本發(fā)明涉及一種三維成型機臺，尤其涉及一種用于制作模具與使用模具制作三維物件的三維成型機臺。

背景技術(shù)：

隨著科技的日新月異，傳統(tǒng)的平面復(fù)印技術(shù)已無法滿足使用上的需求。有鑒于此，眾多廠商無不積極投入三維打印技術(shù)的開發(fā)與研究，常見的三維打印技術(shù)包括光固化立體造型(以下簡稱，SLA)、分層物件制作(以下簡稱，LOM)、選擇性激光燒結(jié)(以下簡稱，SLS)以及熔融沉積成型(以下簡稱，F(xiàn)DM)等，其中選擇性激光燒結(jié)因為具有粉末選材廣泛、適用性廣、可直接燒結(jié)零件等諸多優(yōu)點，成為當(dāng)前發(fā)展最快的三維打印技術(shù)。然而，就選擇性激光燒結(jié)應(yīng)用于陶瓷件的成型而言，其仍具有精度與表面粗糙度不佳等問題。

以現(xiàn)有的人工牙的制作為例，其制作流程通常是將造粒后的陶瓷粉末經(jīng)過干壓成型、等靜壓(isostatic pressing)及預(yù)燒結(jié)等步驟以制得數(shù)種特定規(guī)格的陶瓷塊材。由于陶瓷塊材的致密度與結(jié)構(gòu)強度較低，因此有利于后續(xù)電腦數(shù)值控制(以下簡稱，CNC)加工的進行。接著，依據(jù)病患咬?；蛉S掃描所得的齒形，并選擇適當(dāng)規(guī)格的陶瓷塊材來進行電腦數(shù)值控制加工。之后，將電腦數(shù)值控制加工后的陶瓷塊材進行強化處理以提高其結(jié)構(gòu)強度，而后再經(jīng)由上釉及表面處理等細部工序，即可獲致可供病患使用的人工牙成品。然而，前述制作流程繁復(fù)，且電腦數(shù)值控制加工屬減法制造，其加工過程中移除的材料比例高且無法回收再利用，不僅造成材料的浪費，也同時提高了生產(chǎn)成本。因此，如何整合三維打印技術(shù)于人工牙的制作或其他陶瓷件的制作，使其制作流程簡化及避免材料的浪費，并在制作得到多個不同尺寸、外型的人工牙或其他陶瓷件的同時，符合所需的精度及表面粗糙度，便成為當(dāng)前相當(dāng)重要的課題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種用于制作模具與使用模具制作三維物件的三維成型機臺，其不僅操作簡易，也可節(jié)省材料成本，并且能在制作得到多個輪廓、體積不同的三維物件的同時，符合所需的精度及表面粗糙度。

本發(fā)明提出一種用于制作模具與使用模具制作三維物件的三維成型機臺，其包括載臺、三維打印單元、注料單元以及加熱單元。載臺適于沿路徑來回移動。三維打印單元位于路徑上。三維打印單元適于提供熱熔性材料至載臺，以在載臺上打印出模具，其中模具具有進料口、與進料口相連通的多個腔室以及與這些腔室相連通的多個溢料口。注料單元設(shè)置于三維打印單元的一側(cè)，且位于路徑上。載臺沿路徑將模具輸送至注料單元的下方。注料單元自進料口注入成型材料至各個腔室。加熱單元位于路徑上，且注料單元位于三維打印單元與加熱單元之間。在成型材料填滿各個腔室后，載臺沿路徑將模具輸送至加熱單元內(nèi)，使加熱單元對各個腔室內(nèi)的成型材料加熱，以形成多個三維物件。

在本發(fā)明的一實施例中，上述的用于制作模具與使用模具制作三維物件的三維成型機臺還包括滑軌?；壨ㄟ^三維打印單元、注料單元以及加熱單元。載臺可移動地設(shè)置于滑軌上。

在本發(fā)明的一實施例中，上述的三維打印單元包括多個固定支架、噴印頭以及多個連桿。噴印頭由這些固定支架所圍繞。各個連桿具有相對的第一連接部與第二連接部，其中各個連桿的第一連接部可移動地連接于對應(yīng)的固定支架上，且各個連桿的第二連接部連接噴印頭。

