打印校正方法以及立体打印装置与流程

本发明涉及一种打印校正方法以及立体打印装置，尤其涉及一种立体打印的打印校正方法以及其立体打印装置。

背景技术：

随着电脑辅助制造(Computer-Aided Manufacturing,以下简称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,以下简称RP)技术的统称，其基本原理都是叠层制造，由快速原型机在X-Y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，最终形成立体物体。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，还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-Aided Design,以下简称CAD)软件所设计的数字立体模型真实地呈现出来，不但摸得到，也可真实地感受得到它的几何曲线，还可以试验零件的装配性、甚至进行可能的功能试验。

在立体打印的过程中，用于承载立体模型的打印平台的歪斜情况是影响打印品质的重要变数。歪斜情况越是严重，打印品质自然越差。传统的立体打印装置会附有一个旋纽或是类似的调整机构，而使用者可以手动地去调整打印平台。然而，手动调整的方式，在准确度以及便利性上都还有改善的空间。因此，提供一个简单、准确且具有效率的打印校正方法以及其立体打印装置，仍是本领域技术人员努力的目标之一。

技术实现要素：

本发明提供一种打印校正方法以及立体打印装置，通过特殊场域来协助取得打印平台在多个轴向上的倾斜变化，藉此决定是否对应校正打印平台。

本发明的一实施例提供一种打印校正方法，适于一立体打印装置。立体 打印装置具有打印平台。打印校正方法包括下列步骤。在打印平台提供电场。沿第一轴向，朝打印平台的一个位置延伸检测探棒至电场内，前述位置被定义为初始位置。在打印平台上，由初始位置沿移动路径移动检测探棒。在检测探棒沿移动路径移动时，检测电场变化以判断打印平台对应第一轴向的倾斜变化。依据打印平台的倾斜变化判断是否校正打印平台。

本发明的另一实施例提出一种立体打印装置。立体打印装置包括打印平台、检测单元、检测探棒以及控制单元。检测单元设置于打印平台的一侧。检测单元在打印平台提供电场，并且检测电场的电场变化。检测探棒相对于检测单元而设置于打印平台的另一侧。控制单元耦接于打印平台、检测单元以及检测探棒。控制单元沿第一轴向，朝打印平台的一个位置延伸检测探棒至电场内，且前述位置定义为初始位置。在打印平台上，控制单元由初始位置沿移动路径移动检测探棒，并且在检测探棒沿移动路径移动时，控制检测单元检测电场变化以判断打印平台对应第一轴向的倾斜变化。控制单元依据打印平台的倾斜变化，判断是否校正打印平台。

基于上述，本发明实施例所提供的打印校正方法以及其立体打印装置，在打印平台提供如电场等特殊场域来协助取得检测探棒相对于打印平台的位置。当检测探棒在打印平台上沿特定移动路径移动时，通过检测探棒的位置变化来判断打印平台的歪斜情况，并且决定是否校正打印平台。前述的打印校正方法以及其立体打印装置不需要人力操作即可完成打印平台的校正，并且是更深入且细微地检查打印平台整体的歪斜情况，可以达到较佳的校正效果。

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是立体打印装置的工作情境的示意图；

图2是本发明一实施例所示出的立体打印装置的方块图；

图3是本发明一实施例所示出的立体打印装置的示意图；

图4是本发明一实施例所示出的立体打印方法的流程图；

图5是本发明一实施例所示出的打印校正的示意图；

图6是本发明一实施例所示出的判断是否进行打印校正的流程图。

附图标记说明：

10、100：立体打印装置；

20：运算装置；

110：打印平台；

112：基准面；

120：检测单元；

130：检测探棒；

140：控制单元；

150：移动机构；

160：打印喷头；

170：可调式支架；

DS：空间范围；

110D：空间底部；

P1：初始位置；

P2：结束位置；

P1D、P2D：位置；

S410、S420、S430、S440、S450：打印校正方法的步骤；

S452、S454、S456、S458：判断是否进行打印校正的步骤。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的各实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“底”、“顶”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而并非用来限制本发明。并且，在下列各实施例中，相同或相似的元件将采用相同或相似的标号。

图1是立体打印装置的工作情境的示意图。参照图1，立体打印装置10适于依据一个运算装置20所提供的打印信息来打印立体模型。一般而言，前述的运算装置20例如是台式电脑、笔记本电脑、智能手机或平板电脑等具有 运算能力的电子装置。详细而言，运算装置20通过电脑辅助设计(computer-aided design，以下简称CAD)或动画建模软件等建构立体模型，并将此数字立体模型切割为多个横截面层，然后提供前述横截面层的打印信息至立体打印装置10。立体打印装置10可依据横截面层的打印信息依序建构多个的切层物件，所述切层物件堆叠而形成立体模型。

