專利名稱：計(jì)算機(jī)與打印機(jī)輔助實(shí)物化的快速成型裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所涉及的是一種快速成型技術(shù)(Rapid Prototyping)領(lǐng)域的新方法及裝置，尤其是指三維印刷技術(shù)(3D Printing)的新方法與裝置。
背景技術(shù)：
在過(guò)去的十年里，由于計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)的進(jìn)步，制造業(yè)發(fā)展了快速雛型方法(Rapid Prototyping，RP)，能很迅速地將設(shè)計(jì)原始構(gòu)想制造出來(lái)?？焖僭?RP)技術(shù)能無(wú)限制幾何形狀，而且越復(fù)雜的零件越顯示RP技術(shù)的卓越性，更可大大地節(jié)省人力與加工時(shí)間，在時(shí)間最短的要求下，將3D CAD上的設(shè)計(jì)零件，真實(shí)地呈現(xiàn)出來(lái)，不但摸得到，亦可真實(shí)地感受得到它的幾何曲線，更可以試驗(yàn)零件的裝配性、甚至進(jìn)行可能的功能試驗(yàn)。
這些快速成型法有很多種，如三維印刷(3-D Printing)，立體印刷(Stereo-Lithography，SLA)，選擇性雷射燒結(jié)(Selective Laser Sintering，SLS)，立體制版(Solider Process，SP)，熔合沉積模型(Fused Deposition Modeling，F(xiàn)DM)，層化物品制造(Laminated Object Manufacturing，LOM)，及所謂的辦公室雛型(Office RP)-快速概念成型法(Rapid Concept Modeler，RCM)。其中快速概念成型法(RCM)，為一種最新又最經(jīng)濟(jì)的方法，能將設(shè)計(jì)者構(gòu)想概念由設(shè)計(jì)圖迅速的作成地做模型，整合性地改進(jìn)其缺點(diǎn)，確認(rèn)后并進(jìn)一步開(kāi)新模而加速生產(chǎn)。如此不但構(gòu)想與成品的開(kāi)發(fā)時(shí)間加速，而且節(jié)省相當(dāng)可觀的開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)。
所謂RCM目前的制作方法為利用較高熔點(diǎn)石蠟，經(jīng)熔爐熔化在注出時(shí)經(jīng)壓晶體管振動(dòng)而產(chǎn)生單粒徑液滴，并利用CAD/CAM技術(shù)將預(yù)期產(chǎn)品予以成型，并將三維立體轉(zhuǎn)換成許多水平的層狀切片，由單粒徑滴液在指定平面逐層涂布，再由這些層片的堆棧體，形成最后預(yù)期的立體型狀。然而目前的技術(shù)水準(zhǔn)僅限于使用石蠟材料來(lái)作成模型，再進(jìn)一步來(lái)作成殼模等成型模具。如果能將金屬液滴直接形成在預(yù)定模型上，更可以縮短時(shí)程及省下大量開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)。根據(jù)美國(guó)普惠公司(Pratt & Whitney)生產(chǎn)飛機(jī)引擎零組件的經(jīng)驗(yàn)，快速雛型法不但降低成本至原來(lái)的1/10，時(shí)間也節(jié)省70-90％。
若以快速成型的材料來(lái)區(qū)分，可以分為固體(如LOM)，液體(如SLA)，半固半液體(FDM)，粉末(如SLS)等多種。另外，在粉末冶金技術(shù)的應(yīng)用上，金屬粉末為主要的原料，可以均勻混合多種金屬粉末，先予以成型，而再加以燒結(jié)(Sintered)程序，即可得到良好的工業(yè)零件，許多高級(jí)航天零件及汽車零件都是以這種方法制成。當(dāng)然，粉末冶金技術(shù)最重要是先要有粉末，如鋁粉是許多化學(xué)品，冶金制品，軍事炸藥，以及火箭燃料的主要原料，使用相當(dāng)廣泛；根據(jù)中科院的調(diào)查報(bào)告，國(guó)內(nèi)使用粉末逐年提升，但多仰賴進(jìn)口。
但就以快速成型的原來(lái)訴求而言，快速成型的目的，無(wú)論作為一種初期產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)(Conceptual Design)或作為先期模具的雛型，先期設(shè)備投資即為一個(gè)相對(duì)昂貴的項(xiàng)目。而且就初期成型的概念，如果能以更經(jīng)濟(jì)、可靠、快速及更安全的方式，不但能在辦公室就可以生產(chǎn)原型模型，而且未來(lái)設(shè)計(jì)普及程度亦將大輻提高。
使用噴印方式噴膠于多孔性材料以形成三維實(shí)體對(duì)象的專利于1993年USPN 5,204,055已公布，Z-corp.公司參考該專利衍申出USPN 5,902,244；USPN6,007,318；USPN 6,375,874；USPN Three-Dimensional Printer等專利。這些專利提出可供成型的設(shè)備設(shè)計(jì)理念，及粉末材料與膠粘劑的專利配方；唯其公開(kāi)的專利配方其實(shí)并不可行。Z-corp.的設(shè)備亦于2000年左右開(kāi)始引進(jìn)臺(tái)灣，成功大學(xué)航天系亦為使用者之一。然而多年的使用，發(fā)現(xiàn)該機(jī)器及使用材料的缺點(diǎn)，遂于2001年提出材料的發(fā)明專利，目前仍在再審查中，另外，基于本項(xiàng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)潛力，亦在2002年12月本校結(jié)合相關(guān)專長(zhǎng)的教授組成的研發(fā)團(tuán)隊(duì)榮獲經(jīng)濟(jì)部學(xué)界科專的肯定，補(bǔ)助三年的研究計(jì)畫(huà)，藉由三維噴印核心技術(shù)的研究發(fā)展，以開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的三維噴印技術(shù)；經(jīng)一年半的研發(fā)及可行性研究，本發(fā)明的方法與裝置技術(shù)的實(shí)施已獲確認(rèn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，基于國(guó)外Z-corp.公司的快速成型機(jī)的使用經(jīng)驗(yàn)，及發(fā)明人過(guò)去在機(jī)械制造領(lǐng)域的多年經(jīng)驗(yàn)，三維印刷式的快速成型機(jī)有下列的問(wèn)題(1)機(jī)器的精度不足，以致成品的表面粗糙度高，尺寸誤差大；(2)材料的強(qiáng)度很差，粗胚件(green part)連用手取件都有可能損壞，需要后處理；(3)噴印頭的壽命短，常導(dǎo)致產(chǎn)品于制作過(guò)程中因噴頭損壞而失敗；(4)打印速度不夠快，每分鐘僅二頁(yè)；(5)機(jī)器仍相當(dāng)?shù)陌嘿F。
