彩色三維曲面噴墨印刷設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種噴墨印刷設(shè)備，尤其涉及一種彩色三維曲面噴墨印刷設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，常規(guī)的印刷設(shè)備如膠印機(jī)、凹印機(jī)、數(shù)碼印刷機(jī)等用于平面材料的圖文印刷。由于三維物體具有變化的曲面，傳統(tǒng)印刷設(shè)備通過壓力轉(zhuǎn)移油墨的方法難以在其上應(yīng)用。噴墨技術(shù)因?yàn)椴唤佑|承印物，無需印刷壓力，為三維物體印刷提供了條件。
[0003]《三維噴繪機(jī)器人噴墨機(jī)理研究》(陳新偉，南開大學(xué)碩士論文，2009)研制了一種三維噴繪機(jī)器人，噴繪具有一定高度變化的三維地圖模型。由于該機(jī)器人做直線運(yùn)動(dòng)，難以實(shí)現(xiàn)曲率變化大，深徑比大的復(fù)雜三維曲面噴墨印刷，而且噴繪精度與顏色不如噴墨印刷質(zhì)量。歐洲專利EP1918113A2和中國(guó)專利CN101259800A提出一種三維打印機(jī)，采用CMYK噴頭，噴頭可作直線掃描運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)基板通過組合二維平面運(yùn)動(dòng)和互相垂直的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)三維運(yùn)動(dòng)。中國(guó)專利CN102173211A提出了一種五軸聯(lián)動(dòng)控制立體打印設(shè)備，該設(shè)備中噴頭能在X方向和Y方向做平面運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)基板能在Z軸方向作直線運(yùn)動(dòng)，并能沿Z軸及其法線方向旋轉(zhuǎn)。以上兩種類型三維打印機(jī)，在打印過程中，噴頭的直線運(yùn)動(dòng)使得墨滴在形成過程中受到慣性力、沖擊等因素干擾，造成墨滴發(fā)生隨機(jī)性變化，定位發(fā)生偏差，不僅打印效果不好而且三維物體打印速度低。另外，在常規(guī)噴墨打印設(shè)備中，其噴頭尺寸在厘米級(jí)，難以印刷具有大深徑比、毫米級(jí)小尺寸、變曲率、凹面等情況的復(fù)雜曲面；并且小尺寸噴頭噴墨量少，進(jìn)行大面積曲面噴墨印刷時(shí)效率太低，難以實(shí)際應(yīng)用。因此，現(xiàn)有三維物體噴墨打印設(shè)備難以打印復(fù)雜曲面三維物體，并且打印質(zhì)量不高、印刷速度低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種彩色三維曲面噴墨印刷設(shè)備，用以實(shí)現(xiàn)三維承印物彩色噴墨印刷，提高印刷質(zhì)量，縮短印刷時(shí)間。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種彩色三維曲面噴墨印刷設(shè)備，包括:控制系統(tǒng)、噴墨系統(tǒng)、供墨系統(tǒng)、承印臺(tái)、干燥系統(tǒng)、固化系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、指示與報(bào)警系統(tǒng)，其中:
[0006]控制系統(tǒng)包括控制軟件、數(shù)據(jù)采集與控制器、供墨控制器、噴墨控制器、干燥固化控制器、運(yùn)動(dòng)控制器、監(jiān)測(cè)控制器?？刂栖浖糜谠O(shè)定設(shè)備運(yùn)行規(guī)則、對(duì)數(shù)據(jù)采集與控制器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)顯示，向供墨控制器、噴墨控制器、運(yùn)動(dòng)控制器、監(jiān)測(cè)控制器和干燥固化控制器分別發(fā)送相應(yīng)的控制信號(hào)；
