TW201532789A - 具有上色功能之三維列印裝置 - Google Patents

具有上色功能之三維列印裝置 Download PDF

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Abstract

本發明係提供一種具有上色功能之三維列印裝置，包括資訊單元、具有物料噴嘴的三維物件建置單元、具有側表面上色噴嘴的上色單元以及連接於資訊單元、三維物件建置單元以及上色單元的控制單元，且資訊單元具有由一立體模型資訊所分解出的複數層狀模型資訊以及相對應於該立體模型資訊之一色彩資訊，而控制單元用以依據每一層狀模型資訊而使複數物料經由物料噴嘴向下輸出，以使複數物料層疊為一立體模型，以及用以依據色彩資訊而使複數墨水經由上色噴嘴向立體模型的複數側表面輸出，以對立體模型的複數側表面進行上色。

Description

具有上色功能之三維列印裝置
本發明係關於一種三維列印裝置，尤其係關於一種具有上色功能之三維列印裝置。
三維(3D)列印技術係屬於一種快速成形(Rapid Prototyping,RP)技術，過去在模具製造、工業設計等領域上常被用來製造立體模型；而隨著三維列印技術的快速成長，現已逐漸應用於各類產品的直接製造，甚至是一些高價值的應用，如髖關節、牙齒、飛機零部件等。請參閱圖1，其為習知三維列印裝置的結構示意圖。三維列印裝置1係依據一立體模型資訊使複數物料M(如粉狀粘合材料)經由一物料噴嘴11向下輸出，進而透過使物料M逐層堆疊累積的方式來構造物體9。
然而，以往由三維列印裝置所製造出的產品僅帶有物料原本的顏色，而為了產品的美觀，人們希望其能夠具有豐富的色彩，故後續發展出以下二種具有上色功能的三維列印裝置；一種是於逐層堆疊物料的過程中，適時的透過人力轉換帶有不同顏色的物料，使完工後的成品能夠帶有多種色彩，但這種製程顯得費時又費力；另一種則是在三維列印裝置中設置分別帶有三原色的物料，即紅色物料、綠色物料以及藍色物料，再透過適當的 混色而輸出帶有所需顏色的物料，但礙於現有的技術，經由混色後的色彩過於呆板死硬，亦無法滿足大眾的需求；特別是，無論上述任一種三維列印裝置，只要是使用帶有色彩的物料，就會造成製造成本的激升，不符經濟的考量。
有鑑於此，第WO2012058278專利公開號揭露另一種具有上色功能的三維列印裝置。請參閱圖2，其為第WO2012058278專利公開號所揭露之三維列印裝置的結構示意圖。三維列印裝置2同時包括物料噴嘴21以及上色噴嘴22，且上色噴嘴22用以在物料M被逐層堆疊的過程中，依據實際應用需求而適時地向下噴出帶有色彩的墨水I，進而使物料M附著上所需的顏色。
然而，此種作法的缺陷在於，每一物料(粉末顆粒)與物料之間原本應具有強而有力的物理性連接，卻會被被附著在其上的墨水I所阻隔，進而造成產品的結構強度大為降低；是以，習知的三維列印裝置還具有改善的空間。
本發明之主要目的在提供一種僅對建置中之立體模型的側表面進行上色使得立體模型之結構強度不受影響的三維列印裝置。
於一較佳實施例中，本發明提供一種具有上色功能之三維列印裝置，包括：一資訊單元，具有由一立體模型資訊所分解出的複數層狀模型資訊以及相對應於該立體模型資訊之一色彩資訊；一三維物件建置單元，包括一物料噴嘴；一上色單元，包括至少一側表面上色噴嘴；以及一控制單元，連接於該資訊單元、該三維物件建置單元以及該上色單元，並用以依序依據該複數層狀模型資訊中之每一層狀模型資訊而控制該三維物件建置單元經由該物料噴嘴向下輸出複 數物料，以產生複數層狀模型，俾使該複數層狀模型層疊為一立體模型，以及用以依據該色彩資訊而控制該上色單元經由該至少一側表面上色噴嘴朝建置中之該立體模型之一側表面輸出複數墨水以進行上色。
1‧‧‧三維列印裝置
2‧‧‧三維列印裝置
3‧‧‧三維列印裝置
3'‧‧‧三維列印裝置
7A‧‧‧建置中的立體模型
7B‧‧‧建構完成的立體模型
8‧‧‧建置台
9‧‧‧物體
11‧‧‧物料噴嘴
21‧‧‧物料噴嘴
22‧‧‧上色噴嘴
31‧‧‧資訊單元