本發(fā)明的目的是提供一種計(jì)算機(jī)與打印機(jī)輔助實(shí)物化的快速成型裝置，主要利用一種整合計(jì)算機(jī)與打印機(jī)或繪圖機(jī)系統(tǒng)使用個(gè)人計(jì)算機(jī)或工作站，將市售或功能性需要而獨(dú)立發(fā)展而成的打印機(jī)或繪圖機(jī)，整合成具平面移動(dòng)功能的噴印平臺(tái)所組成的系統(tǒng)，再與其它功能性裝置及機(jī)構(gòu)組合，構(gòu)成可將儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)記憶區(qū)的虛擬物像制造成立體實(shí)物的設(shè)備，配合三維成型方法的原理與技術(shù)成功地開(kāi)發(fā)出一臺(tái)三維噴印快速成型機(jī)。即使用本發(fā)明裝置結(jié)合對(duì)象切層演算控制軟件與將對(duì)象噴印成型的過(guò)程控制韌體，透過(guò)噴膠粘劑于選擇位置的復(fù)合粉末材料上，將儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)記憶區(qū)的虛擬物像一層一層地疊合噴印膠結(jié)制造成立體實(shí)物的裝置。
技術(shù)手段本發(fā)明自始即不預(yù)設(shè)立場(chǎng)，不作與其相同的原始快速成型方法與裝置的模仿，完全針對(duì)一臺(tái)先進(jìn)的三維成型方法與裝置的最佳化研究開(kāi)發(fā)，本著精益求精原則，于方法與裝置上予以改良。在過(guò)程中，經(jīng)歷相當(dāng)?shù)氖?，但亦因此衍生不同?yīng)用的構(gòu)想，可見(jiàn)原創(chuàng)性思維的重要性。
經(jīng)過(guò)反復(fù)的研究及討論，要整體的解決以上問(wèn)題，需要有全新的概念出發(fā)作設(shè)計(jì)，本發(fā)明提出以下方法(1)直接能以市售打印機(jī)及其控制組件為機(jī)臺(tái)的一部份Z-corp.目前是利用HP的噴頭，但自行研發(fā)其控制卡以噴出膠粘劑的噴量控制，其主要原因乃其粉末的成份需要膠粘劑量較大，尤其在成品的外殼(shell)加強(qiáng)其噴膠量才能獲致所需的強(qiáng)度；但如此一來(lái)，其噴墨頭的分辨率目前只作到600dpi的程度，先前更只作到300dpi。但要能直接以市售打印機(jī)及其控制組件為機(jī)臺(tái)的一部份(目前分辨率很容易達(dá)1400dpi以上)，則必須研發(fā)更小量膠粘劑即可成型的粉末及必須破解打印機(jī)的過(guò)程控制，相信這也是Z-corp.一直無(wú)法作到的原因。
(2)研發(fā)更精致及材料強(qiáng)度更好的可成型粉末這個(gè)問(wèn)題較屬于材料層面的問(wèn)題，并不包含在本發(fā)明專利中所述，主要在本機(jī)器的測(cè)試中已發(fā)明較低噴膠量的可成型粉末，詳見(jiàn)專利申請(qǐng)案號(hào)90100996號(hào)。
(3)噴頭壽命的延長(zhǎng)若是以市售印機(jī)表機(jī)來(lái)應(yīng)用，應(yīng)可相當(dāng)程度的延長(zhǎng)壽命，唯需要同步設(shè)計(jì)一個(gè)噴頭清理裝置，以配合原打印機(jī)的動(dòng)作需要，但其前題必須解決連續(xù)供墨(膠)的問(wèn)題，故本發(fā)明亦必須包含連續(xù)供膠機(jī)構(gòu)。
(4)加快打印速度若能采用市售打印機(jī)，其速度至少每分鐘4-8頁(yè)，但若能在機(jī)構(gòu)中分離鋪粉機(jī)構(gòu)與噴印機(jī)構(gòu)，使用兩者各自獨(dú)立，如此可進(jìn)一步節(jié)省非噴印區(qū)所需的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，使整體打印速度加快。
(5)至若機(jī)器昂貴的問(wèn)題，乃因須花費(fèi)相當(dāng)大的人力來(lái)開(kāi)發(fā)噴頭控制卡，以及在機(jī)器中仍有另一部計(jì)算機(jī)作為資料及程序傳輸?shù)倪\(yùn)算裝置，另外噴膠量的增加，亦須增加泵浦及相關(guān)的控制，整體機(jī)器架構(gòu)更屬?gòu)?fù)雜。本發(fā)明以市售打印機(jī)直接運(yùn)用于快速成型機(jī)機(jī)中，由于打印機(jī)的單價(jià)相對(duì)的非常便宜，因此本問(wèn)題可以獲致相當(dāng)程度的解決。
(6)本發(fā)明亦提出其它機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，使快速成型機(jī)的堆棧過(guò)程更為精準(zhǔn)，有助于提高產(chǎn)品的尺寸精度，甚至幾何公差的減小，如將供料槽、建構(gòu)槽及回收孔結(jié)合一體設(shè)計(jì)，有助提高剛性及改善機(jī)器及其制作產(chǎn)品的精度。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是本發(fā)明是利用一種整合計(jì)算機(jī)與打印機(jī)或繪圖機(jī)系統(tǒng)使用個(gè)人計(jì)算機(jī)或工作站，將市售或功能性需要而獨(dú)立發(fā)展而成的打印機(jī)或繪圖機(jī)，整合成具平面移動(dòng)功能的噴印平臺(tái)及鋪粉平臺(tái)所組成的系統(tǒng)，再與其它功能性裝置及機(jī)構(gòu)組合，結(jié)合對(duì)象切層演算控制軟件與將對(duì)象噴印成型的過(guò)程控制韌體，透過(guò)噴膠粘劑于選擇位置的復(fù)合粉末材料上，構(gòu)成可將儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)記憶區(qū)的虛擬物像一層一層地疊合噴印膠結(jié)制造成單色或彩色立體實(shí)物的方法，此為一新式三維印刷成型裝置與技術(shù)。