图2是本发明一实施例所示出的立体打印装置的方块图。图3是本发明一实施例所示出的立体打印装置的示意图。参照图2与图3，立体打印装置100包括打印平台110、检测单元120、检测探棒130、控制单元140、移动机构150与打印喷头160。打印平台110、检测单元120、检测探棒130、移动机构150与打印喷头160都耦接至控制单元140。打印平台110包括承载面112，而检测单元120相对于承载面112而设置于打印平台110的一侧。在本实施例中，打印平台110与检测单元120例如是整合于一平板内，并且由一或多个可调式支架170支撑，但本发明不限于此。可调式支架170例如是由步进马达(Step Motor)作高度调整与水平调整。

在本实施例中，检测单元120在打印平台110的承载面112上产生准静态的电场，甚至是产生准静态的电近场，并且可随时检测电场变化。更详细而言，检测单元120例如是在传输电极(未示出)施加具有特定频率的方波信号以产生电场，并且由接收电极(未示出)检测电场的变化。值得注意的是，在本发明中，检测单元120的型式与功能并不限于此。在本发明其它实施例中，检测单元120还可以是在打印平台110的承载面112上产生磁场(磁近场)，并且可随时检测磁场变化。

打印喷头160相对于检测单元120而设置于打印平台110的一侧，并且耦接于移动机构150。控制单元140可以分别控制打印喷头160以及移动机构150。移动机构150例如是包括多个马达以及可动式长杆，但不以此为限。打印喷头160随着立体打印装置100的型式而可以是用于加热熔融积层材料并且进行喷涂的打印喷头160，或者是直接喷涂出积层材料的打印喷头160。打印喷头160通过移动机构150而沿空间中的第一轴向、第二轴向与第三轴向移动，并且喷涂积层材料以打印立体模型。

检测探棒130例如是圆柱状或方柱状的探棒。检测探棒130同样相对于检测单元120而设置于打印平台110的一侧。在本实施例中，检测探棒130 附设于打印喷头160，并且同样可以通过移动机构150而在打印平台110上移动。检测探棒130还可沿第一轴向而延伸或缩短。在本发明另一实施例中，检测探棒130与打印喷头160还可以是分别耦接至不同的移动机构，藉以实现单独操作检测探棒130或打印喷头160的可能性。

控制单元140用于接收打印信息、依据打印信息来控制打印喷头160进行立体打印，并且控制检测探棒130执行打印校正。控制单元140例如是中央处理器(Central Processing Unit,以下简称CPU)、可程序化的微处理器(Microprocessor)、可程序化控制器、特殊应用集成电路(Application Specific Integrated Circuits，以下简称ASIC)、其他类似装置或这些装置的组合。

在本发明其它实施例中，立体打印装置100还例如是包括传输接口(未示出)与储存单元(未示出)。传输接口用于接收其它运算装置所传来的打印信息或控制指令，并且例如是符合串行高级技术附件(Serial Advanced Technology Attachment，以下简称SATA)标准、通用串行总线(Universal Serial Bus，以下简称USB)标准、并行高级技术附件(Parallel Advanced Technology Attachment，以下简称PATA)标准或其它适合的标准。储存单元用于储存其它运算装置所传来的打印信息或控制指令，并且例如是任何型态的硬盘机(hard disk drive；以下简称HDD)、可移动随机存取存储器(random access memory；以下简称RAM)、快闪存储器(flash memory)或前述多种元件的组合。

图4是本发明一实施例所示出的打印校正方法的流程图。图4所示的打印校正方法，适用于图2与图3所示的立体打印装置100，但不限于此。参照图2、图3与图4，检测单元120首先在打印平台110提供电场(步骤S410)，而控制单元140则沿第一轴向，朝打印平台110的一个位置延伸检测探棒130至电场内(步骤S420)。值得注意的是，前述位置被控制单元140定义为初始位置。换言之，即是检测探棒130移入了电场后，在打印平台110上的移动起始点。检测单元120除了用于提供电场外，还同时检测电场变化。当控制单元140控制检测探棒130沿第一轴向伸长时，一旦检测探棒130进入电场的范围，电场会基于检测探棒130导电性而产生扭曲或变形，而检测单元120会检测到电场产生变化。控制单元140依据检测单元120所检测的电场变化来判别或推算检测探棒130相对于打印平台110的基准面112的位置。换言之，控制单元140可依据所检测的电场变化来确认检测探棒已经进入电场的 范围内。此时，控制单元140还使检测探棒130朝打印平台延伸一段距离，例如是30毫米(millimeter,以下简称mm)，以确保检测探棒130深入电场。