在本發(fā)明的一實施例中，上述的注料單元包括槽體、注料頭以及活塞式推桿。槽體用以儲存成型材料。注料頭連接槽體?；钊酵茥U滑設(shè)在槽體內(nèi)?；钊酵茥U適于推擠儲存在槽體內(nèi)的成型材料，以通過注料頭將部分的成型材料自進料口注入各個腔室。

在本發(fā)明的一實施例中，上述的加熱單元包括加熱爐以及蓋板。加熱爐具有爐室以及與爐室的相連通的開口。蓋板可動地設(shè)置在加熱爐上，用以遮蓋或暴露開口。

在本發(fā)明的一實施例中，上述的加熱爐還具有與爐室及開口相連通的滑槽?；畚挥诼窂缴?。在載臺沿路徑移動至加熱單元內(nèi)時，載臺移入該滑槽 內(nèi)。

在本發(fā)明的一實施例中，上述的模具還具有第一進料通道、多個第二進料通道以及多個溢料通道。進料口通過第一進料通道與各個第二進料通道相連通。各個腔室通過對應(yīng)的溢料通道與溢料口相連通。

在本發(fā)明的一實施例中，上述的各個第二進料通道的截面積大于對應(yīng)的溢料通道的截面積。

在本發(fā)明的一實施例中，當(dāng)成型材自各個溢料口流出模具時，成型材料填滿各個腔室。

在本發(fā)明的一實施例中，上述的腔室的體積各不相同。

基于上述，本發(fā)明的三維成型機臺可先制作出具有不同輪廓、體積的多個腔室的模具，其中這些腔室的輪廓、體積分別與待制作的多個三維物件的輪廓、體積相符。之后，接續(xù)進行注入成型材料于這些腔室、加熱填滿于這些腔室內(nèi)的成型材料等步驟，以同時制作得到多個輪廓、體積不同的三維物件。換言之，本發(fā)明的三維成型機臺不僅操作簡易、制造工時較短、無需投入大量人力，且能在制作得到多個輪廓、體積不同的三維物件的同時，符合所需的精度及表面粗糙度。另一方面，在無需通過電腦數(shù)值控制加工來除料的情況下，更能避免材料的浪費。

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是本發(fā)明一實施例的三維成型機臺的示意圖；

圖2A至圖2C是圖1的三維成型機臺制作模具與三維物件的過程；

圖3是圖2A的模具的俯視示意圖。

附圖標記說明：

10：模具；

11：進料口；

12a～12h：腔室；

13a～13h：溢料口；

14：第一進料通道；

15a～15h：第二進料通道；

16a～16h：溢料通道；

21、22：三維物件；

100：三維成型機臺；

110：載臺；

120：三維打印單元；

121：固定支架；

122：噴印頭；

123：連桿；

123a：第一連接部；

123b：第二連接部；

130：注料單元；

131：槽體；

132：注料頭；

133：活塞式推桿；

134：成型材料；

140：加熱單元；

141：加熱爐；

141a：爐室；

141b：開口；

141c：滑槽；

142：蓋板；

150：滑軌；

P：路徑。

具體實施方式

圖1是本發(fā)明一實施例的三維成型機臺的示意圖。請參考圖1，在本實施例中，三維成型機臺100包括載臺110、三維打印單元120、注料單元130以及加熱單元140。載臺110可由陶瓷材料或其他適當(dāng)?shù)牟馁|(zhì)所構(gòu)成，且適于沿路徑P來回移動。詳細而言，三維成型機臺100還包括滑軌150，其中 載臺110來回移動的路徑P例如是由滑軌150所定義。也就是說，載臺110為可移動地設(shè)置在滑軌150上，以受到滑軌150的導(dǎo)引而沿著路徑P來回移動。

三維打印單元120、注料單元130以及加熱單元140皆位于路徑P上，即三維打印單元120、注料單元130以及加熱單元140皆位于滑軌150的上方(或稱滑軌150通過三維打印單元120、注料單元130以及加熱單元140的下方)，其中注料單元130位于三維打印單元120以及加熱單元140之間。此處，三維打印單元120例如是采用熔融沉積成型的三維打印技術(shù)，但本發(fā)明不限于此。在另一實施例中，三維打印單元可采用光固化立體造型的三維打印技術(shù)。