本發(fā)明的裝置，包含有一個(gè)工作平臺(tái)，二個(gè)橫跨懸掛于工作平臺(tái)兩邊的精密滑軌的上的鋪粉平臺(tái)與噴印平臺(tái)，結(jié)合前述三個(gè)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，連續(xù)供膠系統(tǒng)及軟件與韌體接口；沿著工作平臺(tái)長(zhǎng)軸方向有一個(gè)供料槽，一個(gè)建構(gòu)槽和一個(gè)多余材料的回收孔，供料槽及建構(gòu)槽內(nèi)一周圍密封的可上下移動(dòng)的活塞式平板，分別稱為供料平板及建構(gòu)平板，可經(jīng)控制移動(dòng)位置，以提供定量粉末均勻鋪陳一層粉末的功能；鋪粉平臺(tái)與噴印平臺(tái)兩者具備結(jié)合與分離作動(dòng)的功能，而且節(jié)省了在非噴印區(qū)域不必要的移動(dòng)距離與時(shí)間。成型粉末置放于供料槽內(nèi)并經(jīng)過(guò)適當(dāng)壓實(shí)與壓平，藉由電控程序及軟件與韌體接口的整合，驅(qū)動(dòng)鋪粉平臺(tái)及鋪粉滾輪，平順地將供料槽內(nèi)的復(fù)合粉末轉(zhuǎn)移至建構(gòu)平板上，多余的粉末材料送至回收孔集中回收；然后切換至自動(dòng)成型控制功能，驅(qū)動(dòng)噴印平臺(tái)，連續(xù)供膠系統(tǒng)及噴頭將計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的三維對(duì)象經(jīng)切層處理后所得到的第一層輪廓圖形資料，噴膠于建構(gòu)平板相對(duì)應(yīng)于輪廓圖形的復(fù)合粉末上，以膠粘出一層薄薄的切層輪廓平板；完成一頁(yè)噴印成型后，將建構(gòu)平板下降一層的高度，及提高供料平板，再驅(qū)動(dòng)鋪粉平臺(tái)及鋪粉滾輪將預(yù)先設(shè)定的每一切層厚度材料，從供料槽內(nèi)轉(zhuǎn)移至建構(gòu)槽的建構(gòu)平板上，而多余的粉末材料亦送至回收孔集中回收，如此重復(fù)噴印成型與鋪粉動(dòng)作直至三維對(duì)象完全成型為止，最后將埋在建構(gòu)槽的立體對(duì)象升起，去除未膠粘的粉末，即可得到立體實(shí)物模型。過(guò)程中使用單色膠粘劑可獲得單色的實(shí)體對(duì)象，使用彩色膠粘劑即可獲得彩色的實(shí)體對(duì)象。為加強(qiáng)對(duì)象的制作品質(zhì)，可外加烘干或風(fēng)干裝置，以減少對(duì)象干燥成型時(shí)間。
本裝置的鋪粉平臺(tái)上有一鋪粉滾輪，其作用為漸增式地鋪疊每一層粉末材料至建構(gòu)平板上，動(dòng)作過(guò)程是將供料槽內(nèi)的成型粉末轉(zhuǎn)移一層設(shè)定的建構(gòu)材料體積至建構(gòu)平板上，并將所用剩的多余粉末帶至回收孔中集中于平臺(tái)下的回收槽中。
本裝置的噴印平臺(tái)上所結(jié)合的噴頭，可在整個(gè)工作平臺(tái)上作XY軸的平面運(yùn)動(dòng)，噴印平臺(tái)上另裝有噴頭清潔裝置與膠粘劑供應(yīng)系統(tǒng)，至少包含一個(gè)以上的噴膠匣安裝于噴頭座(Printer Cartridge)中，作為提供噴頭噴膠時(shí)的儲(chǔ)存膠粘劑的小容器；噴膠匣上連接供應(yīng)膠粘劑的管線，以供給噴印所須的膠粘劑；噴頭內(nèi)含多個(gè)噴嘴，使用市售的噴印技術(shù)即可達(dá)成噴印效果，并可多段數(shù)的變化調(diào)節(jié)控制噴出使對(duì)象膠結(jié)成型所需要的膠粘劑量，亦可選擇性地噴印對(duì)象切層輪廓于成型粉末上，使對(duì)象膠合成型，本方法使用均勻膠粘劑噴出量于粉床上，制作成的對(duì)象可得到較強(qiáng)的強(qiáng)度與精度；此外，噴頭清潔裝置含有一個(gè)刮刀(Wiper)機(jī)構(gòu)，位于噴頭移動(dòng)軌跡上，作為刮除噴嘴出口處附著的粉塵材料與膠粘劑的混合所形成的堆積污物，于噴印期間，噴嘴經(jīng)過(guò)刮刀時(shí)，亦可噴出清潔膠水以清潔此刮刀。為求噴印具備切層輪廓較大面積的連續(xù)大量噴膠時(shí)的順暢性，于噴頭清潔裝置盒中設(shè)計(jì)一軟性槽狀零件與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可封閉噴頭噴嘴并作抽取動(dòng)作。此功能有助于保持噴頭免于堵塞，大幅增加噴頭壽命。
膠粘劑內(nèi)可不含染料，亦可包含有色彩的染料，以上的膠粘劑可從噴嘴噴出于建構(gòu)槽粉床的被選擇區(qū)域上，以制作出單色或具多種復(fù)合顏色的實(shí)體對(duì)象，僅對(duì)象的表面起至某一厚度層的深度噴上多顏色膠粘劑使的呈現(xiàn)彩色實(shí)體。
供料槽、建構(gòu)槽與回收孔使用兩片長(zhǎng)塑料平板與三塊較短的平板和一塊更短的平板結(jié)合而成，于較短平板上結(jié)合經(jīng)球形銑刀銑切完成的橫放轉(zhuǎn)角壓條，在供料槽及建構(gòu)槽的內(nèi)壁形成兩個(gè)切斷面具平順圓形轉(zhuǎn)角的長(zhǎng)方孔；沿著供料及建構(gòu)平板四周圍切一凹狀槽并組合軟性硅膠封環(huán)，與供料槽和建構(gòu)槽形成一類似活塞機(jī)構(gòu)，能精密且平順地上下滑動(dòng)，并防止槽內(nèi)粉末從接縫處滑落下去?；厥湛子蓛善L(zhǎng)塑料平板的突出于建構(gòu)槽較短平板外壁的塑料平板壁與更短的平板組合而成。此種設(shè)計(jì)方式，一次將供料槽、建構(gòu)槽與回收孔結(jié)合為一體，本發(fā)明創(chuàng)作可獲得較佳的機(jī)械剛性(Stiffness)及兩槽較好的平行度與垂直度，有效改善機(jī)器幾何公差。
在軟件及韌體方面，本發(fā)明將所使用的切層軟件與控制成型制造的驅(qū)動(dòng)韌體分開(kāi)執(zhí)行，當(dāng)切層軟件完成對(duì)象排放與加工參數(shù)設(shè)定等的所有制作前準(zhǔn)備工作，交由計(jì)算機(jī)窗口化控制的韌體接口，以執(zhí)行快速成型加工與制程狀況的偵測(cè)，如此不但應(yīng)用較便利的PC-Based控制外，更可省下手動(dòng)按鈕過(guò)程控制的外加電路設(shè)計(jì)裝置，有助于機(jī)器成本的降低及簡(jiǎn)化操作程序。
以上所言的裝置與各種新穎的零件的結(jié)構(gòu)和組合特征，將更進(jìn)一步地描述或說(shuō)明于附圖與專利范圍中，以致于能完全了解利用計(jì)算機(jī)將儲(chǔ)存于內(nèi)存中經(jīng)數(shù)字化處理后的三維對(duì)象資料使用三維印刷機(jī)制造成立體實(shí)物的裝置與方法。
對(duì)照先前技術(shù)的功效本發(fā)明與Z-corp.公司所研發(fā)快速成型的方法與裝置乍看相似，基于該方法與裝置已有專利，自無(wú)需再取樣分析或基于模仿的想法；但其實(shí)有相當(dāng)多的方法與裝置裝置的不同。
在此為具體地呈現(xiàn)本發(fā)明的原創(chuàng)性與進(jìn)步性，特別具體列舉出與Z-corp.公司的上述專利衍申出快速成型機(jī)的不同。分述如下(1)本發(fā)明具有使用市售或功能性需要而獨(dú)立發(fā)展而成的打印機(jī)或繪圖機(jī)，一般市售的打印機(jī)或繪圖機(jī)為多家知名的國(guó)際型打印機(jī)公司(HP、Canon、Epson、Lexmark等)所開(kāi)發(fā)而成，已具備相當(dāng)良好的噴印穩(wěn)定度與打印精度；不同于Z-corp.公司僅限于使用某些該公司只能驅(qū)動(dòng)的特定低分辨率噴頭，其適用廣度與精密度皆優(yōu)于Z-corp.公司的設(shè)計(jì)。
