本發(fā)明是有關(guān)于一種三維打印技術(shù)，且特別是有關(guān)于一種三維打印物件的感測裝置。

背景技術(shù)：

三維(3d)打印技術(shù)屬于電腦輔助制造(computeraidedmanufacturing；簡稱cam)的一種，現(xiàn)已開發(fā)并使用于工業(yè)制造上，且可快速地制造三維產(chǎn)品。三維打印是系列設(shè)計概念快速成型(rapidprototyping；簡稱rp)技術(shù)的總稱，其基本原理是通過掃描而在x-y平面中形成物件的橫截面形狀，并在z坐標上以單層厚度為單位間隙性地向上堆疊，從而以層壓式制造的方式來打印三維物件。因此，三維打印技術(shù)可無限制地適用于具備各種幾何形狀的三維物件，且越復(fù)雜的零件將越顯示rp技術(shù)的卓越性，且可明顯地節(jié)省制造時間。

在三維打印技術(shù)中，每臺三維打印機都希望其噴頭能夠使每個物件橫截面在固化后的高度相等，以便于順利地在此層物件橫截面的基礎(chǔ)上繼續(xù)涂布另一層物件橫截面。圖1是一種三維打印機的示意圖。如圖1所示，計算機110連接三維打印機100，并將通過電腦輔助設(shè)計(computeraideddesign；簡稱cad)軟件所設(shè)計的三維模型并通過控制器120以及打印噴頭130來打印物件橫截面140。然而，由于三維打印機100所使用的材料通常是可從流體狀態(tài)固化為固態(tài)的材質(zhì)，且流體狀態(tài)的材料所形成的墨滴之間具備表面張力，使得材料之間會產(chǎn)生些微空隙。并且，打印噴頭130在涂布材料時會因環(huán)境溫度、噴頭出料速度、打印速度等問題而難以讓每層物件橫截面140都平坦均勻為一預(yù)設(shè)高度h，使得在堆疊多層物件橫截面140之后將使得物件的打印面形成凹陷或是不平整。

此時，便需要在三維打印機100中另外增設(shè)滾輪150(或是稱為平整器(planarizer))來平整物件橫截面140。然而，由于物件橫截面140的高度 都有些許不同，且三維打印機100必須要得知滾輪150何時、或是在哪個高度跟物件橫截面140接觸之后，才能夠進行相對應(yīng)的平整操作。因此，如何讓三維打印機100得知滾輪150在何時接觸物件橫截面140，便是目前三維打印技術(shù)所遭遇到的問題之一。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種三維打印物件的感測裝置，其通過與滾輪具備相同軸心的環(huán)狀設(shè)備來得知滾輪是否與三維打印物件接觸，藉以平整三維打印物件的橫截面。

本發(fā)明的三維打印物件的感測裝置包括滾輪、環(huán)狀設(shè)備、傳感器以及處理器。滾輪用以平整三維打印物件。環(huán)狀設(shè)備與所述滾輪具備相同的軸心并與滾輪一同旋轉(zhuǎn)。傳感器用以檢測所述環(huán)狀設(shè)備的轉(zhuǎn)動周期。處理器耦接所述傳感器。處理器處理器依據(jù)所述環(huán)狀設(shè)備的轉(zhuǎn)動周期來判斷滾輪是否接觸到所述三維打印物件。

本發(fā)明的三維打印物件的感測裝置包括滾輪、驅(qū)動器、傳動機構(gòu)、環(huán)狀設(shè)備、傳感器以及處理器。滾輪用以平整三維打印物件。傳動機構(gòu)連接至驅(qū)動器以及該輪之間，且驅(qū)動器通過所述傳動機構(gòu)來轉(zhuǎn)動滾輪。環(huán)狀設(shè)備與滾輪一同旋轉(zhuǎn)。傳感器用以檢測所述環(huán)狀設(shè)備的轉(zhuǎn)動速率。處理器依據(jù)所述環(huán)狀設(shè)備的轉(zhuǎn)動速率來判斷滾輪是否接觸到所述三維打印物件。

基于上述，本發(fā)明實施例所述的三維打印物件的感測裝置通過設(shè)置與滾輪(也稱，平整器)具備相同軸心或通過傳動機構(gòu)來一同旋轉(zhuǎn)的環(huán)狀設(shè)備，并利用傳感器來檢測環(huán)狀設(shè)備的轉(zhuǎn)動狀態(tài)，藉以得知滾輪是否與三維打印物件接觸，進而通過滾輪來平整此三維打印物件。如此一來，便不需在滾輪上設(shè)置傳感器而可得知滾輪是否與三維打印物件接觸。

