CN104416902B - 立体打印装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种立体打印装置，其包括处理单元、基座以及打印头。处理单元经配置以读取与处理数字立体模型信息。基座耦接并受控于处理单元。基座包括多个加热区域。处理单元经配置以依据数字立体模型信息选择性地加热所述加热区域的至少其中之一。打印头设置在基座上方。打印头耦接并受控于处理单元，以将热熔性材料逐层成型于已加热的加热区域上而形成关联于数字立体模型信息的立体物体。
Description
技术领域
本发明是有关于一种打印装置，且特别是有关于一种立体打印装置。
背景技术
随着电脑辅助制造（Computer-Aided Manufacturing，简称：CAM）的进步，制造业发展了立体打印技术，能很迅速的将设计原始构想制造出来。立体打印技术实际上是一系列快速原型成型（Rapid Prototyping，简称：RP）技术的统称，其基本原理都是叠层制造，由快速原型机在X-Y平面内通过扫描形式形成工件的截面形状，而在Z坐标间断地作层面厚度的位移，最终形成立体物体。立体打印技术能无限制几何形状，而且越复杂的零件越显示RP技术的卓越性，还可大大地节省人力与加工时间，在时间最短的要求下，将3D电脑辅助设计（Computer-Aided Design，简称：CAD）软件所设计的数字立体模型信息真实地呈现出来，不但摸得到，也可真实地感受得到它的几何曲线，还可以试验零件的装配性、甚至进行可能的功能试验。
目前利用上述快速原型成型法形成立体物品的立体打印装置，其用以承载热熔性建造材料的基座须在立体物体的制作过程中持续加热，以维持基座的温度高于热熔性建造材料的固化温度，防止热熔性建造材料太快冷却而固化。然而，上述方法因为要维持热熔性建造材料在打印时保持软化状态，故需要持续加热立体打印装置的基座，因此成本较高且机台维护不易。
发明内容
本发明提供一种立体打印装置，其基座可分区加热，降低制造成本以及不必要的能源浪费。
本发明的立体打印装置，其包括处理单元、基座以及打印头。处理单元经配置以读取与处理数字立体模型信息。基座耦接并受控于处理单元。基座包括多个加热区域。处理单元经配置以依据数字立体模型信息选择性地加热所述加热区域的至少其中之一。打印头设置在基座上方。打印头耦接并受控于处理单元，以将热熔性材料逐层成型于已加热的加热区域上而形成关联于数字立体模型信息的立体物体。
在本发明的一实施例中，上述的数字立体模型信息包括底层分布数据。底层分布数据关联于欲加热的加热区域。
在本发明的一实施例中，上述的底层分布数据对应至基座的平面坐标。处理单元依据平面坐标控制基座对欲加热的加热区域进行加热。
在本发明的一实施例中，上述的处理单元控制打印头将热熔性材料逐层成型于已加热的加热区域上而形成立体物体后，处理单元控制基座停止对已加热的加热区域进行加热。
在本发明的一实施例中，上述的基座还包括多个加热模块，耦接处理单元并对应配置于加热区域。处理单元依据数字立体模型信息控制加热模块的至少其中之一加热对应的加热区域。
在本发明的一实施例中，上述的立体打印装置还包括电源供应单元以及接地配线。电源供应单元耦接并受控于处理单元，以提供电源电压。接地配线经配置以提供接地电压。各加热模块耦接于电源供应单元与接地配线之间。处理单元依据数字立体模型信息控制电源供应单元提供电源电压至加热模块的至少其中之一。
在本发明的一实施例中，上述的处理单元控制打印头将热熔性材料逐层成型于已加热的加热区域上而形成立体物体后，处理单元控制电源供应单元停止提供电源电压至加热模块。
在本发明的一实施例中，上述的立体打印装置还包括电源供应单元以及接地配线。电源供应单元耦接并受控于处理单元，以提供电源电压。接地配线经配置以提供接地电压。各加热模块包括开关以及加热电阻。各加热电阻耦接至接地配线，并通过对应的开关耦接至电源供应单元。处理单元依据数字立体模型信息导通开关的至少其中之一，以提供电源电压至对应的加热电阻。
在本发明的一实施例中，上述的处理单元控制打印头将热熔性材料逐层成型于已加热的加热区域上而形成立体物体后，处理单元停止导通开关。
在本发明的一实施例中，上述的立体打印装置还包括温度感测元件，设置于基座并耦接处理单元，用以感测基座的温度，且处理单元通过温度感测元件以获得基座的温度，并据以控制已加热的加热区域的温度于特定范围内。
基于上述，本发明的实施例中，立体打印装置的基座包括多个加热区域，使立体打印装置可依据数字立体模型信息来控制基座选择性地对其加热区域的至少其中之一进行加热，并控制打印头将热熔性材料喷涂于被加热的加热区域上而形成关联于数字立体模型信息的立体物体。如此，立体打印装置可无需对整个基座进行加热，而可依据数字立体模型信息而选择性地仅对其加热区域的至少其中之一进行加热。因此，本发明的立体打印装置确实可降低其运作及维护的成本，还可减少不必要的能源浪费。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明的一实施例的一种立体打印装置的操作环境示意图；
