立体打印装置的制作方法

本发明是有关于一种打印装置，且特别是有关于一种立体打印装置。

背景技术：

随着计算机辅助制造(Computer-Aided Manufacturing，简称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(Rapid Prototyping，简称RP)技术的统称，其基本原理都是叠层制造，由快速原型机在XY平面内通过扫描形式形成工件的截面形状，而在Z坐标间断地作层面厚度的位移，最终形成立体对象。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计算机辅助设计(Computer-Aided Design，简称CAD)软件所设计的数字立体模型信息真实地呈现出来，不但摸得到，也可真实地感受得到它的几何曲线，更可以试验零件的装配性、甚至进行可能的功能试验。

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，打印头通常可依据立体模型数据建构的XYZ坐标在基座上方沿着XY坐标移动，从而将打印材料喷涂出正确的横截面层形状。所沉积的材料可随后固化以形成所要的横截面层，并在逐层固化的状态下进而打印出立体对象。然而，在立体打印的过程中，喷涂打印材料的喷嘴可能发生逐渐堵塞或是异物不小心进入喷嘴的情况，上述情况将导致喷嘴无法提供预期中的出料量而影响打印质量。如此一来，在使用者对于喷嘴堵塞情况不知情的状态下，持续打印立体对象可能导致立体打印的失败并且造成打印材料的浪费。

技术实现要素：

本发明提供一种立体打印装置，可通过量测供料盒的重量或打印平台上所承受的重量来判断打印异常事件是否发生，以提高立体打印的打印质量。

本发明提出一种立体打印装置，适于打印一立体对象。此立体打印装置包括平台、至少一供料盒、至少一喷嘴、重量传感器，以及控制器。平台包括一承载面，而供料盒配置在平台的上方且盛装有至少一打印材料。喷嘴配置于平台的上方，用以喷涂打印材料在承载面上，致使立体物件的多个切层物件逐层成型在承载面上。重量传感器配置在平台上，用以量测已成型在承载面上的切层对象的实际重量值。控制器耦接喷嘴与重量传感器，依据切层对象中第一切层对象的打印顺序估测对应于第一切层对象的理想重量值。控制器从重量传感器接收对应于第一切层对象的实际重量值，并比较理想重量值与实际重量值以判断打印异常事件是否发生。

在本发明的一实施例中，上述的打印材料包括第一材料与第二材料，而控制器依据第一材料的材料特性与第二材料的材料特性估测对应于第一切层对象的理想重量值。

在本发明的一实施例中，上述的控制器计算理想重量值与量测重量之间的差值而获取对应于第一切层对象的重量误差，并判断重量误差是否大于误差门槛值而判断打印异常事件是否发生。

在本发明的一实施例中，当上述的重量误差大于误差门槛值，控制器判定打印异常事件发生并启动警示。当重量误差不大于误差门槛值，控制器判定打印异常事件未发生并且不启动警示。

在本发明的一实施例中，上述的控制器将切层对象的打印像素点的数目乘上至少一单位重量值而获取切层物件各自的单层重量值。控制器将第一切层对象的单层重量值加上先前累积重量而估测出对应于第一切层对象的理想重量值，而先前累积重量为打印顺序早于第一切层对象的打印顺序的所有切层对象的单层重量值的总和。

在本发明的一实施例中，在上述的切层对象其中的任一成型在承载面上之前，控制器控制重量传感器进行归零校正。

在本发明的一实施例中，其中在上述的控制器判定打印异常事件发生后，控制器中止立体对象的打印程序并启动喷嘴的喷嘴清洁程序。

另外，本发明提出一种立体打印装置，适于打印一立体对象。此立体打印装置包括平台、至少一供料盒、至少一喷嘴、重量传感器，以及控制器。平台包括一承载面，而供料盒配置在平台的上方且盛装有至少一打印材料。 喷嘴配置在平台的上方，用以喷涂打印材料在承载面上，致使立体物件的多个切层物件逐层成型在承载面上。重量传感器配置在供料盒上，用以量测供料盒的实际重量值。控制器耦接喷嘴与重量传感器，依据切层对象中第一切层对象的打印顺序估测供料盒的理想重量值，且理想重量值对应于第一切层对象。当第一切层对象成型在承载面上时，控制器从重量传感器接收对应于第一切层对象的供料盒的实际重量值，并比较理想重量值与实际重量值以判断打印异常事件是否发生。

在本发明的一实施例中，上述的控制器计算理想重量值与量测重量之间的差值而获取对应于第一切层对象的重量误差，并判断重量误差是否大于误差门槛值而判断打印异常事件是否发生。

