TWM497090U - 立體列印裝置 - Google Patents

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TWM497090U
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An-Hsiu Lee
Hao-Jen Huang
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    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
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    • B29C64/124—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B29C64/129—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
    • B29C64/135—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask the energy source being concentrated, e.g. scanning lasers or focused light sources
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
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    • B29C64/343—Metering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2009/00—Layered products

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Description

立體列印裝置
本新型創作是有關於一種立體列印裝置，且特別是有關於一種光固化成型(Stereolithography,SL)立體列印裝置。
近年來，隨著科技的日益發展，許多利用逐層建構模型等加成式製造技術(additive manufacturing technology)來建造物理三維(three dimensional,3D)模型的不同方法已紛紛被提出。一般而言，加成式製造技術是將利用電腦輔助設計(computer aided design,CAD)等軟體所建構的3D模型的設計資料轉換為連續堆疊的多個薄(准二維)橫截面層。於此同時，許多可以形成多個薄橫截面層的技術手段也逐漸被提出。舉例來說，列印裝置的列印模組通常可依據3D模型的設計資料所建構的空間座標XYZ在基座的上方沿著XY平面移動，從而使建構材料形成正確的橫截面層形狀。所沉積的建構材料可隨後自然硬化，或者透過加熱或光源的照射而被固化，從而形成所要的橫截面層。因此，藉由列印模組沿著軸向Z逐層移動，即可使多個橫截面層沿Z軸逐漸堆疊，進而使建構材料在逐層固化的狀態下形成立體物件。
以透過光源固化建構材料而形成立體物件的光固化成型(Stereolithography,SL)立體列印裝置為例，列印模組適於浸入盛裝在盛槽中的液態成型材中，而光源模組在XY平面上照射作為建構材料的液態成型材，以使液態成型材被固化，並堆疊在列印模組的一移動平台上。如此，藉由列印模組的移動平台沿著軸向Z逐層移動，即可使液態成型材逐層固化並堆疊成立體物件。然而，在立體物件透過逐層堆疊而成型的過程會不斷地消耗盛槽中的液態成型材，目前仍須靠操作人員在旁隨時關注盛槽中液態成型材的剩餘量，並隨時進行手動補充。因此，目前的SL立體列印裝置在操作上仍舊十分的不便。並且，若因操作人員一時疏忽而使SL立體列印裝置在列印過程中液態成型材用盡，則會導致列印失敗。此外，操作人員手動補充液態成型材時也常因為補充的量較難控制，使液態成型材因補充過量而溢出，進而導致裝置的損壞。因此，如何有效降低立體列印裝置的操作及維護成本，也逐漸成為本領域開發人員關注的焦點。
本新型創作提供一種立體列印裝置，其可自動補充盛槽中的液態成型材。
於本創作一實施例中，本新型創作的立體列印裝置用以逐層固化一液態成型材而形成一立體物件，其包括一框架、一盛槽、一自動注液模組及一控制單元。盛槽設置於框架內並用以盛 裝液態成型材。自動注液模組包括一感測單元、一儲液箱、一注液管及一加壓單元。感測單元經配置以感測盛槽的一液面高度。儲液箱設置於框架內並用以儲存液態成型材。注液管連接儲液箱並包括一注液口，以將儲液箱內的液態成型材透過注液口注入盛槽。液態成型材於儲液箱中的最高液面高度實質上低於或等於注液口的高度。注液口與盛槽的一上緣之間具有一間距。加壓單元經配置以對儲液箱提供一正壓，以將儲液箱內的液態成型材注入盛槽。控制單元耦接自動注液模組，以依據感測單元所偵測的液面高度控制加壓單元是否對儲液箱提供正壓而將儲液箱內的液態成型材注入盛槽。
