立体打印设备以及立体打印方法与流程

本发明涉及一种打印技术，尤其涉及一种立体打印设备以及立体打印方法。

背景技术

随着电脑辅助制造(computer-aidedmanufacturing,cam)的进步，制造业发展了立体打印技术，能很迅速的将设计原始构想制造出来。立体打印技术实际上是一系列快速原型成型(rapidprototyping,rp)技术的统称，其基本原理都是迭层制造，由快速原型机在x-y平面内通过扫描形式形成工件的截面形状，而在z座标间断地作层面厚度的位移，最终形成立体物件。立体打印技术能无限制几何形状，而且越复杂的零件越显示rp技术的卓越性，更可大大地节省人力与加工时间，在时间最短的要求下，将3d电脑辅助设计(computer-aideddesign,cad)软件所设计的数码立体模型真实地呈现出来。

在立体物件的打印过程中，立体打印设备会加热成形材料，并且将其熔融后的成形材料馈出至平台上，以使打印出每一层的切层物件。然而，一般的立体打印操作所完成后的立体物件却偶而会发生裂痕、龟裂或形变的情况。因此，如何提出具有良好打印品质的立体打印设备以及立体打印方法，是目前重要的课题。

技术实现要素：

本发明提供一种立体打印设备以及立体打印方法，可有效打印各种轮廓的立体模型，并且具有良好打印品质。

本发明的立体打印设备包括熔融喷头以及控制装置。所述熔融喷头用以以一加热温度加热成型材料。所述控制装置耦接所述熔融喷头。所述控制装置用以依据切层图档来控制所述熔融喷头进行打印操作。所述控制装置依据所述切层图档中的切层物件的切层轮廓信息来决定所述熔融喷头的所述加热温度。

在本发明的一实施例中，上述的切层轮廓信息为所述切层物件的最外圈轮廓周长。

在本发明的一实施例中，上述的控制装置判断所述切层图档中的所述切层物件的所述最外圈轮廓周长是否高于第一门槛值，来决定所述加热温度为第一温度值。

在本发明的一实施例中，上述的控制装置判断所述切层图档中的所述切层物件的所述最外圈轮廓周长是否低于或等于所述第一门槛值，来决定所述加热温度为第二温度值，其中所述第一温度值高于所述第二温度值。

在本发明的一实施例中，上述的控制装置判断所述切层图档中的所述切层物件的所述最外圈轮廓周长是否低于或等于所述第二门槛值，来决定所述加热温度为第二温度值，其中所述第一门槛值高于所述第二门槛值，并且所述第一温度值高于所述第二温度值。

在本发明的一实施例中，上述的所述控制装置判断所述最外圈轮廓周长是否介于所述第一门槛值以及所述第二门槛值之间，以决定所述加热温度为第三温度值，其中所述第三温度值介于所述第一温度值以及所述第二温度值之间。

在本发明的一实施例中，上述的所述成型材料为abs树脂材料。

本发明的立体打印方法适用于控制熔融喷头进行打印操作。所述立体打印方法包括以下步骤：依据切层图档中的切层物件的切层轮廓信息来决定熔融喷头的加热温度；以及控制所述熔融喷头以所述加热温度加热所述成型材料，并且依据所述切层图档来控制所述熔融喷头进行所述打印操作。

在本发明的一实施例中，上述的切层轮廓信息为所述切层物件的最外圈轮廓周长。

在本发明的一实施例中，上述的依据所述切层图档中的所述切层物件的所述切层轮廓信息来决定所述熔融喷头的所述加热温度的步骤包括：判断所述切层图档中的所述切层物件的所述最外圈轮廓周长是否高于第一门槛值，来决定所述加热温度为第一温度值。

在本发明的一实施例中，上述的依据所述切层图档中的所述切层物件的所述切层轮廓信息来决定所述熔融喷头的所述加热温度的步骤还包括：判断所述切层图档中的所述切层物件的所述最外圈轮廓周长是否低于或等于所述第一门槛值，来决定所述加热温度为第二温度值，其中所述第一温度值高于所述第二温度值。

在本发明的一实施例中，上述的依据所述切层图档中的所述切层物件的所述切层轮廓信息来决定所述熔融喷头的所述加热温度的步骤还包括：判断所述切层图档中的所述切层物件的所述最外圈轮廓周长是否低于或等于所述第二门槛值，来决定所述加热温度为第二温度值，其中所述第一门槛值高于所述第二门槛值，并且所述第一温度值高于所述第二温度值。

在本发明的一实施例中，上述的依据所述切层图档中的所述切层物件的所述切层轮廓信息来决定所述熔融喷头的所述加热温度的步骤还包括：判断所述最外圈轮廓周长是否介于所述第一门槛值以及所述第二门槛值之间，以决定所述加热温度为第三温度值，其中所述第三温度值介于所述第一温度值以及所述第二温度值之间。

