用都可以用三维打印机为主架构来制造所需求的三维医疗成品物，甚至是艺术品等种种具独特性成品皆可用三维打印机来制造，应用面很广泛。

就市面上的三维打印机而言，可分为树脂材料或者粉末类应用的三维打印机，例如SLA、DLP、FDM、MJM等技术为树脂类应用装置，SLS、3DP等技术为粉末类应用装置，各有优缺点。然而不管任何材料的三维打印都有一定程度的污染，例如以树脂为制造材料的三维打印机，因为是热溶融塑料成型，因此会发出有毒的烧塑料味，而粉末类的三维打印机则会造成放置环境有一层薄粉末。诸如此类的三维打印机，不胜枚举，这些轻则只是环境污染，重则在于吸入人体的消化***内，日积月累，使身体器管产生化学物质的毒害。

就市面上的三维打印机在价格而言，虽树脂材料应用的三维打印机价格较低廉，但其加工成形精度较低，成形复杂结构时须支撑材来辅助，支撑材却不可回收也会造成环保问题，故其有熔融材料有剧毒问题及支撑材有环境物染等问题，因此在市面上价格推行上，虽具有小型化低廉可普及化的优点，但仍有造成一些环保及危害健康等问题，推行上仍有许多顾忌，仍无法大量应用在日常生活需求应用的产业上。

而目前市面上粉末式三维打印机而言，动辄百万的粉末式三维打印机，其可粉末材料可为塑料、金属、陶瓷等等，应用面很广泛，且具有高成型精度，可成形复杂结构无须支撑材，未成型原料可回收，因此环保问题可大幅降低，虽有粉尘作业有些环境污染会危害健康，但这问题可用一种可回收密封洁净设计的装置来克服，故其未来发展性大有可为。

有鉴于此，此目前产业上需求高效能小型化的粉末式三维打印机来普及应用，这也是本发明研发的主要课题。

【发明内容】

本发明的主要目的在于提供一种高效能小型化粉末式的三维打印机，可普及应用，更具在制造性、速度、精度、强度、价格、市场需求、操作性、尺寸、洁净度等优点。

为达上述目的，本发明的一较广义实施态样为提供一种三维打印机，包含：一主机体，设有一建构平台，并以一罩盖覆盖于上，使该主机体内形成一封闭的建构平台空间，而该主机体内配一抽风设备及一过滤器，供以将该封闭的建构平台空间内的流体排出，形成一负压工作区间，又该主机体外架设一供墨单元架座；一供料腔室，架构于该建构平台上，用以提供一粉末建构材料暂存于内；一建构腔室，架构于该建构平台上，堆栈该粉末建构材料成型；一建构位移机构，架构于该建构平台上，以进行相对位移；一喷印模块，组架于该建构位移机构上进行连动位移，并由一喷印位移机构驱动承载一内置至少一墨匣的该承载座作往复位移，且该至少一墨匣内储存预设流体并设有一喷墨头，该喷墨头受驱动喷出预设流体于该粉末建构材料进行成型作业，而该喷印位移机构一端固定架构一吐废墨盒，供该每个墨匣的喷墨头能通过并保持位移在一同轴直线方向，另该喷印模块底部设置一挡推滚轮，供将该粉末建构材料推送至该建构腔室内；藉此，该建构位移机构位移至该建构腔室上方，再由该喷印模块的该至少一墨匣喷出预设流体于该建构腔室上方的该粉末建构材料上，完成层叠喷印三维物成型作业。

本发明的较佳实施态样为提供一种三维打印机进一步包含一粉末回收单元，收集该建构腔室外的该粉末建构材料回收再利用。

本发明的较佳实施态样为提供一种三维打印机进一步包含该粉末回收单元，包括一溢出槽及一回收收集盒，该溢出槽设置于该建构腔室后方，而该回收收集盒连通该溢出槽，将该粉末建构材料未使用的余料予以集中回收再利用。

