CN101107127A - 丝网印刷装置 - Google Patents

Abstract

一种用于在基材的三维表面上印刷图像的丝网印刷装置。该装置包括丝网，其由柔性的网格材料制成，并具有多孔的图像部分，使得印刷介质能从其中通过。一个定形组件包括多个在收缩和伸长位置之间移动的定形器。在其伸长位置，定形器与丝网组件相接合，通常使丝网与基材的三维表面基本一致。沿着丝网拖曳柔性的并与三维表面相一致的刮刷器，使得至少一部分印刷介质透过丝网的多孔部分并印在三维表面上。

Description

丝网印刷装置

技术领域

【1】本发明总体上涉及丝网印刷。更具体地，本发明涉及一种用于在三维表面上印刷的丝网印刷装置。

背景技术

【2】丝网印刷是可用于在多种基材上印刷图像的通用印刷技术。几种常用的基材包括织物、金属、玻璃、塑料、纸及纸板，以及丝网印刷工业的常用物品包括衣服、玻璃和塑料瓶、标签、贴花纸、标牌、电路板和橱窗。在汽车工业的一个特定应用是，将丝网印刷用于掩盖车窗的边缘。

【3】由上述列举的物品可知，丝网印刷的一个优点是可采用机器在具有各种形状、厚度和尺寸的基材上进行印刷。作为自动和旋转丝网印刷机、改良干燥机以及UV固化(curable)油墨发展的结果，并且由于使用方法的简单化，丝网印刷的应用不断增加。多种油墨和染料可以在丝网印刷中应用(为了方便，以下只采用术语“油墨”)。

【4】执行丝网印刷的机器可以设计成单工作台或多工作台，后者通常被看作旋转工作台型的机器。通常，该机器包括一个作为基本元件的丝网、基材支撑件、刮刷器和一个将刮刷器在丝网上拖曳的机构。如下文所述，该机器还包括一个喷射杆(flood bar)和一个将油墨分配在丝网上的机构。

【5】丝网是在木头或金属框架内拉紧的多孔网格。为了保证油墨能正常通过网格进行分配，通过框架的网格需要有适当的张力。网格本身是由多孔织物或不锈钢制成的。在网格上形成模版(stencil)(通过手动或光化学的方法)，以限定要在基材上印刷的图像。

【6】基材装在机器上后，将油墨涂到丝网上面，还可通过喷射杆喷射到丝网上。随着丝网向下保持在基材上，将刮刷器在丝网上拖曳，施加压力，由此使网格压向基材，油墨在不涂图案的区域通过网格的孔。由此，油墨按照由所述图案限定的图像转印到基材上。

【7】很多因素会对转印到基材上的图像质量产生影响。一个与通过丝网转印的油墨量有关的因素是形成丝网的线的直径和线数(thread count)。就刮刷器而言，保持角、压力、拖曳速度、尺寸、硬度/硬度计(durometer)以及材料组分都是相关的因素。刮刷器刀通常是由各种橡胶制成的，最近，聚亚胺酯也成为可选用的材料。

【8】丝网印刷机本身公知的有三种基本类型。最常用的类型是平台(flat bed)丝网印刷机。在平台印刷机中，通常保持单一的印刷状态，刮刷器跨过丝网拖曳，而丝网向下保持在平的基材上。另一种类型的印刷机是滚筒丝网印刷机。就这种机器而言，基材以圆柱形状设置在平的丝网下面。当丝网移过刮刷器时，基材转动，以在基材上印上图像。第三种类型的丝网印刷机是旋转印刷机。该后一个类型机器中，围绕分度工作台(indexing table)设置一系列平台，该平台可以通过以下工作站连续地转动。这些工作站包括加载站，其中将基材安装到该平台；印刷站，其中丝网覆盖基材和刮刷器沿着基材拖曳；干燥站，其中对油墨进行干燥或固化；以及取出站，其中将包括印刷图像的基材从印刷机取走。

【9】从以上可以看出，现有的印刷机及其部件是在平的和圆柱形的基材上丝网印刷图像的。这些技术发展良好，可以在基材上印刷高质量的图像。但是，当基材的形状变成更复杂的三维形状例如与车窗相关的形状时，这些现有类型的印刷机在三维基材上进行印刷的能力受到限制。基材沿其表面具有多种弯曲度，这也是本领域特有的一个问题。

【10】在这样的表面印刷的一个问题是在丝网中保持适当的张力以及保持丝网与基材之间具有适当的不接触距离。“不接触(off-contact)”，作为本领域公知的术语，是指刮刷器在丝网上拖曳、刮刷器迫使网格与基材接触的前后瞬间，丝网的网格与基材之间保持的距离。适当的不接触距离能够涂敷精确的、非常精细的图像。与多弯曲度的三维表面印刷相关的另一个问题是跨越着刮刷器本身的长度保持恒定的压力。

【11】从以上可知，显然需要一种特别适合于在复杂的三维表面进行印刷的丝网印刷装置或机器。

发明内容

【12】为了满足以上需要，克服所列举的缺点和相关现有技术的其它局限，本发明提供一种丝网印刷装置，用于在三维表面例如车窗上印刷图像。本发明的丝网印刷装置包括接纳固定装置的机器框架，该框架限定至少一个支撑面。该支撑面支撑限定了要印刷的三维表面的材料。

