三维打印物件的感测装置的制作方法

本发明是有关于一种三维打印技术，且特别是有关于一种三维打印物件的感测装置。

背景技术：

三维(3d)打印技术属于电脑辅助制造(computeraidedmanufacturing；简称cam)的一种，现已开发并使用于工业制造上，且可快速地制造三维产品。三维打印是系列设计概念快速成型(rapidprototyping；简称rp)技术的总称，其基本原理是通过扫描而在x-y平面中形成物件的横截面形状，并在z坐标上以单层厚度为单位间隙性地向上堆叠，从而以层压式制造的方式来打印三维物件。因此，三维打印技术可无限制地适用于具备各种几何形状的三维物件，且越复杂的零件将越显示rp技术的卓越性，且可明显地节省制造时间。

在三维打印技术中，每台三维打印机都希望其喷头能够使每个物件横截面在固化后的高度相等，以便于顺利地在此层物件横截面的基础上继续涂布另一层物件横截面。图1是一种三维打印机的示意图。如图1所示，计算机110连接三维打印机100，并将通过电脑辅助设计(computeraideddesign；简称cad)软件所设计的三维模型并通过控制器120以及打印喷头130来打印物件横截面140。然而，由于三维打印机100所使用的材料通常是可从流体状态固化为固态的材质，且流体状态的材料所形成的墨滴之间具备表面张力，使得材料之间会产生些微空隙。并且，打印喷头130在涂布材料时会因环境温度、喷头出料速度、打印速度等问题而难以让每层物件横截面140都平坦均匀为一预设高度h，使得在堆叠多层物件横截面140之后将使得物件的打印面形成凹陷或是不平整。

此时，便需要在三维打印机100中另外增设滚轮150(或是称为平整器(planarizer))来平整物件横截面140。然而，由于物件横截面140的高度 都有些许不同，且三维打印机100必须要得知滚轮150何时、或是在哪个高度跟物件横截面140接触之后，才能够进行相对应的平整操作。因此，如何让三维打印机100得知滚轮150在何时接触物件横截面140，便是目前三维打印技术所遭遇到的问题之一。

技术实现要素：

本发明提供一种三维打印物件的感测装置，其通过与滚轮具备相同轴心的环状设备来得知滚轮是否与三维打印物件接触，藉以平整三维打印物件的横截面。

本发明的三维打印物件的感测装置包括滚轮、环状设备、传感器以及处理器。滚轮用以平整三维打印物件。环状设备与所述滚轮具备相同的轴心并与滚轮一同旋转。传感器用以检测所述环状设备的转动周期。处理器耦接所述传感器。处理器处理器依据所述环状设备的转动周期来判断滚轮是否接触到所述三维打印物件。

本发明的三维打印物件的感测装置包括滚轮、驱动器、传动机构、环状设备、传感器以及处理器。滚轮用以平整三维打印物件。传动机构连接至驱动器以及该轮之间，且驱动器通过所述传动机构来转动滚轮。环状设备与滚轮一同旋转。传感器用以检测所述环状设备的转动速率。处理器依据所述环状设备的转动速率来判断滚轮是否接触到所述三维打印物件。

基于上述，本发明实施例所述的三维打印物件的感测装置通过设置与滚轮(也称，平整器)具备相同轴心或通过传动机构来一同旋转的环状设备，并利用传感器来检测环状设备的转动状态，藉以得知滚轮是否与三维打印物件接触，进而通过滚轮来平整此三维打印物件。如此一来，便不需在滚轮上设置传感器而可得知滚轮是否与三维打印物件接触。

