打印头模块

摘要

本发明提供一种打印头模块，包含支架、多个打印头、枢轴、擦拭器单元和控制单元。支架包含多个通孔。打印头相互平行地对齐排列，且每一个打印头包含用于挤出塑形材料的喷嘴。连接到支架的枢轴用于将打印头旋转到目标位置。擦拭器单元包含固持器、多个擦拭器和擦拭器开启部。固持器连接到枢轴以随着支架和打印头而旋转。擦拭器可旋转地连接到固持器且对应开口设置。擦拭器开启部设置在目标位置处，以干涉旋转到目标位置的擦拭器，以驱动对应的擦拭器旋转到开启位置。

权利要求

1.一种打印头模块，经组态以在基座上逐层地喷涂塑形材料以形成三维物体，其特征在于，所述打印头模块包括：支架，包括多个通孔；

多个打印头，相互平行地对齐排列，且分别设置在所述通孔中，每一个所述打印头包括用于挤出所述塑形材料的喷嘴；

枢轴，连接到所述支架以将其中一个所述打印头中旋转到用于喷涂所述塑形材料的目标位置，所述通孔围绕所述枢轴而设置，以使得设置在所述通孔中的所述打印头围绕所述枢轴；

擦拭器单元，包括：

固持器，连接到所述枢轴以随着所述支架和所述打印头旋转，所述固持器包括分别位于所述喷嘴下方且对应于所述喷嘴的多个开口；以及多个擦拭器，可旋转地连接到所述固持器且对应于所述开口而设置，每一个所述擦拭器用于在暴露所述对应的开口的开启位置与用于覆盖所述对应的开口的阻挡位置之间旋转,每一个所述擦拭器中还包括延伸部；以及擦拭器开启部，设置在所述目标位置处，以干涉旋转到所述目标位置的所述擦拭器的所述延伸部，以驱动对应的所述擦拭器旋转到所述开启位置，以使对应的所述打印头通过所述开口而挤出所述塑形材料，当所述对应的擦拭器通过所述目标位置时，所述擦拭器开启部释放对于所述擦拭器的所述延伸部干涉，因此对应的所述擦拭器旋转回所述阻挡位置，以从所述喷嘴的尖端擦除残余的塑形材料。

2.根据权利要求1所述的打印头模块，其特征在于，还包括控制单元，其耦接到所述枢轴以控制所述支架的旋转，以将其中一个所述打印头和对应的所述擦拭器旋转到所述目标位置。

3.根据权利要求1所述的打印头模块，其特征在于，所述固持器还包括：多个承载部，设置在所述喷嘴下方且对应于所述喷嘴，以承载所擦除的残余所述塑形材料，且所述开口分别设置在所述承载部上。

4.根据权利要求1所述的打印头模块，其特征在于，所述擦拭器单元还包括：多个扭转元件，用于将所述擦拭器分别连接至所述固持器。

5.根据权利要求4所述的打印头模块，其特征在于，所述扭转元件包括扭转弹簧。

6.根据权利要求1所述的打印头模块，其特征在于，每一个所述打印头包括抵靠部，以及连接到对应的所述喷嘴且含有所述塑形材料的容置筒，每一个所述打印头适于在初始位置与打印位置之间移动，当所述打印头位于所述打印位置处时，所述抵靠部抵靠在所述支架上。

7.根据权利要求6所述的打印头模块，其特征在于，当旋转到所述目标位置的所述打印头位于所述打印位置处时，对应的所述喷嘴通过对应的所述开口，以通过对应的所述开口挤出所述塑形材料。

8.根据权利要求1所述的打印头模块，其特征在于，每一个所述擦拭器中还包括连接到所述延伸部的平坦部，且所述平坦部用于从所述喷嘴的尖端擦除且收集残余的所述塑形材料。

9.根据权利要求1所述的打印头模块，其特征在于，所述支架还包括用于将所述打印头紧固在所述支架上的多个对准固持器。

10.根据权利要求1所述的打印头模块，其特征在于，所述塑形材料包括黏土材料。

说明书

打印头模块

技术领域

[0001] 本发明是有关于一种打印头模块，且特别是有关于一种具有擦拭器(wiper)的打印头模块。

背景技术

[0002] 随着计算机辅助制造(computer-aided manufacturing,简称CAM)的进步，已在制造行业中开发三维(3-D)打印技术，进而根据原始设计概念迅速地制造产品。实际上，三维打印是一系列快速成型(rapid prototyping,简称RP)技术的总称，且其基本原理和概念是层压式制造，其中快速成型机用于通过扫描而在X-Y平面中形成工件的横截面形状，在Z坐标上以单层厚度为单位间隙性地上叠，且最终形成三维物体。三维打印技术可无限制地适用于任何几何形状，且RP技术对于复杂的部件而言，尤其能产生优异的输出产品，而明显地节省了工作和处理时间。因此，数字三维打印技术能够根据最短的时间要求呈现通过计算机辅助设计(computer-aided design,简称CAD)软件设计的数字三维模型的物体，以让用户触摸并实际感觉模型的几何结构，乃至对模型进行一些可能的功能测试。

