CN106335290A - 用于印刷多维对象的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种用于印刷多维对象(1000)的设备(100)，包含了用于固定和移动所述待印刷对象(1000)的对象承载件(10)、用于接收所述固定的加工工具(12,13,14)的工具承载件(11)和机架(16)，所述工具承载件(11)固定在所述机架上。根据本发明，所述对象承载件(10)具有三个相互竖直的、各自沿着运动轴线(21,22,23)定向的导轨(31,32,33)和在所述导轨上运动的滑座，用于相对于所述固定的加工工具(12,13,14)平行移动所述对象(1000)。特别有利的是，当所述印刷设备(100)具有模块化结构时，使所述设备适配于不同的、所述待印刷对象(1000)成为可能。

Description

用于印刷多维对象的设备

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1前序部分所述的用于印刷的设备。

背景技术

一方面，为了印刷对象，由现有技术已知的如下装置，该装置借助于多轴机器人(所谓的弯臂机器人)引导要么待印刷对象要么喷墨头。这种装置例如在DE 10 2010 004496 A1中描述。在此一方面问题在于很小的刚性，由此会通过静态变形和振动而产生运动误差的风险。另一缺点为：弯臂机器人的驱动装置的运动不精确性会相加进而加强了整体的运动不精确性。为了使弯臂机器人的头部仅仅以恒定的速度以线性路径运动，则机器人的全部驱动装置必须被精确相互协调地驱控和运动。各个驱动装置的仅很小的误差会相加成为总误差，该总误差会不再符合高精度印刷所需要的运动准确性。

另一方面已知的如下装置，在所述装置中，对象承载件使待印刷的旋转对称的对象旋转，并且，印刷头相对于对象运动。这种装置例如在US7,819,055B2中被描述。在此问题是：一方面，印刷头的运动需要将印刷头耗费地支承以及进行油墨供应。另一方面，限制了装置的改型，因为只能印刷非常紧凑的对象。

发明内容

本发明的任务在于，提出一种用于印刷多维对象的设备，所述设备至少降低了现有技术的缺点，并且能够实现高准确度地印刷不同的对象。

所述任务通过具有权利要求1所述特征的一种用于印刷的设备得以解决。

根据本发明的设备用于印刷多维的(即三维空间的)对象，并且，该设备一方面具有用于保持和运动待印刷对象(例如球体、柱体或方体)的对象承载件，并且，该设备具有工具承载件，用于接收多个在加工过程中静止的加工工具，此外，该设备还具有(尤其门架形式的)机架，工具承载件固定(或悬挂)在该机架上。根据本发明，对象承载件具有三个相互正交的、沿着各一运动轴线定向的导轨和在其上可运动的滑座，其中，每个导轨配备有各一滑座，用于使对象在加工过程中相对于静止的加工工具平移地运动。例如结构为：第二导轨布置在第一滑座上，并且，第三导轨布置在第二滑座上。于是，在第三滑座上能够设置有对象保持件，用于套紧、夹紧或吸住待印刷对象。能够设置有线性直接驱动装置(Lineardirektantriebe)或者主轴单元，作为将滑座沿着导轨驱动的驱动装置。

在根据本发明的用于印刷的设备的有利的改进方案中，第一导轨具有两个相互平行定向的(特别是水平的)、安置于水平面上的导向轨道。在此，第一导轨的各个导向轨道能够分别设置在高于印刷设备的基座(或底板)的侧壁上。因此，一方面能够给设备更简便地、符合人体工程学地装载待印刷对象，而且能够使对象沿着竖直导轨更深地下沉。

在根据本发明的印刷设备的特别有利的进而优选的实施构型中，两个侧壁相互连接，并且，该两个侧壁构成U型轮廓的两边或成为U型轮廓的两边。因此实现了一种特别坚固的进而稳定的设备结构。此外有利的是，U型轮廓超过机架向外延伸。在此，U型轮廓能够一件式构成，或者优选地由结构相同的至少三个元件(或模块)组成。因此，也能够加工特别长的对象，并且能够实现将对象自动地供给和导出。

