TWI424917B - 立體成型機構之控制方法 - Google Patents

Description

立體成型機構之控制方法

本案係關於一種控制方法，尤指一種立體成型機構之控制方法。

快速成型技術(Rapid Prototyping，簡稱RP技術)係為依據建構金字塔層層堆疊成型的概念所發展而成，其主要技術特徵是成型的快捷性，能在不需要任何刀具、模具及冶具的情況下自動、快速將任意複雜形狀的設計方案快速轉換為3D的實體模型(又稱3DRP技術)，大大縮短了新產品的研發週期及減少研發成本，能夠確保新產品的上市時間和新產品開發的一次成功率，它為技術人員之間，以及技術人員與企業決策者、產品的用戶等非技術人員之間提供了一個更加完整及方便的產品設計交流工具，從而明顯提高了產品在市場上的競爭力和企業對市場的快速反應能力。

然而，習知RP技術所使用的立體成型機構控制方法，往往提供輸入單元如鍵盤、滑鼠或按鈕等，以及提供顯示單元如液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)、陰極射線管螢幕(Cathode Ray Tube monitor,CRT monitor)等。顯示單元及輸 入單元係各自獨立且分離設置於立體成型機構之建構基座上，其中輸入單元係用來供使用者操控以及輸入資訊與訊息，並控制立體成型機構之各種運作；顯示單元則用以顯示例如由文字結構所組成的操作介面，該操作介面可包含各種訊息、資訊及立體成型機構所具有的功能選項。然而，由於顯示單元及輸入單元係各自獨立且分離設置而非在同一區域上呈現，因此當使用者欲操控習知立體成型機構時，必須先觀看顯示單元顯示的操作介面，再依據該操作介面對應地操控輸入單元，使操作介面顯示的各種功能及訊息被執行或顯示，才能完成立體成型機構的操控及運作。

更重要的是，習用的立體成型機構所使用的切層方法多使用拓樸關係(Topology)達成切層輪廓的生成，由於沒有規範網格的輸入順序，所以網格的排列不具有順序性，導致網格的切點與切線也不具順序性，因此在構成網格的連接關係以及輪廓連接的尋找過程必須花費龐大的運算量進行切層運算，造成切層速度的嚴重低落，進而影響切層軟體的執行效率，且使用拓樸關係進行切層的方法，當遇到面的不連續情形時，將衍生面與面之間無法銜接的問題，使得習用切層方法不能應用於不連續面的物件，十分不便。並且，習用之立體成型機構所使用之列印解析度大多落在每吋300 x 450點(Dot Per Inch,DPI)的等級，不但具有解析度不佳的缺點，更會因為拓樸關係切層的不完整，而導致成型之立體模型與預期不符，甚至產生成型失敗的問題。

再者，習知RP技術所使用的立體成型機構，往往需要搭配兩台或兩台以上的控制電腦，分別負責內部之驅動、運算，以及外部操作之用途。然而，電腦間之聯繫及運作方式係由外部操作用 之電腦將所接收到的指令及訊息傳送至內部驅動、運算用之電腦，內部驅動、運算用之電腦始進行運算及控制作業，而外部操作用電腦此時則進入閒置狀態；當運算完成，內部驅動、運算用之電腦將資料回傳至外部操作用之電腦，外部操作用電腦才開始進行輸出以及顯示，而內部驅動、運算用之電腦則進入閒置狀態。連續的互相等待，造成控制電腦的交叉閒置，徒增設備、時間以及電力成本的浪費，以及增加使用者操作的複雜度，也變相地增加了人力成本的負擔。

此外，習用控制電腦間之資料傳輸介面多使用傳統的RS-232序列埠，最大傳輸速率僅為20kbps，又不具熱插拔功能，容易造成立體成型機構內部零組件的損壞，且抗雜訊效果不佳，往往使得控制電腦間的交叉閒置及等待週期過長，若進行立體成型機構切層之模型較為複雜，甚至可能發生外部操作用電腦閒置超過一天的情形。上述情形皆造成許多有形、無形的資源浪費，甚而影響地球的生態環境，實有改進之必要。

本案之主要目的在於提供一種立體成型機構之控制方法，俾解決習知控制方法介面易用性貧乏、電腦系統複雜且閒置時間過長、侷限列印管道、使用低速率傳輸介面、設備損壞風險偏高、列印解析度偏低、切層方法效率不佳以及不能處理不連續面物件切層等缺點。

本案之另一目的在於提供一種立體成型機構之控制方法，以達到直覺式圖形化介面操作易用、單一且單純之電腦系統、多元且資料可攜式之列印管道、使用高速率傳輸介面提昇傳輸效率、 熱插拔保護機制降低設備損壞風險、提高列印解析度以及使用智慧型不連續切層法提高切層效率以及處理不連續面物件等優點。

為達上述目的，本案之一較廣實施態樣為提供一種立體成型機構之控制方法，至少包括步驟：提供一立體成型機構，至少包括一主電路系統、一介面系統及一通用序列匯流排(USB)傳輸介面，該主電路系統來控制該介面系統，該介面系統包括一列印驅動平台，可供使用者該立體成型機構運作；提供一電腦系統，包括一資料傳輸平台，該資料傳輸平台依據操作指令進行一切層運算而產生一列印資料將外部操作立體物件之切層程序資料轉換成二維切層列印格式影像資料；透過該通用序列匯流排(USB)傳輸介面將該電腦系統之資料傳輸平台所轉換的二維切層列印格式影像資料傳輸做資料接收，並對資料進行解譯以及編排資料格式之動作，進而完成驅動前置工作，再傳輸給該介面系統之列印驅動平台，促使該列印驅動平台驅動完成噴印粉末之成型動作者。

