CN104512122B - 用于喷墨打印三维物体的机器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种根据本发明的用于喷墨打印三维物体、例如填充气体的球的机器，该机器具有用于喷墨打印所述物体(2)的装置(6)，该装置包括用于喷墨打印头(6)、用于保持物体(2)的装置(8)以及用于转动物体(2)的装置(9)，所述用于转动所述物体的装置包括第一驱动装置(11)和第二驱动装置(12)用于使所述物体(2)绕着两个彼此不同的旋转轴线(10，11)转动，其特征在于，所述用于保持物体的装置(8)包括至少一个抽吸装置(8a)。

Description

用于喷墨打印三维物体的机器
技术领域
本发明涉及一种用于喷墨打印三维物体的机器。
本发明处于在物体、例如球或其他球状的产品的弯曲表面上产生打印图案的技术领域中。
背景技术
在这个技术领域中已知的现有技术包括如下：
US 6，923，115 B1公开了一种用于打印球的机器装置。这些球储存在圆形容器(Rondell)中并且由机械的抓取装置导向至喷墨打印头，并且在打印期间绕着两个轴线转动。机械的抓取装置利用两个夹爪在两个相对的位置上抓住球并且夹紧球。这两个夹爪中的一个被驱动。这两个夹爪被接收在一个框架上，该框架同样地被驱动。
JP 2007-8110 A也公开了一种用于通过喷墨来打印球的机器装置。在打印期间，球由抓取机构固定，该抓取机构构造为夹紧装置。此外这个机器装置具有三个驱动装置，所述驱动装置绕着两个轴线转动并且在一个方向上移动。
US 2002/0134257 A1公开了另一种用于通过喷墨来打印球的机器装置。球被夹紧在两个固定销之间并且可以绕着两个彼此垂直的轴线旋转。
JP 08-207265 A公开了一种用于通过喷墨来打印圆柱体的机器。在此，圆柱体被可旋转地支承在两个可旋转的支承圆柱体上并且被可平行于圆柱体轴线移动的打印头打印。
使用所述现有技术中所描述的技术解决方案可以带来下述的缺点。在打印中，这些物体必须被可靠地固定。为此，现有技术设置不同的机械的保持机构、夹持机构或夹紧机构。然而这是有缺点的，当要在短时间内打印多个物体时，那么为此这些物体必须可以迅速地被打印机接收并且再次释放。此外，不应该损坏物体的表面。机械的解决方案隐藏着划坏表面的危险。此外，当要在多个位置上或在任意的位置上打印物体时，保持装置不能过多地覆盖物体的表面。为此在两个相对设置的位置上固定物体是不利的。
发明内容
在这种背景下，本发明的任务是，提出一种与现有技术相比改进的机器，该机器实现了，在三维物体的表面上打印三维物体并且在此可靠地和无损伤地保持该三维物体。在此，保持物体的区域应该是表面的尽可能小的部分。此外，物体应该可以简单地并且在任意的方向上转动。
根据本发明，提出了一种根据本发明的用于喷墨打印三维物体的机器，该机器具有用于喷墨打印物体的装置，该装置包括喷墨打印头、用于保持物体的装置以及用于转动物体的装置，用于转动物体的装置包括第一驱动装置和第二驱动装置用于使物体绕着两个彼此不同的旋转轴线转动，其特征在于，用于保持物体的装置包括至少一个抽吸装置。
根据本发明的机器有利地实现了，在三维物体(例如球)的表面的任意位置上打印该三维物体并且在此可靠地和无损伤地在表面上保持所述物体。在此，所述物体的被保持区域仅仅是表面的一小部分，即表面的大多数部分可保留用于打印。在此，物体可以简单地并且在任意方向上转动。
球主要是球状的，即手球或足球，或者该球可以是回转椭圆体并且具有两个逐渐变尖的端部、例如橄榄球或用于美式足球的球。球具有填充气体的例如由皮革、橡胶或塑料构成的外壳。该外壳可以具有接缝。
两个驱动装置优选地是电动旋转驱动装置。喷墨打印头优选地这样来布置，即喷墨打印头基本向下喷出。
本发明的有利的和因此优选的改进方案由以下说明和附图得出。
根据本发明的机器的一个优选的改进方案可以特征在于，用于转动物体的装置包括摇臂，其中第一驱动装置驱动摇臂，并且第二驱动装置驱动抽吸装置。摇臂优选地可以主要构造为L形。第一驱动装置优选地布置在摇臂的一个端部上。第一驱动装置优选地布置在摇臂的一个相对的端部上。
根据本发明的机器的一个优选的改进方案可以特征在于，旋转轴线相交并且彼此垂直。旋转轴线优选地基本平行于L形的摇臂的两个臂。相交点优选地位于物体的中心、例如位于球心。第一旋转轴线优选地位于水平面中。