图2是本发明的一实施例的一种立体打印装置的部分方块示意图；
图3是本发明的一实施例的一种立体打印装置的部分构件示意图；
图4是本发明的一实施例的一种立体打印装置的基座的使用情境示意图；
图5是本发明的一实施例的一种立体打印装置的部分构件示意图；
图6是本发明的另一实施例的一种立体打印装置的部分构件示意图。
附图标记说明：
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的各实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附加附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而并非用来限制本发明。并且，在下列各实施例中，相同或相似的元件将采用相同或相似的标号。
图1是本发明的一实施例的一种立体打印装置的操作环境示意图。图2是本发明的一实施例的一种立体打印装置的部分方块示意图。图3是本发明的一实施例的一种立体打印装置的部分构件示意图。请参照图1至图3，在本实施例中，立体打印装置100适于依据数字立体模型信息20打印出立体物体10，其包括处理单元110、基座120以及打印头130。在本实施例中，数字立体模型信息20可为数字立体图像文件，其例如由电脑主机200通过电脑辅助设计（computer-aided design,简称：CAD）或动画建模软件等构建而成。处理单元110可用以读取与处理此数字立体模型信息20。
基座120具有承载面122，用以承载打印头130所喷涂的热熔性材料。在本实施例中，立体打印装置100还可包括至少一供料线140，其耦接打印头130，以提供热熔性材料至打印头130。打印头130设置于基座120上方，处理单元110耦接并控制打印头130以将热熔性材料逐层成型于基座120的承载面122上而形成立体物体10。在本实施例中，供料线140可为由热熔性材料所组成的固态线材，其可例如通过打印头130的加热单元对固态线材进行加热，使热熔性材料呈现熔融状态，再经由打印头130挤出，并逐层由下往上堆叠于承载面122上，以形成多个热熔性材料层，热熔性材料层彼此堆叠而形成立体物体10。在本实施例中，热熔性材料可例如为聚乳酸（Polylactic Acid,简称：PLA）或ABS树脂（AcrylonitrileButadiene Styrene,简称：ABS）等热熔性高分子材料。在此须说明的是，一般而言，通过打印头130逐层打印成型于承载面122上的热熔性材料可包括用以构建立体物体10的建造材料以及用以支撑立体物体10的支撑材料。也就是说，打印成型于承载面122上的热熔性材料并非仅用以形成立体物体10，也可形成支撑立体物体10的支撑部或是底座等，并可在打印成型于承载面122上的热熔性材料固化后，再将支撑立体物体10的支撑材料移除，以得到立体物体10。
基于上述，在打印头130逐层成型热熔性材料于基座120上的过程中，立体打印装置100可依据数字立体模型信息20的例如底面尺寸对基座120进行分区加热。也就是说，基座120包括多个加热区域，立体打印装置100可依据数字立体模型信息20选择性地对加热区域的至少其中之一进行加热，以维持此加热区域的温度高于热熔性材料的固化温度，防止热熔性材料太快冷却而固化。并且，在立体打印装置100完成打印后，可再对基座120上的立体物体10进行例如硬化烘干处理，即可初步完成立体物体10的制作。
图4是本发明的一实施例的一种立体打印装置的基座的使用情境示意图。请参照图2至图4，具体而言，在本实施例中，处理单元110耦接并控制打印头130以及基座120，其中，基座120如图4所示包括多个加热区域122a。处理单元110读取数字立体模型信息20后，依据此数字立体模型信息20选择性地对所述加热区域122a的至少其中之一进行加热。详细来说，数字立体模型信息20可包括底层分布数据，其中，底层分布数据关联于基座120上欲加热的加热区域122a。更进一步来说，数字立体模型信息20包括多个关联于立体物体10的横截面的数据，而底层分布数据则是关联于立体物体10直接与基座120接触的底面的分布数据，其可对应至基座120的平面坐标30而得到基座120上欲加热的加热区域122a。处理单元110可将数字立体模型信息20对应至基座120的平面坐标30，也就是例如将数字立体模型信息20的底层分布数据转换为基座120的平面坐标30，以得到关联于数字立体模型信息20的立体物体10预定形成于基座120上的位置及其分布面积。之后再将此平面坐标30对应至加热区域122a的至少其中之一（例如为图4所示的欲加热的加热区域122a），处理单元110便可依据此平面坐标30控制基座120对平面坐标30所对应的加热区域（例如为图4所示的欲加热的加热区域122a）进行加热。
