本發(fā)明是有關(guān)于一種三維打印技術(shù)，且特別是有關(guān)于一種三維打印物件的感測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

三維(3d)打印技術(shù)屬于電腦輔助制造(computeraidedmanufacturing；簡(jiǎn)稱cam)的一種，現(xiàn)已開發(fā)并使用于工業(yè)制造上，且可快速地制造三維產(chǎn)品。三維打印是系列設(shè)計(jì)概念快速成型(rapidprototyping；簡(jiǎn)稱rp)技術(shù)的總稱，其基本原理是通過(guò)掃描而在x-y平面中形成物件的橫截面形狀，并在z坐標(biāo)上以單層厚度為單位間隙性地向上堆疊，從而以層壓式制造的方式來(lái)打印三維物件。因此，三維打印技術(shù)可無(wú)限制地適用于具備各種幾何形狀的三維物件，且越復(fù)雜的零件將越顯示rp技術(shù)的卓越性，且可明顯地節(jié)省制造時(shí)間。

在三維打印技術(shù)中，每臺(tái)三維打印機(jī)都希望其噴頭能夠使每個(gè)物件橫截面在固化后的高度相等，以便于順利地在此層物件橫截面的基礎(chǔ)上繼續(xù)涂布另一層物件橫截面。圖1是一種三維打印機(jī)的示意圖。如圖1所示，計(jì)算機(jī)110連接三維打印機(jī)100，并將通過(guò)電腦輔助設(shè)計(jì)(computeraideddesign；簡(jiǎn)稱cad)軟件所設(shè)計(jì)的三維模型并通過(guò)控制器120以及打印噴頭130來(lái)打印物件橫截面140。然而，由于三維打印機(jī)100所使用的材料通常是可從流體狀態(tài)固化為固態(tài)的材質(zhì)，且流體狀態(tài)的材料所形成的墨滴之間具備表面張力，使得材料之間會(huì)產(chǎn)生些微空隙。并且，打印噴頭130在涂布材料時(shí)會(huì)因環(huán)境溫度、噴頭出料速度、打印速度等問(wèn)題而難以讓每層物件橫截面140都平坦均勻?yàn)橐活A(yù)設(shè)高度h，使得在堆疊多層物件橫截面140之后將使得物件的打印面形成凹陷或是不平整。

此時(shí)，便需要在三維打印機(jī)100中另外增設(shè)滾輪150(或是稱為平整器(planarizer))來(lái)平整物件橫截面140。然而，由于物件橫截面140的高度 都有些許不同，且三維打印機(jī)100必須要得知滾輪150何時(shí)、或是在哪個(gè)高度跟物件橫截面140接觸之后，才能夠進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的平整操作。因此，如何讓三維打印機(jī)100得知滾輪150在何時(shí)接觸物件橫截面140，便是目前三維打印技術(shù)所遭遇到的問(wèn)題之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種三維打印物件的感測(cè)裝置，其通過(guò)與滾輪具備相同軸心的環(huán)狀設(shè)備來(lái)得知滾輪是否與三維打印物件接觸，藉以平整三維打印物件的橫截面。

本發(fā)明的三維打印物件的感測(cè)裝置包括滾輪、環(huán)狀設(shè)備、傳感器以及處理器。滾輪用以平整三維打印物件。環(huán)狀設(shè)備與所述滾輪具備相同的軸心并與滾輪一同旋轉(zhuǎn)。傳感器用以檢測(cè)所述環(huán)狀設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)周期。處理器耦接所述傳感器。處理器處理器依據(jù)所述環(huán)狀設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)周期來(lái)判斷滾輪是否接觸到所述三維打印物件。

本發(fā)明的三維打印物件的感測(cè)裝置包括滾輪、驅(qū)動(dòng)器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、環(huán)狀設(shè)備、傳感器以及處理器。滾輪用以平整三維打印物件。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接至驅(qū)動(dòng)器以及該輪之間，且驅(qū)動(dòng)器通過(guò)所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)滾輪。環(huán)狀設(shè)備與滾輪一同旋轉(zhuǎn)。傳感器用以檢測(cè)所述環(huán)狀設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)速率。處理器依據(jù)所述環(huán)狀設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)速率來(lái)判斷滾輪是否接觸到所述三維打印物件。