1‧‧‧立體成型機構

10‧‧‧觸控面板

100‧‧‧顯示單元

101‧‧‧輸入單元

102‧‧‧處理單元

103‧‧‧功能選單區域

104‧‧‧顯示操作區域

105‧‧‧狀態顯示

106‧‧‧馬達控制

107‧‧‧校正控制

108‧‧‧其他控制

109‧‧‧資料顯示

1000‧‧‧觸控區域

11‧‧‧列印模組

12‧‧‧主電路系統

121‧‧‧暫存儲粉槽

122‧‧‧暫存儲粉槽

1221‧‧‧進階精簡指令集機器

1222‧‧‧數位訊號處理器

1223‧‧‧FlexRISC處理器

1224‧‧‧快閃記憶體

1225‧‧‧動態隨機存取記憶體

1226‧‧‧唯讀記憶體

1227‧‧‧馬達驅動器

13‧‧‧介面系統

131‧‧‧供粉槽

132‧‧‧供粉槽

1321‧‧‧步進馬達

1322‧‧‧直流無刷馬達

1323‧‧‧噴膠系統

1324‧‧‧連續供膠系統

1325‧‧‧加熱恆溫系統

1326‧‧‧供粉系統

1327‧‧‧粉末回收系統

1328‧‧‧人機介面控制系統

1329‧‧‧伺服馬達

14‧‧‧升降設備

24‧‧‧電腦系統

25‧‧‧傳輸介面

26‧‧‧儲存媒體

41‧‧‧網格

42‧‧‧切層平面

43‧‧‧切點

P、Q、R、S、T、U、V‧‧‧切點

44‧‧‧不連續網格

45‧‧‧切層平面

8‧‧‧粉末過濾裝置

9‧‧‧建構基座

S1~S3‧‧‧本案立體成型機構之控制方法步驟

S501-S510‧‧‧本案適用於立體成型機構之切層步驟流程

Vt‧‧‧觸控訊號

0°‧‧‧極軸

θ1、θ2、θ3、θ4、θ5‧‧‧夾角

第1A圖：其係為本案較佳實施例之立體成型機構之立體結構示意圖。

第1B圖：其係為第1A圖所示之觸控面板的電路方塊圖。

第1C圖~第1D圖：其係分別顯示1A圖所示之觸控面板所顯示之操作介面的不同功能被執行時之示意圖。

第2圖：其係為本案立體成型機構之粉末過濾裝置部分拆解示意圖。

第3A圖：其係為本案較佳實施例之立體成型機構之控制方法流程 圖。

第3B圖：其係為本案較佳實施例之立體成型機構之控制方法架構示意圖。

第3C圖：其係為本案較佳實施例之立體成型機構之控制方法硬體結構控制示意圖。

第4A圖：其係顯示一連續面物件於一切層平面下連續的切點連接示意圖。

第4B圖：其係顯示一不連續面物件於一切層平面下切點的連接示意圖。

第5圖：其係為本案較佳實施例之適用於立體成型機構之切層方法。

第6A圖：其係為具不連續面物件之結構示意圖。

第6B圖：其係為於第6A圖之一切層平面之非封閉切層輪廓示意圖。

第6C圖：其係為將第6B圖之非封閉切層輪廓連接成封閉切層輪廓之示意圖。

第6D圖：其係於第6C圖所示之封閉切層輪廓內部噴印非彩色液體之示意圖。

第7A圖~第7D圖：其係為極座標之極軸擺放位置示意圖。

第8A圖~第8F圖：其係顯示將非封閉切層輪廓連接為封閉切層輪廓之連接流程示意圖。

第9圖：其係為第8A圖所示之切點Q之連接路徑選擇示意圖。

第10圖：其係為第8C圖所示之切點T之連接路徑選擇示意圖。

第11圖：其係為第8E圖所示之切點V之連接路徑選擇示意圖。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。

請參閱第1A圖，其係為本案較佳實施例之立體成型機構之立體結構示意圖，如第1A圖所示，本案之立體成型機構1主要係於一建構基座9上架構一觸控面板10、一列印模組11、複數個暫存儲粉槽、複數個供粉槽及一升降設備14及一建構槽(未圖示)，建構槽內部具有建構平台，且與升降設備14相連接定位，主要依升降設備14的帶動而於建構槽內部進行升降(未圖示)，促使該建構平台用以提供生產立體物件所需要之建構粉末放置，且層層堆疊利用列印模組11噴印膠水成型。其中，複數個供粉槽可包含2個供粉槽131及132，主要設置於立體成型機構1的左右兩側邊，用以提供生產立體物件所需要之建構粉末。至於，複數個暫存儲粉槽可包含2個暫存儲粉槽121及122，其係分別設置於列印模組11的左右兩側邊，且與列印模組11一起進行左右連動，供粉槽131係與暫存儲粉槽121相配合設置於同一側，用以提供建構粉末至暫存儲粉槽121內進行後續建構舖粉，而供粉槽132則與暫存儲粉槽122相配合設置於同一側，用以提供建構粉末至暫存儲粉槽 122內進行後續可雙向建構舖粉，而該列印模組11架構於該建構基座上受控制作位移，用以對該建構槽內部建構平台上舖粉進行噴印動作，以構成一立體物件。