(2)本發(fā)明具有可分離式噴印平臺(tái)與鋪粉平臺(tái)；不同于Z-corp.公司的將鋪粉滾輪與噴印機(jī)構(gòu)置放于同一移動(dòng)平臺(tái)上，而且本設(shè)計(jì)的噴印平臺(tái)具備重量輕，而且節(jié)省了非噴印區(qū)域的不必要的移動(dòng)距離，亦優(yōu)于Z-corp.公司的設(shè)計(jì)。
(3)本發(fā)明具有使用市售的噴印技術(shù)即可達(dá)成噴印效果，不需如Z-corp.公司噴印裝置需外加泵浦及閥件作壓力控制才可正常噴印。
(4)本發(fā)明具有的噴印方法使用均勻膠粘劑噴出量于粉床上，其與Z-corp.公司噴印方式分外殼(Shell)與核心(Core)區(qū)域噴上不同的膠粘劑量的方法不同，本方法制作成的對(duì)象可得到較強(qiáng)的強(qiáng)度與精度。
(5)本發(fā)明具有于噴頭清潔裝置盒中設(shè)計(jì)一軟性槽狀零件與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可封閉噴頭噴嘴并作抽取動(dòng)作，此又與Z-corp.公司設(shè)計(jì)的接管僅作為噴頭噴嘴廢膠的收集管線的作用不同，此功能有助于保持噴頭免于堵塞，大幅增加噴頭壽命。
(6)本發(fā)明具有一次將供料槽、建構(gòu)槽與回收孔結(jié)合為一體的設(shè)計(jì)方式，有別于Z-corp.公司在USPN 6,375,8745專利FIG.11所論述的制作方式，本發(fā)明創(chuàng)作可獲得較佳的機(jī)械剛性(Stiffness)及兩槽較好的平行度與垂直度，有效改善機(jī)器幾何公差。
(7)本發(fā)明具有將切層軟件與控制成型制造的驅(qū)動(dòng)韌體分開(kāi)執(zhí)行，有別于Z-corp.公司開(kāi)發(fā)的制作軟件于機(jī)器上尤需使用一套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的浪費(fèi)，如此不但應(yīng)用較便利的PC-Based控制外，更可省下手動(dòng)按鈕過(guò)程控制的外加電路設(shè)計(jì)裝置，有助于機(jī)器成本的降低及簡(jiǎn)化操作程序。


圖1是本發(fā)明快速成型的整合系統(tǒng)圖。
圖2是本發(fā)明快速成型機(jī)的立體透視圖。
圖3是本發(fā)明快速成型機(jī)裝置的工作平臺(tái)上視圖。
圖4是本發(fā)明噴印平臺(tái)部分的放大詳細(xì)圖。
圖5是本發(fā)明鋪粉平臺(tái)部分的放大詳細(xì)圖。
圖6是本發(fā)明快速成型機(jī)噴印過(guò)程圖。
圖7是本發(fā)明供料槽與建構(gòu)槽及回收孔的槽盒立體圖。
圖8是本發(fā)明打印機(jī)驅(qū)動(dòng)控制接口下的非壓力控制方式的噴頭噴膠系統(tǒng)方塊圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明1計(jì)算機(jī)；2快速成型機(jī)；3已成形的實(shí)體對(duì)象；4后處理裝置；5完成后處理的實(shí)體對(duì)象；7資料存取裝置；8三維對(duì)象；9應(yīng)用軟件；10切層軟件；11切層演算結(jié)果資料；12加工設(shè)定資料；13窗口接口韌體驅(qū)動(dòng)程序；14適配卡；15不干凈區(qū)；16控制電路接口；17后處理程序；18干凈區(qū)；19工作平臺(tái)；20供料槽；21活塞式供料槽平板；22建構(gòu)槽；23活塞式建構(gòu)槽平板；24回收孔；25粉末回收槽；26工字形設(shè)計(jì)機(jī)架；27工字形設(shè)計(jì)機(jī)架；28螺桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；29螺桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；30噴印平臺(tái)；31噴頭；32小噴嘴孔；33快速滑軌；34離合器導(dǎo)軌；35供膠管；36移動(dòng)導(dǎo)軌組件組合；37支撐導(dǎo)軌；38移動(dòng)導(dǎo)軌；39離合桿；40鋪粉平臺(tái)；41鋪粉滾輪；42遮粉滑動(dòng)片；43電氣箱；44移動(dòng)導(dǎo)軌組件組合；45離合裝置；46噴印平臺(tái)主結(jié)構(gòu)板；47清潔裝置；48廢膠收集杯；49膠粘液體儲(chǔ)存瓶；50軟性刮板；51廢膠收集桶；52離合器摩擦輪；53回膠管；54建構(gòu)粉末材料；55足夠供給建構(gòu)槽平板所需的建構(gòu)粉末材料；57多余的建構(gòu)粉末材料；58刮出的建構(gòu)粉末材料；59鋪平建構(gòu)粉末材料；60長(zhǎng)塑料平板；61較短的塑料平板；62轉(zhuǎn)角壓條；63螺絲；64更短的塑料平板。
具體實(shí)施例方式
(一)快速成型機(jī)系統(tǒng)圖1是一套快速成型的整合系統(tǒng)，有計(jì)算機(jī)1，快速成型機(jī)2，已成形的實(shí)體對(duì)象3，一個(gè)后處理裝置4與完成后處理的實(shí)體對(duì)象5。
計(jì)算機(jī)1為個(gè)人計(jì)算機(jī)或工作站，可獨(dú)立或透過(guò)局域網(wǎng)絡(luò)或?qū)掝l網(wǎng)絡(luò)架設(shè)來(lái)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算機(jī)1包含一些應(yīng)用軟件9，例如CAD/CAM軟件，所繪制的三維對(duì)象8資料存取于計(jì)算機(jī)1的資料存取裝置7，可使用應(yīng)用CAD/CAM軟件9對(duì)三維對(duì)象8資料作修改。當(dāng)使用者欲制造出完成后處理的實(shí)體對(duì)象5時(shí)，需將三維對(duì)象8資料從資料存取裝置7輸出至切層軟件10中，經(jīng)一是列排放三維對(duì)象8與設(shè)定對(duì)應(yīng)的加工條件后，將加工設(shè)定資料12傳送至窗口接口韌體驅(qū)動(dòng)程序13，透過(guò)窗口接口韌體驅(qū)動(dòng)程序13中的適配卡14將加工設(shè)定資料12傳至快速成型機(jī)2，作實(shí)體對(duì)象3制作前的預(yù)鋪粉動(dòng)作，完成后，由切層軟件10驅(qū)動(dòng)清潔噴頭動(dòng)作，再將切層演算結(jié)果資料11送至快速成型機(jī)2進(jìn)行實(shí)體對(duì)象3的成型制作。
快速成型機(jī)2區(qū)分成干凈區(qū)18與不干凈區(qū)15，接口控制電路與電氣組件均置于干凈區(qū)18中。當(dāng)切層軟件10將切層演算結(jié)果資料11送至快速成型機(jī)2中的控制電路接口16，于快速成型機(jī)2上進(jìn)行實(shí)體對(duì)象3的成型制作。使用一般市面上可購(gòu)得的打印機(jī)或繪圖機(jī)用噴頭噴印二維切層形狀于鋪設(shè)完成的粉床上，完成一頁(yè)噴印后，建構(gòu)平板23下降一事先設(shè)定層厚高度，及提高供料平板21，鋪粉滾輪再鋪上事先設(shè)定層厚的新粉于上一頁(yè)粉床上，再重復(fù)第二頁(yè)噴印程序，如此重復(fù)動(dòng)作，直至切層演算結(jié)果資料11完全噴印，利用噴膠與成型粉末產(chǎn)生膠合或反應(yīng)，使得成型結(jié)果得到實(shí)體對(duì)象3。