[0003] 当打印头模块装设有多个打印头时，在三维打印处理期间，打印头交替地操作。然而，在打印头从一个转换到另一个时，通常在刚完成打印任务的打印头的喷嘴尖端上仍遗留残余的塑形材料。因此，这些打印头的喷嘴尖端上遗留的残余的塑形材料可能滴落在打印表面上，这在打印物体上导致污染问题。因此，降低以多个打印头进行的三维打印处理的打印品质。

发明内容

[0004] 本发明提供一种打印头模块，打印头模块包含擦拭器单元，其用于擦除打印头的喷嘴尖端上遗留的残余的塑形材料，且在打印头未进行操作时覆盖打印头的喷嘴。

[0005] 本发明的一种打印头模块，经组态以在基座的承载表面上以塑形材料逐层地形成三维(3-D)物体。打印头模块包含支架、多个打印头、枢轴和擦拭器单元。支架包含多个通孔。打印头相互平行地对齐，且分别设置在通孔中，每一个打印头包括用于挤出塑形材料的喷嘴。连接到支架的枢轴用于将打印头旋转到用于喷涂塑形材料的目标位置，通孔围绕枢轴而设置，以使得设置在通孔中的打印头围绕枢轴。擦拭器单元包含固持器、多个擦拭器和擦拭器开启部。固持器连接到枢轴，以随着支架和打印头而旋转。固持器包含分别位于喷嘴下方，且对应于喷嘴的多个开口。擦拭器可旋转地连接到固持器且对应开口设置。每一个擦拭器用于在暴露对应开口的开启位置与用于覆盖对应开口的阻挡位置之间旋转。擦拭器开启部设置在目标位置处，以干涉旋转到目标位置的擦拭器，以驱动对应的擦拭器旋转到开启位置，使得对应的打印头通过开口而挤出塑形材料。当对应的擦拭器通过目标位置时，擦拭器开启部释放干涉，以使得对应的擦拭器旋转回阻挡位置，并且从喷嘴的尖端擦除残余的塑形材料。

[0006] 基于上述，打印头模块的擦拭器单元对应地设置在多个打印头下方，以便擦除且收集未处于使用中的打印头的喷嘴的尖端上遗留的残余的塑形材料，以便在打印处理期间避免残余的塑形材料从未处于使用中的打印头的喷嘴滴落。因此，通过擦拭器单元的配置，可擦除且收集喷嘴尖端上遗留的残余的塑形材料，且可覆盖未处于使用中的打印头的喷嘴尖端，以防止基座的表面和打印物体的污染，且提高三维打印物体的打印品质。此外，由于擦拭器单元的配置，还可简化喷嘴尖端的清洁和维护的过程。

[0007] 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

[0008] 图1为本发明实施例的打印头模块的示意图；

[0009] 图2为本发明实施例的擦拭器单元的示意图；

[0010] 图3为图2的擦拭器单元的透视图；

[0011] 图4为本发明另一实施例的打印头模块的打印头的部分透视图。

[0012] 附图标记说明：

[0013] 30：塑形材料；            100：打印头模块；

[0014] 110：支架；               112：通孔；

[0015] 114：对准固持器；         116：支撑件；

[0016] 120：打印头；             122：容置筒；

[0017] 124：喷嘴；               126：抵靠部；

[0018] 130：枢轴；               140：擦拭器单元；

[0019] 142：固持器；             144：擦拭器；

[0020] 144a：延伸部；            144b：平坦部；

[0021] 145：扭转元件；           146：擦拭器开启部；

[0022] 147：开口；               148：承载部；

[0023] 150：线性马达；           160：控制单元；

[0024] 180：第一检测单元；       182：第二检测单元；

[0025] 190：第一活塞；           192：第二活塞；

[0026] 200：基座；               h1：初始位置；

[0027] h2：打印位置；            L1：目标位置；

[0028] P1：阻挡位置；            P2：开启位置。

具体实施方式

[0029] 有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合附图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。

[0030] 图1为本发明实施例的打印头模块的示意图。参看图1，在本实施例中，打印头模块100适用于根据数字三维(3-D)模型信息而在基座200上打印三维物体的三维打印装置。三维打印装置可包含打印头模块100和基座200。在本实施例中，三维打印装置经组态以读取数字三维模型信息。其中，数字三维模型信息可为数字三维图像档，所述数字三维图像档是由计算机主机使用(例如)计算机辅助设计(CAD)或动画造型软件来建立的。