在本发明的一实施例中，当上述的重量误差大于误差门槛值，控制器判定打印异常事件发生并启动警示。当重量误差不大于误差门槛值，控制器判定打印异常事件未发生并且不启动警示。

在本发明的一实施例中，上述的控制器将切层对象的打印像素点的数目乘上单位重量值而获取切层物件各自的单层重量值。控制器将供料盒初始重量减掉第一切层对象的单层重量值以及先前累积重量而估测出相对于供料盒的理想重量值，而上述的先前累积重量为打印顺序早于第一切层对象的打印顺序的所有切层对象的单层重量值的总和。

在本发明的一实施例中，在上述的切层对象其中的任一成型在承载面上之前，控制器接收重量传感器所量测的供料盒初始重量。

在本发明的一实施例中，上述的控制器总和所有切层对象的单层重量值而获取必要重量，并比较必要重量与供料盒初始重量。若供料盒初始重量少于必要重量，控制器中止立体对象的打印程序。

在本发明的一实施例中，在上述的控制器判定打印异常事件发生后，控制器中止立体对象的打印程序并启动喷嘴清洁程序。

本发明的实施例的立体打印装置，具有重量传感器，此重量传感器可获取供料盒的重量或平台所承受的重量。基此，立体打印装置可依据立体打印模型先估测出理想重量值，并在打印期间判断理想重量值与实际重量值是否相符而检测列打印异常事件是否发生。当喷嘴被打印材料堵塞住而无法顺利出料时，立体打印装置可在打印期间实时地检测到喷嘴的出量量不符预期而 停止打印并发出警示给使用者。如此一来，使用者可依据立体打印装置的警示执行进一步的操作，以避免在喷嘴以堵塞的状况下持续进行打印。因此，本发明确实可提高立体打印装置在使用上及操作上的实用性，更可减少打印材料的浪费。

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

下面的附图是本发明的说明书的一部分，示出了本发明的示例实施例，附图与说明书的描述一起说明本发明的原理。

图1是本发明的一实施例所示出的立体打印装置的工作情境的方块示意图；

图2是本发明所示出的立体打印装置的方块示意图；

图3为本发明一实施例所示出的立体打印装置的示意图；

图4为本发明一实施例所示出的打印异常检测方法的流程图；

图5为本发明一实施例所示出的立体打印装置的示意图。

图6为本发明一实施例所示出的打印异常检测方法的流程图。

附图标记说明：

100、100a、100b：立体打印装置； 200：计算机主机；

140、140a、140b：重量传感器； 130：喷嘴；

110：平台； 120：供料盒；

150：控制器； 160：光照设备；

L1、L2、L3：切层对象； S1：承载面；

S401～S408、S601～S909：步骤。

具体实施方式

现将详细参考本发明的示范性实施例，在附图中说明所述示范性实施例的实例。另外，凡可能之处，在图式及实施方式中使用相同标号的组件或构件代表相同或类似部分。

图1是本发明的一实施例所示出的立体打印装置的工作情境的方块示意 图。请参照图1，本实施例的立体打印装置100适于依据一立体模型信息打印出一立体对象(3D object)。进一步来说，计算机主机200为具有运算功能的装置，例如是笔记本计算机、平板计算机或台式计算机等计算机装置，本发明并不对计算机主机200的种类加以限制。计算机主机200可编辑与处理一立体对象的立体模型并传送相关的立体模型信息至立体打印装置100，使立体打印装置100可依据立体模型信息打印出立体对象。在本实施例中，立体模型信息可为一立体数字图像信息，其可例如由一计算机主机200通过计算机辅助设计(Computer-Aided Design，简称CAD)或动画建模软件等建构而成，并将此数字立体模型信息切割为多个横截面信息，使立体打印装置100可依据此数字立体模型信息的横截面信息依序获取出多个的切层对象(Layer object)，所述切层对象堆叠而形成立体对象。

图2是本发明所示出的立体打印装置的方块示意图。请参照图2，立体打印装置100包括平台110、供料盒120、喷嘴130、重量传感器140以及控制器150，其功能分述如下。

