CN104859029B - 陶瓷快速成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种陶瓷快速成型装置，包含：设有建构腔室的建构平台、建构位移平台、具有喷墨单元的喷印模块、清洁维护模块、铺料推送元件、加热器及遮热元件；喷印模块、清洁维护模块及铺料推送元件均架构于建构位移平台上，以进行连动，并与建构平台相对位移，并将陶瓷建构材料推送至建构腔室内；加热器设置于建构平台上，以对陶瓷建构材料进行加热；遮热元件设置于喷墨单元上方，以进行遮蔽；当喷印单元经由建构位移平台的带动对建构腔室中的陶瓷建构材料实施陶瓷快速成型的喷印作业后，则由清洁维护模块对喷墨单元进行清洁维护。

Description

陶瓷快速成型装置

技术领域

本发明关于一种快速成型装置，尤指一种可制作陶瓷艺术品的陶瓷快速成型装置。

背景技术

陶瓷制品，主要是经过陶浆拉胚成型、风干、上釉，最后经高温烧结等一繁复程序，如此工序不仅具有复杂的流程步骤，且其间陶瓷制品的制造过程均需人工一一进行手工制造。如此以人为控制而制造的陶瓷制品，于进行原料的陶浆调配过程即为通过人工方式进行材料调配，然而此调配过程缺乏均一原料品质的管控流程，因此作出来的成品良宥程度当然也会有所差异；除此之外，在其后陶瓷制品的拉胚成型工艺中，更会因每一操作者的经验、手感以及美感程度的不同，而使其陶瓷制品细致度有所不同，且即便是相同的操作者，其在制作不同的陶瓷制品时，亦难以避免会产生一定程度的差异。换言之，此耗费人力、时间成本而制作的陶瓷制品，往往会因为成品品质不一、耗费的时间长、人力成本高等诸多因素，而使得陶瓷制品的价格难以降低，当然，亦难以迎合消费者的喜好。因此，如何研发可自动化且生产品质稳定、降低成本的陶瓷制品，实为值得进一步研究的课题。

目前关于快速成型技术（Rapid Prototyping,简称RP技术）的相关研究于业界中亦处于蓬勃发展的状态，其主要为依据建构类似金字塔层层堆迭成型的概念所发展而成，快速成型技术其主要技术特征是成型的快捷性，能在不需要任何刀具，模具及治具的情况下自动、快速将任意复杂形状的设计方发明快速转换为3D的实体模型，大大缩短了新产品的研发周期及减少研发成本，能够确保新产品的上市时间和新产品开发的一次成功率，快速成型技术为技术人员之间，以及技术人员与企业决策者、产品的用户等非技术人员之间提供了一个更加完整及方便的产品设计交流工具，从而明显提高了产品在市场上的竞争力和企业对市场的快速反应能力。

目前快速成型技术发展出利用喷印技术结合载具精密定位技术的方式来生产3D的实体模型，其生产方式为先将一层成型粉末铺设于载具上方并利用喷墨打印技术于部分成型粉末上喷印高黏度胶合剂，使胶合剂与成型粉末沾黏并固化，一直重复上述工艺层层堆砌即可完成3D的实体模型，但目前主流的RP技术所制成的3D实体模型仍受限于该成型粉末的材质、以及需选择与该成型粉末相配合的胶合剂材质，而未进一步进行不同材质的创新研究。

习用快速成型装置通常如图1所示，快速成型装置1主要包括喷印模块10、建构位移平台11及建构平台12等组件，其中，该喷印模块10主要架构于建构位移平台11上，且该喷印模块10可经由建构位移平台11的带动，而位移至建构平台12的上方。以及，该建构平台14中还架构一供料容器13及一建构腔室14，供料容器13用以供建构材料暂存，并可经由建构位移平台11位移至供料容器13时，将建构材料推送至邻接的建构腔室14中，其后再由该喷印模块10于建构材料上进行喷印作业，以层层堆砌出一立体物件。此外，在此习用的快速成型装置1中还具有清洁维护模块15，其包括保湿单元151以及刮片单元152，如图1所示，该清洁维护模块15固设于建构平台12上邻近于建构腔室14的一侧，故当喷印模块10结束喷印成型作业后，即会因应建构位移平台11的带动而位移至清洁维护模块15的上方，同时进行相关的清洁维护作业。但是，由于习用快速成型装置1的清洁维护模块15固设于建构平台12的一侧端，故喷印模块10需在完成喷印成型作业后，并位移跨越整个建构平台12的长度，方能进行相关的喷墨头清洁维护作业，如此实会导致喷墨头结构的清洁维护的效能低落。