根据本发明的机器的一个优选的改进方案可以特征在于，摇臂布置在用于改变物体与喷墨打印头的间距的装置上，该装置包括用于改变这个间距的第三驱动装置。这个装置优选地是能垂直地移动的具有线性驱动装置的杆。第一驱动装置优选地布置在这个装置上、优选地在这个杆上。在通过线性驱动装置使这个杆向上和向下移动时，用于转动摇臂的第一驱动装置和摇臂被带动。
根据本发明的机器的一个优选的改进方案可以特征在于，用于改变物体与喷墨打印头的间距的装置包括第四驱动装置用于转动用于改变物体与喷墨打印头的间距的装置。这个旋转运动能够使物体平行于机器的工具平面(优选地在基本水平的平面上)移动并且到达工具平面的不同的单元的相应的作用区域中并且在那里定位。这些单元特别是喷墨打印头以及用于通过照射烘干和/或硬化打印字样的单元。
根据本发明的机器的一个优选的改进方案可以特征在于，用于转动物体的装置包括三个支承球体，其中第一驱动装置驱动第一支承球体并且第二驱动装置驱动第二支承球体，第一和第二驱动装置分别包括一个摩擦轮并且抽吸装置包括通风机。这个实施方式具有的优点是，即这个物体可以在所有的方向上自由地转动，并且可以打印物体表面的每个位置。通过控制装置这样来驱控这两个驱动装置，即产生物体的期望的运动。
根据本发明的机器的一个优选的改进方案可以特征在于，用于喷墨打印的装置包括用于使喷墨打印头相对于物体打印定位的第五驱动装置以及用于测量喷墨打印头与物体的间距的传感器。第五驱动装置可以朝着物体的中心点的方向向前或向后移动打印头并且因此改变打印间距、即墨点飞行距离。然而第五驱动装置也可以旋转和摆动，以便打印头一直垂直于向前打印方向取向并且必要时进行倾斜度调整。
根据本发明的机器的一个优选的改进方案可以特征在于，这个物体是球，其中该球包括填充有气体的外壳，并且这个机器包括用于给所述物体填充气体的装置。这有利地实现了，打印机用于还未填充气体的球和/或过少地或过多地填充的球。以气体的填充则可以同轴地进行并且必要时被修改。
根据本发明的机器的一个优选的改进方案可以特征在于，用于以气体填充球的单元包括调节装置，该调节装置对球进行填充或排空气体，直到球与喷墨打印头的间距相应于预定的值。因为物体的周长随着填充的压力变化，所以可以通过改变物体内部的气体压力引起周长的调整。在周长改变时，物体表面的待打印的位置与打印头的间距也改变了。以这种方式可以省去用于调节打印头的驱动装置。也可以连续地调整在物体中的压力。为此，可以实现连续的间距测量。在间距出现偏差时，通过调节气体压力来相应地修正。以这种方式，间距可以保持在预定的值范围内(最小和最大打印间距)。
根据本发明的机器的一个优选的改进方案可以特征在于，用于保持物体的装置包括至少两个或三个抽吸装置，并且抽吸装置彼此毗邻地布置在用于保持物体的装置上。以这种方式可以使用多个小的抽吸装置(代替大的抽吸装置)并且这些小的抽吸装置可以非常近地被布置在一起，从而可以无障碍地打印物体表面的大多数部分。
附图说明
下面参考附图根据至少一个优选的实施例详细地说明本发明以及结构上和/或功能上有利的改进方案。在附图中，彼此相应的部件设有相应相同的附图标记。
附图中：
图1示出根据本发明的机器的第一优选实施例的透视图；
图2示出根据本发明的机器的第二优选实施例的透视图；以及
图3示出根据本发明的机器的第三优选实施例的透视图。
具体实施方式
图1以两个视图示出根据本发明的机器的第一优选实施例的透视图。机器1包括具有工具平面1b的支架1a，在所述工具平面中设置用于打印物体2的整个过程的不同的单元。物体2优选地为填充气体的球2，该球的周长与气体的压力相关。
工具平面1b的单元是：
·间距传感器3。这个传感器测量球2的表面到喷墨头6的间距。使用这个测量结果，以便如果所测量的实际间距与预定的额定间距存在偏差，则促使改变间距或修正间距。这种测量可以是运行时间测量(超声波或光)或者三角测量法(光)，并且为此可以使用已知的传感器。
·清洁单元4。这个清洁单元至少在待打印的位置上优选地利用液体洗涤剂清洁球2的表面。这个单元可设置为布式清洗单元，其中吸收洗涤剂的布被自动地引导通过表面并且在此吸收污物并且烘干清洗过的位置。