基于上述，本發(fā)明實(shí)施例所述的三維打印物件的感測(cè)裝置通過(guò)設(shè)置與滾輪(也稱，平整器)具備相同軸心或通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)一同旋轉(zhuǎn)的環(huán)狀設(shè)備，并利用傳感器來(lái)檢測(cè)環(huán)狀設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，藉以得知滾輪是否與三維打印物件接觸，進(jìn)而通過(guò)滾輪來(lái)平整此三維打印物件。如此一來(lái)，便不需在滾輪上設(shè)置傳感器而可得知滾輪是否與三維打印物件接觸。

為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說(shuō)明如下。

附圖說(shuō)明

圖1是一種三維打印機(jī)的示意圖；

圖2是根據(jù)一范例實(shí)施例所示出用于逐層建構(gòu)三維打印物件的感測(cè)裝置 的示意圖；

圖3是檢測(cè)信號(hào)s的波形圖；

圖4是根據(jù)一范例實(shí)施例所示出用于逐層建構(gòu)三維打印物件的感測(cè)方法的流程圖；

圖5是根據(jù)另一范例實(shí)施例所示出以用于逐層建構(gòu)三維打印物件的感測(cè)裝置的示意圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：

100：三維打印機(jī)；110：計(jì)算機(jī)；

120：控制器；130：打印噴頭；

140：物件橫截面；150：滾輪；

200：感測(cè)裝置；210：滾輪；

220：環(huán)狀設(shè)備；230：傳感器；

240：驅(qū)動(dòng)器；250：處理器；

260：三維打印物件；270：周期標(biāo)記；

s1：三維打印物件的表面；s：檢測(cè)信號(hào)；

s410～s430：步驟。

具體實(shí)施方式

為使三維打印設(shè)備能夠得知用于平整三維物件的平整器在何時(shí)接觸到物件橫截面，本發(fā)明實(shí)施例在三維打印機(jī)中設(shè)置與滾輪(也稱，平整器)具備相同軸心或通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)一同旋轉(zhuǎn)的環(huán)狀設(shè)備，并利用傳感器來(lái)檢測(cè)環(huán)狀設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)情形。當(dāng)滾輪接觸三維物件的橫截面時(shí)，驅(qū)動(dòng)滾輪的驅(qū)動(dòng)器(如，直流馬達(dá))便會(huì)因?yàn)槟Σ亮Φ年P(guān)系而略為降低滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，同時(shí)也降低了環(huán)狀設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。藉此，三維打印機(jī)便可通過(guò)檢測(cè)環(huán)狀設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)速度來(lái)得知滾輪是否已經(jīng)接觸到三維打印物件，從而進(jìn)行相應(yīng)的三維物件橫截面平整操作。如此一來(lái)，便不需在滾輪上設(shè)置傳感器，而是通過(guò)環(huán)狀設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)速度來(lái)得知滾輪是否與三維打印物件接觸。以下描述各種實(shí)施例來(lái)佐證本發(fā)明的精神。

圖2是根據(jù)一范例實(shí)施例所示出用于逐層建構(gòu)三維打印物件的感測(cè)裝置的示意圖。感測(cè)裝置200例如是適用于熔融沉積制造(fuseddeposition modeling；簡(jiǎn)稱fdm)技術(shù)的三維打印機(jī)，其適于依據(jù)通過(guò)電腦輔助設(shè)計(jì)軟件所設(shè)計(jì)的三維模型來(lái)逐層打印三維打印物件260。感測(cè)裝置200包括滾輪210、環(huán)狀設(shè)備220、傳感器230以及處理器250。感測(cè)裝置200可以還包括用以驅(qū)動(dòng)滾輪210跟環(huán)狀設(shè)備220進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)器240。在本實(shí)施例中，三維打印機(jī)可以通過(guò)動(dòng)力機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)整感測(cè)裝置200整體的高度，藉以讓滾輪210能夠?qū)θS打印物件260進(jìn)行平整操作。