又，本案所提供之一立體成型機構進一步使用直覺且圖形化的人機介面之架構。運用觸控面板10將控制輸入及設備狀態呈現於同一區域，使用者能夠直覺的藉由觸控操作，並直接由觸控面板10觀察到圖形化的顯示效果；相較於習知的立體成型機構使用按鈕及小型LCD搭配，鍵盤式或旋鈕式的操作介面構成的控制單元並無法達到直覺性操作。此外輸入和顯示單元無法呈現於同一區域上，導致機構設計時需規劃二個空間，造成空間使用及美觀設計的額外負擔。而本案提出的直覺圖形化介面利用頁面式的切換方式搭配觸控效果，將顯示單元和輸入單元於同一區域呈現，達到更直覺的操作環境。直覺且圖形化的人機介面除了達成更直覺的操作外，提高了設備狀態的可讀性，使用者可以更清楚的了解、學習設備的操作，而功能健全的介面提供了更良好的操作效率，對於機構空間的美觀設計也帶來額外助益。

請參閱第1B圖並配合第1A圖，其中第1B圖係為第1A圖所示之觸控面板的電路方塊圖，如第1A、1B圖所示，觸控面板10實質上係設置於建構基座9的上方區域，但並不以此為限，且觸控面板10可為但不限於為電阻式觸控面板、紅外線式觸控面板或電容感應式觸控面板，觸控面板10係可顯示一操作介面(如第1C、1D圖所示)，該操作介面包含立體成型機構1所具有之功能選項、相關訊息及資訊，此外，使用者更可觸碰觸控面板10所顯示之操作介面的功能選項，以驅使立體成型機構1對應使用者所選擇之功能 開始功能運作。

於本實施例中，觸控面板10可為例如但不限於電阻式觸控面板、紅外線式觸控面板或電容感應式觸控面板等，主要包含一顯示單元100、一輸入單元101以及一處理單元102。其中顯示單元100可為但不限於由液晶顯示器(Liquid Crystal Display；LCD)或是陰極射線管螢幕(Cathode Ray Tube monitors；CRT monitors)等所構成，用以顯示操作介面，其中該操作介面係選擇性地顯示立體成型機構1所具有之功能選項、相關訊息及/或資訊，此外，顯示單元100於觸控面板10上更具有一觸控區域1000，觸控區域1000的觸控範圍實質上係與觸控面板10所能顯示之區域相對應，亦即與該操作介面相對應，當使用者欲選擇觸控面板10所顯示之操作介面的功能選項時，係藉由觸碰所欲選擇之功能選項於觸控區域1000上所對應的特定觸點，以操控立體成型機構1做相對應的功能運作。

輸入單元101實質上係與顯示單元100之觸控區域1000相對應設置，當使用者觸碰觸控區域1000之任一觸點以選擇所對應之功能時，輸入單元101便會對應所觸碰之觸點於觸控區域1000的位置而輸出之一觸控訊號Vt。

處理單元102係與輸入單元101電連接，用以接收輸入單元101所輸出之觸控訊號Vt，並依據觸控訊號Vt控制立體成型機構1作對應的功能運作。此外，於本實施例中，處理單元102亦與顯示單元100電連接，當處理單元102接收觸控訊號Vt時，處理單元102係因應觸控訊號Vt而操控顯示單元100顯示相對應的畫面。

由於本案之立體成型機構1係將顯示單元100及輸入單元101整合而構成觸控面板10，因此顯示單元100及輸入單元101實際上係在同一區域上呈現，如此一來，當使用者在進行立體成型機構1之操控時，便可直覺式的觸碰顯示單元100所顯示之操作介面的功能選項來控制立體成型機構1進行對應的功能運作，故本案之立體成型機構1係具有較為方便以及人性化的操作方式，此外，本案之建構基座9的空間利用率亦可因為僅需設置為單一部件的觸控面板10而提昇。

以下將示範性地說明本案之觸控面板10所顯示之操作介面。請參閱第1C圖及第1D圖，並配合第1A圖及第1B圖，其中第1C圖及第1D圖分別顯示第1A圖所示之觸控面板所顯示之操作介面的不同功能被執行時之示意圖。如圖所示，本實施例之顯示單元100所顯示之操作介面實際上可為但不限於包含一功能選單區域103及一顯示操作區域104，其中功能選單區域103係顯示立體成型機構1所具有的功能選項，例如顯示立體成型機構1目前運作狀態之狀態顯示105、控制立體成型機構1內部馬達運作之馬達控制106、使立體成型機構1可進行相關校正功能之校正控制107，其他控制108以及顯示立體成型機構1機台之相關資料的資料顯示109等功能選項，而當使用者在觸控功能選單區域103所顯示之功能選項以選擇立體成型機構1欲執行之功能時，功能選單區域103所顯示之功能選項可為但不限於以網頁式的頁面切換方式來切換，同時，顯示操作區域104會對應使用者所觸控選擇的功能選項而顯示該功能選項所具有的操作按鈕及/或相關訊息等。

舉例而言，當使用者觸碰功能選單區域103上之狀態顯示105 ，如第1C圖所示時，輸入單元101便會對應所觸碰之觸點於觸控區域1000的位置而輸出代表狀態顯示105被觸碰之觸控訊號Vt，因此處理單元102便因應觸控訊號Vt而操控顯示單元100顯示相對應的畫面，亦即使顯示操作區域104對應地顯示目前立體成型機構1的運作狀態，而當使用者觸碰功能選單區域103上之馬達控制106，如第1D圖所示時，輸入單元101便會對應所觸碰之觸點於觸控區域1000的位置而輸出代表馬達控制106被觸碰之觸控訊號Vt，因此處理單元102便因應觸控訊號Vt而操控顯示單元100顯示相對應的畫面，亦即使顯示操作區域104對應地顯示可控制馬達往X、Y、Z軸方向移動之複數個方向按鈕及/或相關訊息等。