因此，就目前快速成型装置产业而言，其所面临的技术瓶颈即为采用不同的成型材料以获得不同的成型品，同时还需对快速成型装置及其喷印模块进行良好的维护，以进一步提升成型品质，而如何去改善这些问题，是目前产业上急需去解决的主要课题。

有鉴于此，如何发展一种可制作陶瓷艺术品、且成型品质佳的陶瓷快速成型装置，实为目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种陶瓷快速成型装置，以解决已知以人工制作陶瓷艺术品而导致的成品品质不一、耗费的时间长、人力成本高等缺失。

本发明的另一目的在于提供一种陶瓷快速成型装置，经由其进行的自动化陶瓷快速成型的喷印作业，进而以达到自动化地制作陶瓷艺术品，不仅成型速度快，且兼具成型品质佳，还可使陶瓷艺术品具备个性化、普及化、自动化、精致度及均一性的优点。

为达到上述目的，本发明的一较广义实施方面为提供一种陶瓷快速成型装置，包含：建构平台，设有建构腔室；建构位移平台，架构于建构平台上，以进行相对位移，并将陶瓷建构材料推送至建构腔室内；喷印模块，具有至少一喷墨单元；以及清洁维护模块；铺料推送元件，架构设置于建构位移平台上；加热器，设置于建构平台上，加热器用以对建构腔室所铺料成型后的陶瓷建构材料进行加热；以及遮热元件，架构设置于喷墨单元的上方，以遮蔽喷墨单元；其中，喷印模块及清洁维护模块均架构于建构位移平台上，并与建构位移平台进行连动位移，当至少一喷印单元经由建构位移平台的带动以对建构腔室中的陶瓷建构材料实施陶瓷快速成型的喷印作业后，则由清洁维护模块对至少一喷墨单元进行清洁维护。

附图说明

图1为已知的快速成型装置的结构示意图。

图2A为本发明较佳实施例的陶瓷快速成型装置的外观示意图。

图2B本发明较佳实施例的陶瓷快速成型装置的内部结构示意图。

图2C为本发明较佳实施例的陶瓷快速成型装置的剖面结构示意图。

图3为图2B所示的陶瓷快速成型装置的上视结构示意图。

图4为本发明另一较佳实施例的陶瓷成型装置的页宽式喷印模块的示意图。

【符号说明】

1：快速成型装置

10：喷印模块

11：建构位移平台

12：建构平台

13：供料容器

14：建构腔室

15：清洁维护模块

151：保湿单元

152：刮片单元

2：陶瓷快速成型装置

20：罩盖

21：主机体

210：余料回收槽

211：筛滤收集储器

22：供料容器

220：第一升降平台

221：第一升降机构

23：建构腔室

230：第二升降平台

231：第二升降机构

24：建构平台

25：喷印模块

251：遮热元件

252、253：喷墨单元

26：建构位移平台

261：驱动位移机构

262：铺料推送元件

27：加热器

28：清洁维护模块

281：保湿单元

282：刮片单元

29：连续供墨单元

291：容器

H1：第一升降平台向上推移的距离

H2：第二升降平台向下推移的距离

R：铺料推送元件的滚轮转速

V：铺料推送元件的滚轮直线前进速度

S1、S2：喷墨单元的总长度

W：建构腔室的宽度

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是，本发明能够在不同的方面上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非架构于限制本发明。