【13】丝网组件通常位于三维表面之上，其包括丝网和丝网框架。丝网本身是由柔性网格材料制成的，其一部分是多孔的，使印刷介质例如油墨能从其中通过。丝网框架位于丝网的周围，基本上在平面方向上支撑着丝网。

【14】框架定形组件与丝网框架接合并操纵该丝网框架，以使框架的一边或多边帮助张紧和使丝网定形。

【15】丝网定形器组件也由机器框架支撑，并位于这样一个位置，在该位置丝网组件位于固定装置和丝网定形器组件之间。丝网定形器组件包括多个丝网定形器，每一个定形器都可选择性地在收缩和伸长位置之间移动。至少一些丝网定形器可以选择独立于其他定形器移动。在其收缩位置，丝网定形器与丝网组件相脱离。在其伸长位置，丝网定形器与丝网相接合。通过控制丝网定形器，可以使丝网以适当的不接触尺寸大致与三维表面相一致。

【16】一个柔性刮刷器由一个机构支撑，由其跨越丝网拖曳并与丝网接触，使得刮刷器能与三维表面相一致。这迫使至少一些印刷介质通过丝网的多孔部分施加到三维表面上。当刮刷器跨越丝网拖曳时，刮刷器随着基材的外形而弯曲，定形器有选择地升起和下降，以使刮刷器不间断地在丝网的表面上通过。

【17】通过浏览以下结合附图的描述和所附的作为本公开一部分的权利要求之后，本发明另外的目的、特征和优点，对本领域技术人员来说将变得显而易见。

附图说明

【18】图1是实施本发明原理的丝网印刷机的立面侧视图，丝网定形器组件和丝网组件在非匹配方位；

【19】图2是图1所示的丝网印刷机的立面侧视图，丝网定形器组件和丝网与三维表面的形状相匹配；

【20】图3是与图2相似的侧视立面图，刮刷器拖曳到丝网表面的大致中间位置；

【21】图4图3所示的丝网印刷机的一部分被移走的端部立面视图；

【22】图5A是实施本发明原理的丝网组件的一个实施例的透视图，其所有的框架部分都处于向内的位置；

【23】图5B是图5A所示的丝网组件的透视图，其所有的框架部分都处于向外的位置，丝网被拉高；

【24】图5C是图5A所示的丝网组件的局部透视图，组件的侧面框架部分已经定形，而端部框架部分没有定形；

【25】图5D是与图5C相似的局部透视图，侧面框架部分和端部框架部分都在定形位置；

【26】图6A是丝网定形之前的基材、固定装置、丝网组件和丝网定形器组件的局部示意图；

【27】图6B是丝网变形之后的基材、固定装置、丝网组件和丝网定形器组件的局部示意图；

【28】图7A是本发明中采用的刮刷器组件的纵向视图；

【29】图7B是图7A所示的刮刷器组件的纵向视图，刮刷器处于定形的状态；

【30】图7C是刮刷器组件的沿图7A中的线7C-7C的剖视图；

【31】图8A示出了另一实施例的丝网定形组件和刮刷器组件，刮刷器位于跨越丝网刚开始移动后的位置；

【32】图8B示出了在刮刷器跨越丝网移动的后一位置的图8A的实施例；

【33】图8C是沿图8B中的线8C-8C的剖视图，显示了吊箍(bail)和丝网定形器处于与丝网接合和非接合的各个阶段；

【34】图9是本发明另一实施例的概略视图；

【35】图10是图9所示装置的概略视图，其中，丝网与三维表面的形状相一致；以及

【36】图11示出了移动刮刷器以使印刷介质通过图9所示的丝网组件的多孔部分。

具体实施方式

【37】现在参照附图，示出了实现本发明原理的丝网印刷装置或机器，由标记10表示。作为其基本元件，机器10包括：框架12，基材固定装置14，丝网组件16，各种用于张紧和使丝网组件变形的装置，刮刷器组件20和使刮刷器组件24与丝网组件16匹配并拖曳刮刷器组件20越过丝网组件16的机构22。

【38】机器框架12由多个直立支撑柱24构成，横拉条26在支撑柱24之间延伸。框架12还包括一个平台28，基材固定装置14通过本领域公知的方法从其上行进。例如，所示基材固定装置14可以沿着导轨30或其它装置，在通常位于框架12中的实际印刷的位置(如图2所示)和位于框架12外的将由标记32表示的基材装到固定装置14上或者印刷后从其取走的位置(如图1所示)之间滑动。

【39】如上所述，本发明的机器10能够在复杂的三维形状上进行丝网印刷。因此，机器10所采用的基材32限定了该形状。如图所示，基材32为碗形，要印刷的表面向上限定了凹形形状。显然，该形状只是示意性的，并不是要以某种方式限定本发明的应用，因为机器10还可以在平的二维表面、简单的曲面和凸起的形状上印刷。

【40】基材32由固定装置14中限定的腔34接纳，腔34与基材32的形状相适应。为确保基材32位于腔34中，在限定腔34的表面周围提供多个真空凹口36。真空凹口36依次与真空源(VS)38相连，当动作时，真空源38通过真空凹口的内部抽真空，在与真空凹口接触的基材32上施加一个保持力。固定装置可以在基材腔周围具有升高的表面部分，以提供一些不接触位置。在印刷过程中相对于固定装置保持或固定丝网的部件，例如真空凹口或其它装置，可以结合在固定装置中。