當(dāng)實(shí)體對(duì)象3的強(qiáng)韌度特性符合使用者要求時(shí)，改進(jìn)實(shí)體對(duì)象3強(qiáng)韌度特性的后處理程序17可以省略；若實(shí)體對(duì)象3的強(qiáng)韌度特性不符合使用者要求時(shí)，可以使用后處理裝置4進(jìn)行處理，直至完成實(shí)體對(duì)象5。
(二)快速成型機(jī)裝置圖2是快速成型機(jī)2的立體透視圖，其包括工作平臺(tái)19，沿著X軸方向依序有供料槽20和底部的活塞式供料槽平板21、建構(gòu)槽22和底部的活塞式建構(gòu)槽平板23及鋪粉后多余粉末的回收孔24和可抽取的粉末回收槽25。雖然在圖2省略繪制硅膠封環(huán)，不過(guò)在沿著活塞式供料槽平板21及活塞式建構(gòu)槽平板23四周圍各切一凹狀槽并組合軟性硅膠封環(huán)，并與供料槽20和建構(gòu)槽22四周槽壁密合接觸，形成一類似滑動(dòng)活塞機(jī)構(gòu)，并防止槽內(nèi)粉末從接縫處滑落下去?；钊焦┝喜燮桨?1及活塞式建構(gòu)槽平板23各接連工字形設(shè)計(jì)機(jī)架26，27，工字形設(shè)計(jì)機(jī)架26，27各與Z軸向供料槽20及建構(gòu)槽22的螺桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)28，29構(gòu)成精密的線性運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使得活塞式供料槽平板21及活塞式建構(gòu)槽平板23能精密且平順地上下運(yùn)動(dòng)，結(jié)合鋪粉動(dòng)作，可供應(yīng)建構(gòu)實(shí)體對(duì)象3的所需要的建構(gòu)粉末量。
圖3為快速成型機(jī)2去除不干凈區(qū)15與干凈區(qū)18各上蓋后的裝置上視圖，工作平臺(tái)19上依序有供料槽20，建構(gòu)槽22，回收孔24三個(gè)槽孔，橫跨工作平臺(tái)上放于移動(dòng)導(dǎo)軌38與支撐導(dǎo)軌37上，噴印平臺(tái)30與鋪粉平臺(tái)40與移動(dòng)導(dǎo)軌38及各移動(dòng)導(dǎo)軌組件組合36，44形成有如可繞移動(dòng)導(dǎo)軌38軸旋轉(zhuǎn)的懸臂平臺(tái)，噴印平臺(tái)30另一邊懸放于支撐導(dǎo)軌37上，如此橫放通過(guò)于工作平臺(tái)19上，在工作期間，需驅(qū)動(dòng)上下離合桿39使離合器導(dǎo)軌34的作動(dòng)以結(jié)合噴印平臺(tái)30，使噴印平臺(tái)30可以沿著負(fù)x軸方向作間歇式平移運(yùn)動(dòng)，控制離合器導(dǎo)軌34與離合裝置45可使鋪粉平臺(tái)40與噴印平臺(tái)30分開(kāi)或結(jié)合地沿著x軸方向作往復(fù)鋪粉移動(dòng)與定位。噴印平臺(tái)30有一沿著y軸方向的快速滑軌33，可裝載至少一個(gè)以上的噴頭31沿著快速滑軌33的軸作可控制速度的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。噴印期間噴頭在y軸方向的運(yùn)動(dòng)速度快于噴印平臺(tái)30，鋪粉平臺(tái)40在x軸方向運(yùn)動(dòng)速度。噴頭31上有很多小噴嘴孔32組合成至少一列，于噴印期間可控制噴出膠粘液體于選擇性位置，膠粘液體由膠粘液體儲(chǔ)存瓶中經(jīng)供膠管35補(bǔ)充進(jìn)入噴頭內(nèi)。檔中也指出鋪粉平臺(tái)40上具有一支鋪粉滾輪41與輪側(cè)兩邊的遮粉滑動(dòng)片42，在下段文中有更詳細(xì)說(shuō)明。此外，在干凈區(qū)18有一個(gè)電氣箱43內(nèi)含控制電路板16與各電氣組件。
圖4是圖3的噴印平臺(tái)30部分的放大詳細(xì)圖。噴印平臺(tái)30有一沿著y軸方向的快速滑軌33，可裝載至少一個(gè)以上的噴頭31沿著快速滑軌33的軸作可控制速度的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。噴頭31上有很多小噴嘴孔32組合成至少一列，于噴印期間可控制噴出膠粘液體于選擇性位置，膠粘液體由膠粘液體儲(chǔ)存瓶49中經(jīng)供膠管35補(bǔ)充進(jìn)入噴頭31內(nèi)；于移動(dòng)路徑上裝置一片軟性刮板50，刮除噴頭31工作期間所堆積的污物，噴嘴于適當(dāng)時(shí)間會(huì)噴出微量干凈的膠粘劑于軟性刮板50上，一方面可作刮板清潔，另一方面填充膠粘劑入噴嘴微管中，噴頭31下方裝有一個(gè)廢膠收集杯48以收集以上的污物膠質(zhì)。當(dāng)噴頭31作清潔噴嘴時(shí)，于噴嘴下方安裝一清潔裝置47，連接回膠管53送至廢膠收集桶51中。離合器摩擦輪52于噴印期間結(jié)合離合器導(dǎo)軌34帶動(dòng)噴印平臺(tái)30往負(fù)x軸方向作間歇式平移運(yùn)動(dòng)，鋪粉期間脫離離合器導(dǎo)軌34以隨鋪粉平臺(tái)40作x軸方向往復(fù)移動(dòng)，至程序原點(diǎn)時(shí)再結(jié)合離合器導(dǎo)軌34以作定位的用。噴印平臺(tái)30上罩有一個(gè)密閉上蓋，作為隔離不干凈區(qū)15的粉塵，以保護(hù)噴頭31的驅(qū)動(dòng)電路組件與電氣接頭密封。
圖5是圖3的鋪粉平臺(tái)40部分的放大詳細(xì)圖。鋪粉平臺(tái)40上具有一支鋪粉滾輪41與輪側(cè)兩邊的遮粉滑動(dòng)片42。于鋪粉期間，鋪粉平臺(tái)40作x軸向移動(dòng)，帶動(dòng)其上的鋪粉滾輪41以猶如逆銑方式，將供料槽20內(nèi)的成型粉末轉(zhuǎn)移一層預(yù)先設(shè)定層厚的建構(gòu)材料至活塞式建構(gòu)槽平板23上，并將所用剩的多余粉末帶至回收孔24中落入粉末回收槽25中。輪側(cè)兩邊的遮粉滑動(dòng)片42主要是防止鋪粉期間多余的建構(gòu)材料從供料槽20和建構(gòu)槽22邊緣漏出于工作平臺(tái)的凹槽中。在圖5的左邊有一個(gè)離合裝置45，其目的是當(dāng)鋪粉動(dòng)作推動(dòng)噴印平臺(tái)30至左極限再往右移動(dòng)時(shí)，一起拉回噴印平臺(tái)30往程序原點(diǎn)，至程序原點(diǎn)時(shí)離合裝置45脫離，鋪粉平臺(tái)40在繼續(xù)往右回復(fù)至右極限位置。在下段噴印過(guò)程中有更詳細(xì)說(shuō)明。
(三)快速成型機(jī)的噴印過(guò)程圖6是快速成型機(jī)噴印過(guò)程圖。
