TW201711832A - 熔融沉積成型裝置 - Google Patents

Abstract

本案關於一種熔融沉積成型裝置，包含：至少一高分子材料、至少一容器、至少一噴頭以及控制裝置，容器內設有加熱器；噴頭具有噴孔；控制裝置與加熱器與噴孔電連接，以提供控制訊號控制噴孔之啟閉；其中，高分子材料係導入容器中，由控制裝置控制加熱器對高分子材料加熱熔融，並由控制裝置控制使熔融後之高分子材料由噴孔擠出。

Description

熔融沉積成型裝置

本案係關於一種熔融沉積成型裝置，尤指一種適用於熔融沉積成型機之熔融沉積成型裝置 。

三維成型技術，亦稱為快速成型（Rapid Prototyping，RP）技術，因快速成型技術具有自動、直接及快速，可精確地將設計思想轉變為具有一定功能的原型或可製造直接使用的零件或成品，從而可對產品設計進行快速的評估，修改及功能試驗，大大縮短產品的開發週期，因而使得三維列印成型技術廣受青睞。

然快速成型技術中，有一種熔融沉積成型（Fused Deposition Modeling，FDM）技術，其乃輸送成型材料透過加熱器對成型材料加熱成熔融液態，再由一擠出口擠出熔融液態成型材料而冷卻堆疊出三維成型物。然而，在其對成型材料進行加熱時，為了使成型材料形成熔融狀態，加熱器的溫度通常相當高，如此一來，過高的溫度及熱能會使得加熱器周邊的組件亦隨之受影響而易產生損壞，故若無法有效對加熱器所產生的熱能進行散熱，則其周邊的組件及熔融沉積成型機的整體使用壽命均可能受限。

有鑑於此，本發明提供一種熔融沉積成型裝置，其內具有可耐受高溫的容器，且於容器中更具有複數個導熱、散熱結構，藉以輔助將加熱器所產生之熱能向外傳遞，以有效散熱，並可延長熔融沉積成型之使用壽命。

本案之主要目的在於提供一種熔融沉積成型裝置，透過其具有可耐受高溫的容器，且容器中更具有複數個導熱、散熱之結構，俾可解決目前熔融沉積成型機之散熱不佳的技術瓶頸。

為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種熔融沉積成型裝置，適用於熔融沉積成型機，包含：至少一高分子材料；至少一容器，其內設有加熱器；至少一噴頭，具有噴孔；以及控制裝置，與加熱器與噴孔電連接，以提供控制訊號控制噴孔之啟閉；其中，至少一高分子材料係導入至少一容器中，由控制裝置控制加熱器對至少一高分子材料加熱熔融，並由控制裝置控制以使熔融後之高分子材料由噴孔擠出。

1‧‧‧熔融沉積成型機

10‧‧‧熔融沉積成型裝置

11‧‧‧高分子材料

11’ ‧‧‧液態高分子材料

12‧‧‧容器

120‧‧‧第一開口

121‧‧‧加熱器

122‧‧‧控制裝置

123‧‧‧風扇

124‧‧‧熱傳導鰭片

125‧‧‧隔熱管

126‧‧‧導熱通道

127‧‧‧第二開口

13‧‧‧噴頭

131‧‧‧噴孔

14‧‧‧材料匣

15‧‧‧驅動輪

16‧‧‧進料器

17‧‧‧承載盤

2‧‧‧三維成型物

第1圖為本案較佳實施例之熔融沉積成型(FDM)機之熔融沉積成型裝置之示意圖。

第2圖為本案較佳實施例之熔融沉積成型裝置之容器及噴頭之結構示意圖。

第3圖為本案較佳實施例之熔融沉積成型(FDM)機之示意圖。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。

請同時參閱第1圖及第3圖，第1圖為本案較佳實施例之熔融沉積成型(FDM)機之熔融沉積成型裝置之示意圖，第3圖為本案較佳實施例之熔融沉積成型(FDM)機之示意圖。如圖所示，熔融沉積成型(FDM)機1(如第3圖所示)係具有熔融沉積成型裝置10、材料匣14、驅動輪15、進料器16及承載盤17等組件，但不以此為限。其中，熔融沉積成型裝置10包含：至少一高分子材料11、至少一容器12、至少一噴頭13以及控制裝置122，容器12內設有加熱器121，噴頭13具有噴孔131，控制裝置122與加熱器121及噴孔131電連接，以提供控制訊號控制噴孔131之啟閉；其中，至少一高分子材料11係導入至少一容器12中，由控制裝置122控制加熱器121對至少一高分子材料11加熱熔融，並由控制裝置122控制以使熔融後之高分子材料由噴孔131擠出，以層層堆疊成三維成型物2。

