本发明涉及一种打印装置，且特别涉及一种立体打印装置与其控制方法。
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。
目前利用上述快速成型法形成立体物品的立体打印装置，多是利用馈料机构将热熔性成型材传送至喷头，再经由馈料加热构造与喷头将其加热熔融并逐层涂布在平台上而形成立体物体。基于立体打印质量的考量，为了避免多余的成型材在停止挤出的期间从喷头内滴落，立体打印装置会在停止馈料期间将成型材从喷头内些微地抽离。另一方面，为了增加立体打印装置的实用度与立体打印物件的多样性，可打印具有多种色彩的立体物件的功能也是研发人员着重的焦点之一。通过在喷头内混合呈现熔融状态的两种不同颜色的成型材，立体打印装置的喷头可将具有调和颜色的成型材涂布在平台上。然而，若在停止馈料期间将两种成型材从同一喷头内抽离相同的份量，当立体打印装置再次进行打印而继续将两种成型材再次馈入喷头时，喷头挤压出来的成型材的调和颜色将不如预期。此举将导致打印出来的立体物体与实际预期产生落差，因而降低立体打印装置的打印质量及打印良率。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供一种立体打印装置及其控制方法，可依据相异成型材的出料量比例来分别决定用以将成型材从喷头内回抽的回抽量，以维持喷头挤压出来的成型材的调和色彩的一致性。
本发明提出一种立体打印装置，其包括具有承载面的平台、打印模块，以及控制器。此打印模块设置在平台上方，并包括熔融喷头与馈料模块。熔融喷头经配置以熔融具有第一色彩的第一成型材与具有第二色彩的第二成型材，而馈料模块经配置以在馈料期间馈送第一成型材与第二成型材至熔融喷头。控制器耦接打印模块。在打印模块的停止馈料期间，控制器依据第一成型材的第一出料量比例决定第一回抽量，并依据第二成型材的第二出料量比例决定第二回抽量。控制器在停止馈料期间控制馈料模块依据第一回抽量将第一成型材往远离熔融喷头的方向抽回，并在停止馈料期间控制馈料模块依据第二回抽量将第二成型材往远离熔融喷头的方向抽回。
在本发明的一范例实施例中，上述的熔融喷头将经由混合第一成型材与第二成型材而产生的第三成型材挤出，而致使第三成型材在平台上方固化形成立体物件。第三成型材具有第三色彩，且第三色彩依据第一出料量比例与第二出料量比例而决定。
在本发明的一范例实施例中，上述的馈料模块包括第一馈料滚轮与第二馈料滚轮。馈料模块通过驱动第一馈料滚轮与第二馈料滚轮往第一方向转动而将第一成型材与第二成型材馈入至熔融喷头内。馈料模块通过驱动第一馈料滚轮与第二馈料滚轮往第二方向转动而将第一成型材与第二成型材往远离熔融喷头的方向抽回。
在本发明的一范例实施例中，上述的控制器依据第一出料量比例控制第一馈料滚轮的转动速度，并依据第二出料量比例控制第二馈料滚轮的转动速度。
在本发明的一范例实施例中，当上述的第一出料量比例与上述的第二出料量比例相同时，第一回抽量与第二回抽量相同。当上述的第一出料量比例与上述的第二出料量比例相异时，第一回抽量与第二回抽量相异。
在本发明的一范例实施例中，上述的控制器利用内插法与第一参考范围而依据第一出料量比例计算第一回抽量。控制器利用内插法与第一参考范围而依据第二出料量比例计算第二回抽量，其中第一参考范围介于0与第一参考值之间。
在本发明的一范例实施例中，若上述的第一出料量比例为百分之零，则第一回抽量为第一参考范围内的0。若第一出料量比例为百分之百，则第一回抽量为第一参考范围内的第一参考值。
在本发明的一范例实施例中，上述的控制器依据第一参考值与第二参考值而取得第二参考范围与第三参考范围。第二参考范围介于0与第二参考值之间，第三参考范围介于第二参考值与第一参考值之间，而第一参考值大于第二参考值。当第一出料量比例与第二出料量比例相同时，控制器直接设定第一回抽量与第二回抽量为第二参考值。当第一出料量比例与第二出料量比例相异时，控制器利用内插法与第二参考范围与第三参考范围其中之一而依据第一出料量比例计算第一回抽量，并且控制器利用内插法与第二参考范围与第三参考范围其中的另一而依据第二出料量比例计算第二回抽量。
