CN107199700B - 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，包括盛槽、平台、固化工具。盛槽用以盛装液态成型材。盛槽具有呈阶梯状的至少两个成型区。平台设置于盛槽内且浸于液态成型材中。盛槽与平台适于产生平面相对运动，以使平台从较高阶梯处的成型区朝较低阶梯处的成型区移动。固化工具设置于盛槽旁。当平台行经各成型区时，固化工具用以固化平台与成型区之间的液态成型材并形成固化层于平台上。随着平台行经至少两个成型区而产生至少两个固化层堆叠成一立体对象。本发明提供的立体打印装置具有较佳的成型效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种立体打印装置。
背景技术
随着科技的日益发展，许多利用逐层建构模型等加成式制造技术(additivemanufacturing technology)来建造物理三维(three-dimensional,3-D)模型的不同方法已纷纷被提出。一般而言，加成式制造技术是将利用计算机辅助设计(computer-aideddesign,CAD)等软件建构的3-D模型的设计数据转换为连续堆叠的多个薄(准二维)横截面层。
目前已发展出许多可以形成多个薄横截面层的方式。举例来说，在液态成型材中设置移动平台，并依据3-D模型的设计数据建构的X-Y-Z坐标驱动光源沿着X-Y坐标移动照射液态成型材，从而将液态成型材固化出正确的横截面层形状。接着，随着移动平台沿Z轴移动，所固化的材料可在逐层固化的状态下进而形成立体对象。
然而正如上述，移动平台需在每完成一层固化层后便需沿Z轴移动一次，如此便造成移动平台耗费过多时间于Z轴方向的移动，因而导致制程时间过久而缺乏效率。
发明内容
本发明提供一种立体打印装置，其具有较佳的成型效率。
本发明的立体打印装置，包括盛槽、平台以及固化工具。盛槽用以盛装液态成型材。盛槽具有呈阶梯状的至少两个成型区。平台设置于盛槽内且浸于液态成型材中。盛槽与平台适于产生平面相对运动，以使平台从较高阶梯处的成型区朝较低阶梯处的成型区移动。固化工具设置于盛槽旁。当平台行经各成型区时，固化工具用以固化平台与成型区之间的液态成型材并形成一固化层于平台上，随着平台行经至少两个成型区而产生至少两个固化层堆叠成立体对象。
基于上述，藉由将盛装有液态成型材的盛槽设置有呈阶梯状的成型区，而让平台与盛槽之间产生平面相对运动，以让平台从较高阶梯处的成型区朝向较低阶梯处的成型区移动，其中在平台行经前一个成型区时，先以固化工具将平台与对应成型区之间的液态成型材固化而形成固化层于平台上，因此当平台移至下一个成型区时，便能直接在已形成的固化层上继续固化并堆叠另一个固化层，以在平台行经这些成型区之后让多个固化层堆叠出立体对象。此举让平台与盛槽均能因平面相对运动而避免在高度方向的移动，也因此能有效降低成型时间。同时，也因平面相对运动而能利用剪力让固化层脱离盛槽的成型区，以降低装置所需的驱动力。据此，立体打印装置的制程效率得以有效地提高。
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是依据本发明一实施例的一种立体打印装置的侧视图；
图2是图1的立体打印装置的局部示意图；
图3是图2的盛槽的延展示意图；
图4显示本发明另一实施例的立体打印装置中平台与盛槽的俯视示意图。
附图标记：
100：立体打印装置
110：盛槽
120：平台
130：固化工具
140：控制模块
150：涂层
200：液态成型材
300：立体物件
410：盛槽
420：平台
A1,…An,An+1：成型区
H1、H2：路径
L1、L2、L3：固化层
P1：成型平面
P2：底部平面
Z、C1：轴
具体实施方式
图1是依据本发明一实施例的一种立体打印装置的侧视图。图2是图1的立体打印装置的局部示意图，在此将局部结构以虚线显示以利于辨识。请同时参考图1与图2，在本实施例中，立体打印装置100包括盛槽110、平台120、固化工具130以及控制模块140，其中盛槽110用以盛装液态成型材200，平台120设置于盛槽110内且浸入液态成型材200中。控制模块140电性连接平台120与盛槽110的至少其中之一，且控制模块140还电性连接固化工具130。
在此，立体打印装置100例如是为光固化成型(stereo lithography,SL)或数字化光处理(digital light processing,DLP)，液态成型材200例如是光敏树脂，藉由控制模块140驱动固化工具130，例如是固化光源，而使液态成型材200得以固化并成型于平台120。但本发明并不限于此，任何能达成上述形成立体对象的材料与手段，皆可适用于此。基于上述，本实施例藉由固化工具130而使液态成型材200在平台120的成型平面P1上逐层地固化堆叠，而最终形成立体对象300。