32‧‧‧三維物件建置單元
33‧‧‧上色單元
33'‧‧‧上色單元
34‧‧‧控制單元
71‧‧‧前側表面
72‧‧‧後側表面
73‧‧‧左側表面
74‧‧‧右側表面
75‧‧‧上表面
321‧‧‧物料噴嘴
322‧‧‧物料儲存裝置
323‧‧‧物料傳動機構
330'‧‧‧側表面上色噴嘴
330‧‧‧前側表面上色噴嘴
331‧‧‧後側表面上色噴嘴
332‧‧‧左側表面上色噴嘴
333‧‧‧右側表面上色噴嘴
334‧‧‧上表面上色噴嘴
335‧‧‧前側墨水儲存裝置
336‧‧‧後側墨水儲存裝置
337‧‧‧左側墨水儲存裝置
338‧‧‧右側墨水儲存裝置
339‧‧‧上表面墨水儲存裝置
350‧‧‧上色傳動機構
3231‧‧‧物料動力部
3232‧‧‧物料傳動部
3501‧‧‧上色動力部
3502‧‧‧上色傳動部
M‧‧‧複數物料
I‧‧‧墨水
圖1：係為習知三維列印裝置的結構示意圖。
圖2：係為第WO2012058278專利公開號所揭露之三維列印裝置的結構示意圖。
圖3：係為本發明具有上色功能之三維列印裝置於一第一較佳實施例之方塊示意圖。
圖4：係為圖3所示三維列印裝置之結構前視圖。
圖5：係為圖3所示三維列印裝置之結構側視圖。
圖6：係為圖3所示三維列印裝置於立體模型已建構完成的結構前視圖。
圖7：係為本發明具有上色功能之三維列印裝置於一第二較佳實施例之結構前視圖。
請參閱圖3，其為本發明具有上色功能之三維列印裝置於一第一較佳實施例之方塊示意圖，三維列印裝置3包括資訊單元31、三維物件建置單元32、上色單元33以及連接於資訊單元31、三維物件建置單元32與上色單元33的控制單元34，且資訊單元31具有由一立體模型資訊所分解出的複數層狀模型資訊以及相對應於立體模型資訊的色彩資訊；其中，立體模型資訊係為一立體模型(欲藉由三維列印裝置3所構造的物體)之整體結構的電子資訊檔，而色彩資訊則為立體模型之外觀色彩的電子資訊檔。
於本較佳實施例中，立體模型資訊以及色彩資訊可來自於與三維列印裝置3相連接的其他裝置(圖中未標示)，如電腦、通用串列匯流排(USB)裝置等，資訊單元31再於接收立體模型資訊後進行分析，以將立體模型資訊分解出複數層狀模型資訊，但並不以上述為限，複數層狀模型資訊亦可在其他裝置中被產生，再進而傳輸至資訊單元31。
請參閱圖4~圖5，圖4為圖3所示三維列印裝置之結構前視圖，圖5為圖3所示三維列印裝置之結構側視圖；圖4與圖5亦示意了三維列印裝置的運作過程，其中，建置台8上擺放的是正在建置中的立體模型7A，其包括前側表面71、後側表面72、左側表面73以及右側表面74。
再者，三維物件建置單元32更包括物料噴嘴321、物料儲存裝置322以及物料傳動機構323，且物料儲存裝置322用以儲存複數物料M並連接於物料噴嘴321，而物料傳動機構323包括物料動力部3231以及物料傳動部3232；其中，物料動力部3231可為一馬達，用以提供動力予物料傳動部3232，進而可驅動物料傳動部3232使物料噴嘴321進行上、下、前、後、左、右的三維空間移動。
又，上色單元33包括前側表面上色噴嘴330、後側表面上色噴嘴331、左側表面上色噴嘴332、右側表面上色噴嘴333、上表面上色噴嘴334、前側墨水儲存裝置335、後側墨水儲存裝置336、左側墨水儲存裝置337、右側墨水儲存裝置338、上表面墨水儲存裝置339以及上色傳動機構350，且前側墨水儲存裝置335用以儲存複數墨水I並連接於前側表面上色噴嘴330，後側墨水儲存裝置336用以儲存複數墨水I並連接於後側表面上色噴嘴331，左側墨水儲存裝置337用以儲存複數墨水I並連接於左側表面上色噴嘴332，右側墨水儲存裝置338用以儲存複數墨水I並連接於右側表面上色噴嘴333，上表面墨水儲存裝置339用以儲存複數墨水I並連接於上表面上色噴嘴334，而上色傳動機構350包括 上色動力部3501以及上色傳動部3502；其中，上色動力部3501可為一馬達，用以提供動力予上色傳動部3502，進而可驅動上色傳動部3502使前側表面上色噴嘴330、後側表面上色噴嘴331、左側表面上色噴嘴332、右側表面上色噴嘴333以及上表面上色噴嘴334分別或同步進行上、下、前、後、左、右的三維空間移動。
