CN101439618A - 柔性印刷头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有多个印刷喷嘴的印刷头、尤其是用于喷墨印刷机的印刷头，所述印刷头具有多个相邻的、具有至少一个印刷喷嘴(23)的印刷模块(2)，其中两个相邻的印刷模块(2)相互间通过至少在一连接方向上、优选在所有空间方向上为柔性的材料(1)和/或元件(1)连接。

Description

柔性印刷头

技术领域

本发明涉及一种用于喷墨印刷机的具有多个印刷喷嘴的印刷头。

背景技术

长期以来就已知通过可自由编程的标识系统来标识产品，并且这种标识在工业上在许多领域中使用。这样对于很多应用场合主要使用喷墨印刷机，通过从印刷头的一个或多个喷嘴中喷出墨滴，以便由此可以在要待印刷的表面上构成一个点格网形式的印刷图案，喷墨印刷机使得能够无接触地对产品进行标识。

这里主要已知两种不同的技术，一种是连续喷墨(ContinuousInkjet)技术，另一种是按需即喷(Drop-on-Demand)技术。

在连续喷墨技术中多数通过用于产生压力波动的调制部件、例如通过一个压电振动器对只由一单个喷嘴连续喷出的墨束这样调制，使墨束在其从喷嘴喷出后在距喷嘴确定的距离处分裂成基本大小相同的单个墨滴。

这里这样产生的墨滴可能在其即将与墨束分离前被不同地静电充电并且接着可能在一个后续的平行板电容器的电场中对应于其相应的静电荷发生偏转，由此对于各个墨滴至少在偏转方向上产生不同的飞行轨迹。

由此至少在一横向于墨滴传播方向的方向上可以选择分别不同充电的墨滴的不同位置，由此在待标识的产品相对于印刷头进行同时和同步的相对运动时产生点状构成的印刷图案。

因为这种工作原理也在印刷头与待印刷的表面之间的确定距离上以良好的质量工作，因此也能够标识例如适度地形成(凸凹)结构的表面。但是缺陷是，由此产生的印刷线的最大高度由于系统的原因只能为约10mm至20mm，因此例如不能只通过唯一一个印刷头产生较大的字体或者例如以这样的方式来对例如管或缆线进行标识，即，以大于120度的角度范围或者甚至以360度的角度范围来印刷管或缆线的外表面。

在这些情况下需要使用多个印刷头和/或多个印刷系统并且使它们相应恰当地设置，例如圆形地围绕待印刷的物体设置，以进行360°的印刷，其中必须将印刷图案按所使用的印刷系统数量分配并且必须相应同步地印刷。这种方法本质上是复杂的、易于发生故障并且是成本昂贵的。

与连续喷墨方法不同，按需即喷印刷系统的一个印刷头具有多个单个的、可基本上相互独立地控制的喷嘴，所述喷嘴通常在喷嘴板中设置在一条线上并且相互间分别具有相同的距离。

按照原理，这样来产生各个墨滴，即，每个喷嘴与一配设给该喷嘴的喷嘴室和一配设给该喷嘴的调制部件构成一个自己的独立控制的印刷模块。为此例如所有在印刷头中存在的喷嘴室通过共同的墨水输送件与一共同的墨水储存器连接，由此在运行中分别以墨水填充喷嘴室。

在此相应的调制部件这样安装在相应的喷嘴室上，即，使所述调制部件在相应的电致动时在相应的喷嘴室中脉冲式地建立一个过压，由此将墨滴从喷嘴向外抛出。由于所述印刷模块可以基本上相互独立地控制，能够利用唯一一个共用的控制脉冲产生一条完整的印刷线，其中所述控制脉冲通过相应的控制电路同时触发所有需要的喷嘴。

根据印刷头的形式和结构不同，使各个印刷室通过所述的墨水输送管道相互连接，此外根据调制部件的工作方式不同，还可以例如只按确定的分组控制喷嘴，以产生墨滴，通过例如以一第一印刷脉冲控制喷嘴1，4，7...，以一第二印刷脉冲控制喷嘴2，5，8...，并以一第三印刷脉冲控制喷嘴3，6，9...，由此在待印刷的物体沿印刷头连续运动时产生一锯齿形的印刷线。

由于系统的原因，利用按需即喷印刷头不能在较大的距离上在产品的例如弯曲或形成凸凹结构的表面上实现高质量的印刷，因为通过这种方法产生的墨滴具有较小的喷出速度，并具有较小的直径和由此较小的质量，并且在短的飞行路程之后就已经可能由于空气阻力和外部的例如通过待标记物体的运动产生的空气运动而被从其各自的飞行轨迹中不可控地偏转，并且由此随着距离的增加使印刷图案变得越来越差。