另外，由於鋪粉過程中，質量較輕或顆粒較小的塵埃粉末可能飛揚於內部作業空間中，且當建構粉末由落粉防塵部件的貫穿孔洞落下時亦可能撞擊部分結構而造成反彈的塵埃粉末，且落入集粉槽之建構粉末亦可能因撞擊反彈而揚起塵埃粉末，造成內部作業空間的污染，是以本實施例更進一步利用粉末過濾裝置來提升塵埃粉末的回收效率，使得立體成型機構可以在無污染的環境空間內正常運作。請參閱第2圖，本案之粉末過濾裝置8主要用來吸取及過濾立體成型機構1運作時所飛揚之塵埃粉末。

本案立體成型機構之設計構想也進一步使用可攜帶式列印的列印管道。可攜帶式列印是根據現今普便使用的移動式媒介取得資料，例如USB記憶體，當立體成型機構設置於非妥善的電腦系統環境中時，可以直接透過移動式的存儲裝置視為設備的資料輸入來源，將已進行切層程序過的列印資料透過USB傳輸介面，傳輸給設備端進行列印。相較於習知的立體成型機構唯一的列印管 道是利用傳輸介面將外部操作電腦經切層程序後的資料送至設備端進行列印，若列印環境缺少了外部操作電腦，設備將不再具備列印功能。

可攜帶式列印可以提供立體成型機構額外的列印管道，除了隨插即印的列印方式之外，當欲列印相同成型物時，成型物切層資料也得以重複使用，節省切層程序的處理時間，並排除外部操作電腦有可能造成的不安定因素，直接進行列印。

因此，本案提出立體成型機構使用通用序列匯流排(USB)介面之架構。使用具備高傳輸速率的USB作為傳輸介面，能夠更快速的將列印資料傳至設備端進行列印動作。相較於習知的立體成型機構使用RS232作為傳輸介面，其理論規格的傳輸速率最大約為20K．bps，然而立體成型機構傳輸的資料為成型物經切層程序後的資料，依據成型物尺寸與切層厚度，整體資料量可能達到上千張影像資料，如此龐大的數據量都必須透過傳輸介面才得以傳輸至設備端進行列印，若使用較低速率的傳輸介面，將拖慢整體的成型速度。

本案採用通用序列匯流排作為傳輸介面，將可以更有效率的完成資料傳輸，而隨著技術規格、版本的提升，更增加了提升立體成型機構的成型速度的機會。如此本案立體成型機構可以使用熱插拔保護機制之架構，使用熱插拔機制將有效抑止設備內部零件的損壞機會，提供設備內部電子零件一安全保護機制，相較於習知的立體成型機構不具備熱插拔機制，使用者於操作設備時必須隨時注意任何一個環節，避免不經意的插拔動作，導致設備內部零件受到異常電流影響而導致零件受損，若沒有培養良好的操 作習慣，久而久之設備便會損壞，增加了使用者的操作負擔。熱插拔保護機制能夠提供立體成型機構運作時，在不關閉電源的情況下插入或拔除連接裝置，並不會導致設備或電腦系統零件燒毀，並且能夠實現隨插即用的功能。

請參閱第3A圖及第3B圖，其係分別為本案較佳實施例之立體成型機構之控制方法流程圖以及本案較佳實施例之立體成型機構之控制方法架構示意圖。如第3A圖及第3B圖所示，本案之立體成型機構之控制方法包括以下步驟：首先，如步驟S1所示，提供一立體成型機構，至少包括一主電路系統、一介面系統及一通用序列匯流排(USB)傳輸介面，該主電路系統來控制該介面系統，該介面系統包括一列印驅動平台，可供使用者該立體成型機構運作。請參閱第3C圖，其係為本案較佳實施例之立體成型機構主要控制示意圖，其中該主電路系統包括進階精簡指令集機器(Advanced RISC Machine,ARM)1221、數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)1222、FlexRISC處理器1223、快閃記憶體(Flash Memory)1224、動態隨機存取記憶體(Dynamic Random Access Memory,DRAM)1225、唯讀記憶體(Read-Only Memory,ROM)1226、馬達驅動器(Motor Driver)1227等晶片組成的控制系統；而該介面系統13則包括一列印驅動平台，該列印驅動平台包含有一由步進馬達1321、直流無刷馬達1322及伺服馬達1329所構成馬達驅動系統、一噴膠系統1323、一連續供膠系統1324、一加熱恆溫系統1325、一供粉系統1326、一粉末回收系統1327以及人機介面控制系統1328等。

於一些實施例中，該馬達驅動系統利用主電路系統12之馬達 驅動器1227送出各馬達所需的控制訊號(X軸的伺服馬達1329的正/反向訊號(CW/CCW)、Y軸的直流無刷馬達1322的脈衝寬度變調訊號(PWM)及Z軸的步進馬達1321的正/反向訊號(CW/CCW))，並透過各個對應之馬達驅動器1227促使各馬達(X軸的伺服馬達1329、Y軸的直流無刷馬達1322及Z軸的步進馬達1321)，開始運動，並依照功能性完成所需動作。