另外，本发明并未限制固化工具130的数量及其相对于盛槽110的位置，虽然本实施例仅将固化工具130显示于盛槽110下方，但其实质上能依据成型所需条件而对应配置，即，在固化工具130能有效提供液态成型材200固化成型的前提下，固化工具130能位在盛槽110旁的任意位置。
在本实施例中，盛槽110具有多个成型区，如图2所示A1,…An,An+1，其中n为正整数，也因此构成一成型区集合A＝{A1,…An,An+1}。值得注意的是，所述成型区A1,…An,An+1并非共平面，即这些成型区A1,…An,An+1实质上是呈阶梯状，而彼此在Z轴上均存在高度差异。
进一步地说，若以平台120的成型平面P1作为基准，则各成型区与成型平面P1之间的相对距离为D(An)，则在本实施例中D(An)<D(An+1)，以清楚显示出其阶梯状结构。换句话说，若以成型区A1为起点，则随着成型区的位置改变，即从A1一路朝向An+1移动，其相对于平台120的成型平面P1的相对距离D(An)是逐渐递增的趋势，反过来说，若以盛槽110的底部平面P2为基准，则各成型区相对于盛槽110底部平面P2的高度则随着从成型区A1一路朝向成型区An+1移动而逐渐降低。
此外，在本实施例中，所述成型区A1,…An,An+1是环绕一轴C1而排列成封闭式轮廓。如此一来，平台120或盛槽110的至少其一便能受控于控制模块140而同以轴C1作为其旋转中心以产生平面相对运动(平台120与盛槽110产生相对旋转，即在图2中，平台120以顺时针方向旋转而盛槽110不动，或平台120不动而盛槽以110逆时针方向旋转，或平台120以顺时针方向旋转且同时盛槽110以逆时针方向旋转)。换句话说，控制模块140能驱动平台120与盛槽110各自在一虚拟平面上产生相对运动，且所述虚拟平面平行于平台的成型平面P1(也平行于盛槽110的底部平面P2)。在此，Z轴可视为前述虚拟平面、成型平面P1与底部平面P2的法线。
举例来说，图3是图2的盛槽的延展示意图，在此是将图2呈封闭式轮廓的多个成型区A1,…An,An+1予以拉直扩展，而形成如图3所示沿直线排列的阶梯结构，以利于将平台120的移动过程清楚地简列其中，成型区A1相对于盛槽110的底部平面P2具有最大的高度。请参考图3，当平台120移至成型区A1时，控制模块140便能驱动固化工具130将平台120与成型区A1之间的液态成型材200依据所需的外形信息而予以固化，以在成型平面P1上形成固化层L1。接着，当平台120从成型区A1移动至成型区A2时，便能藉由剪力而顺利地将固化层L1从成型区A1移离。在成型区A2，固化工具130进一步地将固化层L1与成型区A2之间的液态成型材200依据所需的外形信息而予以固化而形成固化层L2，且固化层L2堆叠在固化层L1上。据此，随着平台120行经多个成型区A1,…An,An+1后，便能让固化层Ln逐层堆叠而形成立体对象300。再者，由于本实施例中的相邻的成型区(例如成型区A1与成型区A2之间)彼此间的高度差异实质上为一层固化层Ln的厚度，即D(An+1)与D(An)的差距为固化层Ln的厚度，因此藉由平面相对运动已能达到已知技术中需沿Z轴移动的同等效果，故让原本需沿Z轴移动的平台120或盛槽110能因此避免浪费不必要的制程时间。于另一未显示的实施例中，在对应液态成型材200的固化工具130的固化效果所能及的范围，所述D(An+1)与D(An)的差距亦可大于固化层Ln的厚度。
另一方面，请再参考图2，在本实施例中，盛槽110还包括多个涂层150，其分别配置在成型区A1,…An,An+1上，所述涂层150例如是聚四氟乙烯(polytetrafluoroethene,PTFE)或聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)，其用以降低固化后的液态成型材200与盛槽110之间的黏滞性，以让成型后的固化层Ln能更顺利地从成型区A1,…An,An+1脱离。
基于上述，相较于已知需沿Z轴移动盛槽或平台，本实施例除上述能达到节省制程时间的效果外，已知技术中尚需施加沿Z轴方向的正向力方能使固化层脱离盛槽的状态在本实施例中也能取代以更有效率的方式，即，藉由平台120与盛槽110之间的平面相对运动，而让每一固化层Ln在脱离盛槽110的成型区A1,…An,An+1时均是藉由剪力(其施力方向垂直于Z轴)，其明显小于沿Z轴施加的正向力，因此更能有效率地将固化层Ln从盛槽110的成型区A1,…An,An+1处移离。
另需说明的是，虽然本实施例有成型区集合A＝{A1,…An,An+1}，但在成型过程中，本实施例并未限制平台120需逐一行经各个成型区，即，在另一未显示的实施例中，使用者可选择成型区A1,…An,An+1的至少其中的二个即可。平台120需从较高阶梯处的成型区(例如成型区A1)朝较低阶梯处的成型区(例如成型区An+1)移动的趋势并不改变。