但是因为通常期望达到高的印刷质量，因此此外还要求提供大量的印刷通道，其中同时相邻喷嘴的距离必须小并且相应喷出的墨滴也必须小。在技术上这是这样来实现的，即，通过例如将所有喷嘴室、其相应的墨水输送管道和相应的调制模块组合到一个共同的基体中并且形成一个刚性的模块，从而使大致整体式地实现整个印刷头的结构。

相应的、按照按需即喷方法工作的印刷头例如由Spectra公司、Xaar公司、柯尼卡美能达公司、惠普公司或爱普生公司工业化地制造和销售。

但是对于上述印刷头不利之处在于，只能不令人满意地或者甚至根本不能在一单个工作过程中印刷强烈弯曲的表面，或者只能在使用许多印刷头的条件下才能印刷，这意味着高投入。

在公开文献DE 40 33 816 A1中记载了一种柔性印刷头，利用该印刷头能够在弯曲部的局部区域的内部印刷弯曲的表面，但是印刷头的形状仅仅是一围绕固定的中心点的圆弧段并因此只能以一定的曲率在一个平面调整，并且因此不适于印刷按其它形式成形的表面。此外利用这种印刷头不能实现360°的印刷。

发明内容

本发明的目的是，提供一种印刷头，利用这种印刷头能够实现沿一规定方向基本与一个成形的物体的表面形状无关地印刷该成形物体的表面，而无需在印刷期间旋转成形物体或印刷头。

按照本发明这样来实现所述目的，即，印刷头具有多个相邻的、具有至少一个印刷喷嘴的印刷模块，其中两个相邻的印刷模块相互间通过一至少在连接方向上、优选在所有空间方向上柔性的材料和/或元件连接。

这样印刷头可以例如包括许多单个的、可以基本上相互独立地或者也可以共同地控制的印刷模块，所述印刷模块可以这样组合在一起，即，使各印刷模块的喷嘴孔形成一个共同的喷嘴布置结构。这里按照本发明所述喷嘴布置结构可以这样构成，即，使印刷模块的喷嘴位于一共同的、可三维地构成的喷嘴面上，该喷嘴面特别是在多个维度/方向上可以是弯曲的或者可以被弯曲，并且基本上与各个喷嘴面的相应形状无关地相互间具有一相同的距离。

在此按照本发明，可以这样设计使印刷模块的喷嘴成为一喷嘴面的布置结构，即，使印刷模块的喷嘴例如基本上形成一线形的布置结构或面式的布置结构。

为了可以使这样形成的喷嘴面在标识不同地成形的产品表面时与相应的要求相适应，按照本发明在一个优选实施形式中设定，至少将印刷模块的喷嘴或者说印刷模块的具有至少一个喷嘴的端部区域以及由此至少将印刷模块的所谓喷嘴板在一由柔性材料、例如由弹性体、尤其橡胶类材料制成的接纳装置中组成一确定的喷嘴面。

由此，由于接纳装置的材料柔性，能够使这样构成的喷嘴面这样地与三维地构成的待标识产品的表面、例如圆柱形产品的表面相适应，即，使所有喷嘴与产品的表面具有基本上相同的距离，由此可以实现与印刷距离无关的、保持相同的印刷质量。在此可以优选选择弹性体材料用于接纳装置，这种材料在其柔性方面具有各向同性的特性。

利用这种接纳装置同样能够使喷嘴面在一个例如为360°的半径(范围)中变形和/或附加地扭转，以由此例如形成一个圆或一个螺旋体，由此例如对圆柱形产品完全可以在其外表面上进行印刷或者对于管状材料对其内表面进行印刷。

这里，每个单个的印刷模块例如可以包括一个基体，所述基体具有一墨水输送件、一具有连接在后面的喷嘴孔的墨水室以及多个用于产生单个墨滴的控制元件和多个用于连接在一上级的控制装置上的电连接元件。

按照本发明可以使各个印刷模块例如通过上述的接纳装置或者一般性地通过柔性和/或可变形的材料这样来相互连接，即，使得所述印刷模块各自的喷嘴板在一基本位置中形成一共同的面，并使其喷嘴例如设置在一条线上或者形成一条线，由此可以通过柔性和/或可变形材料的变形而使这样形成的喷嘴列具有任意的形状，例如形成一圆或圆弧或者变形为螺旋线或蛇形线。因此所述基本位置可以理解为喷嘴模块相互之间这样的布置结构，即，所述喷嘴模块在没有变形力的情况下自动占据这种布置结构。因此所使用的材料可以是弹性的并且在形状上是可自动回复的。