於本實施例中，如第1圖所示，高分子材料11係可為但不限為一細微之線狀體，例如：細微之塑膠線，但不以此為限。且以實施例為例，高分子材料11之直徑係介於0.01 mm至2.0 mm，且其較佳值則介於0.1 mm至1.0 mm。

舉例來說，該高分子材料11材質係可為但不限為一熱塑性高分子材料，且該熱塑性高分子材料更可為但不限為塑膠材料及支撐材料，舉例來說，高分子材料11係為一聚氯乙烯、一聚乙烯、一聚苯乙烯、一聚氨基甲酸酯、一聚醯胺 、一聚甲醛、一纖維素塑料、一聚四氟乙烯、一聚醯亞胺、一聚苯硫醚、一聚碳酸脂之至少其中之一種熱塑性高分子材料，以作為塑膠材料，但不以此為限，又或者是，高分子材料11係可為一聚乳酸（PLA）、一丙烯腈－丁二烯－苯乙烯（ABS）、一丁二烯－苯乙烯（BS）、一丙烯腈－苯乙烯（AS）、一聚乙醯胺（PA）、一尼龍6、一尼龍66、一聚酸甲酯（PMMA）、一氯化聚乙烯（CPE）、一硝酸纖維素、一聚對苯二甲酸乙二酯（PETE或PET）、一聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、一聚對苯二甲酸二丁酯（PBT）、一改質聚氯化二甲基苯（m-PPE）之至少其中之一種熱塑性高分子材料，以作為支撐材料，但不以此為限。

請續參閱第1圖，如圖所示，熔融沉積成型機1具有材料匣14，用以儲置高分子材料11，高分子材料11透過驅動輪15及進料器16之導引驅動，進而以輸送至容器12。於一些實施例中，驅動輪15及進料器16亦可為合而為一的驅動進料裝置，主要作為輔助驅動高分子材料11進行進給輸送之用，且其型態係可依實際施作情形而任施變化，並不以本案例示之兩個別裝置為限。

請同時參閱第1圖及第2圖，第2圖係為本案較佳實施例之熔融沉積成型裝置之容器及噴頭之結構示意圖。如圖所示，本案僅以單一容器12進行例示，然本案之至少一容器12係可由多個容器12所組成，用以供多個高分子材料11分別導入每一容器12中，換言之，本案之容器12之數量及結合型態係可依照實際施作情形而任施變化，並不以此為限。又，如圖所示，容器12係為一殼體結構，且每一容器12之殼體係可為但不限為由金屬材料所製成，或是可由其他可耐受高溫之材質所製成，並不以此為限，其主要係為使容器12可耐受高溫而不致產生變形或是結構受損。

請續參閱第2圖，如圖所示，容器12之頂部及底部分別具有第一開口120及第二開口127，用以供線形之高分子材料11由第一開口120導引輸入容器12內，並由第二開口127輸出於容器12之外。於一些實施例中，第一開口120及第二開口127之口徑係略大於高分子材料11之線徑，但不以此為限。噴頭13設置於容器12之底部，並對應設置於容器12之第二開口127處，且於第二開口127相連通，於本實施例中，噴頭13可為但不限為一漸縮之錐形中空結構，且於噴頭13之末端具有一噴孔131，供以輸出熔融後之高分子材料11。於一些實施例中，噴孔131之直徑係為0.05~0.2mm，但不以此為限。又於本實施例中，容器12內部更具有隔熱管125及加熱器121，隔熱管125係為一管狀結構，設置於第一開口120及第二開口127之間，且與第一開口120、第二開口127相連通，供以輔助高分子材料11於容器12中進行輸送，且隔熱管125更可透過第二開口127而與噴頭13之噴孔131相連通，俾可將高分子材料11導送至噴孔131處。