·用于涂底漆的施加单元5。可能需要的是，事先用底漆处理应该被打印的位置，所述底漆改善了油墨在表面上的附着性。这个单元可以设置为喷嘴。
·喷墨打印头6。打印头根据图像数据把墨滴输送到球表面上。也可以设置多个打印头6(例如CMYK)用于多色打印。打印头6可被布置为其与球2的间距可改变。此外该打印头可以旋转和/或摆动。可以设置单独的驱动装置用于这种位置调整和角度调整。可以给打印头配属清洁单元用于清洁和覆盖喷嘴打印。
·照射单元7。这个照射单元产生射线，该射线烘干和/或硬化印上的油墨。根据使用的油墨系统，优选地是红外线或紫外线。也可以使用热风辐射。
机器1具有用于保持球2的装置8。在所示的实施方式中，装置8包括三个抽吸装置8a，所述抽吸装置可靠地和无损伤地抓住球并且通过相应的低压来保持球。替代该三个抽吸装置8a也可以设置圆形的抽吸装置8a或环形的抽吸装置8a。可以看出的是，所述抽吸装置8a紧密地在一起地并且彼此相邻地布置在装置8上。因此球2的表面的、抽吸装置8a覆盖的区域被保持为微小的并且可打印的区域仅仅少地被限制打印。特别是不需要在球的相对的侧面上设置抽吸装置8a。优选地，所有抽吸装置8a位于一个表面区段中，该表面区段相应于整个表面的1/8或更少。
机器1具有用于转动球2的装置9。装置9包括摇臂9a，用于保持球2的装置8布置在该摇臂上。此外，第一驱动装置A1设置在摇臂9上，所述摇臂用于使保持装置8绕着第一旋转轴线10转动。
用于转动球2的装置9布置在用于改变在球表面、即待打印的位置与喷墨打印头6之间的间距的装置14上。装置9可转动地被接收在装置14上，并且设置第二驱动装置A2用于转动装置9。装置9可以构造为杆9，该杆由第三驱动装置A3直线地移动。
通过第四驱动装置A4可以转动装置14。因此例如在利用喷墨打印头6打印之后为了利用照射单元7进行烘干和/或硬化，或者之前为了利用单元4进行清洗并且利用单元5进行底漆施加，通过这种转动使球2到达工具平面1b的单元的相应的作用区域中。
在三个抽吸装置8a之间可以设置一用于以气体填充球的单元15。其例如可以构造为具有通道的尖端，球通过该球的阀被安置在该尖端上，并且通过该尖端的通道将处于压力下的气体填充到球中。
图2以两个视图示出根据本发明的机器的另一个优选实施例的透视图。在这个机器1中，摇臂9a被接收在支架1a上的两个旋转轴承16a和16b中。在打印时，球2被第二驱动装置A2移动到喷墨打印头6处。当以这种方式将第一打印幅面打印在球2的表面上之后，球2被第一驱动装置例如围绕打印幅面的宽度继续转动。接着通过借助第二驱动装置A2的转动打印与第一打印幅面紧接的第二打印幅面打印并且这样继续下去。
在图2中，在工具平面1b上仅仅示出喷墨打印头6。
图3以两个视角示出根据本发明的机器的另一个优选实施例的透视图。三个支承球体12a，12b和12c可自由旋转地被接收在机器1的支架1a中。球2由这些球体支承。所述球体可以构造成已知的球形滚子。通风机8b布置在这些球体下方，该通风机通过在球2和支架1a之间的环隙17吸入空气。因此，球2被向下拉到支承球体上并且与这些支承球体摩擦接触。两个驱动装置A1和A2通过相应的摩擦轮13a和13b作用到支承球体上。因此驱动装置的转动导致支承球体的转动并且最后通过摩擦导致球的转动。以这种方式，球2能够自由地在喷墨打印头6下方转动并且因此可以在任意位置上被打印。
为了打印具有不同的直径的球可以设置，抽吸装置8a构造为可调节的或者更换抽吸装置。环隙17可以同样构造为可改变的，以便该环隙与不同大小的球相匹配。
此外机器可以包括
·用于储存球的单元
·用于输送球至打印装置6的单元
·用于为球计数的单元
·用于在输送至打印装置6之前以预定的压力给球充气的单元
·用于控制球和除去有缺陷的球的单元
·用于球在机器1中取向的单元
·具有可更换的打印头的打印装置6
·用于打印头6的油墨供应装置
·用于控制打印字样和用于去除错误打印的球的单元
·用于把完成的球传送到包装机的单元
·用于保护球和操作员的壳体
参考标号表
1 机器
1a 支架
1b 工具平面
2 物体
3 间距传感器
4 清洁单元
5 用于涂底漆的施加单元
6 喷墨打印头
7 照射单元
8 用于保持物体的装置
8a 抽吸装置
8b 通风机
9 用于转动物件的装置
9a 摇臂
10，11 旋转轴线
12a，b，c 支承球体
13a，b 摩擦轮