按照本发明还可以设定，印刷模块相互间通过可塑性变形的、尤其热塑性的材料连接，其中例如可以这样来实现确定的三维喷嘴布置结构的构形，即，可以通过加热使示例性的热塑性材料处于可变形的状态，从而可以使其具有希望的形状。接着的冷却例如使材料持久地定型。根据所使用的材料不同，所述变形例如可以是不可逆的，或者可以通过重新加热材料而是可逆的。

按照本发明还可以设定，使喷嘴列沿一个轴线、例如沿着其纵轴线、因此尤其是沿喷嘴板沿该轴线前后顺序设置的轴线扭转，由此来自各喷嘴的墨滴的相应喷出方向例如从上述的纵轴线出发沿径向向外指向不同的方向，以由此完整或部分地印刷一空心体的内部。

按照本发明还可以设定，使喷嘴列绕一个例如垂直于一喷嘴列的所述纵轴线并且特别是与该纵轴线隔开设置的工作轴线变形，由此来自各喷嘴的墨滴的相应喷出方向例如径向向内地指向所述示例性描述的工作轴线，以由此例如完整或部分地印刷一物体的外部。

按照本发明还可以设定，使喷嘴列绕一个例如垂直于一喷嘴列的所述纵轴线并且特别是与该纵轴线隔开设置的工作轴线变形，由此来自各喷嘴的墨滴的相应喷出方向相对于所述示例性描述的工作轴线例如径向向内指向，以由此例如完整或部分地印刷一物体的内部。

按照本发明还可以设定，给各印刷模块在其墨水供应管道和/或各自的墨水储存器中装备阀，例如止回阀，和/或泵，例如微型泵，由此例如在一共同的墨水输送中的机械压力波动不会传递到印刷模块，并由此明显提高这种印刷头的运行可靠性。

此外由此以简单的方式实现各个印刷模块的排空或填充墨水，因此例如为了维护目的也可以更换单个印刷模块而不影响其余印刷模块的功能。此外由此同样可以为了对单个喷嘴进行喷嘴清洁而有目的地喷出一定的墨水量，由此例如可以有目的地将进入的空气或干扰性的杂质从各喷嘴中喷出。

按照本发明的印刷头可以如上所述由一定数量的单个印刷模块构成。在此按照本发明不重要的是，各个印刷模块是否仅构成电或气动控制的阀，或者每个单个印刷模块是否构成具有至少一个喷嘴的独立印刷头。

按照本发明，各单个印刷模块相互间优选沿一纵轴线通过可变形的材料相互连接，例如通过橡胶材料或例如通过热塑性材料或例如通过一个或多个弹簧元件，各单个印刷模块固定在所述弹簧元件上。

因为为了运行必须向各印刷模块供给墨水或其它用于印刷的介质，按照本发明，所述介质的供给可以例如通过单个的外部输送管道实现或者在印刷模块和连接材料相应的实施形式中通过一共同的输送管道实现。

在使用所述弹性体的、尤其是橡胶类的连接时，在一个优选的实施例中，这一点在弹性体材料的内部实现，其中在这种情况下这种材料同时具有供给系统和/或用于介质、尤其是墨水的储存器的功能。

在使用一个或多个螺旋弹簧时作为连接元件时，相应地可以将所述连接元件设计成空心的，并且由此将其同样用作供给软管。到各个印刷模块的必需的电输送导线适宜地分别通过电缆导引到一共同的控制电子装置和/或引导到一上级的控制装置。

在使用墨水时，所述墨水例如可以是常见的低粘度油基印刷色或UV硬化的印刷色，但根据要求不同也可以是其它的低粘度液体，例如粘接剂或油或反应液体。如果印刷模块附加地分别具有多个阀和/或相应的泵，例如微型泵，由此一方面在使用上述用于印刷的墨水时消除已知的在输送管道中具有外部空气的问题，因为通过上述泵的输送功能可以有效地将外部空气从墨水系统中输送出去，并且喷嘴元件由此具有自清洁功能，另一方面附加地存在这样的可能性，即代替液体输送气体特别是反应气体并且到生产过程之内有目的地且定量地将其送至一表面的个别位置上，用于例如触发、防止或辅助化学或物理反应。