在本发明的一实施例中，上述的成型材料为abs树脂材料。

基于上述，本发明提供一种立体打印设备以及立体打印方法，可依据切层图档中的切层物件的轮廓周长来决定成型材料的加热温度，以使有效打印各种轮廓大小的立体模型，进而提供良好的打印品质。

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是依照本发明的一实施例所显示的立体打印设备的方块示意图；

图2是依照本发明一实施例所显示的立体打印设备的情境示意图；

图3是依照本发明一实施例所显示的轮廓周长与加热温度的关系图；

图4a、图4b是分别依照本发明一实施例所显示的切层图档的示意图；

图5是依照本发明另一实施例所显示的轮廓周长与加热温度的关系图；

图6是依照本发明的一实施例所显示的立体打印方法的步骤流程图。

附图标记说明：

100：立体打印设备

110、210：控制装置

111：处理器

112：存储装置

120：打印模块

121、221：熔融喷头

230：平台

301、302：立体物件

401、402：切层物件

p1、p2：切层图档

s1：承载面

s610、s620：步骤

l1、l2：轮廓周长

tl1、tl1’、tl2’：门槛值

t1、t1’、t2、t2’：温度值

具体实施方式

在本案说明书全文(包括申请专利范围)中所使用的“耦接(或连接)”一词可指任何直接或间接的连接手段。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件/步骤代表相同或类似部分。不同实施例中使用相同标号或使用相同用语的元件/构件/步骤可以相互参照相关说明。

图1是依照本发明的一实施例所显示的立体打印设备的方块示意图。参照图1，立体打印设备100包括控制装置110以及打印模块120。在本实施例中，控制装置110包括处理器111以及存储装置112。处理器111耦接存储装置112。存储装置112可用以存储多个模块以及立体模型信息，其中这些模块可用以处理、分析或计算立体模型信息，并且可用以驱动打印模块120。处理器111可用以读取存储装置112中的这些模块以及立体模型信息，以使驱动打印模块120执行打印操作。进一步来说，控制装置110可为具有运算功能的装置，例如是笔记本电脑、平板电脑或桌上型电脑等计算机装置，本发明并不对控制装置110的种类加以限制。控制装置110耦接打印模块120。控制装置110可编辑与处理立体物件的立体模型并传送相关的立体模型信息至打印模块120，使打印模块120可依据立体模型信息打印出立体物件。在本实施例中，立体模型可为一立体数码图像档案，其可例如由一控制装置110通过电脑辅助设计(computer-aideddesign，cad)或动画建模软件等建构而成，且控制装置110对此立体模型执行一切层处理而获取关联于多个的切层物件的多个切层图档，以使打印模块120可依据这些切层图档中的切层物件所对应的立体模型信息而依序打印出各层的立体物件，最终以形成完整的立体物件。

在本实施例中，处理器111可以是中央处理单元(centralprocessingunit,cpu)，或是其他可程序化的一般用途或特殊用途的微处理器(microprocessor)、数码信号处理器(digitalsignalprocessor,dsp)、可程序化控制器、特殊应用集成电路(applicationspecificintegratedcircuits,asic)、可程序化逻辑装置(programmablelogicdevice,pld)、其他类似处理装置或这些装置的组合。

在本实施例中，存储装置112可用以存储数据并且可以是缓冲存储器、内部存储媒体、外接式存储媒体、其他类型存储装置或这些装置的组合。例如，缓冲存储器可包括随机存取存储器、只读存储器或其他类似装置。例如，内部存储媒体可包括硬盘(harddiskdrive,hdd)、固态硬盘(solidstatedisk)、快闪(flash)存储装置或其他类似装置。例如，外接式存储媒体可包括外接式硬盘、usb随身盘(usbdrive)、云端硬盘或其他类似装置。

在本实施例中，打印模块120包括熔融喷头121。熔融喷头121用以熔融成型材料，并且将熔融后的成型材料馈出于一平台上，以进立体行打印操作。在本实施例中，打印模块120还可包括其他用以与熔融喷头121共同完成立体打印操作的构件(例如，控制器、供料管线、熔融喷头的连动机构等)，并且其相关构件可依据所属技术领域的通常知识可获致足够的教示、建议以及实施方式，因此不加以赘述。

图2是依照本发明一实施例所显示的立体打印设备的情境示意图。参照图2，立体打印设备200在执行立体打印操作时，熔融喷头221会在平台230的承载面s1上馈出熔融后的成型材料，并且由立体物件的最底层开始进行逐层打印。在本实施例中，控制装置210将会依据切层图档的信息来控制打印喷头的移动方向，例如操控熔融喷头221沿着xy面移动以及沿着xy面的法线方向(z轴向)移动，以使熔融喷头221在平台230的承载面s1上方固化形成立体物件301以及立体物件302。