平台110包括一承载面，用以承载打印中的立体对象。换言之，切层对象将逐层地堆叠在平台110的承载面上。供料盒120配置在平台110的上方，盛装有至少一打印材料。喷嘴130可移动地设置在平台110上方，用以将供料盒120中的打印材料涂布在平台110的承载面上方。换言之，供料盒120可用以盛装打印材料并与喷嘴130相连通，以将供料盒120内的打印材料传输至喷嘴130。在此，供料盒141内的打印材料例如是光固化树脂。需特别说明的是，虽然本实施例系以一个喷嘴130为例进行说明，但本发明对此并不限制。在其它实施例中，喷嘴的数目可为一个以上。相似的，虽然本实施例是以一个供料盒120为例进行说明，但本发明对此并不限制。在其它实施例中，供料盒的数目可为一个以上并分别盛装具有不同材质特性的打印材料。

重量传感器140耦接控制器150，并依据其设置位置而可量测供料盒120的重量或平台110的承载面所承受的重量。举例而言，若重量传感器140设置在供料盒120上，则重量传感器140可随时反应出供料盒120的实际重量值。另一方面，若重量传感器140设置在平台110上，则重量传感器140可随时反应出平台110的承载面上所承受的实际重量值。

再者，控制器150耦接平台110、喷嘴130以及重量传感器140，可用以 读取立体模型信息，并依据立体模型信息来控制立体打印装置100的整体运作而打印出立体对象。举例来说，控制器150可依据立体数字模型信息而控制喷嘴130的移动路径。控制器150例如是中央处理器、芯片组、微处理器、嵌入式控制器等具有运算功能的设备，在此不限制。详细来说，控制器150依据立体模型信息控制喷嘴130，从而使多个切层物件成型在平台110的承载面上以构成包括所述切层对象的立体对象。

承上述，控制器150可依据立体模型信息而得知切层对象的总数，也可得知每一切层对象的打印顺序，其中切层对象的打印顺序代表切层对象成型在平台上的先后排序。举例而言，第一层切层对象的打印顺序最早且与平台110接触，且第一层切层对象的打印顺序早于第二层切层对象且第二层切层对象堆叠在第一层切层对象之上。

如此，控制器150可依据立体模型信息中各切层对象所对应的横截面积控制喷嘴130移动并喷涂打印材料在平台110之上，致使立体物件的多个切层物件逐层成型在承载面上。需特别说明的是，控制器150更可以依据立体打印模型信息计算出各个切层对象的单层重量值。举例而言，当立体打印装置100为材料喷射(material jetting)立体打印装置时，喷嘴130可通过点阵(lattice)的方式喷涂出打印材料，而所沉积的打印材料可为液态或浆料状态的光敏性树脂。具体来说，控制器150是依据多个打印像素点在打印平面上的坐标来控制喷嘴130移动至对应的位置。之后，喷嘴130将打印材料直接喷撒至平台110的承载面上，并利于随后自然硬化或通过特定光源来固化成型材，从而形成所要的切层物件。因此，液态或浆料状态的光敏性树脂可逐层地在承载面上固化而形成立体物件。

也就是说，控制器150可依据立体打印模型信息获取各切层对象的多个打印像素点。如此，依据各切层对象的打印像素点的数目以及打印材料的单位重量值，控制器150可计算出各个切层对象的单层重量值。此外，依据控制器150预测出来的各切层对象的单位重量值，控制器150还可依据各切层对象的单位重量值来预测出理想重量值。简单来说，在本发明的实施例中，理想重量值是控制器150依据立体打印模型而预测出来的重量参数。在本发明实施例中，控制器150可预测出供料盒120在打印期间的理想重量值，也可预测出已成型在平台上110的立体对象的部分的理想重量值。

于是，控制器150比较理想重量值与实际重量值以判断打印异常事件是否发生。简单来说，控制器150可判断理想重量值与重量传感器140所量测到的实际重量值是否一致。一旦理想重量值与重量传感器140所量测到的实际重量值不一致，控制器150可判断异常打印事件发生而停止打印。

为了进一步详细说明本发明，以下将分别针对重量传感器设置在平台上与供料盒上为例进行说明。图3为本发明一实施例所示出的立体打印装置的示意图。图4为本发明一实施例所示出的打印异常检测方法的流程图。本实施例的打印异常检测方法适用于图3的立体打印装置100a，以下即搭配立体打印装置100a中的各构件与模块说明本实施例的详细步骤，请先参照图3。

