立体打印装置及打印头模块的制作方法

本发明涉及一种立体打印装置及打印头模块，尤其涉及一种具有散热模块的立体打印装置及打印头模块。

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，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)软件所设计的数字立体模型真实地呈现出来，不但摸得到，亦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。

目前立体打印装置的打印头模块主要包括一进料管、一加热元件以及一喷嘴所构成，所使用的原料大多都是热熔性成型原料，成型原料于常温下为固态，此固态的成型原料经由进料管传送至喷嘴，并通过加热元件将成型原料热融后由喷嘴进行出料以逐步堆叠打印成一立体物件。

现有的进料管为一中空管状结构，进料管多为金属材质构成，进料管靠近加热元件的一端会因受热传导而使成型原料提早热融进而沾粘在进料管的内壁上，一旦立体打印装置用毕停机，加热元件冷却后，沾粘在靠近加热元件一端的进料管内壁的成型原料会逐渐硬化而造成进料管阻塞。如此除了降低现有立体打印装置的打印头模块在立体打印过程中的效能及效率，更需要在打印头模块的维修与清洁上负担许多额外成本。

技术实现要素：

本发明提供一种立体打印装置及打印头模块，其可同时对进料管道以及自出料喷嘴挤出的热熔性基材进行散热。

本发明的立体打印装置，其包括基座、打印头模块及控制单元。基座具有承载面。打印头模块设置于基座的上方并包括打印头、风扇及喷嘴导风罩。打印头包括加热单元、进料管道与出料喷嘴。进料管道连接出料喷嘴。加热单元经配置以对出料喷嘴加热。风扇对应进料管道设置。喷嘴导风罩对应风扇设置并延伸至出料喷嘴。喷嘴导风罩包括喷嘴出风口，其位于出料喷嘴与承载面之间。控制单元电性耦接打印头及风扇，以控制将热熔性基材由进料管道传送至出料喷嘴，且加热单元经配置对出料喷嘴加热以将热熔性基材受热熔融挤出而逐层成形于承载面上而打印立体物件，并控制风扇将气流由散热鳍片导入喷嘴导风罩的喷嘴出风口。

本发明的打印头模块适于设置于立体打印装置的基座的上方，以打印立体物件。打印头模块包括打印头、风扇及喷嘴导风罩。打印头包括加热单元、进料管道与出料喷嘴。进料管道连接出料喷嘴。加热单元经配置以对出料喷嘴加热。风扇对应进料管道设置。喷嘴导风罩对应风扇设置并延伸至出料喷嘴。喷嘴导风罩包括喷嘴出风口，其位于出料喷嘴与承载面之间。