於本實施例中，加熱器121係設置於容器12內部，且設置於容器12之底部區域，並與隔熱管125相鄰接，當高分子材料11經由隔熱管125之導引而輸送至加熱器121處時，則可透過加熱器121之加熱熔融，使之成為液態狀態，再將熔融後之液態高分子材料11’向下輸送至噴頭13之噴孔131處，以輸出液態之高分子材料11’。於一些實施例中，加熱器121係可為但不限為一熱電阻加熱器、一雷射加熱器、一其它結構之加熱器之其中之一。

請續參閱第2圖，如圖所示，於本實施例中，熔融沉積成型裝置10之控制裝置122亦設置於容器12內，但不以此為限，且控制裝置122係鄰設於加熱器121之上，並與加熱器121及噴頭13之噴孔131電連接，進而可控制加熱器121之加熱溫度，舉例來說，於較佳實施例中，控制裝置122係控制加熱器121之加熱溫度係介於100~300度之間，但不以此為限，藉由此加熱溫度將高分子材料11熔融為液態，其後再由控制裝置122控制噴孔131之啟閉，進而使熔融後之液態成型線材11''可由噴孔131擠出。

以及，於本實施例中，容器12具有至少一導熱通道126以及熱傳導鰭片124等導熱及散熱組件，但不以此為限；其中，該至少一熱傳導通道126可為但不限為環繞設置於隔熱管125周緣之中空通道結構，且於一些實施例中，其係可設置於熱傳導鰭片124及加熱器121之間，但並不以此為限，主要用以將加熱器121所散發之熱能予以熱傳導，並將熱能傳遞至與該熱傳導通道126相連通之熱傳導鰭片124處，以使熱能於熱傳導鰭片124處實施熱交換作用；甚至於，於另一些實施例中，容器12更具有風扇123，且風扇123係設置於熱傳導鰭片124之上，但不以此為限，用以對熱傳導鰭片124吹拂，以輔助該熱傳導鰭片124可更快速地將熱能傳遞出去，即該風扇124係可加強熱傳導鰭片124實施熱交換作用，進而以達到有效散熱之目的。

請參閱第3圖，如前所述，熔融沉積成型機1係包含熔融沉積成型裝置10、材料匣14、驅動輪15、進料器16及承載盤17等組件。其中，熔融沉積成型裝置10包含：至少一高分子材料11、至少一容器12、至少一噴頭13以及控制裝置122。於本實施例中，高分子材料11係由材料匣14輸出，透過驅動輪15及進料器16之驅動導引，而使高分子材料11由容器12之第一開口120而輸入至容器12中，並設置於容器12之隔熱管125中，透過驅動輪15及進料器16之驅動而向下輸送至加熱器121處，再透過控制裝置122之控制，使加熱器121對高分子材料11加熱熔融，以形成液態高分子材料11’，並由控制裝置121控制使熔融後之液態高分子材料11’由設置於容器12下之噴頭13的噴孔131擠出至承載盤17上，並依據每一層不同之斷面圖形進行堆疊，且隨著液態高分子材料11’的自然冷卻固化、依序堆疊成型，進而以層層堆疊出一三維成型物2。於進行此三維成型作業過程中，透過容器12中的熱傳導通道126、熱傳導鰭片124及風扇123等組件，藉以將加熱器121運作時產生的熱能向上傳遞，並透過風扇123的強制排熱，以使熱能可由熱傳導鰭片124而傳遞出去，進而達到有效散熱之目的。

綜上所述，本案之熔融沉積成型裝置主要透過熔融沉積成型機之驅動輪及進料器使高分子材料進給輸送至容器中，並由控制裝置控制加熱器使之加熱熔融，且透過控制裝置以控制容器底部設置的噴頭之噴孔的啟閉，藉以由噴孔輸出已熔融之液態高分子材料，同時更透過容器內設置的隔熱管、導熱通道、熱傳導鰭片及風扇等組件以加強容器之熱交換作業，俾可有效進行散熱，藉以延長容器及熔融沉積成型機之使用壽命。