[0007]噴墨系統(tǒng)包含依次相連的信號(hào)放大器、噴墨電源、噴頭組，以及安裝噴頭組的噴頭運(yùn)動(dòng)臺(tái)；信號(hào)放大器與噴墨控制器相連，接收噴墨控制器發(fā)送的噴墨控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)噴頭噴墨功能；噴頭運(yùn)動(dòng)臺(tái)與運(yùn)動(dòng)控制器相連，接收運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)送的噴頭運(yùn)動(dòng)臺(tái)控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)噴頭運(yùn)動(dòng)功能；噴頭組包括多個(gè)CMYK單色常規(guī)噴頭和多個(gè)CMYK單色毛細(xì)噴頭；在每一顏色印刷前，噴頭運(yùn)動(dòng)臺(tái)根據(jù)噴頭運(yùn)動(dòng)臺(tái)控制信號(hào)將對(duì)應(yīng)的噴頭移動(dòng)至噴墨位置后靜止，在噴墨過程中保持噴頭靜止不動(dòng)；
[0008]供墨系統(tǒng)包括依次相連的墨盒、連接管、真空泵、過濾器、墨泵、墨罐，以及安裝在連接管上的壓力表和調(diào)壓閥；壓力表、調(diào)壓閥分別與供墨控制器相連，供墨控制器根據(jù)壓力表的壓力值對(duì)調(diào)壓閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，為噴頭提供穩(wěn)定的噴墨壓力；
[0009]承印臺(tái)包括承印物運(yùn)動(dòng)臺(tái)和相連的電機(jī)、用于固定承印物的夾具；電機(jī)、傳感器分別與運(yùn)動(dòng)控制器相連；
[0010]干燥系統(tǒng)和固化系統(tǒng)分別與干燥固化控制器相連，在干燥固化控制器控制下對(duì)承印物上的噴墨材料進(jìn)行干燥和固化；
[0011]監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括圖像采集與分析軟件、照相機(jī)、放大鏡頭、光源和顯示器；照相機(jī)用于在放大鏡和光源的輔助下獲取墨滴的噴墨、干燥、固化和印刷圖像；圖像采集與分析軟件用于噴墨印刷過程實(shí)時(shí)顯示與觀測(cè)、按照預(yù)定的規(guī)則對(duì)照相機(jī)獲取的圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與質(zhì)量檢查，并將分析結(jié)果反饋給監(jiān)控控制器與顯示器；
[0012]指示與報(bào)警系統(tǒng)包括電源指示燈、工作狀態(tài)指示燈和蜂鳴器，用于根據(jù)數(shù)據(jù)采集與控制器采集的設(shè)備工作狀態(tài)指示相應(yīng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及出錯(cuò)報(bào)警。
[0013]可選的，噴頭組中噴頭的噴墨方式為按需噴墨或連續(xù)噴墨。
[0014]可選的，常規(guī)噴頭為尺寸在厘米級(jí)，具有多個(gè)噴孔的噴頭；毛細(xì)噴頭為細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度在毫米至厘米級(jí)，截面尺寸在微米至毫米級(jí)，具有一個(gè)或多個(gè)噴孔，噴孔直徑在微米級(jí)的噴頭。
[0015]可選的，毛細(xì)噴頭采用壓電振動(dòng)、熱發(fā)泡、超聲振動(dòng)、磁致伸縮或電磁閥控制方式驅(qū)動(dòng)；毛細(xì)噴頭的材料為玻璃、石英、硅、碳、銅、鋁合金、不銹鋼、陶瓷或塑料。
[0016]可選的，噴頭運(yùn)動(dòng)臺(tái)為電動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)臺(tái)或電動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)臺(tái)。
[0017]可選的，電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)；傳感器為直線位移傳感器、角位移傳感器和位置傳感器中的至少一種。
[0018]可選的，承印物運(yùn)動(dòng)臺(tái)能作具有五個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度的曲面運(yùn)動(dòng)，包括X軸直線運(yùn)動(dòng)臺(tái)、Y軸直線運(yùn)動(dòng)臺(tái)、Z軸直線運(yùn)動(dòng)臺(tái)、A向旋轉(zhuǎn)臺(tái)以及B向旋轉(zhuǎn)臺(tái)，其中，A向旋轉(zhuǎn)為繞Z軸旋轉(zhuǎn)，B向旋轉(zhuǎn)為繞Z軸法線旋轉(zhuǎn),運(yùn)動(dòng)臺(tái)分別單獨(dú)運(yùn)動(dòng)、部分聯(lián)動(dòng)或全部聯(lián)動(dòng)。