在本发明的一实施例中，上述的打印头模块还包括进料导风罩连接进料管道并位于风扇与进料管道之间。

在本发明的一实施例中，上述的进料导风罩包括进料入风口以及进料出风口。进料入风口连接进料管道，且进料出风口连接风扇的入风侧。

在本发明的一实施例中，上述的喷嘴导风罩连接风扇的出风侧。

在本发明的一实施例中，上述的风扇连接于进料导风罩与喷嘴导风罩之间。

在本发明的一实施例中，上述的进料导风罩包括进料入风口以及进料出风口。进料出风口连接进料管道，且进料入风口连接风扇的出风侧。

在本发明的一实施例中，上述的喷嘴导风罩连接进料管道。

在本发明的一实施例中，上述的喷嘴导风罩与进料导风罩分别设置于进料管道的相对两侧。

在本发明的一实施例中，上述的喷嘴导风罩包括喷嘴入风口及导风腔室。 导风腔室连接于喷嘴入风口以及喷嘴出风口之间。

在本发明的一实施例中，上述的喷嘴入风口连接风扇的出风侧。

在本发明的一实施例中，上述的喷嘴入风口连接进料管道。

在本发明的一实施例中，上述的喷嘴导风罩包括多个导风鳍片，设置于导风腔室内。

在本发明的一实施例中，上述的喷嘴导风罩包括多个导流孔，设置于导风腔室。

在本发明的一实施例中，上述的喷嘴入风口的截面积实质上大于喷嘴出风口的截面积。

在本发明的一实施例中，上述的出风口对应立体物品，以对自出料喷嘴挤出的热熔基材进行降温。

基于上述，本发明的立体打印装置将打印头模块中的喷嘴导风罩对应风扇设置并延伸至打印头的出料喷嘴，且喷嘴导风罩的喷嘴出风口位于出料喷嘴与基座的承载面之间，以对从出料喷嘴挤出至承载面上的热熔性基材进行降温。如此配置，本发明的立体打印装置及打印头模块仅利用一个风扇即可同时对进料管道以及从出料喷嘴挤出至承载面上的热熔性基材进行散热降温，一方面可避免进料管道过热导致热熔性基材提早在进料管道内熔融而使进料管道阻塞的问题，一方面又可提高成形于基座上的立体物品的冷却效率。

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是本发明的一实施例的一种立体打印装置的示意图；

图2是本发明的一实施例的一种打印头模块的示意图；

图3是图2的打印头模块的剖面示意图；

图4及图5是本发明的一实施例的一种喷嘴导风罩的不同角度的示意图；

图6是本发明的另一实施例的一种打印头模块的示意图；

图7是图6的打印头模块的剖面示意图。

附图标记说明：

10：立体打印装置；

20：立体物品；

100：基座；

110：承载面；

200：打印头；

210：加热单元；

220：进料管道；

222：散热鳍片；

230：出料喷嘴；

310：风扇；

312：入风侧；

314：出风侧；

320：进料导风罩；

322：进料入风口；

324：进料出风口；

330：喷嘴导风罩；

332：喷嘴出风口；

334：喷嘴入风口；

336：导风腔室；

338：导风鳍片；

339：导流孔；

400：热熔性基材；

500：打印头模块；

600：控制单元。

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，在以下配合参考附图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”等，仅是参考附加附图的方向。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是本发明的一实施例的一种立体打印装置的示意图。图2是本发明的一实施例的一种打印头模块的示意图。请同时参照图1及图2，在本实施例中，立体打印装置10适于依据数字立体模型打印出立体物品20。立体打印装置10包括基座100、打印头模块500以及控制单元600。打印头模块500可移动地设置于基座100的上方。在本实施例中，立体打印装置10还可包括处理单元，其可用以读取前述的数字立体模型，并据此控制打印头模块500相对基座100移动，其中，数字立体模型可为数字立体图像文件，其例如由电脑主机通过电脑辅助设计(computer-aideddesign,cad)或动画建模软件等建构而成。

承上述，基座100具有承载面110，用以承载打印头模块500所挤出的热熔性基材400，而打印头模块500则设置于基座100的上方。详细而言，在本实施例中，立体打印装置10还可包括热熔性基材400，其如图1所示连接至打印头模块500，并适于经由打印头模块500的进料管道而进入出料喷嘴230以受热熔融，再经由出料喷嘴230挤出而逐层涂布于基座100的承载面110上，如此，逐层挤出的热熔性基材400在承载面110上彼此堆叠而形成立体物品20。具体而言，热熔性基材400可由适用于熔丝制造式(fusedfilamentfabrication,fff)、熔化压模式(meltedandextrusionmodeling)等制作方法的热熔性材料所构成。

图3是图2的打印头模块的剖面示意图。请同时参照图2及图3，详细而言，打印头模块500包括打印头200、风扇310及喷嘴导风罩330，其中，打印头200包括加热单元210、进料管道220与出料喷嘴230。进料管道220连接出料喷嘴230。加热单元210可例如配置于出料喷嘴230，以对出料喷嘴230进行加热。如此，热熔性基材400可通过例如馈料滚轮的传送而经由进料管道220进入出料喷嘴230，以受热熔融，之后，熔融的热熔性基材400再经由出料喷嘴230挤出而逐层打印于基座100的承载面110上。控制单元300电性耦接打印头模块500，以控制将热熔性基材400由进料管道220传送至出料喷嘴230，且加热单元210经配置对出料喷嘴230加热，以将热熔性基材400受热熔融挤出而逐层成形于基座100的承载面110上而打印出立体物件20。