请同时参阅图2A及图2B，其分别为本发明较佳实施例的陶瓷快速成型装置的外观示意图及其内部结构示意图。如图2A所示，本发明的陶瓷快速成型装置2具有罩盖20，覆盖于主机体21之上，以使其陶瓷快速成型作业可在一封闭空间中进行，并避免粉尘飞扬等情形产生。又如图2B所示，陶瓷快速成型装置2主要由供料容器22、建构腔室23、建构平台24、喷印模块25、建构位移平台26、清洁维护模块28及连续供墨单元29所构成，其中喷印模块25及清洁维护模块28架构于建构位移平台26上，以使其与建构位移平台26进行同步位移，且在本实施例中，喷印模块25及清洁维护模块28可经由建构位移平台26的带动，而相对位移至建构平台24的上方，但其相对位移的方式并不以此为限，亦可为建构平台24相对于建构位移平台26以进行相对位移，或两者均进行一相对位移作业，其可依照实际施作情形而任施变化。至于建构位移平台26，其主要经由驱动位移机构261(如图3所示)的带动，进而使其可相对于建构平台24进行X轴方向的水平位移。以及，在本实施例中，建构平台24中架构供料容器22及建构腔室23，供料容器23用以供陶瓷建构材料暂存，并可经由建构位移平台26位移至供料容器22时，将陶瓷建构材料推送至邻接的建构腔室23中，其后再由喷印模块25在陶瓷建构材料上进行喷印作业，以层层堆砌出一立体陶瓷物件。至于连续供墨单元29，其设置于建构平台24的一侧，且由数个储存单色液体的容器291所构成，并可通过数个外接管线(未图示)而与喷印模块25上的喷墨单元252相连通，进而可持续地供给或补充其进行陶瓷快速成型的喷印作业时所需的黏结剂或是色料墨水等。

在本实施例中，喷印模块25包括至少一喷墨单元252以及遮热元件251，且遮热元件251架构设置于该喷墨单元252的上方，且不以此为限。至于，清洁维护模块28还包括保湿单元281及刮片单元282，且如图2B所示，清洁维护模块28可随同喷墨单元252同步进行X轴方向的移动，而当每次喷墨单元252在Y轴方向进行打印作动的同时，则其完成每一次打印行程而回到初始位置时，则可由刮片单元282对喷墨单元252进行喷孔清洁作业，进而可获得更佳的打印品质；在本实施例中，保湿单元281与刮片单元282设置于两相对侧，且保湿单元281用以将喷墨单元252的喷孔(未图示)完全密闭，以达到保湿的功能，故当陶瓷成型装置2进行铺粉作业时，由于此刻粉未的扬尘最大，故可使喷墨单元252以Y轴方向位移至保湿单元282处，经由保湿单元282对喷墨单元252进行密闭作业，以使喷墨单元252不受粉尘污染而影响打印品质。

请同时参阅图2B及图2C，图2C为本发明较佳实施例的陶瓷快速成型装置的剖面结构示意图。如图2C所示，本发明的陶瓷快速成型装置2在该构平台24中架构建构腔室23，并在该建构腔室23的一侧凹陷设置填充空间(未图示)，以作为供料容器22，供料容器22即如前所述提供陶瓷建构材料，例如：陶瓷建构粉末，暂存之用，且在供料容器22内还可设置第一升降平台220，但不以此为限，通过供料容器22下方设置的第一升降机构221推送第一升降平台220进行垂直方向的位移，例如可如图2C所示第一升降平台220的向上推移的距离H1，进而以导送推移一定需求量的陶瓷建构材料至最上层，并与建构平台24保持一水平推移堆积量，因此，由于本实施例的供料容器22嵌设于建构平台24中，故其属于下方供料型态的该供料容器22。同样地，在建构腔室23中亦具有第二升降平台230，用以供放置层层堆迭成型的陶瓷立体物件，且与建构腔室23下方设置的第二升降机构231相连接定位，主要依第二升降机构231的带动而在建构腔室23的内部进行升降，由第二升降平台230控制推送位移与建构平台24保持一需求铺料层的空间，例如可为图2C所示的第二升降平台230向下推移的距离H2，而再进行后续铺置需求量的陶瓷建构材料至这铺料层的空间，喷印这铺料层表面的陶瓷建构材料，以成型被喷印物的堆迭层，如此重复上述铺料作业及喷印一层堆迭层，即可堆迭成型出陶瓷立体物件。在一些实施例中，供料容器22的第一升降平台220向上推移的距离H1大于或等于建构腔室23的第二升降平台230向下推移的距离H2，且在另一些实施例中，建构腔室23的第二升降平台230向下推移的距离H2小于或等于12mm，且大于或等于0mm，但不以此为限；意即，建构腔室23的第二升降平台230的每一次向下推移的距离介于0mm至12mm之间，藉此以层层推迭成型该陶瓷立体物件。