在有利的实施变型中，第一导轨实施成具有门架式驱动装置的门架式滑座，其中，两个分立的马达通过角同步(winkelsynchron)的控制使对象沿着第一运动轴线运动，这能够实现沿着第一运动轴线的无张紧地(verspannungsfrei)运动。对此所应用的马达特别是伺服线性马达。

作为设备的加工工具设置有至少一个印刷头(特别是喷墨印刷头)，并且，作为可选的其它加工工具也可以设置为预涂层装置、等离子处理装置、激光雕刻装置和/或干燥装置。对于多色印刷相应地设置有多个印刷头。特别有利的是，实施成具有至少一个预涂层装置、喷墨印刷头和干燥装置。

在印刷设备的有利的另一构型中，工具承载件的高度可调，并且，工具承载件沿着机架的基本上竖直的承载件可移动和锁止，由此实现了适配于对象的不同尺寸。在有利的改进方案中，对于每个加工工具，工具承载件具有空隙，用于接收所述加工工具，其中，空隙如此构成：使各个加工工具能够插入两个可替换的、相互旋转了90゜的位置中。第一位置有利地平行于第一运动轴线定向，第二位置平行于第二运动轴线定向。因此，加工工具的定向能够根据待印刷对象和根据该待印刷的印刷图像来选定。此外有利的是，每个空隙能够使每个工具锁止在不仅下方的工作位置而且上方的停止位置中。可替换地能够是，在工作区域以内设置有工作位置，并且，在工作区域以外设置有停止位置，这两个位置都位于水平面内。

在根据本发明的设备的第一实施变型中，对象承载件具有第一旋转轴线，用于旋转所述对象，其中，第一旋转轴线平行于第一导轨和第一运动轴线定向。在第二实施变型中，设备的对象承载件附加地具有第二旋转轴线，用于旋转所述对象，其中，第二旋转轴线平行于第二导轨和第二运动轴线定向。在第三实施变型中，设备的对象承载件附加地具有第三旋转轴线，用于旋转所述对象，其中，第三旋转轴线平行于第三导轨和第三运动轴线定向。设备因此具有模块化结构。具有三个平移运动轴线的(如开头所描述的)基础模块能够(根据待印刷对象和待印刷的印刷图像)补充一个、两个或者三个旋转轴线。因为单个伺服电机驱动装置与其额定运动的偏差会相加成待印刷对象与工工具之间期望运动的总误差，因此能够通过设置尽可能少的旋转轴线而使偏离误差保持很小。通过具有一个、两个或三个旋转轴线的印刷设备的模块化结构，能够以简便的方式根据待印刷对象来选定所需运动轴线的数量。

本发明和本发明有利的改进方案也能够以相互组合的方式——只要具有技术意义的话——成为本发明的有利的改进方案。

关于本发明的其它优点和结构以及功能方面有利的构型方案由从属权利要求以及参照附图的实施例说明得出。

附图说明

本发明借助于附图得以进一步说明。相互对应的元件和构件在附图中以相同的附图标记表示。为了附图的更好的视觉效果而取消了比例正确的示图。

附图示出：

图1a：根据本发明的用于印刷的设备，

图1b：具有待印刷对象的、根据图1a的设备，

图2：设备的工具承载件，

图3：设备的加长版变型方案，

图4a-e：设备的不同实施变型。

具体实施方式

图1a示出了根据本发明的、呈模块化构造的印刷设备100。印刷设备100具有工具承载件11，所述工具承载件11被保持在机架16的竖直承载件9内。工具承载件11在竖直承载件9内能够竖直移动和锁止，从而能够执行高度调节h。在工具承载件11下方设有对象承载件10，所述对象承载件10将待印刷对象(在此未示出)相对于工具承载件11以及该工具承载件的工具12、13、14移动。对象承载件10平放或固定在地面或基座或底板200上。

根据本发明，对象承载件10具有如下构造：

在具有两个侧壁17的、U型的U型轮廓元件18上安装有配备门架式驱动装置(Gantry-Antrieb)的门架式滑座19。门架式滑座19形成了沿着X方向的第一运动轴线21，所述门架式滑座19能够在X方向上无张紧地运动。相对于该第一运动轴线呈直角布置的、沿着Y方向的第二运动轴线22和相对于该第一运动轴线呈直角布置的、沿着Z方向的第三运动轴线23表示出对象承载件10的运动轴线，从而使由对象承载件10所保持的待印刷对象(未示出)沿着任意的运动轨迹b进而能够相对于在加工时静止的工具承载件11运动。