1、先倒入足夠量的建構(gòu)粉末材料54進(jìn)入供料槽20中并適度地壓平，再使活塞式建構(gòu)槽平板23下降一預(yù)先設(shè)定厚度的距離，活塞式供料槽平板21上升至足夠供給活塞式建構(gòu)槽平板所需的建構(gòu)粉末材料55的高度，以逆銑方式轉(zhuǎn)動(dòng)鋪粉滾輪41從供料槽20刮出呈波浪形粉末的刮出的建構(gòu)粉末材料58；2、將刮出的建構(gòu)粉末材料58轉(zhuǎn)移并鋪平建構(gòu)粉末材料59于活塞式建構(gòu)槽平板23上；3、多余的建構(gòu)粉末材料57轉(zhuǎn)移至回收孔24落入粉末回收槽25中；4、活塞式供料槽平板21與活塞式建構(gòu)槽平板23下降一預(yù)先設(shè)定的厚度，鋪粉平臺(tái)40的離合裝置45契合噴印平臺(tái)30一起將噴印平臺(tái)30往程序原點(diǎn)移動(dòng)拉回，當(dāng)噴印平臺(tái)30移至程序原點(diǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)上下離合桿39使離合器導(dǎo)軌34作動(dòng)，以結(jié)合噴印平臺(tái)30，離合裝置45脫離，鋪粉平臺(tái)40繼續(xù)往右移動(dòng)回復(fù)至左極限位置，此時(shí)，切層軟件將切層演算結(jié)果資料11傳至噴印控制電路接口16，進(jìn)行切層輪廓圖形噴膠于鋪平建構(gòu)粉末材料59上，噴頭31沿y軸方向以線掃瞄運(yùn)動(dòng)方式完成一列的噴印后，噴印平臺(tái)30上的離合器摩擦輪52結(jié)合離合器導(dǎo)軌34帶動(dòng)噴印平臺(tái)30往負(fù)x軸方向移動(dòng)一間隔，噴頭31再沿y軸方向進(jìn)行下一線掃瞄噴印運(yùn)動(dòng)，完成第二列噴印后，噴印平臺(tái)30再往負(fù)x軸方向移動(dòng)至下一間隔，如此循環(huán)直至一頁(yè)噴印完成；5、活塞式建構(gòu)槽平板23上升至預(yù)留一預(yù)先設(shè)定的切層厚度的距離，活塞式供料槽平板21上升至足夠供給建構(gòu)槽平板所需的建構(gòu)粉末材料55的高度，以逆銑方式轉(zhuǎn)動(dòng)鋪粉滾輪41從供料槽20刮出呈波浪形粉末的刮出的建構(gòu)粉末材料58，將刮出的建構(gòu)粉末材料58轉(zhuǎn)移并鋪平建構(gòu)粉末材料59于活塞式建構(gòu)槽平板23上，并將噴印平臺(tái)30推回至右極限再拉回并定位于程序原點(diǎn)處；6、如此重復(fù)一至五步驟，直到實(shí)體對(duì)象3完成建構(gòu)；7、下降活塞式供料槽平板21，上升活塞式建構(gòu)槽平板23，去除實(shí)體對(duì)象3周圍未噴膠粘結(jié)的松散建構(gòu)粉末，取出實(shí)體對(duì)象3，再依實(shí)體對(duì)象5的特性要求，選擇性地決定是否進(jìn)行后處理。
(四)供料槽與建構(gòu)槽及回收孔的槽盒制作過(guò)程圖7是供料槽20與建構(gòu)槽22及回收孔24的槽盒。供料槽20、建構(gòu)槽22與回收孔24使用兩片長(zhǎng)塑料平板60與三塊較短的塑料平板61和更短的塑料平板64結(jié)合而成，于較短的塑料平板61上結(jié)合經(jīng)球形端銑刀銑切完成的橫放轉(zhuǎn)角壓條62，在供料槽20及建構(gòu)槽22的內(nèi)壁形成二個(gè)切斷面具平順圓形轉(zhuǎn)角的長(zhǎng)方孔；回收孔24則不作轉(zhuǎn)角處理。沿著供料平板21及建構(gòu)平板23四周圍切一凹狀槽并組合軟性硅膠封環(huán)，與供料槽20和建構(gòu)槽22形成一類似活塞機(jī)構(gòu)，能精密且平順地上下滑動(dòng)，并防止槽內(nèi)粉末從接縫處滑落下去。回收孔24由兩片長(zhǎng)塑料平板60的突出于建構(gòu)槽22較短平板61外壁的塑料平板壁與更短的塑料平板64使用粘合或螺釘釘合而成。此種設(shè)計(jì)方式，一次將供料槽20、建構(gòu)槽22與回收孔24結(jié)合為一體，可獲得較佳的機(jī)械剛性(Stiffness)及兩槽較好的平行度與垂直度，有效改善機(jī)器幾何公差。
(五)打印機(jī)驅(qū)動(dòng)接口控制下的非壓力控制方式的噴頭噴膠系統(tǒng)圖8是使用打印機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路接口16下的非壓力控制方式的噴頭31噴膠系統(tǒng)方塊圖。為求噴印具備切層輪廓較大面積的連續(xù)大量噴膠時(shí)的順暢性，防止污物阻塞小噴嘴孔32處及保持軟性括板50清潔以使括板的作用能完全發(fā)揮，提高噴頭31的使用壽命，防止噴印品質(zhì)降低等因素，故于噴頭清潔裝置47盒中設(shè)計(jì)一軟性槽狀零件與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可封閉小噴嘴孔32并作抽取動(dòng)作。
連續(xù)多頁(yè)噴膠于大面積輪廓圖形噴印時(shí)，順暢地連續(xù)供膠更是決定其是否能完全成功噴印的主要關(guān)鍵。有鑒于此，故本發(fā)明提出打印機(jī)驅(qū)動(dòng)接口控制下的非壓力控制方式的噴頭噴膠系統(tǒng)，以符合進(jìn)步與創(chuàng)造性。噴頭31上有很多小噴嘴孔32組合成至少一列，于噴印期間可控制噴出膠粘液體于選擇性位置，膠粘液體由膠粘液體儲(chǔ)存瓶49中透過(guò)馬達(dá)控制供膠機(jī)構(gòu)(圖8中的馬達(dá)B與控制器)，經(jīng)供膠管35補(bǔ)充進(jìn)入噴頭31內(nèi)；于噴頭31移動(dòng)路徑上裝置一片軟性刮板50，刮除噴頭31工作期間所堆積的污物，噴嘴于適當(dāng)時(shí)間會(huì)回至噴頭座中，此時(shí)，經(jīng)一軟性槽狀零件與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(馬達(dá)A)，可封閉噴頭小噴嘴孔32并作抽取動(dòng)作，抽出微量干凈的膠粘劑于小噴嘴孔32外側(cè)，并往復(fù)于刮板作微摩擦動(dòng)作，如此，一方面可作刮板清潔的用，另一方面填充膠粘劑入噴嘴微管中，噴頭31下方裝有一個(gè)廢膠收集杯48以收集以上的污物膠質(zhì)。當(dāng)噴頭31作清潔噴嘴時(shí)，于噴嘴31下方安裝的清潔裝置47，連接管子抽送廢膠至廢膠收集桶51中。
(六)改善快速成型件加工速度、強(qiáng)度、韌性與精度的方法改善快速成型件強(qiáng)度、韌性與精度的方法依制作時(shí)程分為快速成型制作過(guò)程中及快速成型制作完成實(shí)體對(duì)象3后等的前后處理方法。說(shuō)明如下(1)快速成型制作過(guò)程中的處理A.提高可噴出的膠粘劑粘度使用標(biāo)準(zhǔn)至精致品質(zhì)噴印。
B.增多建構(gòu)材料的膠合量提高噴膠量或重復(fù)噴膠。
C.輸入外加能量以促進(jìn)膠合反應(yīng)
a.噴印過(guò)程中使用微波或紅外線光加熱。