該噴膠系統1323包含有上述之列印模組11，該列印模組11架構於建構基座9上作位移，包含有一磁性尺及一具加熱器之噴墨頭，用以進行一噴印動作，且列印模組11所噴印之解析度最佳係可達到每一英吋噴印500至600個墨點，即600 x 500dpi(dots per inch)，以及該噴膠系統1323係利用主電路系統12搭配磁性尺的閉迴路系統，用以確認噴墨頭的位置訊號並控制噴墨頭的加熱器完成是否需要噴膠之選擇與動作，亦即由磁性尺的閉迴路系統提供噴墨頭的位置訊號給主電路系統12，再由主電路系統12提供啟動訊號給噴墨頭的加熱器。而該連續供膠系統1324係為獨立運作，接附於噴膠系統1323中，直接提供連續供膠給噴墨頭作連續供墨噴印功能。

該加熱恆溫系統1325則包含有一設置於立體成型機構1的暫存儲粉槽附近位置的溫度感測器，利用主電路系統12搭配該溫度感測器，以回傳一類比訊號，並將此類比訊號轉換為數位訊號(AC/DC)傳至主電路系統12，便可利用此訊號由主電路系統12傳遞控制噴墨頭的加熱器開關，並依據所設定的空間溫度，適當調整加熱器的開啟或關閉，俾完成加熱恆溫動作。

該供粉系統1326係利用主電路系統12進一步所設置繼電器所 吸合、釋放的特性，於電路中達到導通、阻斷(即開或關)的效果，負責決定供粉用之馬達轉動與否。

該粉末回收系統1327包含有一粉末過濾裝置8，該粉末過濾裝置8設有控制單元、吸粉單元及過濾單元，並依據主電路系統12送出開關訊號給控制單元，進而完成粉末回收之功能運作。

該人機介面控制系統1328包含有上述之觸控面板10，利用主電路系統12搭配觸控面板10經由串列通信協定(Modbus)溝通，透過主電路系統12與人機介面控制系統1328間的命令與回應，達成人機介面控制系統1328的控制，顯示單元100及輸入單元101都由此人機介面控制系統1328完成。

又如第3B圖所示，該通用序列匯流排(USB)傳輸介面包含有主應用列印格式系統(Print Form Host Application)或是影像資料處理器(image data processor)連接外部資料，透過列印格式系統(Print Form Host Application)或是影像資料處理器(image data processor)將資料做解譯以及重新編排資料格式之動作，以應付列印驅動工作，傳輸給該主電路系統12及該介面系統13；而且該通用序列匯流排(USB)傳輸介面可於立體成型機構開機狀態、運轉狀態或啟動狀態下，仍可進行插接，亦即可進行熱插拔之動作。

其次，如步驟S2所示，提供一電腦系統，包括一資料傳輸平台，該資料傳輸平台依據操作指令進行一切層運算而產生一列印資料，將外部操作立體物件之切層程序資料轉換成二維切層列印格式影像資料，其中該電腦系統係為單一電腦、單一伺服器或單 一工作站所構成；如第3B圖所示，該電腦系統24可依據操作指令讀取傳輸介面25連接之儲存媒體26中儲存之切層資料，並經切層運算後產生列印資料；亦可依據操作指令讀取傳輸介面25連接之儲存媒體26中預存之列印資料，該列印資料係經切層運算產生後而預先儲存於儲存媒體26中，俾將列印資料傳送至該介面系統13，促使該噴印模組11進行噴印動作。換言之，電腦系統24可透過外接式之儲存媒體26而讀取欲進行切層運算之切層資料，或直接讀取待列印之列印資料，而據以進行噴印及成型動作，具有資料可攜之便利性。而傳輸介面25以及儲存媒體26可分別為串列高技術配置導接埠(SATA port)以及串列高技術配置硬碟(SATA H.D.D)或通用串列匯流排連接埠以及快閃磁碟機(Flash Disk)、外接式硬碟、外接式光碟機或記憶卡讀卡機，但不以此為限。

然後，如步驟S3所示，透過該通用序列匯流排(USB)傳輸介面之列印格式系統(Print Form Host Application)或是影像資料處理器(image data processor)將該電腦系統之資料傳輸平台所轉換的二維切層列印格式影像資料傳輸做資料接收，並對資料進行解譯以及編排資料格式之動作，進而完成驅動前置工作，促使該列印驅動平台驅動完成噴印粉末之成型動作者。

請再參閱第3B圖並配合第3C圖，本案之立體成型機構1所採用電腦系統24包含有一資料傳輸平台，其中資料傳輸平台係透過通用序列匯流排(USB)傳輸介面25之主應用列印格式系統(Print Form Host Application)或是影像資料處理器(image data processor)接收資料並對資料進行解譯以及編排資料格式之動作，傳輸至該主電路系統12及該介面系統13，進而完成驅動前置工 作。

本案立體成型機構之控制方法步驟S2係以電腦系統24依據操作指令進行切層運算而產生列印資料，該切層運算所使用係為一種智慧型不連續切層方法，該智慧型不連續切層方法主要係應用於例如：粉末式三維快速成型系統(3DRP)，噴印的方式為非彩色(即物件的輪廓內部，一般使用例如透明膠進行噴印)搭配彩色(即物件的外圍輪廓，一般使用例如彩色膠進行噴印)噴印，立體成型機構1之列印模組11噴印時各自噴出液體膠將物件的輪廓內部以及物件的外圍輪廓黏合，而物件之每一切層平面的切層輪廓來自於網格與切層平面相交的切點連線，一般物件切層後的非彩色切層輪廓與彩色切層輪廓皆為封閉狀態，但若物件存在不連續面，則表示切層輪廓也不為封閉狀態，就無法確認非彩色噴印的範圍。