[0031] 此外，打印头模块100可移动地设置在基座200上方，且经组态以沿着滑轨前后滑动，基座200也可相对于打印头模块100而移动。三维打印装置经组态以读取并处理数字三维模型信息，其中数字三维模型信息控制相对于基座200的打印头模块100移动。因此，打印头模块100可根据数字三维模型信息而沿着滑轨移动，且打印头模块100经组态以在移动期间在基座200上逐层地喷涂塑形材料30，进而形成多个层压材料层。层压材料层相互堆叠以形成三维物体。

[0032] 图2为本发明实施例的擦拭器单元的示意图，请参考图1和图2，打印头模块100包含支架110、多个打印头120、枢轴130、擦拭器单元140、擦拭器开启部146和控制单元160。支架110可包含对应于打印头120的多个通孔112，和多个对准固持器114。打印头120相互平行地对齐排列，且每一个打印头中可包含用于从打印头120挤出塑形材料30的喷嘴124。枢轴130连接到支架110，且用于将其中一个打印头120旋转到适于喷涂塑形材料30的目标位置L1。控制单元160耦接到枢轴130以控制支架110的旋转，以便将其中一个打印头120旋转到目标位置L1。擦拭器单元140包含固持器142和擦拭器144。固持器142连接到枢轴130以随着支架110和打印头120而旋转。固持器142包含分别位于喷嘴124下方，且对应喷嘴124的多个开口147。擦拭器144可旋转地连接到固持器142，且对应开口147而设置。如图2所示，每一个擦拭器144适于在对应暴露开口147的开启位置P2，以及对应覆盖开口147的阻挡位置P1之间旋转。打印头模块100还可包含支撑件116。支撑件116连接在上述滑轨与擦拭器开启部
146之间以支撑擦拭器开启部146。擦拭器开启部146通过支撑件116而设置在目标位置L1处，以干涉旋转到目标位置L1的擦拭器144，并用以驱动对应的擦拭器144旋转到开启位置P2，以使对应的打印头120通过开口147而挤出塑形材料30。当对应的擦拭器144持续旋转直到通过目标位置L1时，擦拭器开启部146释放其对对应的擦拭器144的干涉，以使得对应的擦拭器144旋转回阻挡位置P1，以从喷嘴124的尖端擦除残余的塑形材料30。控制单元160控制枢轴130使支架110旋转，以驱动其中一个打印头120及对应的擦拭器144旋转到目标位置L1。

[0033] 图3为图2的擦拭器单元的透视图。请参考图1至图3，在本实施例中，以四个示出在图示中，并且用来挤出塑形材料30的打印头120作说明。然而，本发明不限制打印头模块的打印头的数目。在本实施例中，打印头模块100还包含线性马达150及多个扭转元件145。在打印处理中，当从线性马达150施加推力时，位于目标位置L1处的打印头120中所含有的塑形材料30被挤出或压出。扭转元件145经组态以将擦拭器144分别连接至固持器142。因此，通过来自擦拭器开启部146的结构干涉和对应的扭转元件145的连接，位于前述打印头120下方的擦拭器144从阻挡位置P1旋转到开启位置P2，而暴露对应的开口147。因此，可通过所暴露出的开口147挤出塑形材料30。在本实施例中，扭转元件145可例如是一扭转弹簧。

[0034] 在完成前述打印头120的打印任务后，控制单元160控制枢轴130使支架110旋转，以便将下一打印头120转换到目标位置L1以进行随后的打印任务。设置在打印头120下方且通过固持器142连接到枢轴130的擦拭器单元140对应地旋转。因此，当对应于先前使用的打印头120的擦拭器144旋转直到通过目标位置L1时，擦拭器开启部146释放其对对应的擦拭器144的干涉，以使得对应的擦拭器144旋转回阻挡位置P1，以从先前使用的打印头120的喷嘴124的尖端擦除残余的塑形材料30，且先前使用的打印头120的喷嘴124由对应的擦拭器144覆盖。

[0035] 具体来说，如图2所示，每一个擦拭器144中还包括延伸部144a和平坦部144b，且固持器142还包括位于喷嘴124下方，对应于喷嘴124以承载所擦除的残余的塑形材料30的多个承载部148，且开口147分别设置在承载部148上。喷嘴124的尖端上的残余的塑形材料30由擦拭器144的平坦部144b擦拭并收集。因此，所擦除的残余塑形材料30将暂时收集在对应的承载部148处。另一方面，旋转到目标位置L1的打印头120下方的擦拭器144通过擦拭器开启部146旋转到开启位置P2且限制在开启位置P2，以便暴露对应的开口147，以使塑形材料30从开口147挤压出来，并且准备好用于随后的打印任务。具体来说，擦拭器开启部146用于干涉擦拭器144的延伸部144a，以将对应的擦拭器144限制在开启位置P2。