滾輪210用以受到處理器250的控制而對(duì)三維打印物件260的表面s1進(jìn)行平整。環(huán)狀設(shè)備220與滾輪210具備相同的軸心，并且環(huán)狀設(shè)備220與滾輪210都被驅(qū)動(dòng)器240通過(guò)軸心而一同旋轉(zhuǎn)。在本實(shí)施例中，環(huán)狀設(shè)備220以軸心為圓心而呈現(xiàn)圓筒形，且環(huán)狀設(shè)備220相對(duì)于軸心的半徑大于滾輪210相對(duì)于軸心的半徑，藉以讓傳感器230能夠更為易于量測(cè)到環(huán)狀設(shè)備220的轉(zhuǎn)動(dòng)速率。環(huán)狀設(shè)備220可被稱為是同軸環(huán)，可由塑料或其他材質(zhì)組成。應(yīng)用本實(shí)施例者可依需求而調(diào)整環(huán)狀設(shè)備220的材質(zhì)以及形狀，只要傳感器230能夠檢測(cè)環(huán)狀設(shè)備220的轉(zhuǎn)動(dòng)速率即可。在本實(shí)施例中，環(huán)狀設(shè)備220的轉(zhuǎn)動(dòng)速率可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)角速率、轉(zhuǎn)動(dòng)頻率或轉(zhuǎn)動(dòng)周期來(lái)表示。

在本實(shí)施例中，傳感器230可以是紅外線反射式傳感器。環(huán)狀設(shè)備220則可以包括周期標(biāo)記270(也可稱為，編碼條(encoderstrip))。周期標(biāo)記270可以是設(shè)置在環(huán)狀設(shè)備220的表面上的黑色實(shí)心線段。紅外線反射式傳感器230依據(jù)周期標(biāo)記270以檢測(cè)環(huán)狀設(shè)備220的轉(zhuǎn)動(dòng)周期。換句話說(shuō)，紅外線反射式傳感器230會(huì)對(duì)環(huán)狀設(shè)備220的表面持續(xù)發(fā)射紅外光，并且感測(cè)是否接收到被反射的紅外光。在本實(shí)施例中，環(huán)狀設(shè)備220的表面會(huì)反射全部或部分的紅外光，但是在環(huán)狀設(shè)備220表面的周期標(biāo)記270則是會(huì)吸收紅外光。圖3是檢測(cè)信號(hào)s的波形圖，如此一來(lái)，當(dāng)環(huán)狀設(shè)備220隨同滾輪210旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)，便會(huì)獲得如圖3所示的檢測(cè)信號(hào)s的波形圖。如圖3所示，當(dāng)紅外線反射式傳感器230所發(fā)射的紅外光遇到周期標(biāo)記270時(shí)，便會(huì)讓紅外光被吸收而使檢測(cè)信號(hào)s為低準(zhǔn)位；當(dāng)紅外線反射式傳感器230所發(fā)射的紅外光并未遇到周期標(biāo)記270的其他表面時(shí)，則使檢測(cè)信號(hào)s為高準(zhǔn)位。藉此，通過(guò)檢測(cè)信號(hào)s，處理器250便可知道環(huán)狀設(shè)備220的轉(zhuǎn)動(dòng)周期t。

處理器250至少耦接傳感器230以及驅(qū)動(dòng)器240。處理器250例如是以邏輯電路元件組成的硬件裝置，而可執(zhí)行本發(fā)明所提出的三維打印物件的感 測(cè)方法。處理器250也可以通過(guò)載入儲(chǔ)存在三維打印機(jī)100的儲(chǔ)存媒體中的程序，而執(zhí)行本發(fā)明所提出的三維打印物件的感測(cè)方法，在此不設(shè)限。在本實(shí)施例中，處理器250可以是中央處理器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(field-programmablegatearray，簡(jiǎn)稱fpga)或是可載入程序語(yǔ)言來(lái)執(zhí)行相應(yīng)功能的多用途芯片。驅(qū)動(dòng)器240可以是類比式的直流馬達(dá)；應(yīng)用本實(shí)施例者可采用其他類型的馬達(dá)來(lái)做為用以轉(zhuǎn)動(dòng)滾輪210以及環(huán)狀設(shè)備220的驅(qū)動(dòng)器240。