本发明提供一较佳实施态样的三维打印机，进一步包含一维护模块，该维护模块包括一保湿单元及一刮片单元，该保湿单元用以封闭该至少一墨匣的该喷墨头以达到保湿效用，该刮片单元则对该至少一墨匣的该喷墨头进行刮除污染清洁作业。

本发明提供一较佳实施态样的三维打印机，其中该建构位移机构主要包括一架构台座架构于一组滑移滑轨上，且该架构台座由一驱动组件所驱动的驱动带所带动在该滑移滑轨上作一方向往复位移运动，且该驱动带架构于一枢轴上受一张力调整组件所控制张力。

本发明提供一较佳实施态样的三维打印机，其中该张力调整组件由一挡板件及一调整板件以一锁付件锁付于该枢轴上所构成，又该挡板件一端设有一弹性压缩器，该弹性压缩器穿入该调整板件一端可受挡推，而该调整板件中间设有一开窗口，供该枢轴通过，当该挡板件调整移动时，该弹性压缩器受压缩改变该枢轴原中心位置，往该开窗口适当位置调整，再予以该锁付件锁固抵紧该挡板件在该调整板件上定位位置，以完成该驱动带受该张力调整组件所调整控制张力。

本发明提供一较佳实施态样的三维打印机，进一步包含一连续供墨单元，该连续供墨单元包含数个色料墨水补充容器、一黏结剂补充容器及一清洁流体补充容器置放于该供墨单元架座上定位，并分别通过多个管路连通到该至少一墨匣内部储存。

【附图说明】

图1为本发明三维打印机较佳实施例的外观示意图。

图2为本发明三维打印机较佳实施例的内部结构示意图。

图3为本发明三维打印机较佳实施例的另一角度视得相关构件示意图。

图4为本发明三维打印机较佳实施例的抽风设备及过滤器相关构件组设示意图。

图5为本发明三维打印机较佳实施例的供料腔室、建构腔室、粉末回收单元相关构件配置示意图。

图6为为本发明三维打印机较佳实施例的供料腔室、建构腔室、粉末回收单元相关构件剖面示意图。

图7为本发明较佳实施例的建构位移机构相关构件示意图。

图8为本发明较佳实施例的建构位移机构相关构件的皮带调整张力示意图。

【符号说明】

10：主机体

101:建构平台

102:罩盖

103:供墨单元架座

104:抽风设备

105:过滤器

20：供料腔室

201:升降位移机构

30：建构腔室

301:升降位移机构

40：粉末回收单元

401:溢出槽

402:回收收集盒

50：建构位移机构

501：架构台座

502:滑移滑轨

503:驱动组件

504:驱动带

505:枢轴

506:张力调整组件

506a:挡板件

506b:调整板件

506c:锁付件

506d:弹性压缩器

506e:开窗口

60:喷印模块

601:喷印位移机构

602:承载座

603:墨匣

604:吐废墨盒

605：架构台座

606:挡推滚轮

70：维护模块

71：保湿单元

72：刮片单元

80：连续供墨单元

801：色料墨水补充容器

802:黏结剂补充容器

803：清洁流体补充容器

804：管路

90：粉末建构材料

A：第一方向

【具体实施方式】

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上系当作说明之用，而非架构于限制本发明。

请参阅图1、图2、图3及图4所示，本发明的三维打印机包含有一主机体10、供料腔室20、建构腔室30、粉末回收单元40、建构位移机构50、喷印模块60、维护模块70及连续供墨单元80。

该主机体10设有一建构平台101，并设置一罩盖102覆盖于上，以使装置可于一封闭空间中进行三维打印作业，避免粉尘飞扬等情形产生，以及该主机体10外架设一供墨单元架座103，促使连续供墨单元80的色料墨水补充容器801(C(Cyan)青色墨水、M(Magenta)品红色墨水、Y(Yellow)黄色墨水、K(Black)黑色等色料墨水)、黏结剂补充容器802及清洁流体补充容器803置放其上定位，如此外挂于该主机体10外的该供墨单元架座103设计，有别于旧有打印机置设于该主机体10内，如此在设备体积上就可有大幅的缩减，供以放在桌面上操作，对使用者来说，无需特地准备一个大空间，甚至连一般个体户都可将三维打印机放在桌面上操作，使空间运用更有效率。

