CN105014978B - 3d成型模块与3d成型装置 - Google Patents

Abstract

一种3D成型装置，包含一机台主体、一升降成型台、一3D成型模块，及一模块驱动单元。机台主体包括一具有槽口的成型槽。升降成型台可上下位移地设于成型槽内。3D成型模块装设在机台主体，并可于槽口上方沿一第一方向移动。模块驱动单元用以驱动3D成型模块沿第一方向位移。3D成型模块包含一活动基座，及装设于活动基座的一烧结机构、一上色机构，及一成型机构。烧结机构用以选择性烧结成型槽内的粉末。上色机构沿一第二方向移动，用以对该粉末上色。成型机构用以将上色机构上色后的粉末加压形成一3D物件层。

Description

3D成型模块与3D成型装置

技术领域

本发明涉及一种3D成型装置，特别是涉及一种可成型彩色物件的3D成型装置及其3D成型模块。

背景技术

近年来，由于3D快速成型(3D打印)技术的日渐进步与成熟，使3D快速成型的应用领域也越发广泛，带来了庞大的商业价值，因此现今众多业者皆积极投入3D快速成型相关技术的研发。

在各种3D快速成型装置中，应用选择性热烧结(Selective Heat Sintering，SHS)技术的3D成型装置特别适用于PLA，ABS等热塑性粉末的快速成型而广受使用者青睐。现有应用SHS技术的3D成型装置一般是先将须热融成型的粉末铺设为一粉末层，再对该粉末层选择性地进行热烧结，以使粉末层的一部分热融结合为所需物件的形状。借由重复调整粉末层的高度及上述铺粉、烧结的步骤，即可完成所需3D物件的成型。

然而，现有应用SHS技术的3D成型装置产生的物件只具有与粉末相同的单一颜色，若要让物件具有多种不同的色彩，通常是在物件成型冷却后再对物件表面涂喷染料上色，或在铺设粉末层时使用多种不同颜色的粉末。但物件成型冷却后涂喷染料的方式不易控制染料涂喷的位置，且物件吸收染料的效果也不佳而常导致色彩不均；而使用多种不同颜色的粉末的上色方式，除了要预先准备多种粉末，在铺设粉末层时还须精准控制各色粉末的铺设位置，使3D成型装置的结构复杂度提高。因此，现有的3D成型装置显然还有许多有待改善的空间。

发明内容

本发明提供一种使成型物件具有多种颜色的3D成型模块。

本发明提供一种结构简单且上色均匀的3D成型模块。

本发明提供一种具有上述3D成型模块的3D成型装置。

本发明3D成型装置的实施态样，适用于将粉末烧结成型。该3D成型装置包含一机台主体、一升降成型台、一3D成型模块，及一模块驱动单元。机台主体包括一成型槽以供粉末铺设。成型槽具有一连通外部的槽口。升降成型台位于成型槽内，并可相对机台主体上下位移地装设于机台主体。3D成型模块装设在机台主体，并可于槽口上方沿一第一方向相对机台主体移动。模块驱动单元用以驱动3D成型模块沿第一方向往复位移。

3D成型模块包含一可沿第一方向移动地装设于机台主体的活动基座，及装设于活动基座的一烧结机构、一上色机构，及一成型机构。烧结机构用以选择性地烧结成型槽内的粉末。上色机构沿一第二方向移动，用以对该粉末上色。成型机构用以将上色机构上色后的粉末加压形成一3D物件层。

在本发明的一种实施态样中，该第一方向系垂直于该第二方向。

在本发明的一种实施态样中，该3D成型模块还包含一装设于该活动基座的喷头驱动机构；该喷头驱动机构连接该上色机构与该活动基座，并用以驱动该上色机构沿该第二方向相对该活动基座往复移动。

在本发明的一种实施态样中，该上色机构具有多种颜色的墨水，并用以对该烧结机构烧结后的粉末喷墨以染上多种颜色。

在本发明的一种实施态样中，该成型机构为一滚轮。

在本发明的一种实施态样中，该成型机构为一压平台。

在本发明的一种实施态样中，3D成型装置还包含一装设于该机台主体的铺粉模块；该铺粉模块可在该槽口上方往复位移，并用以在该成型槽内铺设粉末。

在本发明的一种实施态样中，该3D成型模块更包含一刮料机构，该刮料机构装设于该活动基座外侧。

本发明的有益效果在于：利用在刮料机构与成型机构间设置了一上色机构，使3D成型装置对粉末上色以成型具有多种颜色的彩色3D物件，不但不须预先准备多种不同颜色的粉末，也不必精准地控制各种粉末的铺设，大幅降低了整体结构的复杂度使装置成本得以下降。此外，上色机构是对热融状态或粉状的粉末层喷墨，因此墨水能均匀地被吸收，提升了成型物件的上色质量。