為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖作詳細說明如下。

附圖說明

圖1是一種三維打印機的示意圖；

圖2是根據(jù)一范例實施例所示出用于逐層建構(gòu)三維打印物件的感測裝置 的示意圖；

圖3是檢測信號s的波形圖；

圖4是根據(jù)一范例實施例所示出用于逐層建構(gòu)三維打印物件的感測方法的流程圖；

圖5是根據(jù)另一范例實施例所示出以用于逐層建構(gòu)三維打印物件的感測裝置的示意圖。

附圖標記說明：

100：三維打印機；110：計算機；

120：控制器；130：打印噴頭；

140：物件橫截面；150：滾輪；

200：感測裝置；210：滾輪；

220：環(huán)狀設(shè)備；230：傳感器；

240：驅(qū)動器；250：處理器；

260：三維打印物件；270：周期標記；

s1：三維打印物件的表面；s：檢測信號；

s410～s430：步驟。

具體實施方式

為使三維打印設(shè)備能夠得知用于平整三維物件的平整器在何時接觸到物件橫截面，本發(fā)明實施例在三維打印機中設(shè)置與滾輪(也稱，平整器)具備相同軸心或通過傳動機構(gòu)來一同旋轉(zhuǎn)的環(huán)狀設(shè)備，并利用傳感器來檢測環(huán)狀設(shè)備的轉(zhuǎn)動情形。當(dāng)滾輪接觸三維物件的橫截面時，驅(qū)動滾輪的驅(qū)動器(如，直流馬達)便會因為摩擦力的關(guān)系而略為降低滾輪的轉(zhuǎn)動速度，同時也降低了環(huán)狀設(shè)備的轉(zhuǎn)動速度。藉此，三維打印機便可通過檢測環(huán)狀設(shè)備的轉(zhuǎn)動速度來得知滾輪是否已經(jīng)接觸到三維打印物件，從而進行相應(yīng)的三維物件橫截面平整操作。如此一來，便不需在滾輪上設(shè)置傳感器，而是通過環(huán)狀設(shè)備的轉(zhuǎn)動速度來得知滾輪是否與三維打印物件接觸。以下描述各種實施例來佐證本發(fā)明的精神。

圖2是根據(jù)一范例實施例所示出用于逐層建構(gòu)三維打印物件的感測裝置的示意圖。感測裝置200例如是適用于熔融沉積制造(fuseddeposition modeling；簡稱fdm)技術(shù)的三維打印機，其適于依據(jù)通過電腦輔助設(shè)計軟件所設(shè)計的三維模型來逐層打印三維打印物件260。感測裝置200包括滾輪210、環(huán)狀設(shè)備220、傳感器230以及處理器250。感測裝置200可以還包括用以驅(qū)動滾輪210跟環(huán)狀設(shè)備220進行旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動器240。在本實施例中，三維打印機可以通過動力機構(gòu)來調(diào)整感測裝置200整體的高度，藉以讓滾輪210能夠?qū)θS打印物件260進行平整操作。

滾輪210用以受到處理器250的控制而對三維打印物件260的表面s1進行平整。環(huán)狀設(shè)備220與滾輪210具備相同的軸心，并且環(huán)狀設(shè)備220與滾輪210都被驅(qū)動器240通過軸心而一同旋轉(zhuǎn)。在本實施例中，環(huán)狀設(shè)備220以軸心為圓心而呈現(xiàn)圓筒形，且環(huán)狀設(shè)備220相對于軸心的半徑大于滾輪210相對于軸心的半徑，藉以讓傳感器230能夠更為易于量測到環(huán)狀設(shè)備220的轉(zhuǎn)動速率。環(huán)狀設(shè)備220可被稱為是同軸環(huán)，可由塑料或其他材質(zhì)組成。應(yīng)用本實施例者可依需求而調(diào)整環(huán)狀設(shè)備220的材質(zhì)以及形狀，只要傳感器230能夠檢測環(huán)狀設(shè)備220的轉(zhuǎn)動速率即可。在本實施例中，環(huán)狀設(shè)備220的轉(zhuǎn)動速率可以通過轉(zhuǎn)動角速率、轉(zhuǎn)動頻率或轉(zhuǎn)動周期來表示。