另外，如图2、图3及图4所示，在该主机体10一侧配有一抽风设备104及过滤器105，该过滤器105设置于抽风设备104的流通路径端部并连通该主机体10之内，可藉由抽风设备104的抽气动作，将打印过程中产生的颗粒及气味等杂质吸附在抽风设备104流通路径端部上的过滤器105中，使机台内保持一洁净的工作区间，并且使放置机台的环境保持整洁，营造一负压无环境污染的工作区间。

又如图5、图7及图8所示，该供料腔室20、该建构腔室30、该粉末回收单元40皆架设于该建构平台101上，且分别依次排列于前中后位置，而该建构位移机构50架构于该建构平台101上方作一X轴方向往复位移运动；而该建构位移机构50主要包括一架构台座501架构于一组滑移滑轨502上，且该架构台座501由一驱动组件503所驱动的驱动带504所带动在该滑移滑轨502上作一X轴方向往复位移运动；另外，该驱动带504架构于一枢轴505上可受一张力调整组件506所控制张力，而该张力调整组件506由一挡板件506a及一调整板件506b以一锁付件506c锁付于该枢轴505上所构成，又该挡板件506a一端设有弹性压缩器506d，该弹性压缩器506d穿入该调整板件506b一端可受挡推，而该调整板件506b中间设有一开窗口506e，供该枢轴50通过，如此当该挡板件506a往图示第一方向A(图8)移动时，该弹性压缩器506d可受压缩，进而可改变该枢轴505原中心位置，往该开窗口506e适当位置调整，再予以锁付件506c锁固抵紧该挡板件506a在该调整板件506b上定位位置，即可完成该枢轴505的中心位置的微调，让该枢轴505上所承载的该驱动带504得以调整适当张力，可减少机构寿命所造成的精度降低。以本实施例为例，让该建构位移机构50可调整机械精度可达0.02mm，而且运用于医学领域上，也可利用该张力调整组件506的微调机械精度去实施，例如牙医的齿模目前要求精度为至少要0.05㎜，实际利用本发明的建构位移机构50的机械精度调整方式，即可达到0.1mm机械精度去实施三维打印。

又如图2及图6所示，该喷印模块60组架于该建构位移机构50上方可作一Y轴方向往复位移运动，并可使其与该建构位移机构50进行同步位移；而该喷印模块60由一喷印位移机构601架构于一架构台座605驱动承载一内置至少一墨匣603的承载座602作一Y轴方向往复位移，其中该架构台座605底部设置有一挡推滚轮606，以及该至少一墨匣603设有至少600dpi以上分辨率的喷墨头(未图示)，且该墨匣603内部可区隔储存至少一单色液体。以本实施例为例，该承载座602承载两个墨匣603，当然本发明的墨匣603数量，并不以此实施态样为限，其可依据实际施作情形而任施变化。

又该每个墨匣603可以区隔储存一黏结剂及三色色料墨水，一个墨匣603配置C(Cyan)青色墨水、M(Magenta)品红色墨水及一黏结剂相互隔开储存，另一个墨水603配置储存Y(Yellow)黄色墨水、K(Black)黑色墨水及一黏结剂相互隔开储存，不以此为限。上述黏结剂及色料墨水可由一连续供墨单元80提供连续供墨至该墨匣603内部储存，其利用补充容器(色料墨水补充容器801、黏结剂补充容器802及清洁流体补充容器803)通过多个管路804到达该墨匣603内部储存，亦即可由本实施例图5中所示该管路804的路径到达该墨匣603内部储存，以形成一连续不间断供墨方式。本实施例中具有4个色料墨水补充容器801，分别储存C(Cyan)青色墨水、M(Magenta)品红色墨水、Y(Yellow)黄色墨水、K(Black)黑色。