附图说明

图1是一立体图，说明本发明3D成型装置的第一较佳实施例；

图2是一立体图，说明该3D成型装置的一3D成型模块；

图3是一侧视示意图，说明该3D成型装置的使用；

图4是一类似图3的视图，说明该3D成型装置的使用；

图5是一类似图3的视图，说明该3D成型装置的使用；

图6是一立体图，说明本发明中3D成型模块的第二较佳实施例；

图7是一立体图，说明本发明中3D成型模块的第三较佳实施例；及

图8是一局部剖视示意图，说明本发明中3D成型模块的第四较佳实施例。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。

参阅图1及图2，为本发明3D成型装置100的第一较佳实施例。该3D成型装置100适用于将粉末烧结成型，并包含一机台主体1、一升降成型台2、一3D成型模块3、一模块驱动单元4，及一铺粉模块5。机台主体1包括一形成于顶端的成型槽11以供粉末铺设。成型槽11具有一向上连通外部的槽口111。升降成型台2位于机台主体1的成型槽11内，并可相对机台主体1上下位移地设装于机台主体1。3D成型模块3及铺粉模块5装设在机台主体1，并可于成型槽11的槽口111上方沿一第一方向X相对机台主体1往复移动。模块驱动单元4连接3D成型模块3、铺粉模块5与机台主体1，并用以驱动3D成型模块3及铺粉模块5沿第一方向X相对机台主体1往复位移。铺粉模块5用以在成型槽11内铺设粉末。

3D成型模块3包含一可沿第一方向X移动地装设于机台主体1的活动基座31，及装设于活动基座31的一刮料机构32、一成型机构33、一烧结机构34、一上色机构35及一喷头驱动机构36。刮料机构32在本实施例中具体为一装设于活动基座31外侧的刮刀，并于活动基座31沿第一方向X移动时被带动以刮平该等粉末铺设成的粉末层。成型机构33在本实施例中为一长度对应槽口111的滚轮而可转动地装设于活动基座31，并沿第一方向X与刮料机构32彼此间隔并排，且轴心L沿一垂直第一方向X的第二方向Y横向延伸。烧结机构34位于刮料机构32与成型机构33间，并用以选择性地烧结成型槽内的粉末，在本实施例中烧结机构34为一热转印头(Thermal Print Head，TPH)。上色机构35于本实施例中采用具有多种颜色墨水的彩色喷头(Inkjet Print Head)，并位于刮料机构32与成型机构33间而可沿第二方向Y往复移动地装设于活动基座31以选择性地对烧结机构烧结后的粉末喷墨上色。喷头驱动机构36连接上色机构35与活动基座31，并用以驱动上色机构35沿第二方向Y相对活动基座31往复移动以进行喷墨。在本较佳实施例中，喷头驱动机构36具体包括了滑轨及伺服马达(图未示)，然而在实际应用上喷头驱动机构36的态样并不以滑轨及伺服马达为限，只要能驱动上色机构35沿第二方向Y相对活动基座31往复运动即可。

参阅图3及图4，为本发明3D成型装置100使用时的示意图。3D成型装置100在使用时，首先利用模块驱动单元4(见图1)驱动铺粉模块5沿第一方向X移动至成型槽11的槽口111上方，并输出粉末以在成型槽11内铺设一粉末层(如图3)，之后，模块驱动单元4再驱动该铺粉模块5复位。接着，模块驱动单元4驱动3D成型模块3沿第一方向X经过成型槽11的槽口111上方(如图4)，使3D成型模块3的刮料机构32、烧结机构34、上色机构35及成型机构33依序通过粉末层上。先利用刮料机构32刮平粉末层的顶面，以使粉末层均匀地产生适于烧结成型的厚度；再透过烧结机构34对平整的粉末层进行选择性的烧结，让粉末层需成型为物件的部分烧结热融而相互结合；接着，上色机构35受喷头驱动机构36驱动而沿第二方向Y往复位移，借此对烧结后呈热融状态的粉末层喷墨上色，借此让粉末层染上多种所需的颜色。最后，成型机构33接触粉末层顶面将该上色机构35上色后的粉末加压，并使粉末层冷却成型且维持平整，至此即完成一层3D物件层的成型作业。

参阅图5，在一层粉末层完成成型后，升降成型台2在成型槽11内高度降低，同时带动已完成烧结成型的粉末层随之下降，借此使成型槽11顶部的空间增加以供下一层粉末层铺设及烧结喷墨成型。利用重复进行上述铺设粉末层、烧结、喷墨、加压冷却及调整高度的步骤，即能逐层成型完整的彩色3D物件。