附图说明

在下面的附图中示出本发明的几个实施例。附图中：

图1示出按照本发明的印刷头的第一实施例，

图2示出按照本发明的印刷头的第二实施例，

图3示出印刷头的第一或第二实施例的后视图，

图4示出按照图1或图2的按照本发明的印刷头的第一可能形状，

图5示出按照图1或图2的按照本发明的印刷头的第二可能形状，

图6示出按照图1或图2的按照本发明的印刷头的第三可能形状。

具体实施方式

图1示出按照本发明的印刷头的第一实施例。按照本发明的印刷头例如具有一由柔性的、例如弹性体材料制成的接纳板1，在该接纳板中具有多个用于容纳多个相互独立控制的印刷模块2的接纳开口1a。接纳板形成前面所述的接纳装置并且在这里在优选的实施例中可以具有这样的厚度，即，使得接纳装置至少基本上是自承的，即至少不会在重力作用下，而是只有通过外部的施加的力才会明显地变形。

在此可以这样构成开口1a，即，使例如分别在各印刷模块2上存在的成形体24精确配合地嵌入所述开口中并且例如夹紧在所述开口中，尤其在使用橡胶材料用于接纳板1时，这容易实现。除此以外或对此进行补充地还设想，在接纳装置1上设置相应的未示出的固定装置，以将各印刷模块2固定在其各自地开口1a中，而与接纳板1的对于确定的使用目必要的变形无关。按照本发明例如也可以设定，将各印刷模块2相应地粘结在其接纳开口1a中。

此外按照本发明还可以设定，将各印刷模块这样装入接纳板1的接纳开口1a中，即，使各喷嘴板22与平面1b至少在一基本形状中形成一基本上连续/闭合的面。这里该面在具有未变形的基本形状时例如位于一个平面中。

这里喷嘴板22在接纳装置1中的布置结构可以是这样的，即，如图1所示，使各喷嘴23例如形成一条线，其中相邻的喷嘴23相互间的距离至少在接纳装置的基本位置中优选是相同的。

印刷模块2按照本发明例如可以包括一基体21，在所述基体中例如根据印刷模块的形式和结构不同可以设置微型泵、阀、墨水过滤器、压力产生元件、墨水输送件和必要时还有电子控制电路，并且所述基体在端侧的端部上具有一具有至少一个喷嘴23的喷嘴板22。

为了通过一上级的未示出的控制装置控制各印刷模块2，各印刷模块2分别具有(多个)电接口26，由此能够使每个印刷模块独立地运行。此外使每个印刷模块2具有至少一个用于供应墨水的接头25，其中各个接头25例如可以组合成一个共同的未示出的供给管道。

此外，按照本发明还可以设定，各印刷模块2如图2所示本身分别构成印刷头，所述印刷头在其各自的朝向接纳装置1的一侧上具有一具有确定数量的单个喷嘴23a的喷嘴板22。根据印刷头2的形式和结构不同，这里可以成组或各自相互独立地控制每个印刷头的单个喷嘴23a。通过将确定数量的印刷头2设置在一共同的接纳板1中以及通过接纳板以所述面1b与各喷嘴板22基本上平面形的各自对齐，由此实现一共同的面1b作为共同的喷嘴板，其中由于接纳板1的用作喷嘴板的材料的柔性，所述共同的喷嘴板1b是可变形的。

此外，图1和2还示意性地示出一种可能性，即，由于可以例如将单个的印刷模块2a从共同的接纳装置1中取出或者将其装入，从而可以更换单个印刷模块2。

在图3中示出按照本发明的具有多个按照图1或图2的单个印刷模块2的印刷头的实施例的后视图。这里，例如为了通过未示出的上级控制装置进行电控制，各印刷模块2，2a分别具有(多个)电接口26，通过所述电接口可以根据待印刷的整个图案而控制各印刷模块。

例如通过输送件25实现待印刷的墨水的供给，该输送件可以例如通过相应的连接元件组合成一共同的墨水供给管道。按照本发明同样可以给不同的印刷模块供应来自不同的墨水储存器的不同的墨水，由此，例如在对一圆柱形印刷材料例如缆线或管进行环绕印刷时，能够在一个工作过程中用不同的印刷色在不同的区域实现不同的印刷。

图4示例地示出按照本发明的例如用于印刷待印刷物体的凹形成形部的印刷头的第一可能的变形。为此，例如使接纳板1的端侧的面1c，1d沿一例如由印刷模块的喷嘴布置结构形成的纵轴线110沿旋转方向100a或100b这样相互扭转，以便可以形成希望的喷嘴布置结构和形成来自各喷嘴23的相应墨滴的希望的喷出方向。这里所述纵轴线优选精确地通过喷嘴的通出口延伸。