圖4是根據(jù)一范例實(shí)施例所示出用于逐層建構(gòu)三維打印物件的感測(cè)方法的流程圖。感測(cè)方法適用于圖2所述的感應(yīng)裝置200，且適用于具備滾輪210的三維打印機(jī)。請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D2及圖4，在步驟s410中，感應(yīng)裝置200配置有環(huán)狀設(shè)備220。環(huán)狀設(shè)備220與滾輪210具備相同的軸心，因此環(huán)狀設(shè)備220與滾輪210將會(huì)一同旋轉(zhuǎn)。之后，傳感器230可通過(guò)上述的周期標(biāo)記270來(lái)檢測(cè)環(huán)狀設(shè)備220的轉(zhuǎn)動(dòng)速率，并且處理器250依據(jù)環(huán)狀設(shè)備220的轉(zhuǎn)動(dòng)速率來(lái)判斷滾輪是否接觸到三維打印物件260，進(jìn)而進(jìn)行針對(duì)三維打印物件260的平整操作。詳細(xì)來(lái)說(shuō)，在步驟s420中，處理器250通過(guò)傳感器230來(lái)檢測(cè)環(huán)狀設(shè)備220的轉(zhuǎn)動(dòng)周期，并判斷此轉(zhuǎn)動(dòng)周期t是否大于預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速值。此預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速值可以表示一段固定時(shí)間。理論上，當(dāng)滾輪210并未接觸到三維打印物件260時(shí)，因沒有外在的摩擦力，將使得驅(qū)動(dòng)器240能夠以高轉(zhuǎn)速(例如，1000r.p.m)來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)滾輪210；當(dāng)滾輪210接觸到半流體狀態(tài)的三維打印物件260時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生較大的摩擦力，使得驅(qū)動(dòng)器240無(wú)法維持高轉(zhuǎn)速(例如，1000r.p.m.)，而是僅能維持800r.p.m.的轉(zhuǎn)速。在此時(shí)，傳感器230所檢測(cè)到的轉(zhuǎn)動(dòng)周期t便會(huì)大于預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速值。

因此，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)周期t沒有大于預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速值時(shí)，表示滾輪210仍未接觸到三維打印物件260，因此處理器250將會(huì)重復(fù)執(zhí)行步驟s420以通過(guò)檢測(cè)信號(hào)s來(lái)判斷滾輪210的轉(zhuǎn)動(dòng)速率是否變慢。相對(duì)地，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)周期t大于預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速值時(shí)，表示滾輪210因接觸到三維打印物件260而加大摩擦力且降低了自身的轉(zhuǎn)動(dòng)速率，處理器250便進(jìn)入步驟s430以控制滾輪210以及滾輪210的高度來(lái)進(jìn)行三維打印物件260的表面s1的平整操作。此處所指的平整操作可依照三維打印機(jī)采用的原料材質(zhì)、技術(shù)、機(jī)構(gòu)等設(shè)計(jì)而有可采用不同的做法，例如在滾輪210接觸到三維打印物件260依據(jù)其他檢測(cè)器的情況來(lái)調(diào)整滾輪 210高度或是調(diào)整乘載三維打印物件260的平臺(tái)，本發(fā)明實(shí)施例并不限制平整操作的細(xì)部流程。