在本實施例中，三維打印單元120可包括多個固定支架121、噴印頭122以及多個連桿123，其中固定支架121的數(shù)量與連桿123的數(shù)量相對應(yīng)，且各個連桿123具有相對的第一連接部123a與第二連接部123b。各個連桿123的第一連接部123a可動地連接在對應(yīng)的固定支架121上，且各個連桿123的第二連接部123b連接由這些固定支架121所圍繞的噴印頭122。在本實施例中，這些對應(yīng)設(shè)置的固定支架121與連桿123例如構(gòu)成了三維移動并聯(lián)機構(gòu)(three-dimensional translational parallel mechanism)，適于帶動噴印頭122相對于載臺110沿著空間中的X軸、Y軸與Z軸作移動。

就熔融沉積成型的三維打印技術(shù)來說，其是先將掃描所得的實體物的三維模型分為多個二維切層，以得到控制噴印頭122運動的二維軌跡的幾何信息。噴印頭122適于將熱熔性材料(例如ABS樹脂、尼龍或蠟等)加熱到臨界狀態(tài)，以呈現(xiàn)半流體性質(zhì)，在電腦控制下，根據(jù)其中一個二維切層所對應(yīng)的二維軌跡通過固定支架121與連桿123所構(gòu)成的三維移動并聯(lián)機構(gòu)帶動噴印頭122，使噴印頭122將半流動狀態(tài)的材料擠壓出來而提供至載臺110上，以在載臺110上凝固形成輪廓形狀的薄層。當(dāng)其中一個二維切層打印完畢后，通過固定支架121與連桿123所構(gòu)成的三維移動并聯(lián)機構(gòu)的帶動以使噴印頭122在前述二維切層上根據(jù)另一個二維切層所對應(yīng)的二維軌跡打印另一個二維切層。如此逐層打印且固化粘結(jié)，以自下而上堆疊形成一個三維實體。

請繼續(xù)參考圖1，注料單元130可包括槽體131、注料頭132以及活塞式推桿133，其中槽體131可作為儲存成型材料134所用，且注料頭132與槽 體131相連接。另一方面，活塞式推桿133滑設(shè)在槽體131內(nèi)，在活塞式推桿133朝注料頭132所在處移動時，儲存在槽體131內(nèi)的成型材料134會受到活塞式推桿133的推擠，以使部分的成型材料134自注料頭132射出。此處，成型材料134可以是由陶瓷粉體與粘土混合而成，其中陶瓷粉體的材料可包括二氧化鋯、三氧化二鋁、二氧化硅、二氧化鈦、氮化硅、碳化硅或其組合。

加熱單元140可包括加熱爐141以及蓋板142。加熱爐141具有爐室141a以及與爐室141a相連通的開口141b。蓋板142設(shè)置在加熱爐141上，且位于開口141b所在側(cè)。詳細而言，蓋板142例如是可滑移地設(shè)置在加熱爐141上，視制程需求以遮蓋或暴露開口141b。另一方面，加熱爐141還具有與爐室141a及開口141b相連通的滑槽141c，其中滑槽141c例如是位于路徑P上。舉例來說，當(dāng)載臺110沿路徑P移動至加熱單元140內(nèi)時，載臺110可移入滑槽141c內(nèi)。在另一實施例中，蓋板可通過樞轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)置在加熱爐上，以通過掀動的方式遮蓋或暴露開口，本發(fā)明對此不加以限制。

圖2A至圖2C是圖1的三維成型機臺制作三維物件的過程。圖3是圖2A的模具的俯視示意圖。為求清楚表示與便于說明，模具10以剖面示出。以下將以同步制作多個尺寸、大小不同的人工牙為例作說明，但三維成型機臺100的應(yīng)用并不以多個尺寸、大小不同的人工牙的制作為限。舉例來說，在利用三維成型機臺制作人工牙之前，需先以三維掃描器伸入病患的口腔內(nèi)，以對病患欲更替的多個牙齒進行掃描，其中三維掃描器例如是針對暴露于牙齦外的多個牙冠進行掃描，以取得多個牙冠的三維點數(shù)據(jù)(牙冠即本實施例所欲制作的陶瓷件)。接著，將各筆三維點數(shù)據(jù)載入逆向工程軟件，例如3-matic、Imageware、PolyWorks、Rapidform或者Geomagic，以通過逆向工程軟件建構(gòu)出被掃描的各個牙冠的三維數(shù)字模型。詳細而言，前述三維數(shù)字模型可具有相對的內(nèi)輪廓與外輪廓，將內(nèi)輪廓與外輪廓分別分為多個二維切層，以得到控制噴印頭122運動的二維軌跡。