值得注意的是，本发明各实施例的成型材料可为一种abs树脂材料(acrylonitrilebutadienestyrene,abs)的热熔性高分子材料，并且abs树脂材料的熔点可介于210度(℃)至240度(℃)之间，但本发明并不限于此。在一实施例中，本发明各实施例的成型材料也可例如是聚乳酸(polylacticacid,pla)或其他热熔性高分子材料等。并且，本实施例的控制装置210将依据切层图档中的切层物件的切层轮廓信息来决定熔融喷头221的加热温度，其中切层轮廓信息可为切层物件的最外圈轮廓周长，但本发明并不限于此。在一实施例中，切层轮廓信息也可为切层物件的切层面积或轮廓最大直径等相关切层信息。值得注意的是，本发明各实施例所述的切层物件可依据不同物件样式而具有一或多个轮廓，并且所述的最外圈轮廓通常指多个轮廓中的离切层物件的结构中心最远的轮廓。也即切层轮廓信息可反应对于一切层物件，在构成该切层物件中的一个或多个轮廓中，所需馈出的熔融成型材料的最长路径。以下以图3、图4a以及图4b来举例说明熔融喷头221的加热温度与切层轮廓信息之间的关系。

图3是依照本发明一实施例所显示的轮廓周长与加热温度的关系图。图4a、图4b是分别依照本发明一实施例所显示的切层图档的示意图。举例来说，先参照图2、图3以及图4a，当立体打印设备200打印立体物件301时，控制装置210依据图4a的切层图档p1来控制熔融喷头221在平台230的承载面s1上进行立体打印操作。控制装置210将会计算切层图档p1中的切层物件401的最外圈轮廓周长l1，并且判断切层物件401的最外圈轮廓周长l1是否高于第一门槛值tl1，来决定加热成型材料的加热温度为第一温度值t1，以使馈出熔融后的成型材料以固化形成立体物件301。也就是说，若切层物件401的最外圈轮廓周长l1较大，则立体打印设备200将会以较高温的加热温度来加热成型材料，以使立体物件301的流动性更高并且固化时间拉长，进而有效避免立体物件301于固化后发生龟裂或形变的现象。

再参照图2、图3以及图4b，当立体打印设备200打印立体物件302时，控制装置210依据图4b的切层图档p2来控制熔融喷头221在平台230的承载面s1上进行立体打印操作。控制装置210将会计算切层图档p2中的切层物件402的最外圈轮廓周长l2，并且判断切层物件402的最外圈轮廓周长l2是否低于或等于第一门槛值tl1，来决定加热成型材料的加热温度为第二温度值t2，以使馈出熔融后的成型材料以固化形成立体物件302。也就是说，若切层物件402的最外圈轮廓周长l2较小，则立体打印设备200将会以较低温的加热温度来加热成型材料，以适当打印立体物件302。

也就是说，本实施例的立体打印设备200可通过判断立体物件的最外圈轮廓周长的大小来决定熔融喷头221加热成型材料的加热温度。并且，本实施例的立体打印设备200在进行逐层的立体打印操作时，控制装置210将会各别判断各层的切层图档，进行动态调升温或降温熔融喷头221的加热温度，以使有效的打印出良好品质的立体物件。另外，本实施例的第一门槛值tl1可例如是37.5毫米(mm)，并且第一温度值t1以及第二温度值t2可分别例如是240度(℃)以及210度(℃)，但本发明并不限于此。在一实施例中，第一门槛值tl1、第一温度值t1以及第二温度值t2可依据不同成型材料的特性或是不同立体打印需求来决定的。并且，本实施例的切层图档p1以及切层图档p2当中的切层物件401以及切层物件402的轮廓形状并不限于图4a以及图4b。切层图档p1以及切层图档p2的切层物件401以及切层物件402的轮廓形状可为各式形状，本发明并不限于此。

图5是依照本发明另一实施例所显示的轮廓周长与加热温度的关系图。在本实施例中，控制装置210也可依据多个门槛值来决定成型材料的加热温度。举例来说，先参照图2、图4a以及图5，当立体打印设备200打印立体物件301时，控制装置210依据图4a的切层图档p1来控制熔融喷头221在平台230的承载面s1上进行立体打印操作。控制装置210将会计算切层图档p1中的切层物件401的最外圈轮廓周长l1，并且判断切层物件401的最外圈轮廓周长l1是否高于或等于第一门槛值tl1’，来决定加热成型材料的加热温度为第一温度值t1’，以使馈出熔融后的成型材料以固化形成立体物件301。也就是说，若切层物件401的最外圈轮廓周长l1较大，则立体打印设备200将会以较高温的加热温度来加热成型材料，以使立体物件301的流动性更高并且固化时间拉长，进而有效避免立体物件301于固化后发生龟裂或形变的现象。