補充說明的是，為了更清楚示意圖4與圖5，圖4中並未將左側表面上色噴嘴332、右側表面上色噴嘴333以及部分的上色傳動機構350繪出，且圖5中並未將前側表面上色噴嘴330、後側表面上色噴嘴331以及部分的上色傳動機構350繪出。
接下來說明本發明具有上色功能之三維列印裝置的運作方式，並請同步參閱圖4~圖6，其中圖6示意了建置台上擺放了已建構完成的立體模型7B，而為了更清楚示意圖6，圖6中並未將左側表面上色噴嘴332、右側表面上色噴嘴333以及部分的上色傳動機構350繪出。
於三維列印裝置3開始運作時，控制單元34會依序依據資訊單元31內之複數層狀模型資訊中的每一層狀模型資訊而使物料噴嘴321移動至相應的下料位置，並使複數物料M經由物料噴嘴321向下輸出複數物料M，進而使相對應於每一層狀模型資訊的層狀模型被產生，且被產生的複數層狀模型會逐層黏合且堆疊，直到整個立體模型7B被建構完成為止；其中，於複數層狀模型逐層黏合且堆疊的過程中，控制單元34還會依據資訊單元31內之色彩資訊而分別使前側表面上色噴嘴330移動至相應的上色位置並朝建置中之立體模型7A的前側表面71噴出複數墨水I以進行上色、使後側表面上色噴嘴331移動至相應的上色位置並朝建置中之立體模型7A的後側表面72噴出複數墨水I以進行上色、使左側表面上色噴嘴332移動至相應的上色位置並朝建置中之立體模型7A的左側表面73噴出複數墨水I以進行上色以及使右側表面上色噴嘴333移動至相應的上色位置並朝建置中之立體模型7A的右側表面74噴出複數墨水I以進行上色；最後，待複數層狀 模型逐層黏合且堆疊完成後，控制單元34再依據色彩資訊而使上表面上色噴嘴334移動至相應的上色位置並向下噴出複數墨水I，以對立體模型7B的上表面75進行上色。
根據以上的說明可知，本發明三維列印裝置在立體模型的成形過程中，上色單元僅對立體模型的側表面進行上色，因此每一物料與物料之間原本應具有物理性連接不會被因墨水附著於其上而被阻隔，如此一來，立體模型不但能夠具有豐富的色彩，還能夠保持其結構強度，實為一極具產業價值的發明。
惟，上述僅為一較佳實施例，熟知本技藝人士皆可依據實際應用需求而進行任何均等的變更設計；舉例來說，可變更設計為，前側墨水儲存裝置335、後側墨水儲存裝置336、左側墨水儲存裝置337、右側墨水儲存裝置338以及上表面墨水儲存裝置339共為同一墨水儲存裝置。
請參閱圖7，其為本發明具有上色功能之三維列印裝置於一第二較佳實施例之結構前視圖。本較佳實施例之三維列印裝置3'大致類似於本案第一較佳實施例中所述者，在此即不再予以贅述。而本較佳實施例與前述第一實施例不同之處在於，上色單元33'僅具有單一的側表面上色噴嘴330'，且於複數層狀模型逐層黏合且堆疊的過程中，控制單元34係依據色彩資訊而先使該單一的上色噴嘴330'移動至相對應之側表面的鄰近處，再使該單一的上色噴嘴330'移動至相應的上色位置並朝該相對應的側表面噴出複數墨水I以進行上色。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之申請專利範圍，因此凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含於本案之申請專利範圍內。
3‧‧‧三維列印裝置
7A‧‧‧建置中的立體模型
8‧‧‧建置台
71‧‧‧前側表面
72‧‧‧後側表面
73‧‧‧左側表面
74‧‧‧右側表面
321‧‧‧物料噴嘴
322‧‧‧物料儲存裝置
323‧‧‧物料傳動機構
332‧‧‧左側表面上色噴嘴
333‧‧‧右側表面上色噴嘴
334‧‧‧上表面上色噴嘴
337‧‧‧左側墨水儲存裝置
338‧‧‧右側墨水儲存裝置
339‧‧‧上表面墨水儲存裝置
350‧‧‧上色傳動機構
3231‧‧‧物料動力部
3232‧‧‧物料傳動部
3501‧‧‧上色動力
3502‧‧‧上色傳動部
M‧‧‧複數物料
I‧‧‧墨水