以及，在建构腔室23的另一侧还可设置余料回收槽210，但不以此为限，用以将建构腔室23最上层进行铺料作业后多余的陶瓷建构材料集中收集，且在收集后，再将收集的陶瓷建构材料传送至连接设置于余料回收槽210下方的筛滤收集储器211中，以对前述收集的建构材料进行筛滤，并回收再利用。

请同时参阅图2B、图2C及图3，图3为图2B所示的陶瓷快速成型装置的上视结构示意图。如图3所示，当陶瓷快速成型装置2进行快速成型的喷印作业时，其经由驱动位移机构261驱动建构位移平台26相对于建构平台24进行X轴方向的水平位移，当其受驱动位移机构261带动位移时，则如图2C所示，架构于建构位移平台26上的铺料推送元件262则可将由第一升降平台220推送至该供料容器22最上层的陶瓷建构材料进一步以水平方向推送滚压至邻设的该建构腔室23最上层需求铺料层的空间，其后再由与该建构位移平台26连动的喷印模块25对该建构腔室23中的陶瓷建构材料进行陶瓷快速成型的喷印作业，并由该建构位移平台26上的该铺料推送元件262将铺料多余的陶瓷建构材料再推送至邻设于该建构腔室23的该余料回收槽210中收集。

在一些实施例中，铺料推送元件262可为但不限为铺料滚轮，且其转速可依照陶瓷建构材料的配方以进行相关参数调整，举例来说，当铺料滚轮的转速快时，则其所提供的铺粉密度会越高，所制成的陶瓷成型物品亦较为坚固，若铺料滚轮的转速慢时，其铺粉密度较低，成品结构亦较为松散，且当铺粉密度低于一特定比例时，则其可能会导致成型失败等情形。为维持最适当的铺粉密度以及较佳的铺粉平整度，使该铺料推送元件262的滚轮转速R等同于或小于其铺料推送元件262的滚轮直线前进速度V，换言之，即为使铺料推送元件262于直线前进时，均可快速地旋转一圈，尽量使其与陶瓷建构材量的铺粉层接触时均以相同的每一点接触，以维持铺粉的平整度，当然，此铺料推送元件262的滚轮转速亦可依照不同的建构材料或实际施作情形而任施变化，并不以此为限。

请同时参阅图2B及图2C，在本实施例中，陶瓷快速成型装置2还可包括加热器27，且其设置于罩盖20上，并与建构腔室23相对应设置，用以对建构腔室23中由喷印模块25完成喷印的初步堆迭成型物品进行加热，进而加快其干燥的速度，以避免若喷印模块25所喷出的胶水量过多，而产生毛细现象使胶水向外扩张，以使该初步堆迭成型物品的边缘产生翘曲变形或是毛边等问题。以及，为了避免加热器27对喷印模块25的喷墨单元252产生加热影响，故在喷印模块25上还设置了遮热元件251，其对应设置于喷墨单元252的上方，且与喷墨单元252连动，故当喷印模块25经由建构位移平台26相对于该建构平台24位移至加热器27下方时，则可通过遮热元件251的遮蔽以对喷墨单元252进行保护，以避免加热器27对喷印模块25的喷墨单元252加热，因温度过高而产生损坏的问题。