再参照图2、图4b以及图5，当立体打印设备200打印立体物件302时，控制装置210依据图4b的切层图档p2来控制熔融喷头221在平台230的承载面s1上进行立体打印操作。控制装置210将会计算切层图档p2中的切层物件402的最外圈轮廓周长l2，并且判断切层物件402的最外圈轮廓周长l2是否低于或等于第二门槛值tl2’，来决定加热成型材料的加热温度为第二温度值t2’，以使馈出熔融后的成型材料以固化形成立体物件302。也就是说，若切层物件402的最外圈轮廓周长l2较小，则立体打印设备200将会以较低温的加热温度来加热成型材料，以适当打印立体物件302。

值得注意的是，在本实施例中，若控制装置210判断切层图档中的切层物件的最外圈轮廓周长介于第一门槛值tl1’以及第二门槛值tl2’之间，则控制装置210依据一线性关系来决定成型材料的加热温度。如图5所示，第一门槛值tl1’以及第二门槛值tl2’之间与加热温度的关系为斜率为正的直线。也就是说，控制装置210依据此线性关系来取得对应于切层物件的最外圈轮廓周长的第三温度值，以使熔融喷头221以第三温度值的加热温度来加热成型材料。然而，在一实施例中，第一门槛值tl1’以及第二门槛值tl2’之间与加热温度的关系也可依据不同成型材料的特性或是不同立体打印需求来决定的，例如第一门槛值tl1’以及第二门槛值tl2’之间与加热温度的关系为可为渐升式的阶梯线段或是曲线，而不限于图5所示的直线。换句话说，本实施例的立体打印设备200可通过多个判断条件(多个门槛值)来弹性的判断熔融喷头221加热成型材料的加热温度。

另外，本实施例的第一门槛值tl1’以及第二门槛值tl2’可分别例如是30毫米(mm)以及37.5毫米(mm)，并且第一温度值t1’以及第二温度值t2’可分别例如是240度(℃)以及210度(℃)，但本发明并不限于此。在一实施例中，第一门槛值tl1’、第二门槛值tl2’、第一温度值t1’以及第二温度值t2’可依据不同成型材料的特性或是不同立体打印需求来决定的。

图6是依照本发明的一实施例所显示的立体打印方法的步骤流程图。参考图1、图6，本实施例的立体打印方法可至少适用于图1中的立体打印设备100。在步骤s610中，控制装置110依据切层图档中的切层物件的切层轮廓信息来决定熔融喷头的加热温度。在步骤s620中，控制装置110控制熔融喷头以此加热温度加热成型材料，并且依据切层图档来控制熔融喷头进行立体打印操作。因此，本实施例的立体打印设备100可通过适当的加热温度来加热成型材料，以使打印具有良好品质的立体物件。

此外，本实施例的立体打印方法的相关实施细节以及相关装置特征可由上述关于图1至图5的各实施例的叙述当中，获得足够的教示、建议以及实施方式，在此不再加以赘述。

综上所述，本发明各实施例的立体打印设备以及立体打印方法可通过判断切层图档中的切层物件的最外围轮廓周长来决定成型材料的加热温度，并且经由至少一个门槛值来决定成型材料的加热温度，以动态调整熔融喷头的加热温度。因此，本发明各实施例的立体打印设备以及立体打印方法可有效避免由于每一层的切层物件的热胀冷缩程度可能会因为每一层的切层物件大小以及形状而有所差异，导致完成后的立体物件可能会发生裂痕、龟裂或形变的情况。具体而言，在立体物件的打印过程中，立体打印设备会加热成形材料，并且将其熔融后的成形材料馈出至平台上，以使打印出每一层的切层物件。然而，由于每一层的切层物件的大小以及形状可能会有所不同，因此每一层的切层物件的打印时间可能会有所差异。并且，成形材料在加热的过程中会因为热胀冷缩而产生体积的变化，再加上每一层的切层物件的打印时间可能会有长、短的差异，导致每一层的切层物件的热胀冷缩程度可能会因为每一层的切层物件大小以及形状而有差异。也就是说，一般的立体打印操作所完成后的立体物件可能会发生裂痕、龟裂或形变的情况。而本发明各实施例的立体打印设备以及立体打印方法得以避免上述问题及因而造成的打印成品缺陷。据此，本发明各实施例的立体打印设备以及立体打印方法于打印各种轮廓大小以及形状的立体模型时，皆可提供良好的打印品质。

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技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定的为准。