由於非彩色切層輪廓係對物件的輪廓內部進行噴印，而彩色切層輪廓僅對物件的外圍輪廓進行噴印，若物件存在不連續面，就無法確認非彩色噴印的範圍，因此彩色切層輪廓與黑色切層輪廓必須分別處理。

而切層輪廓係按照網格與切層平面間的關係而生成，每處理一個網格，便將網格被切層平面所切到的兩切點相連而構成線段，直到每一個網格都處理過為止，便可以取得切層輪廓。第4A圖係顯示一連續面物件於一切層平面下連續的切點連接示意圖，如圖所示，複數個網格41彼此之間係相互連接，因此每一網格41與切層平面42相切所產生之切點43，將進行連接，以產生一需求切層輪廓，而第4B圖則顯示一不連續面物件於一切層平面下切點的 連接示意圖，如圖所示，不連續網格44因為不存在而導致沒有切點而無法與相鄰網格41之切點43進行連接，進而產生了具有不連續面的切層輪廓。

非彩色切層輪廓必須封閉，才能確認噴印範圍，無論彩色切層輪廓為封閉或是非封閉，都與非彩色切層輪廓無關，非彩色切層輪廓生成若能夠持有封閉性，就等同於解決了不連續面導致的輪廓錯誤問題。請參閱第5圖，其係為本案較佳實施例之適用於立體成型機構之切層方法，本案係提出可將具有不連續面之非彩色切層輪廓連接成為一實際之封閉切層輪廓，解決了不連續面導致的輪廓錯誤問題，如圖所示，首先，存取一物件之一切層平面與複數個網格相切所產生之複數個切點資訊(步驟S501)，例如：第6A圖所揭露於物件6之切層平面45與複數個網格(未圖示)相切所產生之複數個切點P至V的資訊，其中每一該切點資訊係包含每一該切點之座標、顏色以及貼圖資訊，且每一切點都會有自己的代表指數(index)，以及每一該網格係以逆時針方向來判斷切點為一起點切點還是一終點切點，且定義產生於路徑往下方向的該切點設為該起點切點，而產生於路徑往上方向的該切點設為該終點切點，其中起點切點的指數可被定義為0或偶數，而終點切點的指數可定義為奇數，指數並不重複，但是切點資訊會重複，切點會重複就表示該切點所存在的那兩個網格是相鄰的，因此當某一切點只佔有一個指數時，表示它只存在於一個網格中，由此切點開始不連續面，而且兩切點連接的規則為：(1)起點切點僅與終點切點連接，不能以〝起點切點與起點切點〞或是〝終點切點與終點切點〞的方式連接；(2)若一切點自身為一連 續面的終點切點且為一不連續面的起點切點時，進行該不連續面連接時其不得再與該連續面的起點切點連接。

接著，判斷目前立體成型機構之列印模組是否要進行非彩色液體噴印(步驟S502)，若判斷結果為否時，則執行步驟S503，即藉由該複數個切點資訊將每一網格與該切層平面相切時所產生之兩切點進行連接，以形成一彩色切層輪廓(步驟S503)，例如：第6B圖所述之切層輪廓，並使該列印模組根據該彩色切層輪廓進行彩色液體噴印(步驟S506)。反之，判斷結果為是時，藉由該複數個切點資訊將每一網格與該切層平面相切時所產生之兩切點進行連接，以形成一第一切層輪廓(步驟S504)，其中第一切層輪廓與第6B圖所示之輪廓的形狀係相同，差異點在於步驟S503所形成之彩色切層輪廓係包含噴印的彩色資訊。

之後，則判斷該第一切層輪廓是否存在不連續面(步驟S505)，於判斷結果為是時，以極座標進行配對且選擇夾角較小之連接路徑，即非封閉切層輪廓連接成封閉切層輪廓的方法係以極座標配對的方式達成，並利用角度大小判斷出較適合的連接端，以將該第一切層輪廓連接成一封閉切層輪廓(步驟S507)。

接著，於該封閉切層輪廓內進行非彩色液體噴印(步驟S506)，待噴印完成後則判斷是否完成該切層平面的所有噴印(步驟S508)，即彩色噴印及/或非彩色噴印，若結果為否，則重新執行步驟S502，反之，若結果為是，則進一步判斷是否完成該物件之所有切層平面的噴印(步驟S509)，若步驟S509判斷結果為否，則重新執行步驟S501，反之，若結果為是，完成該物件的切層處理(步驟S510)。

以下將說明本案以極座標進行配對以判斷較適合連接路徑的方式，請參閱第7A圖~第7D圖，其係為極座標之極軸擺放位置示意圖，如圖所示，極座標可分為四個相位，分別為第一相位(0°~90°)、第二相位(90°~180°)、第三相位(180°~270°)及第四相位(270°~360°)，且極軸(0°)的擺放位置係依據“先前的路徑方向”決定，如第7A圖所示，當“先前的路徑方向”處於第四相位時，極軸(0°)的擺放位置為Y軸負向方向；如第7B圖所示，當“先前的路徑方向”處於第一相位時，極軸(0°)的擺放位置為X軸正向方向；如第7C圖所示，當“先前的路徑方向”處於第二相位時，極軸(0°)的擺放位置為Y軸正向方向；如第7D圖所示，當“先前的路徑方向”處於第三相位時，極軸(0°)的擺放位置為X軸負向方向。