如图1b所示，第二运动轴线22通过具有导向滑座的第二导轨32实现，与具有导向滑座的第一导轨31不同，所述第二导轨32安装在具有门架式驱动装置的门架式滑座19上。第三运动轴线23通过具有导向滑座的第三导轨33实现，所述第三导轨33又安装在具有导向滑座的第二导轨32上。在图1b中所示出的印刷设备100的实施变型中，所述设备100的对象承载件10具有配备夹具的对象保持件10.1，所述对象保持件10.1能够将待印刷对象1000(在此为矩形盒)保持。对象保持件10.1借助于导轨和导向滑座31、32、33运动。待印刷对象1000能够通过对象保持件10.1的运动而相对于静止的工具承载件11运动。与图1a的示图相比，图1b的示图中的对象保持件10.1逆着Y方向、顺着X方向以及顺着Z方向沿着运动轴线21、22、23行驶。具有导向滑座的第一导轨31构造成具有门架式驱动装置的门架式滑座19，而具有导向滑座的第二导轨32和具有导向滑座的第三导轨33能够分别具有伺服电机驱动装置，所述伺服电机驱动装置特别是构造成线性直接驱动装置或者主轴单元。因此，自锁式实施的主轴驱动装置能够成为用于具有导向滑座的第三导轨33的有利实施方式。导向滑座31、32、33因此形成由伺服电机驱动的XYZ线性系统，借助所述XYZ线性系统使对象保持件10.1能够在几乎任意的运动轨迹b上运动。

在图2中进一步示出了工具承载件11：工具承载件11承载有对于喷墨印刷工艺所需的加工工具，该加工工具用于对待加工对象1000进行预处理、印刷以及干燥。在图2的实施例中，设置有一个预涂层装置12(实施为等离子体预处理单元)、四个喷墨印刷头13以及一个干燥装置14。工具12、13、14分别被工具承载件11的空隙15接收。全部加工工具12、13、14能够相对于工具承载件11而在下方的工作位置与上方的停止位置之间移动并且相应被固定。在图2中示出了：处于停止位置中的预涂层装置12、第一喷墨印刷头13以及第三印刷头13，而第二喷墨印刷头13以及第四喷墨印刷头13和干燥装置14处于下沉的工作位置中。替代于所示出的实施变型，加工工具12、13、14也可通过水平的移动运动从工作位置推入到停止位置中并且相应被固定。用于接收喷墨印刷头13的空隙15以如下方式实施：各个喷墨印刷头13能够插入两个可替代的、相对彼此呈90°旋转的位置中。换句话说：对于喷墨印刷头13设置有0°的第一安装位置和绕着竖直线旋转了90°的安装位置，因此，喷墨印刷头13的取向能够适配于待印刷对象1000。

为了使印刷设备100能够灵活地适配于待印刷对象1000的不同尺寸，以及为了使待印刷对象1000能够自动地供给和导出对象承载件10，则通过将另一U型轮廓元件18安置到位于工具承载件11下方的U型轮廓18上而使具有导向滑座的第一导轨31的可能的行进路线顺着X方向或逆着X方向被拓展，如图3所示。

上述和依据示图所说明的印刷设备100能够根据待印刷对象1000的构型绕着用于使待印刷对象1000旋转的旋转轴线41、42、43被拓展，这借助于示图4a、4b和4c被说明。

在图4a中描述的第一拓展构型中，印刷设备100的对象承载件10具有伺服旋转驱动装置51，借助于该伺服旋转驱动装置使待印刷对象1000能够绕着第一旋转轴线41旋转。在此，第一旋转轴线41平行于第一运动轴线21定向。对于伺服旋转驱动装置51优选地应用伺服直接驱动装置(特别是力矩马达)，用以免去了减速传动装置并且因此避免了传输误差，传输误差例如可能是由于齿轮传动时的齿轮啮合的不均匀的驱动运动而引起。根据图4a实施的印刷设备100允许了借助第三印刷头13印刷铭带状的印迹，以及允许了借助第二印刷头13印刷沿着待印刷对象1000的纵轴线所实现印迹。在上述第一种情况中，伺服旋转驱动装置51产生旋转式印刷运动，其中，在不同的图像印迹之间的进给，通过门架式滑座19的方法来实现。在上述第二种情况下，门架式滑座19产生了印刷运动，其中，在不同图像印迹之间的进给，通过伺服旋转驱动装置51的旋转运动来实现。借助如此绕着第一旋转轴线41扩展的对象承载件10，作为待印刷对象1000(特别是具有笔直包络线的旋转体，例如圆柱体和圆锥体)能够被印刷。当然也能够印刷如下面：该面在一平面内不均匀地弯曲。