[0019]可選的，干燥系統(tǒng)包括吹風(fēng)機(jī)、電熱器、紅外燈、白熾燈中的至少一種。
[0020]可選的，固化系統(tǒng)包括普通UV燈、LED UV燈、紅外燈、日光燈、電熱器中的至少一種。
[0021]在上述實(shí)施例中，通過控制噴墨與承印物曲面運(yùn)動(dòng)同步，在承印物常規(guī)曲面部分采用常規(guī)噴頭和在復(fù)雜曲面部分采用毛細(xì)噴頭依次進(jìn)行CMYK四色噴墨印刷；噴頭在噴墨過程中靜止，避免了噴頭運(yùn)動(dòng)對(duì)噴墨過程的干擾，提高噴墨印刷精度；毛細(xì)噴頭可實(shí)現(xiàn)大深徑比、毫米級(jí)小尺寸、變曲率、凹面等復(fù)雜曲面印刷；常規(guī)噴頭多孔噴墨，可有效提高噴墨印刷速度，縮短印刷時(shí)間，提高曲面印刷效率，獲得高的彩色三維曲面噴墨印刷質(zhì)量。
【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的彩色三維曲面噴墨印刷設(shè)備示意圖；
[0024]圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的彩色三維曲面噴墨印刷設(shè)備承印臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的彩色三維曲面噴墨印刷設(shè)備承印臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖中，1-機(jī)座；I1-X軸運(yùn)動(dòng)臺(tái)；111-底座；112-滑臺(tái)；12_Y軸運(yùn)動(dòng)臺(tái)；121-底座；122-滑臺(tái)；13-Ζ軸運(yùn)動(dòng)臺(tái)；131-底座；132_轉(zhuǎn)臺(tái)；14_Β向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)臺(tái)；141_底座；142_轉(zhuǎn)臺(tái)；15-Α向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)臺(tái)；151-Α底座；152轉(zhuǎn)臺(tái)；2_噴頭直線運(yùn)動(dòng)臺(tái)；21滑臺(tái)；31_青色常規(guī)噴頭；32_品紅色常規(guī)噴頭；33_黃色常規(guī)噴頭；34_黑色常規(guī)噴頭；35_青色毛細(xì)噴頭；36-品紅色毛細(xì)噴頭；37_黃色毛細(xì)噴頭；38_黑色毛細(xì)噴頭；5-機(jī)座；61_Ζ軸運(yùn)動(dòng)臺(tái)；611-底座；612_滑臺(tái)；62-Χ軸運(yùn)動(dòng)臺(tái)；621_底座；622_滑臺(tái)；63_Υ軸運(yùn)動(dòng)臺(tái)；631_底座；632-滑臺(tái)；64-Β向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)臺(tái)；641_底座；642_轉(zhuǎn)臺(tái)；65_Α向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)臺(tái)；651_Α底座；652轉(zhuǎn)臺(tái)；7_噴頭旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)臺(tái)；71轉(zhuǎn)臺(tái)；81_青色常規(guī)噴頭；82_品紅色常規(guī)噴頭；83_黃色常規(guī)噴頭；84_黑色常規(guī)噴頭；85_青色毛細(xì)噴頭；86_品紅色毛細(xì)噴頭；87_黃色毛細(xì)噴頭；88-黑色毛細(xì)噴頭。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0028]圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的彩色三維曲面噴墨印刷設(shè)備示意圖；如圖所示，該設(shè)備包括:控制系統(tǒng)、噴墨系統(tǒng)、供墨系統(tǒng)、承印臺(tái)、干燥系統(tǒng)、固化系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、指示與報(bào)警系統(tǒng)，其中:
[0029]控制系統(tǒng)包括控制軟件、數(shù)據(jù)采集與控制器、供墨控制器、噴墨控制器、干燥固化控制器、運(yùn)動(dòng)控制器、監(jiān)測(cè)控制器?？刂栖浖糜谠O(shè)定設(shè)備運(yùn)行規(guī)則、對(duì)數(shù)據(jù)采集與控制器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)顯示，向供墨控制器、噴墨控制器、運(yùn)動(dòng)控制器、監(jiān)測(cè)控制器和干燥固化控制器分別發(fā)送相應(yīng)的控制信號(hào)；
[0030]其中，在印刷之前，需要先獲取待印刷的三維噴墨控制文件，具體包括:獲取待印刷三維物體的三維模型RGB圖像原稿；三維模型RGB圖像原稿是指基于RGB色光模式的三維模型彩色圖像原稿，可以通過三維物體掃描、三維照相、軟件造型建模、數(shù)據(jù)處理，或其它計(jì)算機(jī)能處理的方法獲得。再根據(jù)噴頭類型與三維模型表面形狀匹配，將三維模型RGB圖像原稿分割成適用于常規(guī)噴頭的常規(guī)曲面和適用于毛細(xì)噴頭的復(fù)雜曲面；其中，常規(guī)曲面為尺寸在厘米級(jí)或以上，曲率變化、深徑比分別小于對(duì)應(yīng)設(shè)定值的曲面；復(fù)雜曲面為尺寸在毫米至厘米級(jí)，曲率變化、深徑比分別大于對(duì)應(yīng)設(shè)定值的曲面。分別對(duì)常規(guī)曲面和復(fù)雜曲面進(jìn)行數(shù)字印前處理:采用三維色彩空間轉(zhuǎn)換算法將常規(guī)曲面和復(fù)雜曲面的RGB圖像模型分別分色為相應(yīng)的三維CMYK模型；分別對(duì)常規(guī)曲面和復(fù)雜曲面對(duì)應(yīng)的三維CMYK模型的四個(gè)三維單色模型進(jìn)行半色調(diào)處理，分別生成對(duì)應(yīng)的三維單色加網(wǎng)模型；進(jìn)行路徑規(guī)劃，生成承印物的運(yùn)動(dòng)方式；根據(jù)噴頭驅(qū)動(dòng)方式和承印物的運(yùn)動(dòng)方式，生成每個(gè)三維單色加網(wǎng)模型對(duì)應(yīng)的單色噴墨控制數(shù)據(jù)；其中，三維CMYK模型由四個(gè)三維單色模型組成，分別為C、M、Y和K四色。判斷是否完成常規(guī)曲面和復(fù)雜曲面的CMYK四色噴墨控制數(shù)據(jù)，如果是，則生成三維噴墨控制文件，并將其輸入三維曲面噴墨印刷設(shè)備中，進(jìn)行常規(guī)曲面的CMYK噴墨印刷。其中，三維噴墨控制文件包括噴頭噴墨控制數(shù)據(jù)和承印物運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)，分別用于控制噴頭噴墨過程和承印物曲面運(yùn)動(dòng)過程，噴頭噴墨過程和承印物曲面運(yùn)動(dòng)過程同步。
[0031]噴墨系統(tǒng)包含依次相連的信號(hào)放大器、噴墨電源、噴頭組，以及安裝噴頭組的噴頭運(yùn)動(dòng)臺(tái)。信號(hào)放大器與噴墨控制器相連，接收噴墨控制器發(fā)送的噴墨控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)噴墨功能；噴頭運(yùn)動(dòng)臺(tái)與運(yùn)動(dòng)控制器相連，接收運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)送的噴頭運(yùn)動(dòng)臺(tái)控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)噴頭運(yùn)動(dòng)定位功能；噴頭組包括多個(gè)CMYK單色常規(guī)噴頭和多個(gè)CMYK單色毛細(xì)噴頭；在每一顏色印刷前，噴頭運(yùn)動(dòng)臺(tái)根據(jù)噴頭運(yùn)動(dòng)臺(tái)控制信號(hào)將對(duì)應(yīng)的噴頭移動(dòng)