除此之外，在本实施例中，立体打印装置100还可包括温度感测元件170，设置于基座120的例如中央区域，用以感测基座120的温度。举例来说，温度感测元件170可例如为热敏电阻，更具体来说，温度感测元件170可为负温度系数热敏电阻器（NegativeTemperature Coefficient Thermistor,简称：NTCT），其电阻值随温度的上升而下降，处理单元110耦接此温度感测元件170，以依据其电阻值推算出基座120的温度，并可用以控制已加热的加热区域122a的温度于特定范围内。在本实施例中，已加热的加热区域122a的温度大约维持在120度至150度之间。
基于上述，处理单元110控制打印头130将热熔性材料逐层成型于已加热的加热区域122a上而形成关联于数字立体模型信息20的立体物体10。在形成立体物体10之后，处理单元110即可控制基座120停止对加热区域122a继续进行加热。如此配置，立体打印装置100即可无需对整个基座120进行加热，而可依据数字立体模型信息20来控制基座120选择性地对加热区域122a的至少其中之一进行加热，也就是仅对关联于数字立体模型信息20的底层分布数据所对应的加热区域122a进行加热，以维持此加热区域122a的温度高于成型于其上的热熔性材料的固化温度。如此，本实施例的立体打印装置100可降低其运作及维护的成本，还可减少不必要的能源浪费。
图5是本发明的一实施例的一种立体打印装置的部分构件示意图。请同时参照图3以及图5，在本实施例中，基座120还可包括多个加热模块124，其分别耦接处理单元110并对应配置于加热区域122a。各加热模块124可包括加热电阻124b。处理单元110依据数字立体模型信息20控制加热模块124的至少其中之一加热其对应的欲加热的加热区域122a。详细而言，立体打印装置100还可包括电源供应单元150以及接地配线160。电源供应单元150耦接并受控于处理单元110，用以提供电源电压，接地配线160则用以提供接地电压。各加热模块124耦接于电源供应单元150与接地配线160之间。
基于上述，处理单元110依据数字立体模型信息20控制电源供应单元150提供电源电压至加热模块124的至少其中之一。也就是说，处理单元110依据数字立体模型信息20的底层分布数据来决定加热区域122a中欲加热的加热区域122a（例如为图5所示的正中间的加热区域122a），并控制电源供应单元150提供电源电压至对应的加热模块124，以对欲加热的加热区域122a进行加热。当然，本发明的附图仅用以举例说明，本发明并不限定欲加热的加热区域122a的数量，在本发明的其他实施例中，若底层分布数据同时对应至基座120中的多个加热区域122a，则处理单元110可依据此底层分布数据来决定同时对多个加热区域122a进行加热。
如此，处理单元110便控制打印头130将热熔性材料逐层成型于已加热的加热区域122a上，而形成关联于数字立体模型信息20的立体物体10。在形成立体物体10之后，处理单元110即可控制电源供应单元150停止提供电源电压至加热模块124，并可例如对立体物体10进行冷却或固化处理，即可完成立体物体10的制作。
在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中，采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
图6是本发明的另一实施例的一种立体打印装置的部分构件示意图。请同时参照图3以及图6，本实施例的立体打印装置与图5的立体打印装置相似，本实施例的基座120也可包括多个加热模块124，其分别耦接处理单元110并对应配置于加热区域122a。立体打印装置100也可包括电源供应单元150以及接地配线160。电源供应单元150耦接并受控于处理单元110，用以提供电源电压，而接地配线160则用以提供接地电压。本实施例的立体打印装置与图5的立体打印装置的主要差异之处在于：各加热模块124包括开关124a以及加热电阻124b，各加热电阻124b耦接接地配线160，并通过对应的开关124a耦接电源供应单元150。在本实施例中，开关124a可例如为N型晶体管开关。当然，熟知此技术者应当知道，开关除了N型晶体管之外，仍可以P型、多工器、传输闸、继电器（Relay）等方式等效实施，故本发明不限于此。