在印刷设备100的拓展构型中，如图4b所示，附加于第一旋转轴线41，对象承载件10还具有第二旋转轴线42，所述第二旋转轴线42平行于第二运动轴线22定向。为了使待印刷对象1000绕着旋转轴线42旋转，设置有第二伺服旋转驱动装置52。借助如此的印刷设备100使待印刷对象1000的表面能够被印刷，所述表面在两个平面中弯曲。为了更好的视觉效果，设备100的机架16在图4b中被省略。

旋转轴线41、42和旋转驱动装置51、52由叉架(Gabeln)承载。外叉架(该外叉架被固定在具有导向滑座的第三导轨33上)在该外叉架的末端点中借助第二伺服旋转驱动装置52接收有内叉架，其中，在内叉架上居中地安装有第一伺服旋转驱动装置51。第一伺服旋转驱动装置51的驱动轴又承载有待印刷对象1000。也就是说，借助于第二伺服旋转驱动装置52能够使内叉架旋转，并且，借助于第一伺服旋转驱动装置51能够使待印刷对象1000旋转。

待印刷对象1000以有利的方式被如此夹紧在对象承载件10内，使得待印刷对象1000的现有的对称轴线位于旋转轴线41、42中。因此，待印刷对象1000在印刷期间所需的运动可被最小化。此外有利的是：待印刷对象1000被如此夹紧在对象承载件10内，使得待印刷对象1000的重心位于第一旋转轴线41与第二旋转轴线42的交叉点上。在这种情况下，无需由伺服旋转驱动装置51、52施加保持力矩。

用于将待印刷对象1000夹紧在对象承载件10内的规则也适用于具有第三旋转轴线43的印刷设备100的拓展方案，正如图4c所示。附加于第一旋转轴线41和第二旋转轴线42，设置有第三旋转轴线43，该第三旋转轴线43平行于第三运动轴线23定向。为此，在具有导向滑座的导轨33上设有第三伺服旋转驱动装置器53，借助于该第三伺服旋转驱动装置器53能够使外叉架旋转。借助这种方式拓展的印刷设备100能够使待印刷对象1000自由地定位，并且，借助于上述三个伺服旋转驱动装置51、52、53能够使待印刷对象1000任意取向。因此，在待印刷对象1000的通常弯曲的表面上能够实现几乎任意的印刷轨迹。

在图4d中示出了设备100的替代构型，该设备100设置有柱形的对象保持件10.1。

在图4e中示出了旋转轴线41、42、43的替代布置方案。在上述叉架部位上，将驱动装置52、53安装在L型臂8上。第一旋转驱动装置51安装在第三导轨的导向滑座33上，该第一旋转驱动装置51用于产生绕着第一旋转轴线41旋转。经由直角L型臂8使第二旋转驱动装置52布置在第一旋转轴线42上，该第二旋转驱动装置52用于绕着相对于第一旋转轴线41呈直角的第二旋转轴线42旋转。经由另一直角L型臂8使第三旋转驱动装置53直角地并且布置在第二旋转轴线42上，该第三旋转驱动装置53用于绕着第三旋转轴线43旋转。与图4d的实施构型相比，上述实施构型方案的主要优点为：即使印刷头13或另一加工工具12、14恰好处于相对于印刷对象1000的夹紧位置10.1，全部三个旋转轴线41、42、43仍分别成对地相互垂直地安置。

依据图4d所述的、具有竖直旋转轴线的变型方案，第一和第三旋转轴线以这个姿势相互同轴地设置(参见图4d)，这符合对象承载件10的独特性在该独特性中，设备100使印刷对象1000不再随意转动。