【41】当基材32固定到固定装置14上后，固定装置14移到图2的打印位置，这时基材32和固定装置14通常位于机器10的框架12内。在该位置，丝网组件16向着基材32下降。

【42】如图5A所示，丝网组件16包括由丝网框架42支撑的丝网40。丝网40是由多孔和柔性的网格材料例如聚酯、聚酰胺或这两种材料的聚合物制成的。丝网40还可以是采用不同线径(thread diameter)的网格和/或不同的网格材料制成；例如，在一个方向采用聚酯线(thread)，而在另一个方向采用聚酰胺丝。显然，可选择性地采用其他材料，包括那些丝网印刷工业中通常使用的材料。

【43】要涂敷到基材32上的图像44形成在丝网40上。图像44基本上是在丝网40上限定了多孔部分46和非多孔部分48的模版。使用过程中，多孔部分46允许印刷介质例如油墨根据图像44通过丝网40并涂到基材32上。图像44是采用本领域的常规方法在丝网40上形成的，这里不需要详细说明。

【44】丝网框架42构造成能够张紧丝网40，同时为丝网40提供柔性度。在一个实施例中，丝网框架42由位于丝网40周围的四个框架部分50构成。这些框架部分50构造成当丝网40处于抬高的(taunt)非定形状态时，框架部分50在垂直于由丝网40限定的平面的方向具有柔性。横向地，在平面方向，框架部分50的构造使得框架部分50基本上是刚性的而不会偏斜。在图5B中，这些方向分别大致由箭头F(代表“柔性”)和箭头R(代表“刚性”)表示。

【45】为了给框架部分50提供这样的柔性，在一个结构中，框架部分50由一系列相对松散的互锁元件52形成，每一元件52都与相邻的元件52重叠和互锁。元件52之间的这种松散互锁连接为框架部分不但在箭头F方向，而且在箭头R方向以及其它方向提供了柔性。为了限制箭头R方向的柔性，基本沿底部框架部分50的长度方向在每一个互锁元件上安装一个或多个薄金属条54。互锁元件52可以由金属例如铝、不锈钢，或者任何其它所需的材料制成。条54可以由金属例如弹簧钢，或者任何其它所需的材料制成。

【46】可以设想框架部分50的替代结构，例如一系列框架元件铰接在一起，并沿框架部分的长度方向延伸。可以采用许多铰链。

【47】为了使框架部分50偏移(bias)和定形成基本上直线的、非弯曲的定向，框架定形装置55例如缆索、弹簧、皮带、机械臂和系统等，可以通过框架部分50延伸，可连接到机器框架12上或者支撑在所述框架部分50上。该框架定形装置55可以为框架部分50提供预定的张力，或者如果需要，可以提供能够调节张力的结构。这样，框架定形装置可以包括在框架部分50的一个或多个部位进行收缩以及推或拉的元件。

【48】对于升高(taunt)的丝网40，通过适当的油墨分配机构70将油墨分配在丝网40上。油墨分配机构70可以按照刮刷器组件20的长度方向，跨越丝网沿一直线涂布油墨，或者在丝网40上的单一位置分配油墨。最后，如果需要，拖曳一个喷射杆(未示出)，用于在丝网定形器18使丝网40变形以与基材32的外形相一致之前跨越丝网40的表面散布油墨，丝网定形器18将在下面进一步说明。

【49】当丝网组件16下降到适当的初始高度时，框架定形装置55使框架部分向内移动(如图5A所示)，使丝网40从较高(taunt)位置(如图5B所示)下垂。这样，框架定形装置55根据需要使一个或多个框架部分50定形(图5C、5D)，以进一步帮助使丝网40与基材相一致。随着框架定形机构使丝网框架42相对于固定装置14和基材32定形，丝网定形器18下降，到达一个与丝网40接触的位置，使丝网40定形成与基材32的形状基本相一致的形状。优选地，丝网定形器18(图中只示出和表示了一部分)将丝网40与基材32的表面之间保持一个不接触的间距，例如1/4英寸，而不是直接与基材32接触。但是，如果需要，丝网定形器18也可以压着丝网40与基材32相接触。通过改变框架定形机构55和丝网定形器18的位置，丝网40上的张力可以根据需要进行调整，可将丝网40定位在使其侧面平滑地导入基材32(如图6B所示)。可选择地，在丝网和固定装置之间可采用一个板或其它结构，对丝网40进行定位和定向，使其平滑的导入基材32。此外，通过采用位于关键位置的盘状体43，丝网的局部打褶得以最小化，该盘状体43可以沿向上的方向移动到丝网内以产生张力。该移动可由安装在平台28上的致动器45控制。可选择地，这也可以通过在固定位置设置盘状体43并将丝网40适当地降低到盘状体上而实现。

【50】为了实现以上目标，设置基本上覆盖基材32的长度和宽度的丝网定形器18的阵列。在一个实施例中，丝网定形器18本身成排地装在一系列基轨(base rail)58上。这些排的方向与刮刷器组件20跨越基材32拖曳的方向一致。基轨58通常在其相对的端部由元件60支撑，元件60再与致动器62相连接，操作致动器，以升高和降低作为组合件的支撑元件60、基轨58和丝网定形器18。这样，致动器60可以是气压驱动、液压驱动、电动或者磁致动的致动器。