基于上述，处理单元110依据数字立体模型信息20导通开关124a的至少其中之一，以使电源供应单元150提供电源电压至与导通的开关124a对应的加热电阻124b。也就是说，处理单元110例如依据数字立体模型信息20的底层分布信息来决定加热区域122a中的至少其中之一为欲加热的加热区域122a，并导通其对应的加热模块124的开关124a，以使电源供应单元150得以提供电源电压至对应的加热电阻124b，以对欲加热的加热区域122a进行加热。当然，本发明的附图仅用以举例说明，本发明并不限定欲加热的加热区域122a的数量，在本发明的其他实施例中，若底层分布信息同时对应至基座120中的多个加热区域122a，则处理单元110可依据此底层分布信息来决定同时对多个加热区域122a进行加热。
如此，处理单元110控制打印头130将热熔性材料逐层成型于已加热的加热区域122a上而形成关联于数字立体模型信息20的立体物体10。在形成立体物体10之后，处理单元110即可停止导通开关124a，以停止对已加热的加热区域122a继续进行加热，并可例如对立体物体10进行冷却或固化处理，即可完成立体物体10的制作。
综上所述，本发明的基座包括多个加热区域，使立体打印装置可依据例如通过电脑主机所构建的数字立体模型信息来选择性地对其加热区域的至少其中之一进行加热，并控制打印头将热熔性材料逐层喷涂于被加热的加热区域上而形成关联于数字立体模型信息的立体物体。如此，立体打印装置可无需对整个基座进行加热，而可仅对关联于数字立体模型信息的立体物体预定形成于基座上的位置所对应的加热区域进行加热，以维持此被加热的加热区域的温度高于喷涂于其上的热熔性材料的固化温度。因此，本发明的立体打印装置确实可降低其运作及维护的成本，还可减少不必要的能源浪费。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种立体打印装置，其特征在于，包括：
处理单元，经配置以读取与处理数字立体模型信息；
基座，耦接并受控于该处理单元，该基座包括多个加热区域以及多个加热模块，该些加热模块耦接该处理单元并对应配置于所述加热区域，该处理单元经配置以依据该数字立体模型信息控制所述加热模块选择性地对所述加热区域的至少其中之一进行加热；以及
打印头，设置在该基座上方，该打印头耦接并受控于该处理单元，以将热熔性材料逐层成型于已加热的该至少其中一加热区域上，而形成关联于该数字立体模型信息的立体物体，其中该数字立体模型信息包括底层分布数据，该底层分布数据关联于欲加热的该至少其中一加热区域，该底层分布数据对应至该基座的平面坐标，该处理单元依据该平面坐标控制该基座对欲加热的该至少其中一加热区域进行加热。
2.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该处理单元控制该打印头将该热熔性材料逐层成型于已加热的该至少其中一加热区域上而形成该立体物体后，该处理单元控制该基座停止对已加热的该至少其中一加热区域进行加热。
3.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，还包括电源供应单元以及接地配线，该电源供应单元耦接并受控于该处理单元，以提供电源电压，该接地配线经配置以提供接地电压，各该加热模块耦接于该电源供应单元与该接地配线之间，该处理单元依据该数字立体模型信息控制该电源供应单元提供该电源电压至所述加热模块的至少其中之一。
4.根据权利要求3所述的立体打印装置，其特征在于，该处理单元控制该打印头将该热熔性材料逐层成型于已加热的该至少其中一加热区域上而形成该立体物体后，该处理单元控制该电源供应单元停止提供该电源电压至所述加热模块。
5.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，还包括电源供应单元以及接地配线，该电源供应单元耦接并受控于该处理单元，以提供电源电压，该接地配线经配置以提供接地电压，各该加热模块包括开关以及加热电阻，各该加热电阻耦接至该接地配线，并通过对应的开关耦接至该电源供应单元，该处理单元依据该数字立体模型信息导通所述开关的至少其中之一，以提供该电源电压至对应的加热电阻。
6.根据权利要求5所述的立体打印装置，其特征在于，该处理单元控制该打印头将该热熔性材料逐层成型于已加热的加热区域上而形成该立体物体后，该处理单元停止导通所述开关。
7.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，还包括温度感测元件，设置于该基座并耦接该处理单元，用以感测该基座的温度，且该处理单元通过该温度感测元件以获得该基座的温度，并据以控制已加热的该至少其中一加热区域的温度于特定范围内。
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