在本新型創作的一實施例中，上述的感測單元包括一偵測器以及一浮球。浮球配置於盛槽內並浮置於液態成型材上。偵測器依據浮球的位置而偵測得液面高度。
在本新型創作的一實施例中，上述的間距實質上為5毫米(mm)。
在本新型創作的一實施例中，上述的加壓單元包括一空氣泵(air pump)。
在本新型創作的一實施例中，當液面高度低於一第一水位時，控制單元開啟加壓單元，以對儲液箱提供正壓。當液面高度達到一第二水位時，控制單元關閉加壓單元，以停止對儲液箱提供正壓，其中第二水位高於第一水位。
在本新型創作的一實施例中，上述的自動注液模組更包 括一洩壓單元。當控制單元開啟加壓單元以對儲液箱提供正壓時，控制單元關閉洩壓單元。當控制單元關閉加壓單元時，控制單元打開洩壓單元，以洩除儲液箱內的正壓。
在本新型創作的一實施例中，上述的洩壓單元包括一洩氣閥。
在本新型創作的一實施例中，上述的立體列印裝置，更包括一升降平台以及一光源。升降平台可升降地配置於盛槽的上方。光源配置於盛槽的一側，並適於照射並固化液態成型材。控制單元耦接光源與升降平台，以控制升降平台在盛槽內的液態成型材中移動，並控制光源照射液態成型材，以逐層固化被照射的液態成型材，並在升降平台上形成立體物件。
在本新型創作的一實施例中，上述的升降平台在盛槽中逐層往遠離光源的方向移動。
在本新型創作的一實施例中，上述的液態成型材包括光敏樹脂。
基於上述，本新型創作的立體列印裝置依據感測單元所偵測到的盛槽中的液態成型材的液面高度來控制加壓單元是否對儲液箱提供正壓而將儲液箱內的液態成型材通過注液管的注液口注入盛槽，以達到自動補充液態成型材的作用。並且，本創作新型的儲液箱埋設於框架內，此配置除了可增加立體列印裝置的整體美觀度以外，更可降低儲液箱內的最高液面高度，使液態成型材於儲液箱中的最高液面高度低於或等於注液口的高度，因而可 避免在盛槽無須注入液態成型材的情況下，由於儲液箱內的液態成型材的液面高度高於注液管的注液口而使液態成型材仍因虹吸現象而由儲液箱流入盛槽內的問題產生。因此，本新型創作的立體列印裝置確實可增加其使用方便度，更可有效降低其操作以及維護的成本。
為讓本新型創作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
100‧‧‧立體列印裝置
110‧‧‧框架
120‧‧‧盛槽
130‧‧‧自動注液模組
132‧‧‧感測單元
132a‧‧‧浮球
132b‧‧‧偵測器
134‧‧‧儲液箱
136‧‧‧注液管
136a‧‧‧注液口
138‧‧‧加壓單元
139‧‧‧洩壓單元
140‧‧‧控制單元
150‧‧‧升降平台
160‧‧‧光源
170‧‧‧液態成型材
G1‧‧‧間距
HM‧‧‧最高液面高度
H1‧‧‧注液口高度
L1‧‧‧第一水位
L2‧‧‧第二水位
圖1是依照本新型創作的一實施例的一種立體列印裝置的剖面示意圖。
圖2是依照本新型創作的一實施例的一種立體列印裝置的列印示意圖。
有關本新型創作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，而並非用來限制本新型創作。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是依照本新型創作的一實施例的一種立體列印裝置的剖面示意圖。圖2是依照本新型創作的一實施例的一種立體列印裝置的列印示意圖。請同時參照圖1以及圖2，在本實施例中，立體列印裝置100用以逐層固化一液態成型材而形成一立體物件，其包括一框架110、一盛槽120、一自動注液模組130、一控制單元140、一升降平台150以及一光源160。在本實施例中，控制單元140可例如用以讀取一數位立體模型，並耦接自動注液模組130、升降平台150與光源160，以依據此數位立體模型控制自動注液模組130、升降平台150與光源160的作動。在本實施例中，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透過電腦輔助設計(computer-aided design,CAD)或動畫建模軟體等建構而成。
具體而言，盛槽120設置於框架110內，並用以盛裝一液態成型材170，而升降平台150可升降地配置於盛槽120的上方，並適於往靠近盛槽120的方向移動，以浸入液態成型材170中。光源160配置於盛槽120的一側。在本實施例中，光源160如圖1所示配置於盛槽120的下方，用以照射並固化特定部份的液態成型材170。立體列印裝置100適於讀取前述的數位立體模型，並將此數位立體模型橫切為多個橫截面。控制單元140依據此數位立體模型的橫截面逐層列印而堆疊出立體物件10，此立體物件10即是藉由光源160照射並固化液態成型材170而得。