此外，本发明并未限制盛槽中成型区的外形、平台的外形以及平台与盛槽间相对运动的模式。图4显示本发明另一实施例的立体打印装置中平台与盛槽的俯视示意图。与前述实施例不同的是，盛槽410的成型区(在此以A1至A9为例，但不因此受限)是排列成一数组，与前述实施例相同的是，成型区相对于盛槽410底部的高度是从A1至A9而逐渐递减，因此平台420可沿路径H1而从成型区A1朝向成型区A9移动。
再者，本实施例的平台420仅占成型区A1至A9的部分面积，而未如前述实施例的平台120与成型区A1,…An,An+1的面积相当。此举并不影响在平台420上形成的固化层。另，与前述实施例类似地，本实施例也未限制平台420与盛槽410的相对运动路径，即，在符合由较高阶梯处的成型区朝较低阶梯处的成型区移动的趋势下，本实施例的平台420也可沿路径H2进行移动。
综上所述，在本发明的上述实施例中，藉由在盛槽的底部形成至少两个呈阶梯状的成型区，并让平台与盛槽之间产生平面相对运动，而使平台从较高阶梯处的成型区朝较低阶梯处的成型区移动，以在行经成型区时藉由固化工具而将液态成型材固化成固化层于平台上，而在平台行经所述成型区的至少其中的二个后能堆叠固化层而形成立体对象。此举藉由盛槽的阶梯式结构，而让平台或盛槽能避免沿高度方向的移动，因而得以有效地节省成型时间。同时，在成型区形成固化层之后，由于平台与盛槽之间的平面相对运动，因此固化层是藉由平台与盛槽间的剪力而脱离，相较于已知技术需施加高度方向的正向力而脱离的状态，本发明已能达到省力的效果。据此，立体打印装置藉由上述配置而能有效地提高其成型效率。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的改动与润饰，均在本发明范围内。
Claims (12)
1.一种立体打印装置，其特征在于，包括：
一盛槽，用以盛装液态成型材，所述盛槽具有呈阶梯状的至少两个成型区；
一平台，设置于所述盛槽内且浸于液态成型材中，且所述盛槽与所述平台适于产生平面相对运动，以使所述平台从较高阶梯处的所述成型区朝较低阶梯处的所述成型区移动；以及
一固化工具，设置于所述盛槽旁，当所述平台行经各所述成型区时，所述固化工具用以固化所述平台与所述成型区之间的液态成型材并形成一固化层于所述平台上，随著所述平台从较高阶梯处的所述成型区移至较低阶梯处的所述成型区，所述固化层从较高阶梯处的所述成型区移离。
2.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，所述至少两个成型区包括多个成型区，且形成一成型区集合A＝{A1,…An,An+1}，其中n为正整数，当所述平台行经成型区An时，所述固化工具将所述平台与所述成型区An之间的液态成型材固化形成一固化层Ln。
3.根据权利要求2所述的立体打印装置，其特征在于，所述平台依序行经所述成型区集合A＝{A1,…An,An+1}的至少其中的二个，以使至少二个固化层堆叠形成立体对象。
4.根据权利要求2所述的立体打印装置，其特征在于，各所述成型区与所述平台之间的相对距离为D(An)，且D(An)<D(An+1)。
5.根据权利要求4所述的立体打印装置，其特征在于，D(An+1)与D(An)的差距大于或等于所述固化层的厚度。
6.根据权利要求2所述的立体打印装置，其特征在于，所述多个成型区排列成一封闭式轮廓。
7.根据权利要求2所述的立体打印装置，其特征在于，所述多个成型区排列成一数组。
8.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，还包括：
一控制模块，电性连接所述平台与所述盛槽的至少其中之一以驱动所述平台与所述盛槽产生平面相对运动，且所述控制模块电性连接所述固化工具。
9.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，所述平台具有一成型平面，所述固化层成型于所述成型平面上，所述平台与所述盛槽所产生的平面相对运动是平行于所述成型平面。
10.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，所述立体打印装置为光固化成型或数字化光处理。
11.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，所述盛槽还包括多个涂层，分别配置于所述至少两个成型区。
12.根据权利要求11所述的立体打印装置，其特征在于，所述涂层为聚四氟乙烯或聚二甲基硅氧烷。
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