立體打印裝置與立體打印方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種立體打印裝置與立體打印方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電腦輔助制造(Computer-Aided Manufacturing, CAM)的進(jìn)步，制造業(yè)發(fā)展了立體打印技術(shù)，能很迅速的將設(shè)計(jì)原始構(gòu)想制造出來。立體打印技術(shù)實(shí)際上是一系列快速原型成型(Rapid Prototyping, RP)技術(shù)的統(tǒng)稱，其基本原理都是疊層制造，由快速原型機(jī)在X-Y平面內(nèi)通過掃描形式形成工件的截面形狀，而在Z座標(biāo)間斷地作層面厚度的位移，最終形成立體物體。立體打印技術(shù)能無限制幾何形狀，而且越復(fù)雜的零件越顯示RP技術(shù)的卓越性，更可大大地節(jié)省人力與加工時(shí)間，在時(shí)間最短的要求下，將3D電腦輔助設(shè)計(jì)(Computer-Aided Design, CAD)軟件所設(shè)計(jì)的數(shù)字立體模型信息真實(shí)地呈現(xiàn)出來，不但摸得到，也可真實(shí)地感受得到它的幾何曲線，更可以試驗(yàn)零件的裝配性、甚至進(jìn)行可能的功能試驗(yàn)。
[0003]目前已發(fā)展出許多可以形成多個(gè)薄橫截面層的方式。舉例來說，打印模塊通?？梢罁?jù)3-D模型的設(shè)計(jì)資料建構(gòu)的X-Y-Z座標(biāo)在基座上方沿著X-Y座標(biāo)移動(dòng)，從而將建構(gòu)材料噴涂出正確的橫截面層形狀。所沉積的材料可隨后自然硬化或通過例如強(qiáng)光源而被固化，從而形成所要的橫截面層，并在逐層固化的狀態(tài)下進(jìn)而形成立體物件。成型的技術(shù)隨著材料性質(zhì)而異，舉例來說，可利用熔化或軟化可塑性材料的方法來制造打印的“墨水”，例如:選擇性激光燒結(jié)(selective laser sintering，SLS)和恪融沉積式(fused deposit1nmodeling，F(xiàn)DM)。
[0004]惟，上述呈液態(tài)的的成型材在堆積成型的過程中，由于表面張力而容易在其間，即“墨滴”與“墨滴”之間，產(chǎn)生空隙。如此一來，將會(huì)在固化之后造成結(jié)構(gòu)上的缺陷，甚而在堆疊數(shù)層成型材之后塌陷，并因此造成立體物件表面的不平整狀態(tài)。據(jù)此，如何在立體打印過程中避免上述結(jié)構(gòu)缺陷，便成為相關(guān)人員所需思考的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種立體打印裝置與立體打印方法，其在立體物件的成型過程中對(duì)至少一成型層施以平整化的手段，據(jù)以消除結(jié)構(gòu)上的缺陷。
[0006]本發(fā)明的立體打印裝置，用以成形出多個(gè)成型層而堆疊成立體物件。立體打印裝置包括本體、傳動(dòng)模塊、打印模塊、固化模塊以及激光模塊。本體具有成型平面。傳動(dòng)模塊設(shè)置于本體。打印模塊、固化模塊與激光模塊分別設(shè)置于傳動(dòng)模塊，以受控于傳動(dòng)模塊而相對(duì)于本體移動(dòng)。打印模塊噴涂液態(tài)成型材至成型平面并經(jīng)固化模塊固化后形成成型層。激光模塊依據(jù)條件參數(shù)而沿成型平面的法線方向移動(dòng)，并沿平行于成型平面的至少一平面提供激光光線以切割修整至少一成型層。
[0007]本發(fā)明的立體打印方法，用以成型出立體物件。立體打印方法包括:于成型平面上逐層提供液態(tài)成型材并予以固化而成型出多個(gè)成型層，且堆疊所述成型層而構(gòu)成立體物件；以及，依據(jù)條件參數(shù)而沿平行于成型平面的至少一平面提供激光光線以切割修整至少一成型層。
[0008]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的激光模塊為二氧化碳激光模塊。
[0009]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述激光模塊所提供激光光線波長(zhǎng)為10.6微米(μ m)。
