立体打印装置与液面感测方法与流程

本发明涉及一种立体打印装置及关于一种立体打印装置与液面感测方法。

背景技术：

近年来，立体打印装置(three-dimensionalprinter)已被广泛地应用到各个领域，各种立体打印技术如雨后春笋般的出现，造就一个万物皆可打印的时代。其中，光敏树脂(photopolymer)为多数立体打印装置所用液态成型材，举凡立体光刻设备(stereolithographyapparatus,sla)、数字光源处理(digitallightprocessing,dlp)以及连续液面生产(continuousliquidinterfaceproduction,clip)等技术，皆以光敏树脂作为打印材料。但是光敏树脂价格昂贵，故使用量的多寡成为使用者的一大考量。若在打印时提供多于最终固化所需材料，则会造成成本的浪费；若提供少于最终固化所需材料，则需要在打印中途补充光敏树脂，而提高打印失败的风险。再者，光敏树脂也容易受到环境影响，常会因时间推移慢慢固化导致无法使用。

据此，作为立体打印制程主要耗材的光敏树脂的使用量便需予以精准控制，以作为最佳化供给量、成品良率的稳定性以及成本等问题的改善手段。

技术实现要素：

本发明是针对一种立体打印装置，其通过电容式感测模块设置在盛槽外，而使其所产生的电场通过盛槽内的液态成型材，并据以感测液态成型材在盛槽内的变化。

根据本发明的实施例，立体打印装置包括盛槽以及至少一电容式感测模块。盛槽用以盛装液态成型材。电容式感测模块用以感测所述液态成型材在所述盛槽内的液面高度。所述至少一电容式感测模块包括第一电极对，设置于盛槽旁，第一电极对用以产生电场且所述电场通过所述液态成型材。

根据本发明的实施例，液面感测方法适用于立体打印装置，立体打印装置包括盛槽、多个电容式感测模块以及控制模块。盛槽用以呈装液态成型材，电容式感测模块环绕地设置于盛槽旁。控制模块电性连接各电容式感测模块。液面感测方法包括：通过控制模块取得多个电容式感测模块的读值；判断各电容式感测模块的读值是否小于液态成型材在盛槽内的低水位的读值，而判定液态成型材在盛槽内的液面水平；以及依据判断结果，进行立体打印或送出信号以要求注入液态成型材于盛槽。

附图说明

包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明立体打印装置的组装示意图；

图2为立体打印装置的局部放大图；

图3a与图3b分别是不同实施例的立体打印装置的侧视图；

图4是立体打印装置进行液面感测的流程图；

图5a与图5b分别是不同实施例的立体打印装置的俯视图；

图5c是立体打印装置的状态示意图；

图6a至图6c分别是不同实施例的立体打印装置的局部放大图；

图7是另一实施例的立体打印装置的示意图。

附图标号说明

100：立体打印装置；

110、330：盛槽；

120、120a、120b、120c：电容式感测模块；

121：第一电极对；

121a、421a：感测电极；

121b、421b：接地电极；

122、422：绝缘体；

123、423、423a、423b、423c、423d、423e：遮蔽件；

130、530：成型平台；

140：基座；

142、142a、142b、142c：固定件

150：光源；

160：控制模块；

200：液态成型材；

310：基材

320：第二电极对；

500a、500b：立体物件；

c1、c2、c3：轴；

lv0：空水位；

lv1：低水位；

lv2：满水位。

具体实施方式

现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。

图1是本发明立体打印装置的组装示意图。图2为立体打印装置的局部放大图。图3a与图3b分别是不同实施例的立体打印装置的侧视图。请先参考图1与图2，在本实施例中，立体打印装置100包括盛槽110、电容式感测模块120、成型平台130、控制模块160、光源150以及基座140，在此，立体打印装置100为上拉式立体光刻(stereolithography,sl)打印装置，盛槽110用以盛装液态成型材200，先行利用电脑辅助设计(computer-aideddesign,cad)等软体建构的3-d模型的设计资料转换为连续堆叠的多个薄(准二维)横截面层之后，便能让控制模块160驱动成型平台130浸入液态成型材200，并驱动光源150提供光线，使其依据所述横截面层的信息照射液态成型材200，从而将液态成型材200固化出正确的横截面层于成型平台130上，接着，随着成型平台沿轴c1逐渐上移，液态成型材200便可在逐层固化及堆叠的状态下形成立体物件500a(示出于图3a以作为例示)。

在本实施例中，成型平台130与盛槽110均具备沿轴c1旋转的能力，因而能达到沿轴c1相对旋转的效果(无论仅成型平台130旋转、仅盛槽110旋转或两者皆旋转)，以利于在立体打印过程中提高立体物件500a在成型平台130的适用范围，也能据以让横截面层或立体物件500a通过相对旋转运动而达到与盛槽110底部分离的效果。在一实施例中，仅盛槽110旋转，而成型平台130仅做上下移动的动作。