請參考圖2A與圖3，使控制單元(圖未示)依據(jù)各個牙冠的二維切層所對應(yīng)的二維軌跡控制固定支架121與連桿123所構(gòu)成的三維移動并聯(lián)機構(gòu)，以帶動噴頭122相對于載臺110沿著如圖1所示的空間中的X軸、Y軸與Z軸作移動，并通過噴印頭122提供熱熔性材料至載臺110，以在載臺110上分 別打印出模具10。詳細而言，模具10可具有進料口11、與進料口11相連通的多個腔室12a～12h以及與這些腔室12a～12h相連通的多個溢料口13a～13h。各個腔室12a～12h分別與對應(yīng)的牙冠的三維數(shù)字模型相符，因而具有不同的輪廓、體積。

在本實施例中，模具10還具有第一進料通道14、多個第二進料通道15a～15h以及多個溢料通道16a～16h，其中進料口11通過第一進料通道13與第二進料通道15a～15h相連通，且腔室12a～12h分別通過溢料通道16a～16h與溢料口13a～13h相連通。

接著，通過載臺110沿路徑P將模具10輸送至注料單元130的下方，并使注料頭132對準于模具10的進料口11，再通過活塞式推桿133推擠儲存在槽體131內(nèi)的成型材料134，使得部分的成型材料134自注料頭132射出，并經(jīng)由進料口11、第一進料通道13以及第二進料通道15a～15h分別注入腔室12a～12h內(nèi)。接著，持續(xù)將成型材料134注入腔室12a～12h內(nèi)。待腔室12a～12h被成型材料134填滿后，多余的成型材料134會分別經(jīng)由溢料通道16a～16h自溢料口13a～13h流出。換言之，當(dāng)成型材料134自溢料口13a～13h流出模具10時，代表著腔室12a～12h已分別被成型材料134所填滿。至此，便能暫時停止注料的動作。

在本實施例中，各個第二進料通道15a～15h的截面積大于對應(yīng)的溢料通道16a～16h的截面積?；诎着?Bernoulli's law)，如此設(shè)計將有助于提升注料與填料的速度，且溢料的速度會大于注料的速度。

之后，請參考圖2C，在成型材料134填滿腔室12a～12h后，通過載臺110沿路徑P將模具10輸送至加熱單元140內(nèi)。如圖1所示，在通過載臺110沿路徑P將模具10輸送至加熱單元140時，蓋板142會暴露出加熱爐141的開口141b，使載臺110以及其上的模具10可經(jīng)由開口141b送入爐室141a內(nèi)。在載臺110以及其上的模具10送入爐室141a內(nèi)之后，使蓋板142遮蓋住開口141b，以通過加熱爐141對腔室12a～12h內(nèi)的成型材料134加熱，以形成多個三維物件，例如多個輪廓、體積不同的人工牙。圖2C示出出其中兩個三維物件(例如人工牙)21與22以示意。在另一實施例中，模具的腔室的輪廓、體積可互為相同，以制作出相同的三維物件。

綜上所述，本發(fā)明的三維打印機臺可先制作出具有不同輪廓、體積的多 個腔室的模具，其中這些腔室的輪廓、體積分別與待制作的多個三維物件的輪廓、體積相符。之后，接續(xù)進行注入成型材料于這些腔室、加熱填滿于這些腔室內(nèi)的成型材料等步驟，以同時制作得到多個輪廓、體積不同的三維物件。換言之，本發(fā)明的三維打印機臺不僅操作簡易、制造工時較短、無需投入大量人力，且能在制作得到多個輪廓、體積不同的三維物件的同時，符合所需的精度及表面粗糙度。另一方面，在無需通過電腦數(shù)值控制加工來除料的情況下，更能避免材料的浪費。

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。