值得注意的是，本实施例中，在将检测探棒130伸进电场(步骤S420)之前，控制单元140还沿第一轴向移动打印喷头160与检测探棒130至电场外。具体而言，控制单元140将打印喷头160与检测探棒130等元件向上移动，直到检测单元120不再检测到相对应的电场变化为止。在此，控制单元140通过净空电场来达到类似于“归零”或“初始化”的效果。此后，一旦检测探棒130被延伸至电场内而造成电场变化时，控制单元140可以依据检测单元120所检测的电场变化来轻易锁定检测探棒130在电场中相对于打印平台110的位置。

另一方面，在本发明其它实施例中，前述的初始位置并非是检测探棒130朝打印平台110所延伸的位置。更详细而言，在本实施例中，立体打印装置100还包括对应打印平台110而设置的初始位置感测器(未示出)。当检测探棒130被延伸至电场内后，控制单元140通过移动机构150来移动检测探棒130，并且直到初始位置感测器能正确感测检测探棒130为止。换言之，本实施例的初始位置是由初始位置感测器所定义。

在本发明一实施例中，当控制单元140确认到检测探棒130已经沿第一轴向而被延伸至电场内时，控制单元140还可以在打印平台110上短暂地移动检测探棒130，并且判断检测单元120所检测到的电场是否有对应的变化而使得控制单元140可以正确地锁定检测探棒130相对于打印平台110的位置。若控制单元140移动检测探棒130后，检测单元120没有检测到对应的电场变化，则控制单元140重新沿第一轴向移动打印喷头160与检测探棒130至电场外，而后再次延伸检测探棒130至电场内。

参照图2、图3与图4，当控制单元140确认检测单元120可以随检测探棒130的移动而对应地检测到电场变化时，控制单元140在打印平台110上，由初始位置沿移动路径移动检测探棒130(步骤S430)。在检测探棒130沿移动路径移动时，控制单元140通过控制检测单元120来检测电场变化以判断打印平台110对应第一轴向的倾斜变化(步骤S440)。

图5是本发明一实施例所示出的打印校正的示意图。参照图2至图5，控制单元140首先通过移动机构150将检测探棒130移动至初始位置P1，然 后维持检测探棒130在第一轴向与第三轴向上不动，而沿第二轴向移动检测探棒130至结束位置P2。换言之，在本实施例中，移动路径包括由初始位置P1移动至结束位置P2的路径。当检测探棒130沿第二轴向移动时，控制单元140通过检测单元120来检测电场变化，并且由电场变化确认或推算检测探棒130相对于打印平台110的基准面112的位置。如图5所示，在检测单元120所能检测到的空间范围DS之中，控制单元140可通过电场变化判断检测探棒130相对于空间底部110D的位置，例如是位置P1D、P2D。空间底部110D实质上相符于打印平台110的基准面112，而位置P1D、P2D与空间底部110D的距离值即为检测探棒130在初始位置P1与结束位置P2与打印平台110的第一距离值。

在检测探棒130沿第二轴向而从初始位置P1移动至结束位置P2时，每当检测探棒130移动一个预设间隔即记录打印平台110与检测探棒130间的第一距离值。换言之，每次移动检测探棒130达到预设间隔时，控制单元140便通过检测单元120所检测的电场变化来推算与记录检测探棒130与打印平台110的距离以作为第一距离值。预设间隔例如是1厘米(centimeter,以下简称cm)。由多个第一距离值的变化，控制单元140可以判断打印平台110对应第一轴向的倾斜变化。举例而言，若第一距离值都为一致，则控制单元140判断打印平台110对应第一轴向而没有倾斜的状况。另一方面，若第一距离值间有所差异，则控制单元140可依据第一距离值间的偏差值判断打印平台110的倾斜变化。

检测探棒130沿第二轴向移动至结束位置P2后，接着便返回初始位置P1。参照图2、图3与图4，在取得打印平台110的倾斜变化后，依据打印平台110的倾斜变化，判断是否校正打印平台110(步骤S450)。更详细而言，每一个第一距离值代表检测探棒130在一个特定位置上，与打印平台110的距离。以本实施例而言，若第一距离值之间应完全相同而无偏差，则代表打印平台的倾斜变化为零或者是过小而可以忽视。相对的，一旦第一距离值之间有所偏差，则代表打印平台110在第二轴向上很可能是有所歪斜的。此时，控制单元140便开始校正打印平台110。