詳細而言，在本實施例中，升降平台150配置於盛槽120 的上方，並適於沿一軸向相對於盛槽120移動，此軸向可例如垂直於液態成型材170的液面。舉例而言，如圖2所示，升降平台150適於沿Z軸移動而浸入盛裝在盛槽120內的液態成型材170。在本實施例中，升降平台150具有一承載面，用以承載立體物件10，承載面朝向光源160。光源160例如設置於盛槽110的下方，且光源160可包括雷射元件及/或振鏡模組。雷射元件適於發出雷射光，振鏡模組適於將雷射光投射至液態成型材170。然而，本新型創作並不限制光源160的種類及組成元件。在本實施例中，液態成型材170例如是光敏樹脂或其他適用的光固化材料，因此，液態成型材170受到光源160的照射後固化。如此，控制單元140控制升降平台150浸入盛槽120內的液態成型材170至一初始深度，並控制升降平台150如圖2所示在液態成型材170中自上述的初始深度逐層往遠離光源160的方向移動，並且控制光源140逐層朝升降平台150的承載面照射特定部份的液態成型材170，以逐層固化被照射的特定部份液態成型材170，並在升降平台150的承載面上逐層堆疊而形成立體物件10。
在本實施例中，自動注液模組130如圖1所示包括一感測單元132、一儲液箱134、一注液管136及一加壓單元138。感測單元132例如設置於盛槽120上，並經配置以感測盛槽120的一液面高度。舉例來說，感測單元132可包括一浮球132a以及一偵測器132b。浮球132a配置於盛槽120內並浮置於液態成型材170上。偵測器132b則可依據浮球132a的位置而偵測得盛槽120 內的液面高度。當然，本實施例僅用以舉例說明，本創作並不限定感測單元132的種類及組成元件。
承上述，注液管136連接儲液箱134並包括一注液口136a。控制單元140耦接自動注液模組130，以依據感測單元132所偵測到的盛槽120的液面高度來控制加壓單元138是否對儲液箱134提供一正壓而將儲液箱134內的液態成型材通過注液管136的注液口136a注入盛槽120。詳細來說，當感測單元132偵測到盛槽120的液面高度低於例如圖2所示的一第一水位L1時，控制單元140即開啟加壓單元138，以使加壓單元138對儲液箱134提供正壓而將儲液箱134內的液態成型材170注入盛槽120。如此，儲液箱134內的液態成型材170持續注入盛槽120，直到盛槽120內的液面高度達到例如圖2所示之高於第一水位L1的一第二水位L2時，控制單元140即關閉加壓單元138，以停止對儲液箱134提供正壓，使液態成型材170停止注入盛槽120。
在本實施例中，儲液箱134設置於框架110內並用以儲存液態成型材170。液態成型材170於儲液箱134中的最高液面高度HM實質上低於或等於注液口136a的高度H1。如此配置，將儲液箱134埋設於框架110內，除了可增加立體列印裝置100的外觀美觀度以外，更可降低儲液箱134的最高液面高度HM，因而可避免在盛槽120無須注入液態成型材170的情況下，由於儲液箱134內的液態成型材170的液面高度高於注液管136的注液口136a而使液態成型材170仍因虹吸現象而由儲液箱134流入盛槽 120內。此外，注液口136a與盛槽120的一上緣之間具有一間距G1，以使盛槽120易於拆裝，而不會在安裝或拆卸的過程中與注液口136a干涉甚或發生碰撞，且能兼顧注液時不會因太高而造成液態成型材170濺出。在本實施例中，間距G1係設計為5毫米(mm)，其亦可對應盛槽120尺寸變更高度。
進一步而言，自動注液模組130更可包括一洩壓單元139。在本實施例中，前述的加壓單元138可例如為一空氣泵(air pump)，用以對儲液箱134打入氣體以提供正壓，而洩壓單元139可例如為一洩氣閥，用以排出多餘的氣體，以平衡儲液箱134內的壓力。加壓單元138以及洩壓單元139可例如以並聯的方式耦接控制單元140。如此，當控制單元140開啟加壓單元138以對儲液箱134提供正壓時，控制單元140即關閉洩壓單元139，以維持儲液箱134內的正壓而將液態成型材170擠入盛槽120。當控制單元140關閉加壓單元138時，控制單元140打開洩壓單元139，以洩除儲液箱134內的正壓，使液態成型材170停止注入盛槽120。
綜上所述，本新型創作的立體列印裝置依據感測單元所偵測到的盛槽中的液態成型材的液面高度來控制加壓單元是否對儲液箱提供正壓而將儲液箱內的液態成型材通過注液管的注液口注入盛槽，以達到自動補充液態成型材的作用。並且，本創作新型的儲液箱埋設於框架內，此配置除了可增加立體列印裝置的整體美觀度以外，更可降低儲液箱內的最高液面高度，使液態成型材於儲液箱中的最高液面高度低於或等於注液口的高度，因而可 避免在盛槽無須注入液態成型材的情況下，由於儲液箱內的液態成型材的液面高度高於注液管的注液口而使液態成型材仍因虹吸現象而由儲液箱流入盛槽內的問題產生。