附图标记列表

8 直角L型臂

9 竖直承载件

10 对象承载件

10.1 对象保持件(例如具有夹具)

11 工具承载件

12 预涂层装置

13 喷墨印刷头

14 干燥装置

15 空隙

16 机架

17 侧壁

18 U型轮廓元件

19 具有门架式驱动装置的门架式滑座

20 导向轨道

21 第一运动轴线

22 第二运动轴线

23 第三运动轴线

31 具有导向滑座的第一导轨

32 具有导向滑座的第二导轨

33 具有导向滑座的第三导轨

41 第一旋转轴线

42 第二旋转轴线

43 第三旋转轴线

51 第一伺服旋转驱动装置

52 第二伺服旋转驱动装置

53 第三伺服旋转驱动装置

100 印刷设备

200 地面/基座

1000 待印刷对象

b 运动轨迹

h 高度调节

S 重心

Claims (13)

1.一种用于印刷多维对象(1000)的设备(100)，该设备具有：

-对象承载件(10)，用于将待印刷对象(1000)保持和运动，

-工具承载件(11)，用于将静止的加工工具(12,13,14)接收，

-机架(16)，所述工具承载件(11)固定在该机架上，

其特征在于，

所述对象承载件(10)具有三个相互正交的、沿着各运动轴线(21,22,23)定向的导轨(31,32,33)以及具有在所述导轨上能够运动的滑座，用于使对象(1000)相对于静止的加工工具(12,13,14)平移运动。

2.根据权利要求1所述的用于印刷的设备，

其特征在于，

第一导轨(31)具有两个相互平行地定向的、水平的导向轨道(20)。

3.根据权利要求2所述的用于印刷的设备，

其特征在于，

各个导向轨道(20)分别设置在侧壁(17)上，该侧壁高于所述用于印刷的设备(100)的基座或底板(200)。

4.根据权利要求3所述的用于印刷的设备，

其特征在于，

上述两个侧壁(17)相互连接并且构成U型轮廓(18)的边。

5.根据权利要求4所述的用于印刷的设备，

其特征在于，

所述U型轮廓(18)超过所述机架(16)向外延伸，并且，所述U型轮廓(18)由结构相同的至少三个元件(18)组装而成。

6.根据权利要求2所述的用于印刷的设备，

其特征在于，

第一导轨(31)实施成具有门架式驱动装置的门架式滑座(19)。

7.根据上述权利要求之一所述的用于印刷的设备，

其特征在于，

将至少一个喷墨印刷头设置成所述加工工具(12,13,14)之一。

8.根据上述权利要求之一所述的用于印刷的设备，

其特征在于，

所述工具承载件(11)能够改变高度(h)，并且，所述工具承载件能够沿着所述机架(16)的基本上竖直的承载件(9)移动。

9.根据上述权利要求之一所述的用于印刷的设备，

其特征在于，

所述工具承载件(11)针对每个加工工具(12,13,14)而具有空隙(15)，其中，所述空隙(15)构型为：使得各个加工工具(12,13,14)能够插入两个可替换的、相对彼此旋转了90゜的位置中。

10.根据上述权利要求之一所述的用于印刷的设备，

其特征在于，

所述对象承载件(10)具有第一旋转轴线(41)，用于使对象(1000)旋转，其中，所述第一旋转轴线(41)平行于第一运动轴线(21)定向。

11.根据权利要求10所述的用于印刷的设备，

其特征在于，

所述对象承载件(10)具有第二旋转轴线(42)，用于使对象(1000)旋转，其中，所述第二旋转轴线(42)平行于第二运动轴线(22)定向。

12.根据权利要求11所述的用于印刷的设备，

其特征在于，

所述对象承载件(10)具有第三旋转轴线(43)，用于使对象(1000)旋转，其中，所述第三旋转轴线(43)平行于第三运动轴线(23)定向。

13.根据权利要求12所述的用于印刷的设备，

其特征在于，

所述第一旋转轴线(41)布置在所述第三导轨(33)上，所述第二旋转轴线(42)通过直角臂(8)布置在所述第一旋转轴线(41)上，并且，所述第三旋转轴线(43)通过直角臂(8)布置在所述第二旋转轴线(42)上。