要特别强调地，本发明3D成型装置100在粉末层铺设后才以上色机构35进行粉末的喷墨染色，因此只需使用一种单一的粉末即可让成型物件具有多种变化的色彩。此外须注意地，在本实施例中上色机构35沿第一方向X与烧结机构34并排且位于烧结机构34及成型机构33间，因此上色机构35能对烧结机构34烧结后呈热融状态的粉末层喷墨上色，使墨水与热融的非固态粉末层混合而更加均匀地被吸收，让3D成型物件的上色质量大幅提升，远优于现有成型冷却后才进行涂喷上色的效果。

参阅图6，为本发明中3D成型模块3的第二较佳实施例。与第一较佳实施例大致相同，惟在第二较佳实施例中，3D成型模块3的上色机构35与烧结机构34位置相较于第一较佳实施例彼此对调，使上色机构35位于烧结机构34与刮料机构32间，借此对烧结前呈粉状的粉末层喷墨上色，使墨水与粉状的粉末层混合上色，上色质量及便利性也优于现有成型冷却后再上色的工法。

参阅图7，为本发明中3D成型模块3的第三较佳实施例。与第一较佳实施例大致相同，惟在第三较佳实施例中，3D成型模块3还包含一装设于活动基座31的铺粉机构37。铺粉机构37位于刮料机构32相反于烧结机构34的一侧，并用以输出粉末以铺设为粉末层。借由铺粉机构37的设置，使3D成型装置100即使省去原有铺粉模块5的设置也能完成铺设粉末层的程序，让3D成型装置100的体积更为精简且结构复杂度降低。

参阅图8，为本发明中3D成型模块3的第四较佳实施例。与第一较佳实施例大致相同，惟在第四较佳实施例中，成型模块3的成型机构33具体为一压平台，利用压平台往复地对上色机构35上色后的粉末加压，借此使粉末形成一3D物件层。

综上所述，本发明利用设置在刮料机构32与成型机构33间的上色机构35，使3D成型装置100对铺设为粉末层的粉末上色，借此成型具有多种颜色的彩色3D物件，不但不须预先准备多种不同颜色的粉末，也不必精准地控制各种粉末的铺设，大幅降低了整体结构的复杂度。另外，由于上色机构35位于刮料机构32与成型机构33间，因此上色机构35能对热融状态或粉状的粉末层喷墨以让墨水均匀地被吸收，相较于在粉末烧结冷却凝固后再上色的方式不但成色效果更佳且上色难度下降。故确实能达到本发明的目的。

惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求范围及专利说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种3D成型模块，其特征在于包含：

一活动基座，可沿一第一方向移动；

一烧结机构，装设于该活动基座，用以选择性烧结粉末；

一上色机构，装设于该活动基座，且沿一第二方向移动，用以对该粉末上色；及

一成型机构，装设于该活动基座，并沿该第一方向将该上色机构上色后的粉末加压形成一3D物件层。

2.根据权利要求1所述的3D成型模块，其特征在于：该第一方向垂直于该第二方向。

3.根据权利要求1所述的3D成型模块，其特征在于：该3D成型模块还包含一装设于该活动基座的喷头驱动机构；该喷头驱动机构连接该上色机构与该活动基座，并用以驱动该上色机构沿该第二方向相对该活动基座往复移动。

4.根据权利要求1所述的3D成型模块，其特征在于：该上色机构具有多种颜色的墨水，并用以对该烧结机构烧结后的粉末喷墨以染上多种颜色。

5.根据权利要求1所述的3D成型模块，其特征在于：该成型机构为一滚轮。

6.根据权利要求1所述的3D成型模块，其特征在于：该成型机构为一压平台。

7.一种3D成型装置，其特征在于包含：

一机台主体，包括一供粉末铺设的成型槽，该成型槽具有一连通外部的槽口；

一升降成型台，位于该成型槽内，并可相对该机台主体上下位移地装设于该机台主体；

一3D成型模块，装设于该机台主体，并可于该槽口上方沿一第一方向往复位移，该3D成型模块包含：

一活动基座，

一烧结机构，装设于该活动基座，用以选择性烧结该成型槽内的粉末，

一上色机构，装设于该活动基座，且沿一第二方向移动，用以对该粉末上色，及

一成型机构，装设于该活动基座，并沿该第一方向将该上色机构上色后的粉末加压形成一3D物件层；及

一模块驱动单元，用以驱动该3D成型模块沿该第一方向往复位移。

8.根据权利要求7所述的3D成型装置，其特征在于：该3D成型模块更包含一刮料机构，该刮料机构装设于该活动基座外侧。

9.根据权利要求7所述的3D成型装置，其特征在于：该成型机构为一滚轮。

10.根据权利要求7所述的3D成型装置，其特征在于：该成型机构为一压平台。