承上述，风扇310对应进料管道220设置，其包括入风侧312以及出风 侧314。在本实施例中，打印头模块500还可包括进料导风罩320，其中，进料导风罩320连接进料管道220并位于风扇310与进料管道220之间，以帮助进料管道220进行散热，避免进料管道220过热导致热熔性基材400提早在进料管道220内熔融而使进料管道220阻塞的问题。此外，在本实施例中，进料管道220还可包括多个散热鳍片222，其设置于进料管道220的外表面，以进一步帮助进料管道220进行散热。喷嘴导风罩330对应风扇310设置并延伸至出料喷嘴230。喷嘴导风罩330包括喷嘴出风口332，其位于出料喷嘴230与基座100的承载面110之间，更进一步而言，喷嘴出风口332可设置在承载面110上对应立体物品20的位置，以对从出料喷嘴230挤出至承载面110上的热熔性基材400进行间接降温，以减缓立体物品20冷却固化的时间，防止立体物品20因急速降温而产生龟裂。控制单元600则可控制风扇310提供气流，使气流经由进料管道220的散热鳍片222导引至喷嘴导风罩330的喷嘴出风口332。

如此配置，本实施例的打印头模块500及使用其的立体打印装置10可利用一个风扇310同时对进料管道220以及从出料喷嘴230挤出至承载面110上的热熔性基材400进行散热降温，一方面可避免进料管道220过热导致热熔性基材400提早在进料管道220内熔融而使进料管道220阻塞的问题，一方面又可提高立体物品20冷却固化的效率。

进一步而言，风扇310所提供的冷却气流会先流经进料管道220，以对进料管道220进行降温。之后，流经进料管道220后温度较高的冷却气流再流入喷嘴导风罩330，以于喷嘴导风罩330内进行降温，最后，略为降温后的冷却气流再流至喷嘴出风口332，以对从出料喷嘴230挤出的热熔性基材400进行降温。换句话说，风扇310最初所提供的冷却气流具有第一温度，而流经进料管道220后的冷却气流具有第二温度，且第二温度大于第一温度，最后，由喷嘴出风口332流出的冷却气流具有第三温度，而第三温度介于第一温度以及第二温度之间。具体来说，第一温度约介于20℃至30℃之间，第二温度约为100℃左右，而第三温度则约为50℃左右。如此，本实施例的打印头模块500利用较低温的冷却气流直接对进料管道220做散热，并利用温度较高的冷却气流对从出料喷嘴230挤出的热熔性基材400进行降温，以防止所形成的立体物件20因急速冷却而导致龟裂的情形。因此，本实施例确实 可有效提升立体打印的良率。

详细而言，进料导风罩320如图3所示包括进料入风口322以及进料出风口324，其中，进料入风口322连接风扇310的出风侧314，而进料出风口324则连接进料管道222。如此，风扇310通过抽风的方式将冷却气流由入风侧312抽入，并由出风侧314出风，冷却气流再通过进料导风罩320的导引而由进料入风口322流至进料出风口324，以对连接进料出风口324的进料管道222进行散热。

在本实施例中，喷嘴导风罩330连接于进料管道220。进一步来说，喷嘴导风罩330与进料导风罩220是分别设置于进料管道220的相对两侧。并且，喷嘴导风罩330可包括喷嘴入风口334及导风腔室336。喷嘴入风口334连接至进料管道220，导风腔室336则连接于喷嘴入风口334以及喷嘴出风口332之间。如此配置，对进料管道220进行散热后的冷却气流可再经由喷嘴入风口334进入喷嘴导风罩330，并通过导风腔室336而导引至喷嘴出风口332，以对从出料喷嘴230挤出的热熔性基材400进行降温。简单来说，冷却气流的流动路径可参照图3的虚线箭头所示，由风扇310的抽风并经由进料导风罩320的导引而流至进料管道220，以对其进行散热，之后，再经由喷嘴导风罩330的导引而从位于出料喷嘴230与基座100的承载面110之间的喷嘴出风口332流出，以对从出料喷嘴230挤出的热熔性基材400进行降温。

图4及图5是本发明的一实施例的一种喷嘴导风罩的不同角度的示意图。请同时参照图3至图5，由于冷却气流是先对进料管道220进行散热后再流入喷嘴导风罩330，故流入喷嘴导风罩330的气流温度比较高，因此，在本实施例中，喷嘴导风罩330还可包括如图4所示的多个导风鳍片338，其可设置于导风腔室336内，以增加气流与喷嘴导风罩330的接触面积，提高热交换的效率，进而可对流经进料管道220的气流进行降温。