[0036] 换句话说，当其中一个打印头120旋转到目标位置L1时，对应的擦拭器144旋转到开启位置P2，以通过位于目标位置L1处的擦拭器开启部146来暴露对应的开口147，以使得旋转到目标位置L1的打印头120适于通过对应的开口147来挤出塑形材料30。当其中一个打印头120旋转直到通过目标位置L1时，对应的擦拭器144返回到阻挡位置P1，以从喷嘴124的尖端擦除残余的塑形材料30。

[0037] 请再参考图1，支架110可包含多个对准固持器114。每一个打印头120还包含抵靠部126和容置筒122。每一个含有塑形材料30的容置筒122连接到对应的喷嘴124。对准固持器114经组态以将打印头120的容置筒122分别可拆卸地固持且锁定在通孔112中。此外，对准固持器114可由弹性元件或弹性材料构成。通过支架110上的对准固持器114的配置，可达成打印头120的简单且快速的固定和替换方法，而不需要任何类型的螺纹固定元件。打印头120可通过使用者而与支架110快速地分离，这大幅减少容置筒(cartridge)122的替换所消耗的时间，且本三维打印装置的效益可在时间和人力的消耗方面大幅地提高。

[0038] 此外，在本实施例中，例如粘土或其他适当材料等不同塑形材料可填充到不同打印头120中。枢轴130可耦接到控制单元160，因此，支架110与打印头120和擦拭器单元140一起受控制单元160控制，以在每一个打印处理之间的时间间隔调整旋转方向与旋转速率。因此，数字三维模型可由控制单元160读取以执行打印处理。数字三维模型可包含枢轴130的旋转参数、打印头模块100的移动参数和打印处理的不同阶段中所应用的材料的类型。

[0039] 图4为本发明另一实施例的打印头模块的打印头的部分透视图。请参考图3和图4，控制单元160可通过控制枢轴130、擦拭器单元140以及从若干检测单元检测信息而指定每一个打印头120的打印时段和喷涂量。打印头120可如图4所示由线性马达150从初始位置h1移至打印位置h2，因此，打印头120可穿越如图1和图2所示的开口147。在打印头120移到打印位置h2时，抵靠部126抵靠在支架110上。在本实施例中，打印头模块100可还包含第一检测单元180及对应于目标位置L1而设置的第二检测单元182。打印头模块100还可包含第一活塞190和多个第二活塞192。第一活塞190对应于目标位置L1而设置，且连接到线性马达150。第二活塞192分别可滑动地设置在容置筒122中以接触容置筒122中所含有的塑形材料
30的上表面。以这种方式，第一检测单元180和第二检测单元182可检测第一活塞190和第二活塞192的移动。控制单元160控制线性马达150驱动第一活塞190推动打印头120从初始位置h1移到打印位置h2。一旦打印头120移到打印位置h2，第二检测单元182便被触发以检测第一活塞190的位置。当第一活塞190连续地向下移动直到接触第二活塞192时，第二检测单元182再次检测第一活塞190的位置。控制单元160可接着根据第一活塞190的移动距离而获得塑形材料30的喷涂量。因此，可立即获知打印头120的塑形材料30的喷涂量或剩余量的信息。在本实施例中，第二检测单元182还可用于检测打印头120的位置以确保打印头120移到用于打印的目标位置L1。接着，当第一活塞190连续地推动第二活塞192以移向对应的喷嘴
124时，塑形材料30被压出以在基座200上喷涂。

[0040] 此外，因为可通过控制单元160而获得塑形材料30的喷涂量，所以当处于使用中的打印头120的容置筒122耗尽塑形材料时，控制单元160可驱动枢轴130将处于使用中的打印头120旋转，且转换为其他打印头120。当擦拭器单元140与打印头120一起旋转时，已完成打印处理且通过目标位置L1的打印头120下方的擦拭器144将通过扭转元件145而回复到其阻挡位置P1，且旋转到目标位置L1以进行随后打印处理的打印头120下方的擦拭器144将通过擦拭器开启部146限制在开启位置P2。

[0041] 综上所述，打印头模块的擦拭器单元对应地设置在打印头的喷嘴下方，以便擦除且收集未处于使用中的打印头的喷嘴的尖端上遗留的残余塑形材料，以便在打印处理期间避免残余的塑形材料从未处于使用中的打印头的喷嘴滴落。因此，可减少具有多个打印头的打印头模块在三维打印处理期间的材料污染的问题。因此，可大幅提高具有多个打印头的打印头模块的打印品质，而不降低其速度和效益。此外，擦拭器单元还可进一步减少清洁喷嘴尖端和维护打印头模块所需的工作。因此，在三维打印处理中，不同塑形材料的打印处理之间的时间间隔可减到最小，这进一步提高三维打印装置的打印头模块的效率和便利性。

[0042] 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。