14 用于改变间距的装置
15 用于填充物体的单元
16a，b 旋转轴承
17 环隙
18 间距
19 调节装置
A1 第一驱动装置
A2 第二驱动装置
A3 第三驱动装置
A4 第四驱动装置
A5 第五驱动装置

Claims (15)

1.一种用于喷墨打印三维物体的机器，具有用于喷墨打印物体(2)的装置，所述装置包括喷墨打印头(6)、用于保持所述物体(2)的装置(8)以及用于转动所述物体(2)的装置(9)，所述用于转动所述物体的装置包括第一驱动装置(A1)和第二驱动装置(A2)用于使所述物体(2)绕着两个彼此不同的旋转轴线(10，11)转动，所述用于保持所述物体(2)的装置(8)包括至少一个抽吸装置(8a)，其特征在于，所述用于转动所述物体(2)的装置(9)布置在用于改变所述物体(2)与所述喷墨打印头(6)的间距(18)的装置(14)上，所述用于改变所述物体(2)与所述喷墨打印头(6)的间距(18)的装置(14)包括用于改变所述间距(18)的第三驱动装置(A3)。
2.根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述用于转动所述物体(2)的装置(9)包括摇臂(9a)，其中所述第二驱动装置(A2)驱动所述摇臂(9a)，并且所述第一驱动装置(A1)驱动所述抽吸装置(8a)。
3.根据权利要求2所述的机器，其特征在于，所述旋转轴线(10，11)相交并且彼此垂直。
4.根据权利要求2或3所述的机器，其特征在于，所述摇臂(9a)布置在所述用于改变所述物体(2)与所述喷墨打印头(6)的间距(18)的装置(14)上。
5.根据权利要求4所述的机器，其特征在于，所述用于改变所述物体(2)与所述喷墨打印头(6)的所述间距(18)的装置(14)包括第四驱动装置(A4)用于转动所述用于改变所述物体(2)与所述喷墨打印头(6)的间距(18)的装置(14)。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的机器，其特征在于，用于喷墨打印的装置包括用于使所述喷墨打印头(6)相对于所述物体(2)定位的第五驱动装置(A5)以及用于测量所述喷墨打印头(6)与所述物体(2)的间距(18)的传感器(3)。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的机器，其特征在于，所述物体(2)是球(2)，其中所述球(2)包括填充有气体的外壳，并且所述机器包括用于给所述物体填充气体的单元(15)。
8.根据权利要求7所述的机器，其特征在于，所述用于给所述球(2)填充气体的单元(15)包括调节装置(19)，所述调节装置给所述球(2)如此长时间地填充或排空气体，直到所述球(2)与所述喷墨打印头(6)的所述间距(18)相应于预定的值。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的机器，其特征在于，所述用于保持所述物体(2)的装置(8)包括至少两个抽吸装置(8a)，并且所述抽吸装置(8a)彼此毗邻地布置在所述用于保持所述物体(2)的装置(8)上。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的机器，其特征在于，存在一具有不同的单元的工具平面(1b)，所述工具平面布置在所述用于保持所述物体(2)的装置(8)上方。
11.根据权利要求10所述的机器，其特征在于，所述工具平面(1b)具有间距传感器(3)，所述间距传感器测量所述物体表面与所述喷墨打印头(6)的间距。
12.根据权利要求10所述的机器，其特征在于，所述工具平面(1b)具有清洁单元(4)，所述清洁单元清洁所述物体表面。
13.根据权利要求10所述的机器，其特征在于，所述工具平面(1b)具有施加单元(5)，所述施加单元将底漆施加到所述物体表面上。
14.根据权利要求10所述的机器，其特征在于，所述工具平面(1b)具有一个喷墨打印头(6)或多个喷墨打印头(6)。
15.根据权利要求10所述的机器，其特征在于，所述工具平面(1b)具有照射单元(7)，所述照射单元烘干和/或硬化印上的油墨。
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