此外，注液口與盛槽的一上緣之間具有一間距，以使盛槽易於拆裝，而不會在安裝或拆卸的過程中與注液口干涉甚或發生碰撞。並且，自動注液模組更可包括一洩壓單元，用以排出多餘的氣體，以在盛槽無須注入液態成型材的情況下平衡儲液箱內的壓力，以使液態成型材停止注入盛槽。因此，本新型創作的立體列印裝置確實可增加其使用方便度，更可有效降低其操作以及維護的成本。
雖然本新型創作已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本新型創作的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本新型創作的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧立體列印裝置
110‧‧‧框架
120‧‧‧盛槽
130‧‧‧自動注液模組
132‧‧‧感測單元
132a‧‧‧浮球
132b‧‧‧偵測器
134‧‧‧儲液箱
136‧‧‧注液管
136a‧‧‧注液口
138‧‧‧加壓單元
139‧‧‧洩壓單元
140‧‧‧控制單元
150‧‧‧升降平台
160‧‧‧光源
170‧‧‧液態成型材
G1‧‧‧間距
HM‧‧‧最高液面高度
H1‧‧‧注液口高度

Claims (10)

  1. 一種立體列印裝置，用以逐層固化一液態成型材而形成一立體物件，包括：一框架；一盛槽，設置於該框架內，並用以盛裝該液態成型材；一自動注液模組，包括：一感測單元，經配置以感測該盛槽的一液面高度；一儲液箱，設置於該框架內並用以儲存該液態成型材；一注液管，連接該儲液箱並包括一注液口，該液態成型材於該儲液箱中的一最高液面高度實質上低於或等於該注液口的一高度，且該注液口與該盛槽的一上緣之間具有一間距；以及一加壓單元，經配置以對該儲液箱提供一正壓，以將該儲液箱內的該液態成型材注入該盛槽；以及一控制單元，耦接該自動注液模組，以依據該感測單元所偵測的該液面高度控制該加壓單元是否對該儲液箱提供該正壓而將該儲液箱內的該液態成型材注入該盛槽。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中該感測單元包括一偵測器以及一浮球，該浮球配置於該盛槽內並浮置於該液態成型材上，該偵測器依據該浮球的位置而偵測得該液面高度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中該間距 為5毫米(mm)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中該加壓單元包括一空氣泵(air pump)。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中當該液面高度低於一第一水位時，該控制單元開啟該加壓單元，以對該儲液箱提供該正壓，當該液面高度達到一第二水位時，該控制單元關閉該加壓單元，以停止對該儲液箱提供該正壓，其中該第二水位高於該第一水位。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的立體列印裝置，其中該自動注液模組更包括一洩壓單元，當該控制單元開啟該加壓單元以對該儲液箱提供該正壓時，該控制單元關閉該洩壓單元，當該控制單元關閉該加壓單元時，該控制單元打開該洩壓單元，以洩除該儲液箱內的該正壓。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的立體列印裝置，其中該洩壓單元包括一洩氣閥。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，更包括：一升降平台，可升降地配置於該盛槽的上方；以及一光源，配置於該盛槽的一側，並適於照射並固化該液態成型材，該控制單元耦接該光源與該升降平台，以控制該升降平台在該盛槽內的該液態成型材中移動，並控制該光源照射該液態成型材，以逐層固化被照射的該液態成型材，並在該升降平台上形成該立體物件。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的立體列印裝置，其中該升降平台在該盛槽中逐層往遠離該光源的方向移動。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中該液態成型材包括光敏樹脂。
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