Claims (8)

  1. 一種具有上色功能之三維列印裝置，包括：一資訊單元，具有由一立體模型資訊所分解出的複數層狀模型資訊以及相對應於該立體模型資訊之一色彩資訊；一三維物件建置單元，包括一物料噴嘴；一上色單元，包括至少一側表面上色噴嘴；以及一控制單元，連接於該資訊單元、該三維物件建置單元以及該上色單元，並用以依序依據該複數層狀模型資訊中之每一層狀模型資訊而控制該三維物件建置單元經由該物料噴嘴向下輸出複數物料，以產生複數層狀模型，俾使該複數層狀模型層疊為一立體模型，以及用以依據該色彩資訊而控制該上色單元經由該至少一側表面上色噴嘴朝建置中之該立體模型之一側表面輸出複數墨水以進行上色。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具有上色功能之三維列印裝置，其中該三維物件建置單元更包括一物料儲存裝置，用以儲存該複數物料，且該複數物料係經由該物料噴嘴向下輸出。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之具有上色功能之三維列印裝置，其中該上色單元更包括一墨水儲存裝置，用以儲存該複數墨水，且該複數墨水係經由該至少一側表面上色噴嘴往外輸出。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之具有上色功能之三維列印裝置，其中該至少一側表面上色噴嘴係包括複數側表面上色噴嘴，且該複數側表面上色噴嘴係環繞於建置中之該立體模型的周圍。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之具有上色功能之三維列印裝置，其中該上色單元更包括一上色傳動機構，用以被該控制單元控制而驅動該複數側表面上色噴嘴移動至建置中之該立體模型的周 圍。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之具有上色功能之三維列印裝置，其中該上色單元更包括一上表面上色噴嘴，且該控制單元係依據該色彩資訊而控制該上色單元經由該上表面上色噴嘴向下噴射複數墨水，以對建置中之該立體模型之一上表面進行上色。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之具有上色功能之三維列印裝置，其中該上色單元更包括一上色傳動機構，且該至少一側表面上色噴嘴包括單一的側表面上色噴嘴；其中，該控制單元係依據該色彩資訊而控制該上色傳動機構驅動該單一的側表面上色噴嘴移動至一上色位置，以對建置中之該立體模型之該側表面進行上色。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之具有上色功能之三維列印裝置，其中該上色單元更包括一上表面上色噴嘴，且該控制單元係依據該色彩資訊而控制該上色單元經由該上表面上色噴嘴向下噴射複數墨水，以對建置中之該立體模型之一上表面進行上色。
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