[0010]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的立體打印裝置還包括感測(cè)模塊以及控制模塊。感測(cè)模塊設(shè)置于本體，且依據(jù)所述條件參數(shù)而感測(cè)位于成型平面上的成型層的表面輪廓，并產(chǎn)生輪廓信號(hào)?？刂颇K電性連接感測(cè)模塊與激光模塊，且接受輪廓信號(hào)并據(jù)以判斷是否驅(qū)動(dòng)激光模塊修整成型層。
[0011 ] 本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的立體打印裝置還包括控制模塊，電性連接打印模塊、固化模塊與激光模塊，控制模塊依據(jù)所述的條件參數(shù)而驅(qū)動(dòng)激光模塊修整成型層。
[0012]本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的條件參數(shù)包括所述至少一成型層的成型時(shí)間、層數(shù)或其結(jié)構(gòu)高度。
[0013]本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的立體打印方法還包括:依據(jù)條件參數(shù)而檢測(cè)至少一成型層的表面輪廓，以及依據(jù)檢測(cè)到的表面輪廓而判斷是否提供激光光線對(duì)該至少一成型層進(jìn)行修整。
[0014]本發(fā)明的一實(shí)施例中，當(dāng)上述至少一成型層的表面輪廓同時(shí)存在突起與凹陷時(shí)，提供激光光線而修整存在所述凹陷的成型層。
[0015]基于上述，在本發(fā)明于上述實(shí)施例所述的立體打印裝置與立體打印方法，在以多層成型層逐漸堆疊出立體物件的過程中，對(duì)其中至少一成型層施予平整化的措施，即以激光光線沿平行于成型平面的至少一平面對(duì)成型層進(jìn)行平面式的切割與修整，因而得以對(duì)存在于結(jié)構(gòu)中的缺陷，如前述的空隙，進(jìn)行移除的工作。如此一來，由于液態(tài)成型材所可能造成的結(jié)構(gòu)缺陷便能通過激光光線的修整而消除，也因此確保在立體物件的成型過程中，無須擔(dān)心因材料狀態(tài)的轉(zhuǎn)化而影響整體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
[0016]為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的一種立體打印裝置的示意圖；
[0018]圖2與圖3分別以不同視角示出立體打印裝置的局部放大圖；
[0019]圖4與圖5分別示出立體打印過程中的示意圖；
[0020]圖6是本發(fā)明一實(shí)施例的立體打印的流程圖；
[0021]圖7示出本發(fā)明另一實(shí)施例的立體打印過程的示意圖；
[0022]圖8示出本發(fā)明另一實(shí)施例的立體打印裝置的局部示意圖；
[0023]圖9示出圖8立體打印裝置的動(dòng)作流程圖。
[0024]附圖標(biāo)記說明:
[0025]100:立體打印裝置；
[0026]110:本體；
[0027]112:升降平臺(tái)；
[0028]120:傳動(dòng)模塊；
[0029]122、124、126:驅(qū)動(dòng)組件；
[0030]122a、124a:驅(qū)動(dòng)件；
[0031]122b:軌道；
[0032]124b:螺桿；
[0033]124c:承載件；
[0034]130:打印模塊；
[0035]140:固化模塊；
[0036]150:控制模塊；
[0037]160:激光模塊；
[0038]162:發(fā)射器；
[0039]164:接收器；
[0040]170:感測(cè)模塊；
[0041 ]200A:成型材；
[0042]200B:成型層；
[0043]200C:立體物件；
[0044]S1:成型平面；
[0045]S410、S420^ S425A^ S430:步驟。
【具體實(shí)施方式】
[0046]圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的一種立體打印裝置的不意圖。