在本发明的一范例实施例中，若第一出料量比例为百分之零，则第一回抽量为第二参考范围内的0。若第一出料量比例为百分之五十，则第一回抽量为用以区别第二参考范围与该第三参考范围的第二参考值。若第一出料量比例为百分之百，则第一回抽量为第三参考范围内的第一参考值。
从另一观点来看，本发明提出一种立体打印装置的控制方法，此立体打印装置包括熔融喷头与馈料模块。所述方法包括下列步骤。当操作在一馈料期间，控制馈料模块馈送第一成型材与第二成型材至熔融喷头，以驱动熔融喷头将经由混合第一成型材与第二成型材而产生的第三成型材挤出。依据第一成型材的第一出料量比例决定第一回抽量，并依据第二成型材的第二出料量比例决定第二回抽量。当操作在停止馈料期间，控制馈料模块依据第一回抽量将第一成型材往远离熔融喷头的方向抽回，并控制馈料模块依据第二回抽量将第二成型材往远离熔融喷头的方向抽回，并驱动熔融喷头离开打印终结位置。
基于上述，在本发明的实施范例中，第一成型材的第一回抽量是依据第一成型材的第一出料量比例而决定，第二成型材的第二回抽量是依据第二成型材的第二出料量比例而决定。当立体打印装置操作在停止馈料期间，馈料模块将依据第一回抽量将第一成型材往远离熔融喷头的方向抽回，并依据第二回抽量将第二成型材往远离熔融喷头的方向抽回。藉此，通过适应性调整不同成型材的个别回抽量，当立体打印装置再次操作在馈料期间时，熔融喷头内经由混合第一成型材与第二成型材而产生的第三成型材的颜色可维持一致性，从而避免立体打印装置打印出色彩不均匀的立体打印物件。
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，显示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是依照本发明的一实施例所显示的立体打印装置的工作情境的方块示意图；
图2是依照本发明一实施例所显示的立体打印装置的示意图；
图3a与图3b是依照本发明实施例所显示的熔融喷头与馈料模块的示意图；
图4是依照本发明一实施例所显示的一种立体打印装置的控制方法的流程图；
图5a是依照本发明一实施例所显示的决定回抽量的范例示意图；
图5b是依照本发明一实施例所显示的决定回抽量的范例示意图。
附图标记说明：
100：立体打印装置；200：电脑主机；
110：平台；120：打印模块；
121：熔融喷头；123：馈料模块；
130：控制器；20a：第一成型材；
20b：第二成型材；20c：第三成型材；
80：立体物件；s1：承载面；
80a、80c：第二层切层物件；80b：第一层切层物件；
123a：第一馈料滚轮；123d：第二馈料滚轮；
123b、123c：被动滚轮；l1、l2：供料管线；
r1：第一转动方向；d1、d2：传送方向；
s401～s403：步骤；rag1：第一参考范围；
rag2：第二参考范围；rag3：第三参考范围；
51、52、53：线性关系；r2：第二转动方向。
具体实施方式
现将详细参考本示范性实施例，在附图中说明所述示范性实施例的实例。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件代表相同或类似部分。