在本實施例中，傳感器230可以是紅外線反射式傳感器。環(huán)狀設(shè)備220則可以包括周期標記270(也可稱為，編碼條(encoderstrip))。周期標記270可以是設(shè)置在環(huán)狀設(shè)備220的表面上的黑色實心線段。紅外線反射式傳感器230依據(jù)周期標記270以檢測環(huán)狀設(shè)備220的轉(zhuǎn)動周期。換句話說，紅外線反射式傳感器230會對環(huán)狀設(shè)備220的表面持續(xù)發(fā)射紅外光，并且感測是否接收到被反射的紅外光。在本實施例中，環(huán)狀設(shè)備220的表面會反射全部或部分的紅外光，但是在環(huán)狀設(shè)備220表面的周期標記270則是會吸收紅外光。圖3是檢測信號s的波形圖，如此一來，當(dāng)環(huán)狀設(shè)備220隨同滾輪210旋轉(zhuǎn)一圈時，便會獲得如圖3所示的檢測信號s的波形圖。如圖3所示，當(dāng)紅外線反射式傳感器230所發(fā)射的紅外光遇到周期標記270時，便會讓紅外光被吸收而使檢測信號s為低準位；當(dāng)紅外線反射式傳感器230所發(fā)射的紅外光并未遇到周期標記270的其他表面時，則使檢測信號s為高準位。藉此，通過檢測信號s，處理器250便可知道環(huán)狀設(shè)備220的轉(zhuǎn)動周期t。

處理器250至少耦接傳感器230以及驅(qū)動器240。處理器250例如是以邏輯電路元件組成的硬件裝置，而可執(zhí)行本發(fā)明所提出的三維打印物件的感 測方法。處理器250也可以通過載入儲存在三維打印機100的儲存媒體中的程序，而執(zhí)行本發(fā)明所提出的三維打印物件的感測方法，在此不設(shè)限。在本實施例中，處理器250可以是中央處理器、現(xiàn)場可編程門陣列(field-programmablegatearray，簡稱fpga)或是可載入程序語言來執(zhí)行相應(yīng)功能的多用途芯片。驅(qū)動器240可以是類比式的直流馬達；應(yīng)用本實施例者可采用其他類型的馬達來做為用以轉(zhuǎn)動滾輪210以及環(huán)狀設(shè)備220的驅(qū)動器240。

圖4是根據(jù)一范例實施例所示出用于逐層建構(gòu)三維打印物件的感測方法的流程圖。感測方法適用于圖2所述的感應(yīng)裝置200，且適用于具備滾輪210的三維打印機。請同時參照圖2及圖4，在步驟s410中，感應(yīng)裝置200配置有環(huán)狀設(shè)備220。環(huán)狀設(shè)備220與滾輪210具備相同的軸心，因此環(huán)狀設(shè)備220與滾輪210將會一同旋轉(zhuǎn)。之后，傳感器230可通過上述的周期標記270來檢測環(huán)狀設(shè)備220的轉(zhuǎn)動速率，并且處理器250依據(jù)環(huán)狀設(shè)備220的轉(zhuǎn)動速率來判斷滾輪是否接觸到三維打印物件260，進而進行針對三維打印物件260的平整操作。詳細來說，在步驟s420中，處理器250通過傳感器230來檢測環(huán)狀設(shè)備220的轉(zhuǎn)動周期，并判斷此轉(zhuǎn)動周期t是否大于預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速值。此預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速值可以表示一段固定時間。理論上，當(dāng)滾輪210并未接觸到三維打印物件260時，因沒有外在的摩擦力，將使得驅(qū)動器240能夠以高轉(zhuǎn)速(例如，1000r.p.m)來轉(zhuǎn)動滾輪210；當(dāng)滾輪210接觸到半流體狀態(tài)的三維打印物件260時，則會產(chǎn)生較大的摩擦力，使得驅(qū)動器240無法維持高轉(zhuǎn)速(例如，1000r.p.m.)，而是僅能維持800r.p.m.的轉(zhuǎn)速。在此時，傳感器230所檢測到的轉(zhuǎn)動周期t便會大于預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速值。