b.導(dǎo)入熱空氣于建構(gòu)區(qū)中流動(dòng)以加速干硬化。
D.加工參數(shù)條件的控制收縮比例補(bǔ)正與肉厚外滲補(bǔ)正等。
E.高強(qiáng)度反應(yīng)型的膠合作用單劑型或兩劑以上型的膠合促進(jìn)劑，使產(chǎn)生化學(xué)鍵結(jié)。
(2)快速成型制作完成實(shí)體對(duì)象3后的處理A.浸潤(rùn)外加的強(qiáng)化特性的材料滲快干膠、硬蠟、樹(shù)酯膠等。
B.表面處理噴沙、機(jī)械震動(dòng)或超音波震動(dòng)研磨、噴漆等。
C.輸入外加能量以促進(jìn)膠合反應(yīng)a.使用微波加熱實(shí)體對(duì)象3。
b.使用紅外線光或烤箱加熱實(shí)體對(duì)象3。
c.冷凍干燥加速材料去濕。
d.兩步驟以上的化合以調(diào)整物性特質(zhì)的反應(yīng)。
D.真空環(huán)境的結(jié)合應(yīng)用將對(duì)象內(nèi)含的空氣吸出，再滲入所預(yù)定達(dá)到特殊功能的加強(qiáng)促進(jìn)劑，可提高滲入深度加強(qiáng)特性的發(fā)揮。
(七)彩色噴印一般市售的彩色噴墨打印機(jī)的彩色噴頭可以加入放置于三維快速成型噴印機(jī)的膠粘劑噴頭座(Printer Cartrdge)中，直接噴印彩色膠粘劑于建構(gòu)平板23的建構(gòu)復(fù)合粉末材料54上，并與的產(chǎn)生膠合成型作用，而制作出具彩色的實(shí)體對(duì)象3，以延伸更廣大的應(yīng)用領(lǐng)域。例如產(chǎn)品設(shè)計(jì)者直接可將產(chǎn)品彩色圖文卷標(biāo)先貼附于CAD的三維對(duì)象表面，經(jīng)彩色三維快速原型噴印機(jī)制作，可直接將計(jì)算機(jī)中的三維彩色立體虛擬圖像徑制造成有如實(shí)物的具真實(shí)彩現(xiàn)化的立體模型，可快速地供產(chǎn)品設(shè)計(jì)者、公司決策者、制造者與市場(chǎng)使用者作為進(jìn)一步修改與評(píng)估的確認(rèn)，降低錯(cuò)誤決策的發(fā)生與提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)與市場(chǎng)接受的成功率。
膠粘劑內(nèi)可不含染料，亦可包含有色彩的染料，以上的膠粘劑可從噴嘴噴出于建構(gòu)區(qū)粉床的被選擇區(qū)域上，以制作出單色或具多種復(fù)合顏色的實(shí)體對(duì)象，切層軟件可以調(diào)整噴印，使得僅在對(duì)象的表面起至某一厚度層的深度噴上多顏色膠粘劑使的呈現(xiàn)彩色實(shí)體，實(shí)體內(nèi)部仍噴上單色或無(wú)色的膠粘劑。因彩色膠粘劑成本高于單色膠粘劑成本，故如經(jīng)以上的切層輪廓周圍表層的彩色調(diào)整處理，可以加速噴印速度與節(jié)省彩色膠粘劑的用量與成本。
權(quán)利要求
1.一種計(jì)算機(jī)與打印機(jī)輔助實(shí)物化的快速成型裝置，其特征在于一個(gè)工作區(qū)域，有一個(gè)長(zhǎng)度沿著縱軸寬度沿著橫軸的工作平臺(tái)，沿著工作平臺(tái)長(zhǎng)軸方向有一個(gè)供料孔，一個(gè)建構(gòu)孔和一個(gè)多余材料的回收孔；一個(gè)供料槽連接至供料孔和一個(gè)可移動(dòng)供粉活塞與供料槽內(nèi)緣面接觸；一個(gè)建構(gòu)槽連接至建構(gòu)孔和一個(gè)可移動(dòng)建構(gòu)活塞與建構(gòu)槽內(nèi)緣面接觸；一個(gè)回收槽可供抽取并回收鋪粉后多余材料而連接至多余材料回收孔的回收槽；一個(gè)噴膠打印系統(tǒng)包括一個(gè)跨軌懸放于工作平臺(tái)上的噴印平臺(tái)與噴印裝置，前者可于工作平臺(tái)上作x軸向的運(yùn)動(dòng)，噴印裝置包括單獨(dú)或多個(gè)噴頭及其對(duì)應(yīng)的數(shù)組式噴嘴，其上的噴頭可于工作平臺(tái)上作y軸向的噴印運(yùn)動(dòng)，噴頭上的噴嘴可于相關(guān)于對(duì)象的每一切層輪廓作線性掃瞄的選擇性位置噴膠于鋪設(shè)平整的建構(gòu)材料上；一個(gè)鋪設(shè)材料系統(tǒng)包括一個(gè)鋪設(shè)材料裝置，可移動(dòng)并跨軌懸放于工作平臺(tái)上；一個(gè)連續(xù)供膠噴印系統(tǒng)是包括一個(gè)或多個(gè)供膠裝置、一個(gè)或多個(gè)噴印裝置和一個(gè)或多個(gè)清潔噴嘴的組合裝置；一個(gè)控制裝置是位于工作區(qū)域上而可以與建構(gòu)活塞、供料活塞、跨軌懸放式鋪設(shè)材料裝置和跨軌懸放式噴頭噴嘴作連結(jié)，此控制裝置可控制供料槽材料轉(zhuǎn)移至建構(gòu)槽，再依序以每一切層漸增方式鋪設(shè)建構(gòu)材料，以及實(shí)時(shí)偵測(cè)系統(tǒng)運(yùn)作功能的異常，并進(jìn)行警示與處理；該控制裝置并包含一個(gè)控制單元可控制單色或彩色噴頭噴上單色或彩色膠粘劑，并可控制噴膠于每一建構(gòu)材料層所選擇位置與其相對(duì)應(yīng)的噴膠量，依據(jù)虛擬物像的切斷面輪廓，將它噴膠于每一建構(gòu)材料層而形成的輪廓區(qū)域粘結(jié)成一體；以及一個(gè)可改進(jìn)被制造對(duì)象的品質(zhì)的機(jī)構(gòu)者。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一個(gè)供料槽是指一個(gè)供料平板連接于供料腔形成一開(kāi)口槽以儲(chǔ)存對(duì)象成型所需要的建構(gòu)材料的槽；一個(gè)建構(gòu)槽是指一個(gè)建構(gòu)槽平板連接于建構(gòu)腔形成一開(kāi)口槽以容納由供料槽轉(zhuǎn)移而來(lái)對(duì)象成型每一切層厚度所需要的建構(gòu)材料的槽；一個(gè)回收槽是指一個(gè)槽以容納由供料槽轉(zhuǎn)移而來(lái)鋪設(shè)于建構(gòu)槽后所剩下的建構(gòu)材料的回收槽；鋪設(shè)材料裝置是指一個(gè)跨軌懸放式鋪粉平臺(tái)，包括獨(dú)立或與噴印平臺(tái)連結(jié)的裝置，此裝置包括一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)的鋪粉滾輪橫跨于鋪粉平臺(tái)，可將供料槽提供的對(duì)象成型每一切層厚度所需要的建構(gòu)材料依序轉(zhuǎn)移至建構(gòu)槽及回收孔；一個(gè)清潔組件沿著鋪粉滾輪軸方向接觸于鋪粉滾輪柱狀表面上，可清潔鋪粉滾輪上的附著物；另一個(gè)清潔組件沿著縱軸方向移動(dòng)接觸于供料槽外壁、建構(gòu)槽外壁至回收孔外壁，可移轉(zhuǎn)一些建構(gòu)材料從供料槽經(jīng)建構(gòu)槽至回收孔；供膠裝置是由一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)存膠粘劑液體的容器連接管線及控制供膠機(jī)構(gòu)，輸入膠粘劑液體進(jìn)入噴頭中的裝置，當(dāng)噴頭的膠粘劑匣內(nèi)的膠粘劑使用一定量后，可透過(guò)此供膠裝置補(bǔ)充不足的膠粘劑量，使成形噴印能持續(xù)運(yùn)作；噴印裝置是指可提供單色或多種彩色的膠粘劑作選擇性噴印的裝置，它包含的噴頭噴嘴可于建構(gòu)槽上依照對(duì)象每一切層輪廓沿橫軸作來(lái)回雙向選擇及控制噴膠位置與膠量，噴印于建構(gòu)材料上以形成對(duì)象的每一切層輪廓；清潔噴嘴的組合件，噴膠系統(tǒng)含有一個(gè)清潔噴嘴的機(jī)構(gòu)；單色或彩色膠粘劑可使用一種或多種染料溶解或分散懸浮于膠粘劑液體中，調(diào)結(jié)合成為可感知的單色或彩色的顏色。