圖5是根據(jù)另一范例實(shí)施例所示出以用于逐層建構(gòu)三維打印物件的感測(cè)裝置的示意圖。感測(cè)裝置500例如是適用于熔融沉積制造(fdm)技術(shù)的三維打印機(jī)，其適于依據(jù)三維模型檔案來(lái)逐層打印三維打印物件570。感測(cè)裝置500包括滾輪510、驅(qū)動(dòng)器520、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)530、環(huán)狀設(shè)備540、傳感器550以及處理器560。本實(shí)施例所述的滾輪510、驅(qū)動(dòng)器520傳感器550以及處理器560與圖2中的滾輪210、驅(qū)動(dòng)器240傳感器230以及處理器250相似，因此可參考上述揭示。

圖2的感測(cè)裝置200與圖5的感測(cè)裝置500之間的主要差異在于，感測(cè)裝置500具備傳動(dòng)機(jī)構(gòu)530，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)530連接至驅(qū)動(dòng)器520以及滾輪510之間。藉此，驅(qū)動(dòng)器520的動(dòng)力便可通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)530來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)滾輪510。在本實(shí)施例中，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)530包括兩個(gè)傳動(dòng)滾輪532與534，以及相互連接兩個(gè)傳動(dòng)滾輪532與534的皮帶536。傳動(dòng)滾輪532與滾輪510具備相同軸心，而傳動(dòng)滾輪534與驅(qū)動(dòng)器520具備相同軸心。驅(qū)動(dòng)器520的軸心的其中一端耦接傳動(dòng)機(jī)構(gòu)530的傳動(dòng)滾輪534，而驅(qū)動(dòng)器520的軸心的另外一端則耦接環(huán)狀設(shè)備540。因此，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器520運(yùn)作時(shí)，驅(qū)動(dòng)器520便會(huì)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)520來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)滾輪510以及環(huán)狀設(shè)備540。應(yīng)用本實(shí)施例者可依照其需求而調(diào)整傳動(dòng)滾輪532與534之間的輪軸長(zhǎng)度，藉以調(diào)整滾輪510的轉(zhuǎn)動(dòng)速率與環(huán)狀設(shè)備540的轉(zhuǎn)動(dòng)速率之間的比例關(guān)系。因此，由于調(diào)整滾輪510的轉(zhuǎn)動(dòng)速率與環(huán)狀設(shè)備540的轉(zhuǎn)動(dòng)速率之間具備比例關(guān)系，因此處理器560便可通過(guò)傳感器550來(lái)檢測(cè)環(huán)狀設(shè)備540的轉(zhuǎn)動(dòng)速率，并依據(jù)環(huán)狀設(shè)備540的轉(zhuǎn)動(dòng)速率來(lái)判斷滾輪510是否接觸到三維打印物件570，從而控制滾輪510相對(duì)于三維打印物件570的距離以平整三維打印物件570。

詳細(xì)而言，環(huán)狀設(shè)備540可以包括周期標(biāo)記580。周期標(biāo)記270可以是設(shè)置在環(huán)狀設(shè)備220的表面上的黑色實(shí)心線段。傳感器550可以是紅外線反射式傳感器。紅外線反射式傳感器可依據(jù)周期標(biāo)記580以檢測(cè)環(huán)狀設(shè)備550的轉(zhuǎn)動(dòng)周期，從而檢測(cè)環(huán)狀設(shè)備550的轉(zhuǎn)動(dòng)速率。應(yīng)用本實(shí)施例者也可讓圖4所述的感測(cè)方法適用于圖5所述的感應(yīng)裝置500，從而進(jìn)行步驟s410～s430，以讓處理器560能夠通過(guò)傳感器550來(lái)檢測(cè)環(huán)狀設(shè)備540的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，藉以 得知滾輪510是否與三維打印物件570接觸。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例所述的三維打印設(shè)備及其感測(cè)裝置通過(guò)設(shè)置與滾輪(也稱，平整器)具備相同軸心的環(huán)狀設(shè)備，并利用傳感器來(lái)檢測(cè)環(huán)狀設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，藉以得知滾輪是否與三維打印物件接觸，進(jìn)而通過(guò)滾輪來(lái)平整此三維打印物件。如此一來(lái)，便不須在滾輪上設(shè)置傳感器便可得知滾輪是否與三維打印物件接觸。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。