立体打印装置100a包括平台110、供料盒120、喷嘴130、重量传感器140a、光照设备160以及控制器150。在此同时提供直角坐标是以便于描述相关构件及其运动状态。重量传感器140a配置在平台110之上，用以量测承载面S1上所承受的重量。光照设备160朝承载面S1发射出例如是紫外光的光线，以固化喷嘴130喷涂在承载面S1上的打印材料。举例而言，控制器150依据立体模型信息控制喷嘴130在XY平面上移动并喷涂打印材料在承载面S1上，而切层对象L3可通过光照设备160的照射而率先固化在承载面S1上。接着，在喷嘴130沿Z轴方向远离承载面S1一切层高度后，控制器150依据立体模型信息再次控制喷嘴130在XY平面上移动并喷涂打印材料在承载面S1上，而切层对象L2可通过光照设备160的照射而成型并堆叠在切层对象L3之上。值得一提的是，重量传感器140a可量测出以成型在承载面S1上的切层对象的实际重量值。在图3的范例中，重量传感器140a可量测出以成型在承载面S1上所有切层对象L1～L3的实际重量值。

请同时参照图3与图4，在步骤S401，在切层对象其中的任一成型在承载面上之前，控制器150控制重量传感器140a进行归零校正，以将重量传感器140a所量测到的实际重量值归零。在步骤S402，控制器150接收立体打印模型信息并设定误差门槛值。举例而言，控制器150可获取各切层对象的打印像素点的坐标位置。此外，误差门槛值可以是预设的、使用者直接设定的，或通过其它方法计算与实验而得，本发明对此并不限制。

在步骤S403，控制器150控制喷嘴130喷涂打印材料在承载面S1上，致使第一切层对象L1成型在承载面S1上。在步骤S404，控制器150依据第 一切层对象L1的打印顺序估测对应于第一切层对象L1的理想重量值。详细来说，控制器150可将切层对象的打印像素点的数目乘上至少一单位重量值而获取切层物件各自的单层重量值。可以知道的是，单一打印像素点的重量为单位重量值，且单位重量值依据打印材料的材料特性而有所不同。具体来说，打印材料的密度越高，则单位重量值越重。在本范例中，控制器150将第一切层对象L1的单层重量值加上先前累积重量而估测出对应于第一切层对象L1的理想重量值。上述的先前累积重量为打印顺序早于第一切层对象L1的打印顺序的所有切层对象L2～L3的单层重量值的总和。换言之，对应于第一切层对象L1的理想重量值为当前已打印的切层对象L1～L3的单层重量值的总和。

在步骤S405，控制器150从重量传感器140a接收对应于第一切层对象L1的实际重量值，即承载面S1当前所承受的实际重量。在步骤S406，控制器150判断重量误差是否大于误差门槛值。详细来说，控制器150计算理想重量值与实际量测重量之间的差值而获取对应于第一切层对象L1的重量误差，并判断重量误差是否大于误差门槛值而判断打印异常事件是否发生。当重量误差大于误差门槛值。在步骤S407，控制器150判定打印异常事件发生并启动警示。此外，在另一实施范例中，当重量误差大于误差门槛值，控制器150可中止该立体对象的打印程序并启动喷嘴130的喷嘴清洁程序，以将阻塞在喷嘴130的残料清除干净。另一方面，当重量误差不大于误差门槛值，在步骤S408，控制器150判定打印异常事件未发生并且不启动警示。

值得一提的是，在一实施例中，打印材料可包括彼此相异的第一材料与第二材料，且第一切层对象是由第一材料与第二材料建构而成。基此，控制器150将依据第一材料的材料特性与第二材料的材料特性估测对应于第一切层对象的理想重量值。举例而言，第一材料可以是用以建构出立体对象的建构材料，而第二材料可以是形成支撑体的支撑材料。表1为理想重量值的范例，请参照表1。

表1

在表1的范例中可得知，单层重量值包括建构材料的单层重量加上支撑材料的单层重量。举例而言，基于表1的理想重量值，当立体打印装置100a打印完打印顺序为“5”的切层对象时，若重量传感器140a所反应的实际重量值与理想重量值“352.024”差距过大(大于误差门槛值)时，控制器150可判定打印异常事件发生。然而，表1仅为示范性说明，并非用以限定本发明。

图5为本发明一实施例所示出的立体打印装置的示意图。图6为本发明一实施例所示出的打印异常检测方法的流程图。本实施例的打印异常检测方法适用于图5的立体打印装置100b，以下即搭配立体打印装置100b中的各构件与模块说明本实施例的详细步骤，请先参照图5。