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是一种三维打印机的示意图；

图2是根据一范例实施例所示出用于逐层建构三维打印物件的感测装置 的示意图；

图3是检测信号s的波形图；

图4是根据一范例实施例所示出用于逐层建构三维打印物件的感测方法的流程图；

图5是根据另一范例实施例所示出以用于逐层建构三维打印物件的感测装置的示意图。

附图标记说明：

100：三维打印机；110：计算机；

120：控制器；130：打印喷头；

140：物件横截面；150：滚轮；

200：感测装置；210：滚轮；

220：环状设备；230：传感器；

240：驱动器；250：处理器；

260：三维打印物件；270：周期标记；

s1：三维打印物件的表面；s：检测信号；

s410～s430：步骤。

具体实施方式

为使三维打印设备能够得知用于平整三维物件的平整器在何时接触到物件横截面，本发明实施例在三维打印机中设置与滚轮(也称，平整器)具备相同轴心或通过传动机构来一同旋转的环状设备，并利用传感器来检测环状设备的转动情形。当滚轮接触三维物件的横截面时，驱动滚轮的驱动器(如，直流马达)便会因为摩擦力的关系而略为降低滚轮的转动速度，同时也降低了环状设备的转动速度。藉此，三维打印机便可通过检测环状设备的转动速度来得知滚轮是否已经接触到三维打印物件，从而进行相应的三维物件横截面平整操作。如此一来，便不需在滚轮上设置传感器，而是通过环状设备的转动速度来得知滚轮是否与三维打印物件接触。以下描述各种实施例来佐证本发明的精神。

图2是根据一范例实施例所示出用于逐层建构三维打印物件的感测装置的示意图。感测装置200例如是适用于熔融沉积制造(fuseddeposition modeling；简称fdm)技术的三维打印机，其适于依据通过电脑辅助设计软件所设计的三维模型来逐层打印三维打印物件260。感测装置200包括滚轮210、环状设备220、传感器230以及处理器250。感测装置200可以还包括用以驱动滚轮210跟环状设备220进行旋转的驱动器240。在本实施例中，三维打印机可以通过动力机构来调整感测装置200整体的高度，藉以让滚轮210能够对三维打印物件260进行平整操作。

滚轮210用以受到处理器250的控制而对三维打印物件260的表面s1进行平整。环状设备220与滚轮210具备相同的轴心，并且环状设备220与滚轮210都被驱动器240通过轴心而一同旋转。在本实施例中，环状设备220以轴心为圆心而呈现圆筒形，且环状设备220相对于轴心的半径大于滚轮210相对于轴心的半径，藉以让传感器230能够更为易于量测到环状设备220的转动速率。环状设备220可被称为是同轴环，可由塑料或其他材质组成。应用本实施例者可依需求而调整环状设备220的材质以及形状，只要传感器230能够检测环状设备220的转动速率即可。在本实施例中，环状设备220的转动速率可以通过转动角速率、转动频率或转动周期来表示。

在本实施例中，传感器230可以是红外线反射式传感器。环状设备220则可以包括周期标记270(也可称为，编码条(encoderstrip))。周期标记270可以是设置在环状设备220的表面上的黑色实心线段。红外线反射式传感器230依据周期标记270以检测环状设备220的转动周期。换句话说，红外线反射式传感器230会对环状设备220的表面持续发射红外光，并且感测是否接收到被反射的红外光。在本实施例中，环状设备220的表面会反射全部或部分的红外光，但是在环状设备220表面的周期标记270则是会吸收红外光。图3是检测信号s的波形图，如此一来，当环状设备220随同滚轮210旋转一圈时，便会获得如图3所示的检测信号s的波形图。如图3所示，当红外线反射式传感器230所发射的红外光遇到周期标记270时，便会让红外光被吸收而使检测信号s为低准位；当红外线反射式传感器230所发射的红外光并未遇到周期标记270的其他表面时，则使检测信号s为高准位。藉此，通过检测信号s，处理器250便可知道环状设备220的转动周期t。

处理器250至少耦接传感器230以及驱动器240。处理器250例如是以逻辑电路元件组成的硬件装置，而可执行本发明所提出的三维打印物件的感 测方法。处理器250也可以通过载入储存在三维打印机100的储存媒体中的程序，而执行本发明所提出的三维打印物件的感测方法，在此不设限。在本实施例中，处理器250可以是中央处理器、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，简称fpga)或是可载入程序语言来执行相应功能的多用途芯片。驱动器240可以是类比式的直流马达；应用本实施例者可采用其他类型的马达来做为用以转动滚轮210以及环状设备220的驱动器240。