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建構(gòu)材料包括可與應(yīng)用的膠粘劑產(chǎn)生反應(yīng)的粉末材料，與應(yīng)用的膠粘劑僅僅粘結(jié)粉末而不與粉末產(chǎn)生反應(yīng)的粉末材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單獨(dú)或多個(gè)噴頭是指噴頭對(duì)應(yīng)的供應(yīng)膠粘劑輸入噴頭內(nèi)的通路數(shù)目，每個(gè)噴頭各有其相對(duì)應(yīng)的數(shù)組式噴嘴。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制單元是為控制每個(gè)噴頭噴嘴在建構(gòu)槽的每一建構(gòu)材料上的對(duì)象切層輪廓線性掃瞄位置上噴上可控制的膠粘劑量，并可實(shí)時(shí)偵測(cè)噴印運(yùn)作功能的異常。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔噴嘴的組合裝置是為了清除噴嘴上殘留的膠粘劑及附著上的建構(gòu)材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇性位置是指依照對(duì)象每一切層輪廓范圍內(nèi)噴上膠粘劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供膠裝置其供膠運(yùn)作包括間歇式及連續(xù)式補(bǔ)充供應(yīng)方式，此方式包括使用負(fù)壓虹吸原理或正壓間歇式及連續(xù)式或間歇式擠壓原理，進(jìn)行補(bǔ)充供應(yīng)膠粘劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴印平臺(tái)與鋪設(shè)材料裝置包括兩者結(jié)合一起或可分開(kāi)以執(zhí)行噴印及鋪設(shè)建構(gòu)材料的整合裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可改進(jìn)被制造對(duì)象品質(zhì)的機(jī)構(gòu)是指快速成型制作過(guò)程中及快速成型機(jī)剛制作完成實(shí)體對(duì)象后，使用設(shè)備本身加工參數(shù)的控制與調(diào)整，或是外加其它機(jī)構(gòu)進(jìn)行后處理，以改進(jìn)被制造對(duì)象于制造期間或制造后的加工速度、強(qiáng)度、韌性、表面粗糙度與幾何跟尺寸精度等品質(zhì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可感知的顏色包括市售各廠牌打印機(jī)墨水的主要三色及五色分色顏色及黑色。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膠粘劑液體，是指可與粉末材料產(chǎn)生反應(yīng)或僅僅粘結(jié)粉末而不與粉末產(chǎn)生反應(yīng)的膠粘劑液體。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的清潔組件是一個(gè)移動(dòng)裝置，可防止多余的建構(gòu)材料分散累積在供料及建構(gòu)區(qū)四周。
14.根據(jù)權(quán)利要求4項(xiàng)所述的供應(yīng)膠粘劑可為無(wú)色的膠粘劑或添加有顏色的染料，于建構(gòu)槽的每一建構(gòu)材料上的對(duì)象切層輪廓線性掃瞄位置上噴上無(wú)色或有顏色并可控制噴量的膠粘劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求5所述的噴頭噴嘴之操作驅(qū)動(dòng)方式含壓電振動(dòng)式、氣泡擠壓式及壓力控制驅(qū)動(dòng)等操作驅(qū)動(dòng)方式；該噴頭噴嘴可于建構(gòu)槽上依照對(duì)象每一切層輪廓沿橫軸作來(lái)回雙向選擇及控制噴膠位置與膠量，并打印于建構(gòu)材料上。
16.根據(jù)權(quán)利要求6所述的清潔噴嘴的組合裝置包括一個(gè)軟性刮板，可清潔噴嘴上殘留的膠粘劑及附著上的建構(gòu)材料；一個(gè)軟性材料的罩杯，于噴嘴怠機(jī)時(shí)隔絕空氣并保持噴嘴濕潤(rùn)，以防止噴嘴堵塞；當(dāng)噴頭移動(dòng)進(jìn)入清潔噴嘴的組合件區(qū)時(shí)驅(qū)動(dòng)軟性刮板與罩杯將被驅(qū)動(dòng)，以驅(qū)使干凈的膠粘劑流通過(guò)至少1個(gè)噴嘴以上，并具有清潔與保護(hù)噴嘴的功用。
全文摘要
本發(fā)明是一種新的快速成型裝置，此裝置是將儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)記憶區(qū)的虛擬物像經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)切層技術(shù)處理，再將虛擬物像的第一層切層輪廓范圍，噴印流體于建構(gòu)平臺(tái)粉末上，并使噴印的流體與粉末粘結(jié)在一起，又再均勻的鋪上一層新的粉狀材料，再轉(zhuǎn)移噴印第二層切層輪廓范圍，如此重復(fù)以上所述的鋪粉與噴印過(guò)程，直至完成虛擬物像的每一層切層輪廓范圍的噴印，以完成快速制造出立體實(shí)物。本裝置的設(shè)備包括打印機(jī)或繪圖機(jī)的部分噴印機(jī)構(gòu)與其韌體接口，轉(zhuǎn)移至一個(gè)工作平臺(tái)，由切層演算控制軟件和噴印成型的過(guò)程控制韌體的搭配使用，組成一臺(tái)新的快速成型設(shè)備，可將計(jì)算機(jī)記憶區(qū)的虛擬物像快速地制作成實(shí)體對(duì)象。
文檔編號(hào)B41J2/01GK1911635SQ2005100899
公開(kāi)日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2005年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月8日
發(fā)明者賴維祥, 鄭俊益 申請(qǐng)人:賴維祥, 鄭俊益