图5所示的立体打印装置100b与图3所示的立体打印装置100a相似，唯一不同的是立体打印装置100b的重量传感器140b是设置在供料盒120上而立体打印装置100a的重量传感器140a是设置在平台110上。立体打印装置100b的打印作动与流程可参照图3的说明，在此不再赘述。在图5的范例中，重量传感器140a可量测出供料盒120的实际重量值。控制器150可依据 切层对象中的打印顺序估测供料盒120的理想重量值。当第一切层对象成型在承载面S1上时，控制器150从重量传感器140b接收对应在第一切层对象的供料盒的实际重量值，并比较理想重量值与实际重量值以判断打印异常事件是否发生。

进一步来说，请同时参照图5与图6，在步骤S601，在切层对象其中的任一成型在承载面S1上之前，控制器150接收重量传感器140b所量测的供料盒初始重量。在步骤S602，控制器150接收立体模型信息，估测各切层对象的单层重量值，以及总和所有切层对象的单层重量值而获取必要重量。举例而言，控制器150可获取各切层对象的打印像素点的坐标位置。如此，控制器150可将切层对象的打印像素点的数目乘上单位重量值而获取切层物件各自的单层重量值。此外，必要重量为所有切层对象的单层重量值的总和。

需特别说明的是，在本实施例中，控制器150将供料盒初始重量减掉第一切层对象的单层重量值以及先前累积重量而估测出对应于供料盒120的理想重量值。上述的供料盒初始重量为开始打印立体对象之前供料盒120的初始重量，控制器150可在开始打印切层对象之前从重量传感器140b取得供料盒初始重量。此外，先前累积重量为打印顺序早于第一切层对象的打印顺序的所有切层对象的单层重量值的总和。在图5所示的范例中，控制器150将供料盒初始重量减去第一切层对象L1的单层重量值以及先前累积重量而估测出对应于供料盒120的理想重量值。上述的先前累积重量为打印顺序早于第一切层对象L1的打印顺序的所有切层对象L2～L3的单层重量值的总和。

接着，在步骤S603，控制器150比较必要重量与供料盒初始重量，以判断供料盒初始重量是否少于必要重量。若步骤S603判断为是，代表供料盒120中的打印材料不足够打印出完整的立体对象。于是，在步骤S608，控制器150判定打印异常事件发生并启动警示。另一方面，若步骤S603判断为否，在步骤S604，控制器150设定误差门槛值。误差门槛值可以是预设的、使用者直接设定的，或通过其它方法计算与实验而得，本发明对此并不限制。在步骤S605，控制器150控制喷嘴130喷涂打印材料在承载面S1上，致使第一切层对象L1成型在承载面S1上。

在步骤S606，控制器150从重量传感器140b接收对应于第一切层对象L1的实际重量值，即供料盒120当前的实际剩余重量。在步骤S607，控制器 150判断重量误差是否大于误差门槛值。详细来说，控制器150计算理想重量值与实际量测重量之间的差值而获取对应于第一切层对象L1的重量误差，并判断重量误差是否大于误差门槛值而判断打印异常事件是否发生。当重量误差大于误差门槛值，在步骤S608，控制器150判定打印异常事件发生并启动警示。另一方面，当重量误差不大于误差门槛值，在步骤S609，控制器150判定打印异常事件未发生并且不启动警示。

表2为理想重量值的范例，请参照表2。在表2的范例中，假设供料盒的供料盒初始重量为1500公克。

表2

在表2的范例中可得知，对应于打印顺序为“5”的切层对象对应至理想重量值“1147.976”，而理想重量值“1147.976”是将供料盒初始重量减掉打印顺序为“5”的切层对象的单层重量值与先前累积重量而获取。举例而言，基于表2的理想重量值，当立体打印装置100a打印完打印顺序为“5”的切层对象时，若重量传感器140b所反应的实际重量值与理想重量值“1147.976”差距过大(大于误差门槛值)时，控制器150可判定打印异常事件发生。然 而，表2仅为示范性说明，并非用以限定本发明。

由于喷头阻塞或有异物进入喷头的话，会导致喷头喷印出来的料量减少而影响打印质量，甚至是喷头完全阻塞而导照打印异常。基此，通过在打印期间量测打印对象的重量来确认打印状态。

综上所述，在本发明的上述实施例中，立体打印装置可在打印期间获取供料盒或平台的承载面所承受的实际重量值。因此，立体打印装置可通过比对依据立体模型信息所估测出来的理想重量值与实际重量值来检测打印事见识否发生异常事件是否发生。当立体打印装置判定打印异常事件发生时，立体打印装置可据以发出警示予使用者或直接终止打印程序。如此一来，可避免立体打印装置在喷嘴阻塞的状态下持续进行打印，从而减少立体打印材料的浪费与时间上的浪费，以提升立体打印装置的打印质量。

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。