请同时参阅图3及图4，其中图4为本发明另一较佳实施例的陶瓷成型装置的页宽式喷印模块的示意图，如图3所示，在本实施例中，由于陶瓷快速成型装置2的喷印模块25主要由两个喷墨单元252所构成，但不以此为限，故该两喷墨单元252的总长度S1小于建构腔室23的宽度W，因此当喷印模块25进行陶瓷快速成型的喷印作业时，需先进行Y轴方向的位移，再进行X轴方向的位移，如此以双轴进行往复位移的喷印作业。然而，在另一些实施例中，若喷印模块25采用页宽式打印的喷印模块，即如图4所示，该页宽式喷印模块25由数个喷墨单元253依序排列而成，且其加总的总长度S2大于建构腔室23的宽度W时，则此时该页宽式喷印模块25仅需于单一的X轴方向进行位移，即可对建构腔室24内的陶瓷建构材料进行陶瓷快速成型的喷印作业，进而节省Y轴的位移打印时间，如此即可加快喷印速度及效率。当然，陶瓷快速成型装置2的喷印模块25的喷墨单元252、253的数量并不以此两实施方面为限，其可依据实际施作情形而任施变化。

综上所述，本发明的陶瓷快速成型装置经由可与建构平台及其建构腔室进行相对位移的喷印模块，于该建构腔室进行陶瓷快速成型的喷印作业，且可依据陶瓷建构材料的不同特性以调整铺料推送元件的滚轮转速，以维持铺料的平整度，还可搭配多样的喷印模块的设置方式，进而可选择一般喷印或是页宽式喷印作业等方式，进而以大幅提升成型速度及成型效率；此外，还可经由与喷墨单元连动的清洁维护模块以在每一次喷印作业后即可对该喷墨单元进行清洁及维护此外，进而可维护良好的打印品质，藉此以达到成型速度快以及成型品质优良的成效。以及，通过本发明的陶瓷快速成型装置可直接以机器自动化生产的方式取代人工，因而与传统需由具备一定经验的师傅方能做出陶瓷艺术品的方式不同，只要具备3D图档，即可由本发明的陶瓷快速成型装置制作出精致且立体的陶瓷艺术品，且可迎合个人不同的喜好而做出不同的陶瓷艺术品，具备个性化的特点，亦可评估大众市场的需求及喜好而制作多样、普及化的陶瓷艺术品，更不会因为人工制作而导致两成品形状或是品质不一的缺失；因此，本发明的陶瓷成型装置相较于传统人工进行的陶艺创作，实可达到具备个性化、普及化、自动化、精致度及均一性的优点。

虽然本发明可由熟知此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，但皆不脱离如所附权利要求书所限定的保护范围。

Claims (4)

1.一种陶瓷快速成型装置，包含：

一建构平台，设有一建构腔室；

一建构位移平台，架构于该建构平台上，以进行相对位移，并将一陶瓷建构材料推送至该建构腔室内；

一喷印模块，具有至少一喷墨单元，该喷印模块架构于该建构位移平台上，并与该建构位移平台进行连动位移；

一清洁维护模块，架构于该建构位移平台上，并与该建构位移平台进行连动位移；

一铺料推送元件，架构设置于该建构位移平台上；

一加热器，设置于该建构平台上，该加热器用以对该建构腔室所铺料成型后的该陶瓷建构材料进行加热；以及

一遮热元件，架构设置于该喷墨单元的上方，以遮蔽该喷墨单元；

其中，当该至少一喷墨单元实施陶瓷快速成型的喷印作业后，由该清洁维护模块对该至少一喷墨单元进行清洁维护。

2.如权利要求1所述的陶瓷快速成型装置，其特征在于，该清洁维护模块包括一保湿单元及一刮片单元，该保湿单元用以封闭该至少一喷墨单元的喷孔，以达到保湿的功效，该刮片单元则对该至少一喷墨单元进行喷孔清洁作业。

3.如权利要求1所述的陶瓷快速成型装置，其特征在于，该铺料推送元件为一滚轮，且其该滚轮转速等同于或小于其该滚轮直线前进速度，以维持铺料平整度。

4.如权利要求1所述的陶瓷快速成型装置，其特征在于，该建构腔室内还具有一升降平台，控制该建构腔室的升降，使该建构腔室在进行陶瓷快速成型的喷印作业时，向下进行一特定距离的位移，以使其与该建构平台保持一需求铺料层的空间，且该特定距离介于0mm至12mm之间。