此外，由于喷嘴入风口334的截面积实质上大于喷嘴出风口332的截面积，因而可能导致气流聚集在导风腔室336内而无法顺利由喷嘴出风口332排出。因此，在本实施例中，喷嘴导风罩330还可包括多个导流孔339，其可设置于导风腔室336，使部分的气流可自导流孔339排出，以降低导风腔室336内的压力，进而使剩余的气流可顺利地自喷嘴出风口332流出。

图6是本发明的另一实施例的一种打印头模块的示意图。图7是图6的打印头模块的剖面示意图。在此必须说明的是，本实施例的打印头模块500与图2及图3的打印头模块500相似，因此，本实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，本实施例不再重复赘述。请参照图6以及图7，以下将针对本实施例的打印头模块500与图2及图3的打印头模块500的差异做说明。

在本实施例中，进料导风罩320包括进料入风口322以及进料出风口324，其中，进料入风口322连接进料管道220，而进料出风口324连接风扇310的入风侧312。换句话说，在图2的实施例中，风扇310是以出风侧314面向进料管道220，以将抽入风扇310的冷却气流经由进料导风罩320吹向进料管道220，而在本实施例中，风扇310则是以入风侧312面向进料管道220，以通过抽风而使冷却气流直接流经进料管道220，再经由进料导风罩320抽入风扇310的入风侧312。

承上述，进料出风口324连接风扇310的入风侧312，而喷嘴导风罩330则连接风扇310的出风侧314，也就是说，风扇310连接于进料导风罩320与喷嘴导风罩330之间。如此，冷却气流先流经进料管道220，再经由进料导风罩320抽入风扇310的入风侧312，之后再由风扇310的出风侧314吹入喷嘴导风罩330内。详细来说，喷嘴导风罩330可包括喷嘴入风口334及导风腔室336，其中，导风腔室336连接于喷嘴入风口334以及喷嘴出风口332之间，而喷嘴导风罩330即是以喷嘴入风口334连接至风扇310的出风侧314。

如此配置，对进料管道220进行散热后的冷却气流可再经由喷嘴入风口334进入喷嘴导风罩330，并通过导风腔室336而导引至喷嘴出风口332，以对从出料喷嘴230挤出的热熔性基材400进行降温。简单来说，冷却气流的流动路径可参照图7的虚线箭头所示，通过风扇310的抽风而使冷却气流通过进料管道220，以对其进行散热，之后再经由进料导风罩320而抽入风扇310内，并由风扇310吹出而进入喷嘴导风罩330，以通过喷嘴导风罩330的导引而从位于出料喷嘴230与基座100的承载面110之间的喷嘴出风口332流出，以对从出料喷嘴230挤出的热熔性基材400进行降温。

除此之外，本实施例的喷嘴导风罩330亦可包括如图4所示的多个导风鳍片338以及多个导流孔339，其中，导风鳍片338可设置于导风腔室336内，以增加气流与喷嘴导风罩330的接触面积，提高热交换的效率，进而可对流经进料管道220的气流进行降温。并且，喷嘴入风口334的截面积实质上大于喷嘴出风口332的截面积，故导流孔339可设置于导风腔室336，使部分的气流可自导流孔339排出，以降低导风腔室336内的压力，进而使气流可顺利地自喷嘴出风口332流出。

综上所述，本发明的打印头模块及使用其的立体打印装置将进料导风罩连接至进料管道并使其位于风扇与进料管道之间，以帮助导引冷却气流至进料管道以进行散热。此外，喷嘴导风罩对应风扇设置并延伸至打印头模块的出料喷嘴，且喷嘴导风罩的喷嘴出风口位于出料喷嘴与基座的承载面之间，以对从出料喷嘴挤出至承载面上的热熔性基材进行降温。如此配置，本发明的打印头模块及使用其的立体打印装置仅利用一个风扇即可同时对进料管道以及从出料喷嘴挤出至承载面上的热熔性基材进行散热降温，一方面可避免进料管道过热导致热熔性基材提早在进料管道内熔融而使进料管道阻塞的问题，一方面又可提高成形于基座上的立体物品的冷却效率。因此，本发明确实可降低打印头模块及使用其的立体打印装置的生产成本，更可提高其打印品质及效率。

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。