另外，该喷印模块60进一步包括一吐废墨盒604，其固定架构于该喷印位移机构601一端，亦即可与该每个墨匣603保持位移在一Y轴直线方向可经过区域，如此可直接缩短每个墨匣603位移的距离，促使该每个墨匣603在喷墨使用前或经数次喷墨后可将喷墨头污染的废墨吐出至该吐废墨盒604中收集，不污染机台，可保持洁净的工作区间，如此在同一Y轴直线方向的组配设计，有别旧有打印机的吐废墨盒604置设于建构平台101某远程处(未图示)，不仅需要较大置设空间，且执行吐废墨时，需同时藉助该喷印位移机构601及该建构位移机构50的XY轴方向位移到达所设定位置，如此再执行速度效率上大幅浪费，因此本发明该吐废墨盒604与该每个墨匣603在同一Y轴直线方向的组配设计，不仅可缩减整体设置体积，且目前市面上三维打印机打印速度为每分钟2～4ppm，本发明三维打印机为使用更快速的算法打印，并配合减轻马达负载的设计，搭配高频的喷墨单元，使其打印速度可达10ppm，以形成一高效能小型化的三维打印机。

又如图2、图5及图6所示，于本实施例中，该维护模块70设置于该建构平台101上后方位置；该维护模块70包括保湿单元71及刮片单元72，其中该保湿单元71在该每个墨匣603停止喷印作业时，将该墨匣603的喷墨头(未图示)予以完全密闭，以达到保湿的功能，而该刮片单元72在该每个墨匣603喷印一段时间或数量作业时，提供随同该建构位移机构50同步位移X轴方向的该每个墨匣603至其上方往复位移进行刮除该墨匣603的喷墨头上污染源，并可通过多个管路804连接流通该清洁流体补充容器803内清洁流体喷出去对该喷墨头做清洗清洁作业，进而获得更佳的打印质量。

再请参阅图2、图5及图6所示，该供料腔室20用以提供粉末建构材料90暂存于内，该粉末建构材料90包含塑料粉末、金属粉末、陶瓷粉末等等，该供料腔室20并可藉由底部一升降位移机构201推移该粉末建构材料90的供料；当该建构位移机构50位移至该供料腔室20上方时，可利用该喷印模块60的该架构台座605底部挡推滚轮606将粉末建构材料90推送至邻接的该建构腔室30上方，其后再由该喷印模块60的该每个墨匣603的该喷墨头喷出预设流体(黏结剂或色料墨水)于该建构腔室30上方的粉末建构材料90上，完成一层三维对象的建构层喷印作业，如此该建构腔室30可利用一升降位移机构301下降一层待补充该粉末建构材料90的空间，再反复令该喷印模块60的该架构台座605底部挡推滚轮606将粉末建构材料90推送至邻接的该建构腔室30上方的该待补充该粉末建构材料90的空间，以形成另一层待喷印成型的建构层，再以该喷印模块60的该每个墨匣603的该喷墨头喷出预设流体(黏结剂或色料墨水)于该建构腔室30上方的粉末建构材料90上，完成另一层三维对象的建构层喷印作业，如此反复铺粉及喷印作业方式以层层堆砌出一三维对象。而该粉末回收单元40收集上述该喷印模块60的该架构台座605底部挡推滚轮606所推送该粉末建构材料90至该建构腔室30外的该粉末建构材料90，并予以回收再利用；该粉末回收单元40包括一溢出槽401及一回收收集盒402，该溢出槽401设置于该建构腔室30后方，而该回收收集盒402连通该溢出槽401，将该粉末建构材料90未使用的余料予以集中回收再利用。

由上述说明可知，本发明提供一种高效能精简化设计的三维打印机，具有以下特色：

制造性：少量多样，客户使用在非量产化制造，制作数量最适合于(100PCS以下)，若批量＞300PCS仍是传统产技术优先，因此在大量量产前的小量测试及客制化等制作，皆为其优点。