本案以極座標進行配對以判斷較適合連接路徑的方式係先根據“先前的路徑方向”於極座標中的位置來決定極軸(0°)的擺放位置，待極軸(0°)的擺放位置確定後再選擇與極軸(0°)間夾角較小之連接路徑，選擇適當的切點進行連接，請參閱第8A圖~第8F圖，其係顯示將非封閉切層輪廓連接為封閉切層輪廓之連接流程示意圖，其中第8A圖係為第6B圖所示之未封閉切層輪廓之示意圖，以下將說明將第8A圖所示之非封閉切層輪廓連接成第8F圖所示之封閉切層輪廓之連接流程，首先，切點Q為PQ連線之終點切點，可能連接之切點為RS連線之起點切點R或是UV連線之起點切點U，請同時參閱第9圖，根據“先前的路徑方向”P→Q選擇極軸(0°)的擺放位置為X軸正向方向(如第7B圖所示)，其中夾角θ1為始於極軸(0°)而停止於QR連線的角度，而夾角θ2為 始於極軸而停止於QU連線的角度，在選擇適合路徑時，會選擇角度小的連接路徑，以此例而言θ1<θ2，故選擇Q→R為較適合的連接路徑(如第8B圖所示)。

接著，請參閱第8C圖，切點T為ST連線之終點切點，可能連接之切點為UV連線之起點切點U或是PQ連線之起點切點P，請同時參閱第10圖，根據“先前的路徑方向”S→T選擇極軸(0°)的擺放位置為X軸負向方向(如第7D圖所示)，其中夾角θ3為始於極軸(0°)而停止於TU連線的角度，而夾角θ4為始於極軸而停止於TP連線的角度，在選擇適合路徑時，會選擇角度小的連接路徑，以此例而言θ3<θ4，故選擇T→U為較適合的連接路徑(如第8D圖所示)。

後續，請參閱第8E圖並請同時參閱第11圖，切點V為UV連線之終點切點，根據“先前的路徑方向”U→V選擇極軸(0°)的擺放位置為Y軸負向方向(如第7A圖所示)，其中夾角θ5為始於極軸(0°)而停止於VP連線的角度，且為最小的夾角，故選擇V→P為較適合的連接路徑(如第8F圖所示)，如此一來即可將第8A圖所示之具有三個不連續面之非封閉切層輪廓連接成封閉切層輪廓(如第8F圖及第6C圖所示)，以便確認非彩色噴印的範圍，而使得立體成型機構之列印模組可根據第6B圖所示之非彩色切層輪廓範圍內部噴射非彩色液體(如第6D圖所示)。

綜上所述，本案之立體成型機構之控制方法主要包括人機互動，硬韌體控制驅動以及軟體切層的平台架構與運作機制，並藉由該人機互動具有1.直覺圖形化人機互動介面2.單一電腦系統3.可攜帶式列印之優勢，該硬韌體控制驅動具有高速率傳輸介面、 熱插拔保護機制、高列印解析度之優勢，以及該軟體切層之智慧型不連續切層法，俾解決習知控制方法介面易用性貧乏、電腦系統複雜且閒置時間過長、侷限列印管道、使用低速率傳輸介面、設備損壞風險偏高、列印解析度偏低、切層方法效率不佳以及不能處理不連續面物件切層等缺點。進而可達到介面操作易用、單純之電腦系統、多元且資料可攜之列印管道、提昇傳輸效率、降低設備損壞風險、提高列印解析度以及使用智慧型不連續切層法提高切層效率以及處理不連續面物件等優點，進而達到提供一人性化、穩定、高效率的三維快速成型設備整機控制方法。是以，本案之立體成型機構之控制方法極具產業之價值，爰依法提出申請。

縱使本發明已由上述實施例詳細敘述而可由熟悉本技藝人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

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S1~S3‧‧‧本案立體成型機構之控制方法步驟

Claims (17)