【51】丝网定形器18本身包括位于轴66远端的接触器或垫块64。每一轴66分别连接到一个致动器68，控制器选择性地升高或降低轴66及其接触器64，以使丝网40根据需要进行定形。优选地，致动器68为双向作用气动活塞型或伺服马达致动器。但是，只要能满足这里所需的对轴66的控制，也可采用其它类型和种类的致动器。

【52】接触器64可以采用多种形状中的一种形状，可以为圆球形元件(如图所示)、平板形元件、弯曲的盘形元件或者以上形式和其它形状的组合。实际应用中，接触器64形成为在与基材32相邻接的位置与其形状相一致是比较有利的。在图中，虽然只示出了一种类型的接触器64，可以预料的是采用一种以上的接触器62将是有利的。随着丝网如图2所示的变形，刮刷器组件20由拖曳机构或刮刷器推进机构22跨越丝网40拖曳。

【53】为了跨越丝网40的表面拖曳刮刷器组件20，刮刷器推进机构22移动到图2所示的刮刷器72本身与丝网40开始接合的位置。刮刷器组件40构造成当其拖曳跨越丝网40时能连续地与基材32(图像44将涂敷在其上)的表面形状相一致。这样，刮刷器组件20的长度要比图像44的宽度大，而与基材32的跨度一样大或者比基材32的跨度大。

【54】为使刮刷器组件20与基材32的形状相一致，提供了如图7A-7C所示的柔性结构。刮刷器组件20的基本元件是刮刷器72。刮刷器72由一种用于构造刮刷器的常用材料制成，包括各种橡胶、聚亚胺酯及其它材料。刮刷器72通常是矩形的，具有工作边74和固定边76。工作边74是刮刷器与丝网40接触的一侧，典型地具有角度，并施加压力以使油墨通过多孔部分46到达基材32上。工作边74还包括预设角或倒角的引导边75，如图所示成15°角，或者另外的预定角度。

【55】固接或固定边76与工作边74相对，保持在刮刷器组件20的支架78中。支架78是在与刮刷器72一致的平面内具有柔性的细长结构。

【56】在图示的结构中，支架78分成段，每一段80铰接到紧邻的段上或相对于其移动。为了在支架78中支撑刮刷器72，可以在刮刷器72和支架78之间设置通用或专用衬套84。因此，段80可以通过铆钉82或其它适当的连接方式与衬套84和刮刷器72的固定边76固定在一起。衬套84作为衬垫元件工作，并和支架78一起提供夹紧力以将刮刷器72保持在组件20中。为了帮助在支架78中定位刮刷器72，刮刷器72和支架78的一部分(例如衬套84)可以在刮刷器72上包括相互匹配的接合槽81。用于制造支架78的段80的优选材料包括各种金属、塑料和玻璃充填聚酰胺。制造衬套84的优选材料包括金属、塑料和常用的制造材料。

【57】为使刮刷器72和/或衬套84在相关平面内更易弯曲和柔韧，可以在从卡持边76凸出的刮刷器72和/或衬套84上设置多个切口或槽口。该切口在刮刷器中可以具有相同的深度(向着工作边74)，或者也可具有变化的深度。

【58】支撑刮刷器组件20的是用于跨越丝网40拖曳刮刷器组件20的机构22的多个轴88。由于刮刷器72会弯曲，优选地，轴88非刚性地连接到刮刷器组件20。在所示实施例中，这是通过在轴88的端部设置由支架80的凸缘91卡持的位于法兰91和刮刷器72顶部之间的滚轮或轴承89实现的。在滚轮89和刮刷器72顶部之间设置弹簧钢条93，使其沿刮刷器72的长度方向移动。操作弹簧钢条93使刮刷器72的弯曲平滑，并分配由滚轮89和轴88产生的局部力。如图4最佳所示，轴88通过印刷头90连接，以通过气压、液压或者其它类型的致动器92推进或收缩。为了减小施加到轴88上的弯曲力，轴88在其端部连接到压力盘96，压力盘96再连接到一对致动器92上并位于轴88的相对端部上。

【59】在印刷头90的端部，印刷头90由在导轨100上移动的滚轮98支撑。导轨100优选具有这样的形状，当印刷头90沿着导轨100的长度方向移动时使刮刷器组件20能跟随基材的形状。在这种结构中，导轨100通常是基材32形状的模板。然而，可以理解，导轨100可以更换为直线元件，其中致动器92与辅助致动器一起或者单独地以及由专门编程使刮刷器72跟随基材32形状的电子控制器相对于基材32调整刮刷器组件20的位置。

【60】可以采用各种驱动方式使印刷头90和刮刷器72通过滚轮98沿着导轨100移动。在图1-4所示的结构中，印刷头连接到沿导轨100长度方向定向的环链102上。在邻近导轨100末端处，环链102与链轮104相匹配，至少一个链轮由电马达或其它驱动机构106驱动。可以提供辅助链轮104以进一步支撑链102。在可替换的驱动系统中，链及与其相关的部件可以由皮带、缆索或其它部件代替。