图1是依照本发明的一实施例所显示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物件。进一步来说，电脑主机200为具有运算功能的装置，例如是笔记型电脑、平板电脑或桌上型电脑等计算机装置，本发明并不对电脑主机200的种类加以限制。电脑主机200可编辑与处理一立体物件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的物件。在本实施例中，立体模型可为一立体数字图像文件，其可例如由一电脑主机200通过电脑辅助设计(computer-aideddesign，cad)或动画建模软件等建构而成，且电脑主机200对此立体模型执行一切层处理而获取关联在多个的切层物件的立体模型信息，使立体打印装置100可依据这些切层物件所对应的立体模型信息而依序打印出各切层物件，最终以形成完整的立体物件。
图2是依照本发明一实施例所显示的立体打印装置的示意图。请参照图2，立体打印装置100包括平台110、打印模块120以及控制器130，在此同时提供直角坐标系以便于描述相关构件及其运动状态。平台110包括一承载面s1，用以承载打印中的立体物件80。打印模块120设置在平台110的上方，且打印模块120包括熔融喷头121与馈料模块123。在本实施例中，馈料模块123经配置以在馈料期间馈送第一成型材20a与第二成型材20b至熔融喷头121，而熔融喷头121经配置以熔融具有第一色彩的第一成型材20a与具有第二色彩的第二成型材20b。打印模块120经配置以沿着xy面移动以及沿着xy面的法线方向(z轴向)移动，致使熔融喷头121将第三成型材20c涂布在平台110的承载面s1上方。具体而言，熔融喷头121将经由混合第一成型材20a与第二成型材20b而产生的第三成型材20c挤出，而致使第三成型材20c在平台110上方固化形成立体物件80。
再者，控制器130耦接平台110以及打印模块120，可用以读取电脑主机200提供的立体模型信息，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物件80。举例来说，控制器130可依据立体数字模型信息而控制打印模块120的移动路径。控制器130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。
进一步来说，控制器130可依据立体模型信息控制打印模块120在平台110上方移动，并控制馈料模块123以在馈料期间将第一成型材20a以及第二成型材20b馈送至熔融喷头121。第一成型材20a以及第二成型材20b可为适用于熔丝制造的热熔性线材，并通过熔融喷头121对第一成型材20a以及第二成型材20b进行加热，以将传送至熔融喷头121的第一成型材20a以及第二成型材20b熔融成熔融状态的流体材料。在本实施例中，第一成型材20a具有第一色彩，而第二成型材20b具有第二色彩。熔融状态的第一成型材20a以及第二成型材20b在熔融喷头121的腔室内混合，以产生具有第三色彩的第三成型材20c。熔融喷头121将具有第三色彩且为熔融状态的第三成型材20c挤出，而致使第三成型材20c在平台110上方固化形成立体物件80。
在此，第三色彩是依据送入熔融喷头121内的第一成型材20a的出料量与第二成型材20b的出料量之间的比例而决定。以馈送呈线材状而可以通过长度单位度量的第一成型材/第二成型材为例，第一成型材20a的出料量例如是1.2厘米/分钟(cm/min)，而第二成型材20b的出料量例如是0.8cm/min。即，馈料模块123以1.2cm/min的速度将第一成型材20a馈入熔融喷头121内，并以0.8cm/min的速度将第二成型材20b馈入熔融喷头121内。
第一出料量比例与第二出料量比例的总和符合预设百分比值。以第一出料量比例与第二出料量比例的总和符合百分之百为例，熔融喷头121所挤出的第三成型材20c的整体出料量实质上是与第一成型材20a的出料量以及第二成型材20b的出料量的总和相等。在此，第一成型材20a的出料量占熔融喷头121的整体出料量的比例称之为第一出料量比例，而第二成型材20b的出料量占熔融喷头121的整体出料量的比例称之为第二出料量比例。举例而言，若第一成型材20a的出料量是1.2cm/min而第二成型材20b的出料量是0.8cm/min，则第一成型材20a的第一出料量比例为60％，则第二成型材20b的第二出料量比例为40％。因此，由于第三色彩是依据第一成型材20a的出料量与第二成型材20b的出料量之间的比例而决定，则第三成型材20c的第三色彩也可视为依据第一成型材20a的第一出料量比例与第二成型材20b的第二出料量比例而决定。