1. 一種立體成型機構之控制方法，至少包括步驟：(a)提供一立體成型機構，至少包括一主電路系統、一介面系統及一通用序列匯流排(USB)傳輸介面，該通用序列匯流排(USB)傳輸介面包含一列印格式系統(Print Form Host Application)及一影像資料處理器(image data processor)，且該主電路系統來控制該介面系統，該介面系統包括一列印驅動平台，可供使用者該立體成型機構運作；(b)提供一電腦系統，包括一資料傳輸平台，該資料傳輸平台依據操作指令進行極座標不連續切層運算，透過一物件產生複數切點資訊形成一第一切層輪廓，判斷該第一切層輪廓是否存在不連續面，判斷結果為是時，以極座標進行配對，將該第一切層輪廓連接成一封閉切層輪廓，並產生一列印資料將外部操作立體物件之切層程序資料轉換成二維切層列印格式影像資料；以及(c)該立體成型機構透過該通用序列匯流排(USB)傳輸介面將該電腦系統之資料傳輸平台所轉換的二維切層列印格式影像資料傳輸做資料接收，並對資料進行解譯以及編排資料格式之動作，進而完成驅動前置工作，再傳輸給該介面系統之列印驅動平台，促使該列印驅動平台驅動完成噴印粉末之成型動作者。
2. 如申請專利範圍第1項所述之立體成型機構之控制方法，其中該主電路系統包括進階精簡指令集機器(Advanced RISC Machine,ARM)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)、FlexRISC處理器、快閃記憶體(Flash Memory)、動態隨機存取記憶體(Dynamic Random Access Memory, DRAM)、唯讀記憶體(Read-Only Memory,ROM)及馬達驅動器(Motor Driver)組成的控制系統。
3. 如申請專利範圍第1項所述之立體成型機構之控制方法，其中該介面系統之列印驅動平台包括馬達驅動系統、噴膠系統、連續供膠系統、加熱恆溫系統、供粉系統、粉末回收系統、以及人機介面控制系統。
4. 如申請專利範圍第3項所述之立體成型機構之控制方法，其中該人機介面控制系統包括有一觸控面板，該觸控面板係包含一顯示單元、一輸入單元以及一處理單元，該顯示單元用以顯示一操作介面，並具有一觸控區域，其中該操作介面係選擇性地顯示該立體成型機構所具有之功能選項、訊息及資訊，該觸控區域係可供觸碰以進行該操作介面之功能選項，該輸入單元係與該觸控區域相對應設置，當使用者觸碰該觸控區域之一觸點以選擇該操作介面時，該輸入單元係根據該觸點之位置產生對應之一觸控訊號，該處理單元係與該輸入單元電連接，用以接收該觸控訊號，並依據該觸控訊號控制該立體成型機構對應地執行功能運作，該處理單元係與該顯示單元電連接，用以根據所接收之該觸控訊號操控該顯示單元顯示相對應的畫面。
5. 如申請專利範圍第1項所述之立體成型機構之控制方法，其中該電腦系統係為單一電腦、單一伺服器或單一工作站。
6. 如申請專利範圍第1項所述之立體成型機構之控制方法，其中該步驟(a)更包括步驟：(a1)該通用序列匯流排(USB)傳輸介面可直接插入移動式存儲裝置取得資料，在非妥善的電腦系統環境中可以直接透過移動式的存儲裝置輸入資料來源，將已進行切層程序過的列印資料傳輸給該介面系統做資料接收，並對資料進行解譯以及編排資料格式之動作，進而完成驅動前置工作，促使該列印驅動平台驅動完成噴印粉末之成型動作者。
7. 如申請專利範圍第3項所述之立體成型機構之控制方法，其中該噴膠系統包含一列印模組，該列印模組所噴印之解析度為每一英吋噴印500至600個墨 點。
8. 如申請專利範圍第1項所述之立體成型機構之控制方法，其中該切層運算係為一智慧型不連續切層運算方法，至少包括步驟：(b1)存取一物件之一切層平面與複數個網格相切所產生之複數個切點資訊；(b2)判斷一列印模組是否進行非彩色液體噴印；(b3)判斷結果為是時，藉由該複數個切點資訊將每一網格與該切層平面相切時所產生之兩切點進行連接，以形成一第一切層輪廓；以及(b4)判斷該第一切層輪廓是否存在不連續面，於判斷結果為是時，以極座標進行配對且選擇一極軸與該極軸之一終點切點至另一切點之一連接路徑間夾角較小之該連接路徑，以將該第一切層輪廓連接成一封閉切層輪廓，以於該封閉切層輪廓內進行非彩色液體噴印。
9. 如申請專利範圍第8項所述之立體成型機構之控制方法，其中於步驟(b3)中更包含步驟：(b31)判斷結果為否時，藉由該複數個切點資訊將每一網格與該切層平面相切時所產生之兩切點進行連接，以形成一彩色切層輪廓，並使該列印模組根據該彩色切層輪廓進行彩色液體噴印。
10. 如申請專利範圍第8項所述之立體成型機構之控制方法，其中該切點資訊係包含每一該切點之座標、顏色以及貼圖資訊。
11. 如申請專利範圍第8項所述之立體成型機構之控制方法，其中每一該網格係以逆時針方向來判斷該切點為一起點切點或一終點切點，且定義產生於路徑往下方向的該切點設為該起點切點，而產生於路徑往上方向的該切點設為該終點切點。
12. 如申請專利範圍第11項所述之立體成型機構之控制方法，其中該兩切點間進行連接係以該起點切點與該終點切點連接，且非以該起點切點與該起點切點，或是終點切點與終點切點的方式連接。
13. 如申請專利範圍第8項所述之立體成型機構之控制方法，其中步驟(b4)中以極座標進行配對且選擇夾角較小之該連接路徑係先根據一先前的路徑方向於一極座標中的位置來決定該極軸的擺放位置，以使該極軸與該先前路徑方向平行設置，待該極軸的擺放位置確定後再選擇該極軸與該極軸之該終點切點至該另一切點之該連接路徑間夾角較小之連接路徑。
14. 如申請專利範圍第13項所述之立體成型機構之控制方法，其中該極軸的擺放位置係為對應之直角座標系統之X軸正向方向、X軸負向方向、Y軸正向方向或Y軸負向方向。
15. 如申請專利範圍第8項所述之立體成型機構之控制方法，其中步驟(b4)後更包含步驟：(b5)判斷是否完成該切層平面的所有噴印。
16. 如申請專利範圍第15項所述之立體成型機構之控制方法，其中若步驟(b5)的判斷結果為否時，則重新執行步驟(b2)。
17. 如申請專利範圍第16項所述之立體成型機構之控制方法，其中若步驟(b5)判斷結果為是，則執行步驟(b6)判斷是否完成該物件之所有切層平面的噴印步驟，若判斷結果為否，則重新執行步驟(b1)，若判斷結果為是，完成該物件的切層處理。