【61】如前所述，丝网定形器18以成排阵列的方式提供，其中，每一排支撑在基轨58上。从印刷头90延伸并支撑刮刷器组件20的轴88对齐，使得每一轴88在相邻定形器18的排之间和支撑定形器的基轨58之间延伸。显然，这使得轴88可以横跨基材移动，而不与丝网定形器18及它们各自的基轨58发生干涉。为了防止刮刷器组件20与丝网定形器18的轴66和接触器64发生碰撞或被其阻挡，丝网定形器18的轴66和接触器64的收缩和伸长随着刮刷器组件20跨越丝网40的拖曳而定时或确定位置。这样，当刮刷器组件20接近丝网定形器18的接触器64时，各自的致动器62使轴66收缩，使接触器64升高不与丝网40接合。接触器64升高到使刮刷器组件20能从其下面通过的高度。致动器62随后推进或再次使轴66降低，将接触器64置于与丝网40接触，而使丝网40处于适当的不接触距离处。当刮刷器组件20接近下一个连续的丝网定形器18时，该过程重复进行。简而言之，随着刮刷器组件20跨越丝网40拖曳，一排丝网定形器18中的每一个丝网定形器18连续地升高和降低。

【62】在刮刷器72跨越丝网40拖曳过程中，本发明预想刮刷器72可以跨越丝网40拖曳，同时使刮刷器72垂直于刮刷器72拖曳的方向，使刮刷器72与刮刷器72拖曳的方向成一角度，或者使刮刷器72相对于刮刷器72拖曳的方向变换其角度均可。在上述实例中，角度是指在刮刷器72的移动方向和长度之间限定的角度。

【63】当刮刷器组件20被拖曳完全跨越丝网40时，图像44将被转印到基材32上。这样，除了干燥和固化转印的图像以及从固定装置14和机器10移走打印基材32外，便完成了图像44在基材32上的印刷。为了完成这些后面的步骤，丝网定形器18都要由它们各自的致动器68和支撑元件60收缩，支撑元件60由致动器62升高，由此整体升高基轨58和所有的丝网定形器18。相似地，刮刷器组件20由轴88和致动器92升高。优选地，刮刷器组件20升高到使得刮刷器组件20能从同样已经升高的所有丝网定形器18下面通过的高度。然后，跨越丝网40拖曳刮刷器组件20的机构42由电机106反转，滚轮108跟随导轨100运动，以将印刷头90向着机器框架12的一侧移动到其初始位置。固定装置14沿着导轨30收回到机器10外部的位置，使真空源38不再作用，真空凹口36将基材32释放到一个适当的取出机构(未示出)。然后将另外一个基材32装到固定装置14中，重复该过程。

【64】作为以上讨论的丝网定形器组件18和刮刷器组件22的替换，图8A、8B、8C示出了另外的结构。通常，在该结构中，丝网定形器的收缩和伸长是机械联动，使刮刷器跨越基材32和丝网40移动。

【65】如图8A所示，由标记150表示的刮刷器组件相似地连接到印刷头152，由通过一个压力盘156连接到轴154的致动器(未示出)升高和降低，以支撑刮刷器158。印刷头152相对的端部支撑在导块160上。导块160由连接到致动器的链170沿着轨道162线性移动，致动器例如是马达(未示出)或其它装置。可选择地，印刷头152与导块160分离地被支撑，并被控制与下面进一步讨论的两组定形器之间的空隙一致地运动并保持在其中。

【66】在该丝网定形组件161中，刮刷器组件的结构不需要具有设置在其中的特殊的开孔或间隙，以使各个丝网定形器当刮刷器跨越丝网拖曳时通过或越过刮刷器。相反地，这个第二实施例的丝网定形组件161通常包括从导块160的相对两侧延伸的两组定形器。这两组定形器的结构相似，这一点从后面的描述中可以理解。当刮刷器组件150跨越丝网40拖曳时，一组丝网定形组件161将在刮刷器158前面从丝网40升高其丝网定形器，另一组将在刮刷器158后面将丝网定形器置于丝网40上。

【67】作为丝网定形组件161的一部分，两个链轮168(或皮带轮)由从每个导块160向内侧突出的轴166支撑。因此，链轮168与导块160一起移动，但是可以在轴166上自由转动。

【68】通常与两个链轮168接合的是链170、皮带或其它传送装置。链170具有固定长度，其一端连接到邻近机器10的一侧处，第一部分172与一个链轮168接触，第二部分174与固定在相对于机器10的一个位置处的一个或多个辅助链轮176接合。链170的第三部分178与另一个链轮168接合，并连接到导块160上。然后链轮170终止，并在机器10的相对一侧连接到机器10上。这样，其两端固定，链170的相关部分随着导块160沿轨道162的移动而移动。

【69】以预定的间隔从链170上悬挂吊箍180。吊箍180的末端182通过安装块或其它联结器184连接到链170上。如图8C所示，吊箍180从联结器184向内悬挂，朝向丝网40，并可相对于联结器184自由转动，但是，当位于与丝网40接触的伸长位置时，吊箍180是固定的。联结器184具有一个锁紧机构，以便能够保持吊箍180的这种固定的定向。此外，吊箍180通常从其端部182向下倾斜到一个匹配部分(conformed portion)186，该部分形成为与基材32的形状相适应。