图3a与图3b是依照本发明实施例所显示的熔融喷头与馈料模块的示意图。请先参照图3a，在本实施例中，馈料模块123具有连接至熔融喷头121的供料管道l1与供料管道l2、第一馈料滚轮123a、第二馈料滚轮123d、被动滚轮123b，以及被动滚轮123c。详细而言，第一馈料滚轮123a以及被动滚轮123b分别设置在供料管道l1的相对两侧。在馈料期间，第一馈料滚轮123a以及被动滚轮123b共同夹持供料管道l1中的第二成型材20b并带动第二成型材20b沿传送方向d1前进，而第二馈料滚轮123d以及被动滚轮123c共同夹持供料管道l2中的第一成型材20a并带动第一成型材20a沿传送方向d1前进。换言之，馈料模块123的马达(未显示)通过驱动第一馈料滚轮123a与第二馈料滚轮123d往第一转动方向r1转动而将第一成型材20a与第二成型材20b馈入至熔融喷头121内，而熔融喷头121将在馈料期间挤出第三成型材20c。
在一范例实施例中，在馈料期间，控制器130可依据第一出料量比例控制第一馈料滚轮123a的转动速度，并依据第二出料量比例控制第二馈料滚轮123d的转动速度。
请再参照图3b，在本实施例中，在停止馈料期间，第一馈料滚轮123a以及被动滚轮123b共同夹持供料管道l1中的第二成型材20b并带动第二成型材20b沿传送方向d2前进，而第二馈料滚轮123d以及被动滚轮123c共同夹持供料管道l2中的第一成型材20a并带动第一成型材20a沿传送方向d2前进。换言之，馈料模块120的马达(未显示)通过驱动第一馈料滚轮123a与第二馈料滚轮123d往第二转动方向r2转动而将第一成型材20a与第二成型材20b往远离熔融喷头121的方向抽回。
基于图2、图3a与图3b的说明，在一范例实施例中，在打印模块120的停止馈料期间，控制器130可依据第一成型材20a的第一出料量比例决定第一回抽量，并依据第二成型材20b的第二出料量比例决定第二回抽量。上述的第一回抽量与第二回抽量可以以长度为单位而表示。例如，以图3b继续说明，当第一回抽量为6毫米，则控制器130控制馈料模块123将第一成型材20a沿传送方向d2抽回6毫米。也就是说，第一回抽量与第二回抽量是个别依据对应的出料量比例而决定的。
基此，控制器130在停止馈料期间可控制馈料模块123依据第一回抽量将第一成型材20a往远离熔融喷头121的方向抽回。同时，控制器130在停止馈料期间可控制馈料模块123依据第二回抽量将第二成型材20b往远离熔融喷头121的方向抽回。在一范例实施例中，第一回抽量将随着第一出料量比例上升而增加，第一回抽量将随着第一出料量比例下降而减少。相似的，第二回抽量将随着第二出料量比例上升而增加，第二回抽量将随着第二出料量比例下降而减少。如此一来，立体打印装置100可在停止馈料期间将第一成型材20a与第二成型材20b从熔融喷头121内抽离，以避免熔融状态的成型材在停止挤出的期间从熔融喷头121内滴落在平台110上。
为了进一步说明控制器130如何控制馈料模块120，以下特举一实施例来对本发明进行说明。图4是依照本发明一实施例所显示的一种立体打印装置的控制方法的流程图。本实施例的方法适用于图2的立体打印装置100，以下即搭配立体打印装置100中的各构件说明本实施例喷头温度调整方法的详细步骤。