如前所述，为了能精准掌握液态成型材200于盛槽110内的量，本实施例的立体打印装置100通过将电容式感测模块120设置于盛槽110旁，以对液态成型材200在盛槽110内的液面高度进行感测，而让控制模块160或使用者能得知并判定在进行立体打印之前的液态成型材200是否足够。

详细而言，如图2所示，电容式感测模块120包括第一电极对121、绝缘体122以及遮蔽件123，其中第一电极对121包含感测电极121a与接地电极121b，感测电极121a与接地电极121b位于绝缘体122同侧且面对液态成型材200，绝缘体122电性绝缘感测电极121a与接地电极121b。遮蔽件123设置于绝缘体122的另一侧且背对第一电极对121，遮蔽件123用以遮蔽周围环境对第一电极对121的信号干扰，其材料可选择金属材料，绝缘体122电性绝缘遮蔽件123与第一电极对121。据此，通过提供电力至第一电极对121，以让感测电极121a与接地电极121b之间产生电场，并使所述电场通过盛槽110内的液态成型材200，如图2所示箭号。

众所周知，由于物质的介电常数不一，因此电容结构中的电场会因通过不同介质而受影响。据此，通过液态成型材200的量变化，便能进而影响第一电极对121的电容值。也就是说，随着液态成型材200在盛槽110内的液面高低变化，就代表着影响电容值的介电质会产生变化，因此就能因液面高低而反应出电容值的读值改变。

请再参考图3a，在本实施例中，电容式感测模块还包括第二电极对320，其与第一电极对121同配置在基材310上且电性连接控制模块160。在此，第二电极对320的组成结构与第一电极对121相同(如图2所示)，而基材310也类似于图2所绝缘体122与遮蔽件123的组成，因此便不再予以赘述。与前述不同的是，本实施例的第二电极对320是位于盛槽110旁且位于液态成型材200的预定液面上方。换句话说，若液态成型材200的液面控制在预定液面的高度或在其一定误差范围内时，第二电极对320所产生的电场不会通过盛槽110内的液态成型材200，也就是说，第二电极对320是针对周遭环境进行电容值感测，进而得以作为第一电极对121的感测基准。

另需提及的是，如图3a所示，液态成型材200在盛槽110内的液面变化可大致区分为空水位lv0、低水位lv1与满水位lv2，且在一实施例中，第一电极对121实质上面对液态成型材200同时涵盖前述各个水位的范围。换句话说，当液态成型材200在盛槽110内予以定义出上述水位时，即代表电容式感测模块120对于所述不同水位已能得知其对应的电容值。故当液面高低改变时，便能通过当下所感测到的电容值，与前述水位对应的电容值进行比较，进而判断出液态成型材200当下的液面高度。

图3b是另一实施例的立体打印装置的侧视图。参考图3b可知，第一电极对121可依据实际使用情形而予以调整其尺寸，以对应液态成型材200在盛槽110内需达到或欲达到的水位。

图4是立体打印装置进行液面感测的流程图。图5a与图5b分别是不同实施例的立体打印装置的俯视图。图5c是立体打印装置的状态示意图。请先同时参考图4与图5a，在本实施例中，立体打印装置包括多个电容式感测模块120a、120b与120c，其分别环绕盛槽110且成等角度配置，即相对于轴c2而言，电容式感测模块120a、120b与120c是呈120度圆周角的配置模式。在此以图4说明多个电容式感测模块的作动时机，一般而言，进行立体打印之前，即会执行步骤s01，启动多个电容式感测模块120a、120b与120c来针对液态成型材200在盛槽110内的状况进行感测。接着，在步骤s02中，判断每个电容式感测模块120a、120b与120c的读值是否相同，此举涉及液态成型材200在盛槽110内的平面度。也就是说，由于液态成型材200实质上是具有较高黏性的感光树脂，故而流动性较差，因此步骤s02即是用以判断液态成型材200是否呈现稳定。因此，当电容式感测模块120a、120b与120c的读值不相同时，即代表液态成型材200仍处于晃动的情形，如图5c所示。因而此时需执行步骤s04，即是等待一段预设时间，以让液态成型材200平稳后再行感测。待电容式感测模块120a、120b与120c的读值相同后，即能执行步骤s03，判断此时电容感测模块120a、120b与120c的读值是否等于或小于低水位lv1的读值，若否，则代表此时盛槽110内的液态成型材200是充足的，而能执行步骤s06的立体打印。若是，则需进行步骤s05，将液态成型材200注入盛槽110进行补充，所述补充量可依据步骤s03所感测得到的水位作为补充依据。在一实施例中，该液态成型材200的补充可通过自动控制系统，并依据步骤s03所感测得到的水位作为补充依据，进行自动补充的控制；在另一实施例中，步骤s03所感测得到的水位可经换算并直接告知使用者所需补充的液态成型材200的补充量。当补充完毕后，则再执行步骤s01至步骤s03以再次确认。需说明的是，在此所述读值是否相同，仍须考量电容式感测模块的感测精度，而存在可能的容许误差。此外，如图5c所示(仅以示出电容式感测模块120a与120b为例)所述电容式感测模块120a、120b与120c实质上是位于同一高度的平面s1，而得以藉此判断液态成型材200的平面度。