速度：目前市面上三维打印机打印速度为每分钟2～4ppm；本发明三维打印机为使用更快速的算法打印，并配合减轻马达负载的设计，搭配高频的喷墨单元，使其打印速度可达10ppm。

精度(品质)：本发明三维打印机为搭配600dpi以上的喷墨头，以及运用张力调整组件，可减少机构寿命所造成的机械精度降低，机械精度可达0.02mm，运用于医学领域，如牙医的齿模目前要求精度为至少要0.05㎜，实际机械精度0.1mm即可。

强度(材料)：本发明三维打印机为配合独特喷头喷印黏结剂与粉末建构材料结合，该粉末建构材料包含塑料粉末及金属粉末等，使三维成型物品可达到全锻造强度的程度。

价格：市面上动辄百万的粉末式三维打印机，本发明将三维打印机予以精简化设计，市场价格可较原本便宜一半以上，因此价格将更具有竞争性，这将有助于3D打印机的普及性。

市场需求：市场需求在各国政府强力的政策推波助澜下，进入普及教育市场，培养学生从小开始具有三维空间的概念，增加个人竞争力是可被预期的，就长远来看，随着科技的进步，许许多多生医领域运用都是以3D打印机为主架构所制造，甚至是艺术品等种种具独特性的成品，都可用三维打印机所制造可普及教育及生医市场的应用。

操作性：目前三维打印机最为人垢病的是操作不易，因此使用前都需作一些教育训练，本发明三维打印机搭配简易的图形化控制，简易明了，比起旧有繁复的文字说明，更加能增加使用的兴趣及更快速的上手。

尺寸：比起市面的三维打印机，使用者必需腾出一个大空间放置，本发明三维打印机尺寸，不但比起旧有打印机在体积上有大幅的缩减，且可放在桌面上操作，对使用者来说，无需特地准备一个大空间，甚至连一般个体户都可将三维打印机放在桌面上操作，使空间运用更有效率。

洁净度：本发明的三维打印机针对此部份作了更加严密的设计，机台内配有一抽风设备及过滤器，可藉由抽气的动作将打印过程中产生的颗粒及气味等杂质吸附在抽气设备前的过滤器，使机台内保持一洁净的工作区间，并且使放置机台的环境保持整洁，营造一负压无环境污染的工作区间。

综上所述，本发明的三维打印机藉由外挂的该供墨单元架座设计，有别于旧有打印机置设于内部，在设备体积上就可有大幅的缩减，供以放在桌面上操作，对使用者来说，无需特地准备一个大空间，甚至连一般个体户都可将三维打印机放在桌面上操作，使空间运用更有效率；本发明三维打印机机台内配有一抽风设备及过滤器，可藉由抽气动作将打印过程中产生的颗粒及气味等杂质吸附在抽气设备前的过滤器，使机台内保持一洁净的工作区间，并且使放置机台的环境保持整洁，营造一负压无环境污染的工作区间；本发明三维打印机为搭配600dpi以上的喷墨头，以及运用张力调整组件，可减少机构寿命所造成的机械精度降低；本发明三维打印机将吐废墨盒与该每个墨匣设置在同一Y轴直线方向的组配方式，不仅可缩减整体设置体积，且使用更快速的算法打印及配合减轻马达负载的设计，搭配高频的喷墨单元，使其打印速度可达10ppm，以形成一高效能小型化的三维打印机。

本发明得由熟知此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护者。

Claims (11)

1.一种三维打印机，其特征在于包含：

一主机体，设有一建构平台，并以一罩盖覆盖于上，使该主机体内形成一封闭的建构平台空间，而该主机体内配一抽风设备及一过滤器，供以将该封闭的建构平台空间内的流体排出，形成一负压工作区间，又该主机体外架设一供墨单元架座；