[0047]圖2與圖3分別以不同視角示出立體打印裝置的局部放大圖。請(qǐng)同時(shí)參考圖1至圖3，在本實(shí)施例中，立體打印裝置100適于依據(jù)數(shù)字立體模型信息打印出立體物件，數(shù)字立體模型信息可為數(shù)字立體圖像檔案，其例如由電腦主機(jī)通過電腦輔助設(shè)計(jì)(computer-aided design, CAD)或動(dòng)畫建模軟件等建構(gòu)而成，以經(jīng)由立體打印裝置100的相關(guān)控制構(gòu)件而進(jìn)行立體打印制程。立體打印裝置100包括本體110、傳動(dòng)模塊120、打印模塊130、固化模塊140與控制模塊150。本體110包括升降平臺(tái)112，其具有成型平面SI，用以作為立體物件的成型與承載之用。傳動(dòng)模塊120配置在本體110上，且控制模塊150電性連接傳動(dòng)模塊120、打印模塊130與固化模塊140。
[0048]傳動(dòng)模塊120包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)組件122、124與126，其中驅(qū)動(dòng)組件122包含驅(qū)動(dòng)件122a與軌道122b，且驅(qū)動(dòng)件122a可移動(dòng)地配置于軌道122b上而能進(jìn)行沿Y軸的移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)組件124配置在驅(qū)動(dòng)件122a上而能隨之沿Y軸移動(dòng)，同時(shí)，驅(qū)動(dòng)組件124包括驅(qū)動(dòng)件124a、螺桿124b與承載件124c，其中承載件124c可移動(dòng)地耦接于螺桿124b，以讓驅(qū)動(dòng)件124a (例如是馬達(dá))驅(qū)動(dòng)螺桿124b相對(duì)于X軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，能進(jìn)而帶動(dòng)承載件124c沿X軸移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)組件126則設(shè)置于本體110之內(nèi)且與升降平臺(tái)112連接，其用以驅(qū)動(dòng)升降平臺(tái)112沿Z軸的移動(dòng)。需說明的是，本案所揭露的傳動(dòng)模塊120僅為其中一實(shí)施例，任何現(xiàn)有的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，足以驅(qū)動(dòng)打印模塊130、固化模塊140與升降平臺(tái)112以及后續(xù)提及的相關(guān)需進(jìn)行移動(dòng)的構(gòu)件者，均能適用于本案。
[0049]打印模塊130與固化模塊140分別組裝于承載件124c的沿Y軸的相對(duì)兩側(cè)，且如前述傳動(dòng)模塊120的驅(qū)動(dòng)組件122、124進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，便能控制打印模塊130與固化模塊140沿X-Y平面移動(dòng)。另外，前述升降平臺(tái)112座落于受控的打印模塊130與固化模塊140的移動(dòng)范圍之內(nèi)，因此，當(dāng)控制模塊150接收數(shù)字立體模型信息后，液態(tài)的成型材便能經(jīng)由打印模塊130噴涂至升降平臺(tái)112的成型平面SI上，并經(jīng)由固化模塊140予以固化成成型層，并隨著升降平臺(tái)112沿Z軸移動(dòng)而讓逐層地將成型層堆疊在一起，最終形成所需的立體物件。
[0050]圖4與圖5分別示出立體打印過程中的示意圖，
[0051]圖6是本發(fā)明一實(shí)施例的立體打印的流程圖。請(qǐng)同時(shí)參考圖3圖4與圖6，在本實(shí)施例中，成型材200A例如是液態(tài)的光硬化樹脂(photopolymer)，其通過打印模塊130噴涂于成型平面SI上之后，便能通過固化模塊140，例如是紫外線光源，將其固化為成型層200B，而后再持續(xù)進(jìn)行噴涂與固化的相關(guān)動(dòng)作，便能逐層堆疊成型層而形成立體物件200C。
[0052]惟如前述，當(dāng)成型材200A尚未固化成型時(shí)，其因表面張力的緣故而容易在液滴之間形成空隙。據(jù)此，本實(shí)施例的立體打印裝置100還包括激光模塊160，配置在驅(qū)動(dòng)件122a的下