请参考图5b，与前述实施例不同的是，本实施例的盛槽330在俯视视角是呈矩形轮廓，因此本实施例的电容式感测模块120a、120b与120c是相对于轴c3成等距离配置。

另外，在另一实施例中，图4的步骤s03系先于步骤s02被执行，即先执行步骤s03以判断盛槽110内的液态成型材200是否充足，一旦判断出液态成型材200需补充，即进行步骤s05，如此可省去液态成型材200不充足情况下，不必要的步骤s04的等待时间。

图6a至图6c分别是不同实施例的立体打印装置的局部放大图。请先参考图6a，所示实施例示出感测电极421a与接地电极421b分别设置在绝缘体422的同侧，且感测电极421a与接地电极421b实质上能被贴附在盛槽110的外壁，遮蔽件423配置在绝缘体422的另一侧而背对感测电极421a与接地电极421b。请参考图6b，与前述不同的是，其包括两个遮蔽件423a、423b且遮蔽件423a对应于感测电极421a，遮蔽件423b对应于接地电极421b。请参考图6c，其包括三个遮蔽件423c、423d与423e，其中遮蔽件423c类似于前述遮蔽件423，而遮蔽件423d与遮蔽件423e分别位于感测电极421a与接地电极421b的相对两侧，以期能封闭所述感测电极421a与接地电极421b，以降低外在环境对于两者的干扰而有效降低噪声。另需说明的是，图6a至图6c所示电容式感测模块是简单贴附在盛槽110的外壁，因此得以随盛槽110而旋转或拆换，即当欲更换盛槽时，所述电容式感测模块能顺利地从旧盛槽拆下并简易贴附至新盛槽。此外需说明的是，图6a至图6c所述电容式感测模块也可适用于前述图1至图5c的实施例，也就是让电容式感测模块与盛槽之间保持间隔距离(独立于盛槽设置)，也即不会随着盛槽更换而进行拆装。

图7是另一实施例的立体打印装置的示意图。请参考图7，在此，电容式感测模块120是应用于下沉式立体光刻打印装置，其通过光源150设置在盛槽110的上方，而驱动成型平台530逐渐下降，以使立体物件500b逐层堆叠而成型在成型平台530上。在此状态下，同样能通过在盛槽110旁设置电容式感测模块120而达到对液态成型材200的掌控。

请再参考图1，在本实施例中，基座140实质上具有导电性，其上设置有同样具导电性的固定件142，盛槽110置于基座140后可通过固定件142固定在基座140上。同时，电容式感测模块120的接地电极121b也能因此电性连接至基座140而达到接地的效果。在此，基座140例如是具有导电性质的金属材质所制成，除能如上述提供接地效果外，还能据以提高盛槽110的结构强度。如图1所示，盛槽110为使光源150所产生光线通过，通常以透明的塑胶材质所制成，因此一旦盛装液态成型材，盛槽110会因此面临压力的影响，故而将盛槽110进一步地装设于基座140上，能有效提高盛槽110对前述压力的耐受性。

请再参考图5a，本实施例包括三个固定件142a、142b与142c以分别对应三个电容式感测模块120a、120b与120c，且彼此对应的固定件142a、142b与142c与电容式感测模块120a、120b与120c之间还存在电性连接关系(例如电容式感测模块142a的接地电极电性连接至固定件142a)。据此，控制模块160(示出于图1)能进一步地判断盛槽110是否顺利地固定于基座140上或盛槽110本身的安装是否有偏斜或偏离轴心。也就是说，当盛槽110完整地固定于基座140或盛槽110本身的安装妥适而无偏斜或偏离轴心的情形后，每个电容式感测模块的电容读值应具有固定差值，一旦盛槽110未能顺利地与固定件结合或盛槽110本身的安装有偏斜或偏离轴心等不当的情形时，前述固定差值便会产生异常或不同电容式感测模块120a、120b与120c之间读值也会有差异。

综上所述，立体打印装置通过在盛槽外配置至少一电容式感测模块，其通过第一电极对所产生的电场通过盛槽内的液态成型材，便能据以感测液态成型材的液面变化，进而判断立体打印前的液态成型材是否足够，其中第一电极对用以面对液态成型材，且可以涵盖液态成型材在使用过程中对应盛槽的满水位、低水位与空水位，以确保电容式感测模块具有足够对应液态成型材的各项变化的可能性。同时，通过另设置第二电极对，而对周遭环境进行电容感测，以作为第一电极对的感测基准。

再者，通过将多个电容式感测模块环绕地设置在盛槽旁，除了单一电容式感测模块能测得该处的液态成型材的液面高度外，也通过同一平面上的多个电容式感测模块的多个电容读值，而据以判断液态成型材在盛槽内的平面度。

此外，在各个电容式感测模块的周遭设置遮蔽件，以对感测电极与接地电极提供遮蔽效果，而能有效避免周遭环境干扰，以降低噪声影响。

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。