【70】多个丝网定形器188位于匹配部分186上。丝网定形器188可以由具有在其中限定了孔或通道的泡沫块构成，吊箍180的匹配部分186可以从该孔或通道穿过。优选地，丝网定形器188安装在匹配部分186上，以便能沿其移动，并根据需要重新定位在相对于丝网100和基材130的适当的位置。为达到这个目的，丝网定形器188可通过摩擦接合保持在匹配部分186上。此外，丝网定形器188可以安装到匹配部分186，从而如果需要，丝网定形器188可以容易地从吊箍188移走。

【71】如图8A所示，由于链170的两个末端都是固定的，当链170被带动时，链轮168使链170绕其转动。当链170转动时，随着丝网定形器188各自的吊箍180和联结器184围绕主动链轮168移动，位于刮刷器158移动方向前面的丝网定形器188升高而离开丝网40。相对地，在刮刷器158后面提曳的链170围绕被动链轮168转动，随着各个吊箍和联结器184围绕其移动，降低丝网定形器188并将其置于丝网40上。图8A和8B示出了刮刷器组件150从图8A的刮刷器158刚开始移动后的位置到图8B所示的第二位置的移动，该第二位置是刮刷器158在印刷过程中进一步行进的位置，该行进过程通常为从左至右。如上所述，作为另一个可替换的实施例，印刷头152可以单独支撑和移动。当采用这种方式时，印刷头152的移动与两组定形器的移动相关联，使得印刷头152保持位于两组定形器之间的间隙。

【72】图9描述了本发明的另外一个实施例，包括一个柔性丝网100，其优选地由单丝(monofilament)聚酯材料制成，尽管丝网印刷领域的技术人员公知的能够接收和转印含颜料材料的其它柔性材料也可以使用。当在丝网100上描绘出特定图像102时，便可在丝网100上提供具有任何形状、设计和/或图案的任何图像，而不脱离本发明的范围。

【73】丝网100位于支撑丝网100的丝网框架104内，框架104优选地与丝网100的一个或多个边连接。框架104包括侧边，其设计成可以在至少两个位置挠曲或弯曲，使框架104变形为与柔性丝网100互补(complementary)的形状。优选地，框架104设计成可以在多个位置和至少两个方向弯曲，使其能随着柔性丝网100变形。如果需要，可以与下面所述的丝网接触结构140、142一起选用刚性丝网框架。

【74】为使丝网框架104随丝网100弯曲，丝网框架104可以在段108之间设置一个或多个铰链106。本领域技术人员公知的能使框架104弯曲的其它装置和结构，也包括在本发明的范围内。举例来说，弹性材料例如弹簧钢，可以设置在丝网框架104的段之间，以使框架104的挠曲或弯曲变得容易。尽管公开了弹簧钢，本领域技术人员能理解可以采用任何柔性材料。在一个结构中，优选具有一种能恢复到其预弯曲状态的材料，使得能促使框架104和丝网100在变形之后能恢复其原有的平面定向。

【75】在图9所示的实施例中，丝网框架104的段108设置成多个板，沿着丝网100的第一边110和第二边112，由铰链106连接到一起。另外的段114也可以沿着丝网100的第三边116和第四边118定位。间隙120可选择地设置在每一段之间，图中所示为相对于段114设置。由于间隙120的存在，柔性框架104和丝网100能够弯曲。段108、114可以是任意的长度、宽度或者数量。

【76】如上所述，段108、114和铰链106以及间隙120使得丝网100能变形成任意形状。举例来说，丝网100能变形成凸面、凹面、平面和/或圆锥形。此外，丝网100能变形成以上形状的任意结合，在这里是指复合形。

【77】间隙120还可提高强度、稳定性和/或增加弹性。举例来说，可以在相邻的间隙120中加入任意定向和任意数量的弹簧钢或其它弹性材料。此外，可选择地，织物、网格、聚酰胺、塑料，和/或其它丝网材料和/或前述任意材料的层板，可以以任意数量、任意定向置于相邻的各间隙中，以改变强度和/或稳定性。如果采用另外的丝网材料，则可以使用与用于形成整个丝网相同的丝网材料，也可采用其它粗的或细的丝网材料。

【78】图9还示出了第一缆索组件122和第二缆索124。它们分别连接到沿着丝网100的第三边116和第四边118定位的段114上。缆索122、124可由任意材料制成，例如金属和/或塑料，它们可以具有任意的硬度。优选地，第一缆索组件122的每一端和第二缆索组件124的每一端，都连接到一个或多个手动或自动操作的拉紧和/或放松机构126上。优选地，每一缆索组件122、124包括至少两根缆索，以提供充分的丝网拉紧和/或丝网放松控制。

【79】除了拉紧机构126，还提供框架定形器127，使丝网框架104变形成优选与基材130的形状相适应的形状，下面进一步说明。框架定形器127可以直接连接到框架的段108、114，利用致动装置(机械、气压、液压、电动、伺服马达)以帮助定位丝网。在图9-11中，示出了框架定形器127与丝网框架104的限定第三和第四边116、118的部分相接合。很容易理解，可以沿着丝网100的第一和第二边110、112提供另外的和可选择的框架定形器127。

【80】还是如图9所示，提供一个基材固定装置128，用于支撑需要在其上进行打印的一个或多个基材130。优选地，基材固定装置128具有与基材130互补的形状。在优选实施例中，基材固定装置128具有至少一个用于牢固地接纳和支撑基材132的凹陷部分134。基材固定装置128可以是为单个基材130专门设计的，也可以设计成接纳具有不同形状、弯曲和/或图案的多个独特的基材。如果基材固定装置128设计成能接收多个基材，优选地需要在基材固定装置128中或其上设置调整机构(未示出)。基材固定装置128可以是整体结构，或者是组合结构。