图4是根据一范例实施例所示出用于逐层建构三维打印物件的感测方法的流程图。感测方法适用于图2所述的感应装置200，且适用于具备滚轮210的三维打印机。请同时参照图2及图4，在步骤s410中，感应装置200配置有环状设备220。环状设备220与滚轮210具备相同的轴心，因此环状设备220与滚轮210将会一同旋转。之后，传感器230可通过上述的周期标记270来检测环状设备220的转动速率，并且处理器250依据环状设备220的转动速率来判断滚轮是否接触到三维打印物件260，进而进行针对三维打印物件260的平整操作。详细来说，在步骤s420中，处理器250通过传感器230来检测环状设备220的转动周期，并判断此转动周期t是否大于预设转速值。此预设转速值可以表示一段固定时间。理论上，当滚轮210并未接触到三维打印物件260时，因没有外在的摩擦力，将使得驱动器240能够以高转速(例如，1000r.p.m)来转动滚轮210；当滚轮210接触到半流体状态的三维打印物件260时，则会产生较大的摩擦力，使得驱动器240无法维持高转速(例如，1000r.p.m.)，而是仅能维持800r.p.m.的转速。在此时，传感器230所检测到的转动周期t便会大于预设转速值。

因此，当转动周期t没有大于预设转速值时，表示滚轮210仍未接触到三维打印物件260，因此处理器250将会重复执行步骤s420以通过检测信号s来判断滚轮210的转动速率是否变慢。相对地，当转动周期t大于预设转速值时，表示滚轮210因接触到三维打印物件260而加大摩擦力且降低了自身的转动速率，处理器250便进入步骤s430以控制滚轮210以及滚轮210的高度来进行三维打印物件260的表面s1的平整操作。此处所指的平整操作可依照三维打印机采用的原料材质、技术、机构等设计而有可采用不同的做法，例如在滚轮210接触到三维打印物件260依据其他检测器的情况来调整滚轮 210高度或是调整乘载三维打印物件260的平台，本发明实施例并不限制平整操作的细部流程。

图5是根据另一范例实施例所示出以用于逐层建构三维打印物件的感测装置的示意图。感测装置500例如是适用于熔融沉积制造(fdm)技术的三维打印机，其适于依据三维模型档案来逐层打印三维打印物件570。感测装置500包括滚轮510、驱动器520、传动机构530、环状设备540、传感器550以及处理器560。本实施例所述的滚轮510、驱动器520传感器550以及处理器560与图2中的滚轮210、驱动器240传感器230以及处理器250相似，因此可参考上述揭示。

图2的感测装置200与图5的感测装置500之间的主要差异在于，感测装置500具备传动机构530，传动机构530连接至驱动器520以及滚轮510之间。藉此，驱动器520的动力便可通过传动机构530来转动滚轮510。在本实施例中，传动机构530包括两个传动滚轮532与534，以及相互连接两个传动滚轮532与534的皮带536。传动滚轮532与滚轮510具备相同轴心，而传动滚轮534与驱动器520具备相同轴心。驱动器520的轴心的其中一端耦接传动机构530的传动滚轮534，而驱动器520的轴心的另外一端则耦接环状设备540。因此，当驱动器520运作时，驱动器520便会通过传动机构520来转动滚轮510以及环状设备540。应用本实施例者可依照其需求而调整传动滚轮532与534之间的轮轴长度，藉以调整滚轮510的转动速率与环状设备540的转动速率之间的比例关系。因此，由于调整滚轮510的转动速率与环状设备540的转动速率之间具备比例关系，因此处理器560便可通过传感器550来检测环状设备540的转动速率，并依据环状设备540的转动速率来判断滚轮510是否接触到三维打印物件570，从而控制滚轮510相对于三维打印物件570的距离以平整三维打印物件570。

详细而言，环状设备540可以包括周期标记580。周期标记270可以是设置在环状设备220的表面上的黑色实心线段。传感器550可以是红外线反射式传感器。红外线反射式传感器可依据周期标记580以检测环状设备550的转动周期，从而检测环状设备550的转动速率。应用本实施例者也可让图4所述的感测方法适用于图5所述的感应装置500，从而进行步骤s410～s430，以让处理器560能够通过传感器550来检测环状设备540的转动状态，藉以 得知滚轮510是否与三维打印物件570接触。

综上所述，本发明实施例所述的三维打印设备及其感测装置通过设置与滚轮(也称，平整器)具备相同轴心的环状设备，并利用传感器来检测环状设备的转动状态，藉以得知滚轮是否与三维打印物件接触，进而通过滚轮来平整此三维打印物件。如此一来，便不须在滚轮上设置传感器便可得知滚轮是否与三维打印物件接触。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。