图5示出按照本发明的印刷头的另一可能的变形，其中在接纳板1的这个示例性示出的变形中，只有接纳板1的一部分绕例如垂直于通过印刷模块的喷嘴布置结构(的纵轴线)形成的轴111沿方向100c上变形，由此例如能够实现对待印刷物体的倒圆棱边进行印刷。

图6示出按照本发明的印刷头的另一可能的变形，其中，在接纳板1的这个示例性示出的变形中，使这个接纳板基本上圆形地沿方向100d上以例如垂直于通过印刷模块的喷嘴布置结构形成(的轴线)的轴112弯曲，其中，尤其是这里例如可以使现在相对的端侧的面1c，1d附加地相互偏移，从而使接纳板1基本上螺旋形地变形。由此例如能够在一个工作过程中以给圆柱形的印刷材料、例如线缆或管道设置环绕的印刷。

参考所有的实施例可以确定，与一个实施例相结合描述的技术特征不仅可以用于该特定的实施例，而且也可以在相应其它的实施例中使用。本发明说明书所公开的全部技术特征都是本发明的实质性内容并且任意地相互组合地或单独地使用。

Claims (15)

1.一种尤其是用于喷墨印刷机的具有多个印刷喷嘴的印刷头，其特征在于，所述印刷头具有多个相邻的、分别具有至少一个印刷喷嘴(23)的印刷模块(2)，其中，两个相邻的印刷模块(2)相互间通过一至少在连接方向上、优选在所有空间方向上为柔性的材料(1)和/或元件(1)连接。

2.如权利要求1所述的印刷头，其特征在于，由于连接各印刷模块材料的柔性，尤其在多个空间方向上能够调整各印刷喷嘴(23)的印刷流束相对于彼此的取向和/或各印刷喷嘴(23)相互间的距离。

3.如上述权利要求中任一项所述的印刷头，其特征在于，能够将相邻的印刷喷嘴(23)的印刷流束调整为至少局部地相互会聚或发散的。

4.如上述权利要求中任一项所述的印刷头，其特征在于，能够至少局部地垂直于印刷喷嘴(23)排列的方向地调整相邻的印刷喷嘴(23)的印刷流束，尤其是能够使印刷喷嘴(23)的取向绕印刷喷嘴列的纵轴线(110)扭转。

5.如上述权利要求中任一项所述的印刷头，其特征在于，所有的印刷模块(2)具有一共同的印刷介质输送管道。

6.如权利要求1至4中任一项所述的印刷头，其特征在于，所有的印刷模块(2)具有相互分开的印刷介质输送管道。

7.如上述权利要求中任一项所述的印刷头，其特征在于，将两个相邻的印刷模块(2)之间的连接件设计成空心的，特别是要通过空心的连接件将印刷介质输送到印刷喷嘴(23)。

8.如上述权利要求中任一项所述的印刷头，其特征在于，所述柔性的材料(1)是弹性体材料、尤其是橡胶、硅树脂或丙烯酸类。

9.如权利要求1至7中任一项所述的印刷头，其特征在于，所述柔性的元件(1)是弹簧元件。

10.如权利要求1至7中任一项所述的印刷头，其特征在于，所述柔性的材料(1)是能够尤其是可逆地热塑性变形的材料。

11.如上述权利要求中任一项所述的印刷头，其特征在于，各单个印刷喷嘴(23)能够在至少360度的角度范围内绕一轴线(111，112)设置。

12.如上述权利要求中任一项所述的印刷头，其特征在于，各单个印刷喷嘴(23)螺旋形地绕一轴线(110，112)设置，尤其是其中使印刷流束朝所述轴线(110，112)或者离开所述轴线取向。

13.如上述权利要求中任一项所述的印刷头，其特征在于，一印刷喷嘴(23)具有一可控的阀。

14.如上述权利要求中任一项所述的印刷头，其特征在于，各印刷模块(2)可拆卸地组合在一由柔性的、尤其弹性体的材料制成的接纳装置(1)中。

15.如上述权利要求中任一项所述的印刷头，其特征在于，所述接纳装置(1)特别是完全由柔性材料、特别是以垫的形式构成，并且具有多个、特别是在一条线中相互并排设置的开口(1a)，用于特别是形状锁合地分别容纳一个印刷模块(2)。

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