【81】基材固定装置128连接到一个或多个真空源134。在凹陷部分132中设置多个与基材130和真空源134流体连通的端口136。通过起动真空源134，基材130可选择地固定到基材固定装置128上。

【82】基材130可以是平面和/或具有一个或多个凹面、一个或多个凸面、一个或多个锥面、或者以上任意结合。通过至少部分地结合一个或多个凸面、凹面、平面和/或锥面，形成了复合表面。优选地，基材130的一个内表面138将采用下述方法进行印刷；然而，印刷基材130的任何表面都在本发明的范围内。

【83】如图10和11中看到的，一个内部接触结构140和一个外部接触结构142，通过手动和/或自动装置定位在邻近丝网100处。该装置可以控制接触结构140、142使其整体移动，或者接触结构140、142相互独立移动。内部和外部接触结构140、142可以是整体结构或者是组合结构。不管它们的结构如何，它们优选地具有与基材130的形状互补的表面或边缘。

【84】该手动和/或自动装置将内部和外部接触结构140、142置于与丝网100接触，以使丝网100变形为与基材130相互补的形状，如图10所示。在特别列举的实施例中，当它们置于与丝网100相接触时，内部和外部接触结构140、142至少部分地围绕丝网100上的图像102。举例来说，内部接触结构140可能位于图像102的内侧，外部接触结构142可能位于图像102的外侧，以使印刷变得容易，如下面的详细说明。本发明还包括使丝网100与基材130的形状相一致的一组或多组接触结构。

【85】优选地，在邻近丝网100处提供至少一个结构(未示出)，用于定位含颜料的材料，例如印刷油墨。该结构设置成在丝网变形之前，在预定的时间输送预定量的含颜料的材料到丝网100的上表面。还提供一个本领域技术人员公知的喷射杆(未示出)，用于跨越丝网100的上表面均匀地分配含颜料的材料。

【86】仍然如图10和11所示，一个手动或自动的驱动臂144设置在邻近内部和外部接触结构140、142和丝网100处。优选地，例如通过一个或多个伺服马达或其它移动装置，臂144能在x-y-z平面的任意方向移动。如本领域技术人员所公知的，至少一个刮刷器146可枢转地连接到臂144。该刮刷器146定形为安装在内部和外部接触结构140、142之间的空隙中。由于臂144的铰接特性和结构，根据基材32的弯曲度，可以不必采用内部和外部接触结构140、142。

【87】采用图9-10所示的实施例进行印刷的方法，提供了具有图像102的丝网100，图像设置在丝网框架104中位于丝网100上，如图9所示。拉紧机构126以预定的力拉着缆索122、124，在丝网100中形成所需的张力。当丝网100处于相对较平的定向时，优选地而不是必需地，在丝网100上提供含颜料的材料(未示出)。然后，喷射杆(未示出)从丝网100的表面掠过，以跨越图像102均匀地分配含颜料的材料。

【88】在张紧和喷射步骤的过程中、之前或者之后，基材130定位于基材固定装置128内。优选地，接合上真空源134，以确保基材130固定到基材固定装置128的凹陷部分132中。

【89】同时，或者在不同的时间，通过自动或手动装置，将基材固定装置128置于丝网100下面，而将内部和外部接触结构140、142置于丝网30上面。优选地，拉紧机构126使每一组缆索122、124放松一个预定的量，从而丝网100与基材130的形状相一致。还通过致动框架定形器127，进一步帮助使丝网100与基材130相一致。在举例说明的实施例中，通过自动或手动装置，内部接触结构140在图像102内与丝网100的一部分接触，随后外部接触结构在图像102外与丝网100的一部分接触。内部和外部接触结构140、142还固定、稳定和/或定位丝网100，使其接近或靠在基材130上。

【90】如图10所示，臂144随后定位在丝网100上方，使刮刷器148位于内部和外部接触结构140、142之间，通过伺服马达146拉动或者推动刮刷器148，使其跨越丝网100，以在下面的基材130上印刷，如图11所示。由于臂144的铰接性能，当在该实施例中采用框架定形器127时，通过伺服马达146，不需要内部和外部接触结构140、142，该装置也能运行。

【91】印刷后，臂144从丝网100移走刮刷器148，并移走外部接触结构142，使丝网100的一部分从基材130剥离。接着，移走内部接触结构140，使丝网100的其余部分从基材130剥离。丝网定形器127收回，拉紧机构126拉动张紧丝网100的缆索122、124，使丝网从基材130离开，并将其定位在平的定向上。然后基材固定装置128从丝网下降，取走印刷后的基材130。

【92】本领域的技术人员很容易理解，以上描述旨在说明实施本发明的原理。该描述不是用于限定本发明的范围和应用，可以对本发明进行修改、变更和变化，而不偏离由所附权利要求限定的本发明的精神。

Claims (32)

1.一种在基材的三维表面上印刷图像的丝网印刷装置，所述装置包括：

丝网组件，其包括丝网和丝网框架，所述丝网由柔性网格材料制成，所述丝网的至少一部分是多孔的，以使印刷介质从所述多孔部分通过，所述丝网框架通常在所述丝网的周围限定一个边界，并支撑所述边界内的丝网；