因此，當(dāng)轉(zhuǎn)動周期t沒有大于預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速值時，表示滾輪210仍未接觸到三維打印物件260，因此處理器250將會重復(fù)執(zhí)行步驟s420以通過檢測信號s來判斷滾輪210的轉(zhuǎn)動速率是否變慢。相對地，當(dāng)轉(zhuǎn)動周期t大于預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速值時，表示滾輪210因接觸到三維打印物件260而加大摩擦力且降低了自身的轉(zhuǎn)動速率，處理器250便進入步驟s430以控制滾輪210以及滾輪210的高度來進行三維打印物件260的表面s1的平整操作。此處所指的平整操作可依照三維打印機采用的原料材質(zhì)、技術(shù)、機構(gòu)等設(shè)計而有可采用不同的做法，例如在滾輪210接觸到三維打印物件260依據(jù)其他檢測器的情況來調(diào)整滾輪 210高度或是調(diào)整乘載三維打印物件260的平臺，本發(fā)明實施例并不限制平整操作的細部流程。

圖5是根據(jù)另一范例實施例所示出以用于逐層建構(gòu)三維打印物件的感測裝置的示意圖。感測裝置500例如是適用于熔融沉積制造(fdm)技術(shù)的三維打印機，其適于依據(jù)三維模型檔案來逐層打印三維打印物件570。感測裝置500包括滾輪510、驅(qū)動器520、傳動機構(gòu)530、環(huán)狀設(shè)備540、傳感器550以及處理器560。本實施例所述的滾輪510、驅(qū)動器520傳感器550以及處理器560與圖2中的滾輪210、驅(qū)動器240傳感器230以及處理器250相似，因此可參考上述揭示。

圖2的感測裝置200與圖5的感測裝置500之間的主要差異在于，感測裝置500具備傳動機構(gòu)530，傳動機構(gòu)530連接至驅(qū)動器520以及滾輪510之間。藉此，驅(qū)動器520的動力便可通過傳動機構(gòu)530來轉(zhuǎn)動滾輪510。在本實施例中，傳動機構(gòu)530包括兩個傳動滾輪532與534，以及相互連接兩個傳動滾輪532與534的皮帶536。傳動滾輪532與滾輪510具備相同軸心，而傳動滾輪534與驅(qū)動器520具備相同軸心。驅(qū)動器520的軸心的其中一端耦接傳動機構(gòu)530的傳動滾輪534，而驅(qū)動器520的軸心的另外一端則耦接環(huán)狀設(shè)備540。因此，當(dāng)驅(qū)動器520運作時，驅(qū)動器520便會通過傳動機構(gòu)520來轉(zhuǎn)動滾輪510以及環(huán)狀設(shè)備540。應(yīng)用本實施例者可依照其需求而調(diào)整傳動滾輪532與534之間的輪軸長度，藉以調(diào)整滾輪510的轉(zhuǎn)動速率與環(huán)狀設(shè)備540的轉(zhuǎn)動速率之間的比例關(guān)系。因此，由于調(diào)整滾輪510的轉(zhuǎn)動速率與環(huán)狀設(shè)備540的轉(zhuǎn)動速率之間具備比例關(guān)系，因此處理器560便可通過傳感器550來檢測環(huán)狀設(shè)備540的轉(zhuǎn)動速率，并依據(jù)環(huán)狀設(shè)備540的轉(zhuǎn)動速率來判斷滾輪510是否接觸到三維打印物件570，從而控制滾輪510相對于三維打印物件570的距離以平整三維打印物件570。

詳細而言，環(huán)狀設(shè)備540可以包括周期標記580。周期標記270可以是設(shè)置在環(huán)狀設(shè)備220的表面上的黑色實心線段。傳感器550可以是紅外線反射式傳感器。紅外線反射式傳感器可依據(jù)周期標記580以檢測環(huán)狀設(shè)備550的轉(zhuǎn)動周期，從而檢測環(huán)狀設(shè)備550的轉(zhuǎn)動速率。應(yīng)用本實施例者也可讓圖4所述的感測方法適用于圖5所述的感應(yīng)裝置500，從而進行步驟s410～s430，以讓處理器560能夠通過傳感器550來檢測環(huán)狀設(shè)備540的轉(zhuǎn)動狀態(tài)，藉以 得知滾輪510是否與三維打印物件570接觸。

綜上所述，本發(fā)明實施例所述的三維打印設(shè)備及其感測裝置通過設(shè)置與滾輪(也稱，平整器)具備相同軸心的環(huán)狀設(shè)備，并利用傳感器來檢測環(huán)狀設(shè)備的轉(zhuǎn)動狀態(tài)，藉以得知滾輪是否與三維打印物件接觸，進而通過滾輪來平整此三維打印物件。如此一來，便不須在滾輪上設(shè)置傳感器便可得知滾輪是否與三維打印物件接觸。

最后應(yīng)說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。