在步骤s401，当立体打印装置100操作在一馈料期间，控制器130控制馈料模块123馈送第一成型材20a与第二成型材20b至熔融喷头121，以驱动熔融喷头121将经由混合第一成型材20a与第二成型材20b而产生的第三成型材20c挤出。在步骤s402，控制器130依据第一成型材20a的第一出料量比例与第二成型材20b的第二出料量比例决定第一回抽量与第二回抽量。需说明的是，由于第一出料量比例与第二出料量比例的总和符合一预设百分比值，因此第一出料量比例与第二出料量比例是具有对应关系的。换言之，第一出料量比例与第二出料量比例之间同样具有一预设比例。在一实施例中，控制器130可依据预设百分比值、预设比例而得知第一出料量比例与第二出料量比例。因此，在一实施例中，控制器130也可依据预设百分比值以及第一出料量比例与第二出料量比例之间的预设比例而决定第一回抽量与第二回抽量。在步骤s403，当立体打印装置100操作在停止馈料期间，控制器130控制馈料模块123依据第一回抽量将第一成型材20a往远离熔融喷头121的方向抽回，并控制馈料模块123依据第二回抽量将第二成型材20b往远离熔融喷头121的方向抽回，并驱动熔融喷头121离开打印终结位置。
需说明的是，熔融喷头121在馈料期间挤出熔融状态的第三成型材20c在平台上以建立立体物件80，并在停止馈料期间停止挤出熔融状态的第三成型材20c。打印模块120从一打印终结位置移动至一打印起点位置的时期为停止馈料期间。更具体而言，请参照图2，在打印模块120完成第一层切层物件80b的打印动作之后，打印模块120先沿z轴上升并沿着xy平面移动至第二层切层物件80a的打印起点位置，接着再开始挤出第三成型材20c而打印第二层切层物件80a。在打印模块120完成第二层切层物件80a的打印动作之后，打印模块120先沿着xy平面移动至第二层切层物件80c的打印起点位置，接着再开始挤出第三成型材20c而打印第二层切层物件80c。上述的停止馈料期间可以是打印模块120从第一层切层物件80b的打印终结位置移动至第二层切层物件80a的打印起始位置的时期。或者，上述的停止馈料期间可以是打印模块120从第二层切层物件80a的打印终结位置移动至第二层切层物件80c的打印起始位置的时期。
在一范例实施例中，当第一成型材20a的第一出料量比例与第二成型材20b的第二出料量比例相同时，控制器130设定第一成型材20a的第一回抽量与第二成型材20b的第二回抽量相同。当第一成型材20a的第一出料量比例与第二成型材20b的第二出料量比例相异时，控制器130决定第一成型材20a的第一回抽量与第二成型材20b的第二回抽量相异。如此一来，本发明的立体打印装置100可在停止馈料期间避免第三成型材20c从熔融喷头121溢出而滴落在平台110上方，并维持第三成型材20c的第三色彩的一致性。
以下将近一步说明控制器如何分别决定第一回抽量与第二回抽量。在一范例实施例中，控制器130可利用内插法与第一参考范围而依据第一出料量比例计算第一回抽量。相似的，控制器130可利用内插法与第一参考范围而依据第二出料量比例计算第二回抽量，其中第一参考范围介于0与第一参考值之间。举例而言，图5a是依照本发明一实施例所显示的决定回抽量的范例示意图。请参照图5a，第一回抽量与第二回抽量为位于第一参考范围rag1之内的数值，而第一参考范围rag1介于0与第一参考值ref1之间。第一参考值ref1可依据实际应用状况而设定的，本发明对此并不限制。一般而言，第一参考值ref1为经实验后取得的当成型材(即第一成型材20a或第二成型材20b)的出料量比例为百分之百时的理想回抽量。
请继续参照图5a，由于控制器130依据内插法而在第一参考范围rag1计算出第一回抽量与第二回抽量，因此成型材(即第一成型材20a或第二成型材20b)的回抽量与其出料量比例可表示为图5a的线性关系51。进一步而言，若第一出料量比例为百分之零(0％)，则控制器130决定第一回抽量为第一参考范围rag1内的0。若第一出料量比例为百分之百(100％)，则控制器130决定第一回抽量为第一参考范围内的第一参考值ref1。相似的，若第二出料量比例为0％，则控制器130决定第二回抽量为第一参考范围rag1内的0。若第一出料量比例为100％，则控制器130决定第二回抽量为第三参考范围内的第一参考值ref1。此外，请继续参照图5a，若第一出料量比例为x1％且第一出料量比例为(100-x1)％，则控制器130可依据对应至线性关系51的内插法、第一出料量比例以及第二出料量比例而决定第一回抽量等于ref3且第二回抽量等于ref4。