一供料腔室，架构于该建构平台上，用以提供一粉末建构材料暂存于内；

一建构腔室，架构于该建构平台上，堆栈该粉末建构材料成型；

一建构位移机构，架构于该建构平台上，以进行相对位移；

一喷印模块，组架于该建构位移机构上进行连动位移，并由一喷印位移机构驱动承载一内置至少一墨匣的承载座作往复位移，且该至少一墨匣内储存预设流体并设有一喷墨头，该喷墨头受驱动喷出预设流体于该粉末建构材料进行成型作业，而该喷印位移机构一端固定架构一吐废墨盒，供该每个墨匣的该喷墨头能通过并保持位移在一同轴直线方向，另该喷印模块于底部设置一挡推滚轮，供将该粉末建构材料推送至该建构腔室内；

藉此，该建构位移机构推送该粉末建构材料至该建构腔室上方，再由该喷印模块的该至少一墨匣喷出预设流体于该建构腔室上方的该粉末建构材料上，完成层叠喷印三维物成型作业。

2.如权利要求1所述的三维打印机，其特征在于该三维打印机进一步包含一粉末回收单元，收集该建构腔室外的该粉末建构材料回收再利用。

3.如权利要求2所述的三维打印机，其特征在于该粉末回收单元包括一溢出槽及一回收收集盒，该溢出槽设置于该建构腔室后方，而该回收收集盒连通该溢出槽，将该粉末建构材料未使用的余料予以集中回收再利用。

4.如权利要求1所述的三维打印机，其特征在于该三维打印机进一步包含一维护模块，该维护模块包括一保湿单元及一刮片单元，该保湿单元用以封闭该至少一墨匣的该喷墨头以达到保湿效用，该刮片单元则对该至少一墨匣的该喷墨头进行刮除污染清洁作业。

5.如权利要求1所述的三维打印机，其特征在于该供料腔室底部设有一升降位移机构，供以推移腔室内储存该粉末建构材料的供料。

6.如权利要求1所述的三维打印机，其特征在于该建构腔室底部设有一升降位移机构，供以位移出一待补充该粉末建构材料的空间。

7.如权利要求6所述的三维打印机，其特征在于该建构腔室的该待补充该粉末建构材料的空间，可由该喷印模块底部的该挡推滚轮推移该供料腔室上方的该粉末建构材至该空间。

8.如权利要求1所述的三维打印机，其特征在于该建构位移机构主要包括一架构台座架构于一滑移滑轨上，且该架构台座由一驱动组件所驱动的驱动带所带动，在该滑移滑轨上作一方向往复位移运动，且该驱动带架构于一枢轴上受一张力调整组件所控制张力。

9.如权利要求8所述的三维打印机，其特征在于该张力调整组件由一挡板件及一调整板件以一锁付件锁付于该枢轴上所构成，又该挡板件一端设有一弹性压缩器，该弹性压缩器穿入该调整板件一端可受挡推，而该调整板件中间设有一开窗口，供该枢轴通过，当该挡板件调整移动时，该弹性压缩器受压缩改变该枢轴原中心位置，往该开窗口适当位置调整，再予以该锁付件锁固抵紧该挡板件在该调整板件上定位位置，以完成该驱动带受该张力调整组件所调整控制张力。

10.如权利要求1所述的三维打印机，其特征在于该三维打印机进一步包含一连续供墨单元，该连续供墨单元包含数个色料墨水补充容器、一黏结剂补充容器及一清洁流体补充容器置放于该供墨单元架座上定位，并分别通过多个管路连通到该至少一墨匣内部储存。

11.如权利要求1所述的三维打印机，其特征在于该三维打印机更进一步包含一维护模块及一连续供墨单元，该维护模块包括一保湿单元及一刮片单元，该保湿单元用以封闭该至少一墨匣的该喷墨头以达到保湿效用，该刮片单元则对该至少一墨匣的该喷墨头进行刮除污染清洁作业，该连续供墨单元包含数个色料墨水补充容器、一黏结剂补充容器及一清洁流体补充容器置放于该供墨单元架座上定位，并分别通过多个管路连通到该至少一墨匣内部储存，该刮片单元可通过该多个管路连接流通该清洁流体补充容器内，将清洁流体喷出对该至少一墨匣的喷墨头做清洗清洁作业。