基材固定装置，其限定至少一个支撑表面，所述支撑表面大致与所述丝网组件对齐地支撑所述基材；

定形组件，其包括多个定形器，每个定形器都可在收缩和伸长位置之间移动，在所述伸长位置，所述定形器与所述丝网组件相接合，通过将至少一些所述定形器移到所述伸长位置，使所述丝网与基材的三维表面大致一致；

刮刷器组件，其包括刮刷器，所述刮刷器组件沿其长度方向具有柔性，以使所述刮刷器沿着所述三维表面拖曳时能连续地沿接触边缘与所述三维表面相一致；以及

连接到刮刷器组件的机构，适于沿着所述丝网拖曳所述刮刷器，以使至少一些印刷介质通过所述丝网的所述多孔部分印在所述三维表面上。

2.如权利要求1所述的装置，其特征是：所述定形器在所述伸长位置与所述丝网接触。

3.如权利要求1所述的装置，其特征是：至少一些所述定形器在所述收缩位置与所述丝网组件脱离。

4.如权利要求1所述的装置，其特征是：当所述定形器在所述伸长位置时，所述丝网相对于所述三维表面保持在一个不接触的位置。

5.如权利要求1所述的装置，其特征是：所述定形器包括一个连接到致动器的臂，所述臂由所述致动器伸长。

6.如权利要求5所述的装置，其特征是：所述致动器为气压致动器。

7.如权利要求5所述的装置，其特征是：所述致动器为伺服马达。

8.如权利要求5所述的装置，其特征是：所述臂在其远端终止于接触元件，该接触元件具有平的或弯曲的接触面。

9.如权利要求1所述的装置，其特征是：所述网格材料包括聚酯。

10.如权利要求1所述的装置，其特征是：所述网格材料包括聚酰胺。

11.如权利要求1所述的装置，其特征是：所述丝网框架是柔性的。

12.如权利要求11所述的装置，其特征是：所述丝网框架在至少一个方向是柔性的。

13.如权利要求11所述的装置，其特征是：所述丝网框架与所述定形器相接合。

14.如权利要求11所述的装置，其特征是：所述丝网框架具有分段结构，相邻的段互相连接，相互之间可以移动。

15.如权利要求11所述的装置，其特征是：所述段相互铰接。

16.如权利要求14所述的装置，其特征是：所述段相互锁紧。

17.如权利要求1所述的装置，其特征是：所述定形器包括丝网定形器和框架定形器，所述丝网定形器在所述伸长位置与所述丝网相接触，所述框架定形器与所述框架相接合。

18.如权利要求1所述的装置，还包括一个连接到所述刮刷器的机构，使所述刮刷器与所述三维表面的一部分相一致。

19.如权利要求19所述的装置，其特征是：使所述刮刷器相一致的所述机构，适于在所述刮刷器的长度上并通常垂直于所述三维表面施加一个印刷压力。

20.如权利要求18所述的装置，其特征是：使所述刮刷器相一致的所述机构包括多个杆，每个杆都连接到一个致动器上，所述杆能够通过所述致动器伸长和收缩。

21.如权利要求1所述的装置，其特征是：所述定形器包括由传送装置支撑的吊箍，所述传送装置适于伸长和收缩所述定形器，所述吊箍具有跨越基材延伸的中心部，其通常成形为与三维表面的一部分相一致。

22.如权利要求21所述的装置，其特征是：至少一个接触器安装在所述吊箍的所述中心部。

23.如权利要求22所述的装置，其特征是：所述接触器能够沿着所述吊箍的所述中心部定位。

24.如权利要求21所述的装置，其特征是：适于拖曳所述刮刷器的所述机构连接到所述传送装置，并由此移动。

25.如权利要求1所述的装置，其特征是：所述基材固定装置具有围绕所述支撑表面的升高的表面部分。

26.如权利要求25所述的装置，其特征是：所述升高的表面部分包括用于将所述丝网沿所述基材固定装置的至少一边保持在稳定位置的装置。

27.一种在基材的三维表面上印刷图像的方法，所述方法包括以下步骤：

在基材的三维表面上方设置丝网组件，该丝网组件具有由丝网框架支撑的丝网；

在丝网上涂印刷介质；

使丝网定形，以与所述三维表面的形状大致相一致；

沿着定形的丝网拖曳刮刷器；

将由丝网限定的图像通过印刷介质转印到基材上。

28.如权利要求27所述的方法，其特征是：使所述丝网定形的步骤包括使所述丝网框架定形的步骤。

29.如权利要求27所述的方法，其特征是：使丝网定形的步骤包括使至少一个定形器伸长而与丝网接触以相对于所述三维表面定位所述丝网的步骤。

30.如权利要求29所述的方法，还包括以下步骤：当刮刷器沿着丝网拖曳时，有选择地收回位于刮刷器之前的定形器，使其与丝网不再接触；当刮刷器沿着丝网拖曳时，有选择地伸长位于刮刷器之后的定形器，使其与丝网接触。

31.如权利要求27所述的方法，其特征是：沿着定形的丝网拖曳刮刷器的步骤包括改变刮刷器相对于刮刷器的移动方向的角度。

32.如权利要求31所述的方法，其特征是：所述角度限定在刮刷器的移动方向和刮刷器的长度之间。

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