此外，在一范例实施例中，当第一出料量比例与第二出料量比例相同时，控制器130可直接设定第一回抽量与第二回抽量为第二参考值。当第一出料量比例与第二出料量比例相异时，控制器130利用内插法与第二参考范围与第三参考范围其中之一而依据第一出料量比例计算第一回抽量，并且控制器130利用内插法与第二参考范围与第三参考范围其中的另一而依据第二出料量比例计算第二回抽量。需说明的是，控制器130可依据第一参考值与第二参考值而取得第二参考范围与第三参考范围。第一参考值与第二参考值可依据实际应用状况而设定的，本发明对此并不限制。一般而言，第一参考值为经实验后取得的当成型材(即第一成型材20a或第二成型材20b)的出料量比例为百分之百时的理想回抽量，第二参考值为经实验后取得的当成型材(即第一成型材20a或第二成型材20b)的出料量比例为百分之五十时的理想回抽量。
举例而言，图5b是依照本发明一实施例所显示的决定回抽量的范例示意图。请参照图5b，控制器130依据第一参考值ref1与第二参考值ref2而取得第二参考范围rag2与第三参考范围rag3。第二参考范围rag2介于0与第二参考值ref2之间，第三参考范围rag3介于第二参考值ref2与第一参考值ref1之间，而第一参考值ref1大于第二参考值ref2。
请继续参照图5b，由于控制器130依据内插法而在第二参考范围rag2与第三参考范围rag3计算出第一回抽量与第二回抽量，因此成型材(即第一成型材20a或第二成型材20b)的回抽量与其出料量比例可表示为图5b的线性关系52与线性关系53。若第一出料量比例为0％，则控制器130决定第一回抽量为第二参考范围rag2内的0。若第一出料量比例为50％，则控制器130决定第一回抽量为用以区别第二参考范围rag2与第三参考范围rag3的第二参考值ref2。若第一出料量比例为100％，则控制器130决定第一回抽量为第三参考范围rag3内的第一参考值ref1。
此外，请继续参照图5b，若第一出料量比例为x2％且第一出料量比例为(100-x2)％，则控制器130可利用内插法与第二参考范围rag2而依据第一出料量比例计算出第一回抽量等于ref6。并且控制器130可利用内插法与第三参考范围rag3而依据第二出料量比例计算出地二回抽量等于ref5。假设控制器130接收的最佳设定为第一参考值ref1等于12毫米且第二参考值ref2等于8毫米，则控制器130可通过内插法而依据下表(1)来决定第一回抽量与第二回抽量。然而，表(1)仅为一实施范例，并非用以限定本发明。
表(1)
综上所述，在本发明的实施范例中，第一成型材的第一回抽量是依据第一成型材的第一出料量比例而决定，第二成型材的第二回抽量是依据第二成型材的第二出料量比例而决定。当打印模块移动至下一个打印起始点的期间，馈料模块将依据第一回抽量将第一成型材往远离熔融喷头的方向抽回，并依据第二回抽量将第二成型材往远离熔融喷头的方向抽回。藉此，本发明的立体打印装置可在停止馈料期间避免熔融状态的成型材从熔融喷头溢出而滴落在平台上方，并同时维持经由混合多种成型材而产生的调和色彩的一致性，从而避免立体打印装置打印出色彩不均匀的立体打印物件。
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具有技术人员，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权利要求书所界定的为准。