本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1‧‧‧熔融沉積成型機

10‧‧‧熔融沉積成型裝置

11‧‧‧高分子材料

12‧‧‧容器

120‧‧‧第一開口

121‧‧‧加熱器

122‧‧‧控制裝置

123‧‧‧風扇

124‧‧‧熱傳導鰭片

125‧‧‧隔熱管

126‧‧‧導熱通道

127‧‧‧第二開口

13‧‧‧噴頭

131‧‧‧噴孔

14‧‧‧材料匣

15‧‧‧驅動輪

16‧‧‧進料器

Claims (14)

1. 一種熔融沉積成型裝置，適用於一熔融沉積成型機，包含：
   　 至少一高分子材料；
   　 至少一容器，其內設有一加熱器；
   　 至少一噴頭，具有一噴孔；以及
   　 一控制裝置，與該加熱器與該噴孔電連接，以提供一控制訊號控制該噴孔之啟閉；
   　 其中，該至少一高分子材料係導入該至少一容器中，由該控制裝置控制該加熱器對該至少一高分子材料加熱熔融，並由該控制裝置控制以使熔融後之該高分子材料由該噴孔擠出。
2. 如申請專利範圍第1項所述之熔融沉積成型裝置，其中該高分子材料為一熱塑性高分子材料，該熱塑性高分子材料係為一聚氯乙烯、一聚乙烯、一聚苯乙烯、一聚氨基甲酸酯、一聚醯胺 、一聚甲醛、一纖維素塑料、一聚四氟乙烯、一聚醯亞胺、一聚苯硫醚、一聚碳酸脂之至少其中之一或其混合物。
3. 如申請專利範圍第1項所述之熔融沉積成型裝置 ，其中該高分子材料為一熱塑性高分子材料，該熱塑性高分子材料係為一聚乳酸（PLA）、一丙烯腈－丁二烯－苯乙烯（ABS）、一丁二烯－苯乙烯（BS）、一丙烯腈－苯乙烯（AS）、一聚乙醯胺（PA）、一尼龍6、一尼龍66、一聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、一氯化聚乙烯（CPE）、一醋酸纖維素、一聚對苯二甲酸乙二酯（PETE或PET）、一聚氯乙烯（PVC）、一聚丙烯（PP）、一聚對苯二甲酸二丁酯（PBT）、一改質聚氯化二甲基苯（m-PPE）之至少其中之一或其混合物
4. 如申請專利範圍第1項所述之熔融沉積成型裝置，其中該至少一容器係由一金屬材料所製成。
5. 如申請專利範圍第1項所述之熔融沉積成型裝置，其中該熔融沉積成型機更包括一材料匣及一進料器，該至少一高分子材料係為一成型線材，且儲置於該材料匣中，並透過該進料器之驅動以供給輸入至該至少一容器中。
6. 如申請專利範圍第5項所述之熔融沉積成型裝置，其中該成型線材之直徑係介於0.01 mm至2.0 mm之間。
7. 如申請專利範圍第5項所述之熔融沉積成型裝置，其中該成型線材之直徑係介於0.1 mm至1.0 mm之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述之熔融沉積成型裝置，其中該至少一容器更具有一隔熱管，並與該噴孔連通，供以將該至少一高分子材料導送至該噴孔處。
9. 如申請專利範圍第8項所述之熔融沉積成型裝置，其中該加熱器設置於該至少一容器之底部，並與該隔熱管相鄰接，該至少一高分子材料經該隔熱管導送至該加熱器處，即透過該加熱器加熱熔融，再由該噴孔擠出熔融後之該高分子材料。
10. 如申請專利範圍第1項所述之熔融沉積成型裝置，其中該加熱器係為一熱電阻加熱器、一雷射加熱器、一其它結構之加熱器之其中之一。
11. 如申請專利範圍第1項所述之熔融沉積成型裝置，其中該噴孔直徑係為0.05~0.2mm。
12. 如申請專利範圍第1項所述之熔融沉積成型裝置，其中該至少一容器更具有至少一導熱通道，供以將該加熱器所散發出之熱能予以熱傳導。
13. 如申請專利範圍第12項所述之熔融沉積成型裝置，其中該至少一容器更具有一熱傳導鰭片，供以與該至少一導熱通道連通，以實施熱交換作用。
14. 如申請專利範圍第13項所述之熔融沉積成型裝置，其中該至少一容器更具有一風扇，供以加強該熱傳導鰭片實施熱交換作用。