值得注意的是，在前述实施例中，打印校正的移动路径仅包括在第二轴向上由初始位置P1到结束位置P2的路径。然而，本发明不限于此。在本发 明另一实施例中，打印校正的移动路径除了在第二轴向上由初始位置P1到结束位置P2的路径，还包括在第三轴向上，由初始位置P1到另一结束位置(未示出)。更详细而言，当检测探棒130在第二轴向上，由初始位置P1移动到结束位置P2后，控制单元140还控制检测探棒130回到初始位置P1，接着沿第三轴向而从初始位置P1移动至另一结束位置(未示出)。检测探棒130沿第三轴向移动时，每当检测探棒130移动一个预设间隔，即依据电场变化而记录打印平台110与检测探棒130间的第二距离值。预设间隔例如是1厘米(cm)。控制单元140检测并记录打印平台110与检测探棒130间的第二距离值的方法如同前述检测并记录第一距离值的方法，故在此不再赘述。

参照图2、图3与图4，在本实施例中，在取得多个第一距离值与多个第二距离值之后，控制单元140依据第一距离值之间的偏差值与第二距离值之间的偏差值，判断打印平台110对应第一轴向的倾斜变化。具体而言，控制单元140可以依据多个第一距离值来判断打印平台110在第二轴向上的水平情形，并且可以依据多个第二距离值来判断打印平台110在第三轴向上的水平情形。最后，控制单元140依据前述倾斜变化，判断是否校正打印平台110。

在前述的实施例中，检测探棒130在打印校正中的移动路径包括了在第二轴向上由初始位置P1到结束位置P2的路径以及在第三轴向上由初始位置P1到结束位置(未示出)的路径。然而，本发明不限于此。在其它实施例中，初始位置例如是打印平台110的中心，而移动路径则为以初始位置为中心的圆线或螺线。

图6是本发明一实施例所示出的判断是否进行打印校正的流程图。参照图2至图4与图6，当控制单元140判断打印平台110对应第一轴向的倾斜变化后，进一步地判断是否校正打印平台110。在图6的实施例中，当控制单元140取得多个第一距离值与第二距离职后，控制单元140判断第一距离值之间的任一偏差值是否小于第一阀值(步骤S452)，并且判断第二距离值之间的任一偏差值是否小于第一阀值(步骤S454)。第一距离值之间的偏差值例如是任两个第一距离值之间的差值，而第二距离值之间的偏差值例如是任两个第二距离值之间的差值。第一阀值例如是0.25毫米(mm)，但本发明不以此为限。若第一距离值之间的偏差值与第二距离值之间的偏差值都小于第一阀值，则结束打印校正方法(步骤S458)。

若第一距离值之间的任一偏差值与第二距离值之间的任一偏差值中的至少一者大于第一阀值，则控制单元140依据偏差值中的至少一者校正打印平台110(步骤S456)。具体而言，若第一距离值之间的偏差值大于第一阀值，则控制单元140自动在第二轴向上校正打印平台110，藉以使打印平台110呈水平状态。控制单元140例如是控制可调式支架170来校正打印平台110，但本发明不以此为限。类似地，若第二距离值之间的偏差值大于第一阀值，则控制单元140自动在第三轴向上校正打印平台110，藉以使打印平台110呈水平状态。

在本发明一实施例中，在校正打印平台后，控制单元140重新取得打印平台110与检测探棒130间的第一距离值与第二距离值，并且判断第一距离值之间的任一偏差值以及第二距离值之间的任一偏差值是否小于第一阀值。此时，若第一距离值之间的偏差值以及第二距离值之间的偏差值都小于第一阀值，则代表打印平台110已经校正至水平而无歪斜。反之，若第一距离值之间的任一偏差值以及第二距离值之间的任一偏差值的其中一者仍大于第一阀值，则代表校正失败。此时，立体打印装置100对应显示警示信息或产生警示音。

值得注意的是，在本发明的另一实施例中，由立体打印装置100的控制单元140在前述的打印校正方法之中所执行的步骤与功能，可以由耦接至立体打印装置100的其它运算装置来取代并执行相同的步骤与功能。换言之，即是由其它运算装置来控制与执行打印校正。藉此，立体打印装置100的控制单元140可以避免执行过多的程序与进行过多的运算。

综上所述，本发明实施例所提供的打印校正方法以及其立体打印装置，在打印平台提供如电场等特殊场域来协助取得检测探棒相对于打印平台的位置。当检测探棒在打印平台上沿特定路径移动时，通过检测探棒的位置变化来推知检测探棒与打印平台间的距离变化，进而判断打印平台的歪斜情况以决定是否校正打印平台。前述的打印校正方法以及其立体打印装置不需要人力操作即可完成打印平台的校正，并且是更深入且细微地检查打印平台整体的歪斜情况，可以达到较佳的校正效果。

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。