CN107433785A - 用于在三维（3d）对象上进行打印的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种打印系统，其有助于制品的打印。所述系统包含打印头阵列、被定位成平行于由所述打印头阵列所形成的平面的支撑构件、可移动地安装至所述支撑构件的构件、可操作地连接至所述可移动地安装的构件的致动器、被配置成安装至所述可移动地安装的构件的对象保持器，以及可操作地连接至多个打印头和所述致动器的控制器。所述控制器被配置成操作所述致动器以使所述对象保持器移动通过所述打印头阵列，并且操作所述多个打印头以在所述对象保持器传送所述打印头阵列时将标记材料喷射到由所述对象保持器保持的对象上。所述支撑构件和打印头阵列竖直定向，以使得所述打印系统能够被装配在竖直机柜中，这在非生产环境中提供小的占据面积。

Description

用于在三维(3D)对象上进行打印的系统

技术领域

本公开大体涉及用于在三维(3D)对象上进行打印的系统，并且更具体地说，涉及用于在非生产环境中打印此类对象的系统。

背景技术

商业制品打印通常出现在制品的生产期间。例如，在球完成且充气之前，球皮打印有图案或标识。结果，非生产机构例如在例如潜在产品客户支持多个专业团队或学院团 队的地区中定制产品的分发站点需要保留具有各种团队的标识的产品的库存。为各个不 同标识订购正确数量的产品以维持库存可以是有问题的。

解决非生产销售点中的这些问题的一种方式应为保留产品的未打印的版本，并且在 分发站点处在其上打印图案或标识。采用已知的打印技术例如二维(2D)介质打印技术以将图像内容应用于三维对象上应为困难的。由于待打印的表面必须作为相对平坦的二维表面呈现给打印头，所以必须谨慎地操纵对象以将制品的部分作为平行的平面呈现给打印头。因而，可打印3D对象的能够在非生产环境中操作的打印系统是未知的，但是 期望的。

发明内容

新的打印系统被配置成在非生产环境中在3D对象上打印图像。打印系统包含多个打印头，所述多个打印头布置成二维阵列，每个打印头被配置成喷射标记材料；支撑构 件，所述支撑构件被定位成平行于由打印头的二维阵列所形成的平面；构件，所述构件 可移动地安装到支撑构件；致动器，所述致动器可操作地连接至可移动地安装的构件以 使得致动器能够使可移动地安装的构件沿着支撑构件移动；对象保持器，所述对象保持 器被配置成安装到可移动地安装的构件以使得所述对象保持器能够在可移动地安装的 构件沿着支撑构件移动时传送阵列；以及控制器，所述控制器可操作地连接至多个打印 头和致动器，所述控制器被配置成操作致动器以使对象保持器移动通过打印头阵列，并 且操作多个打印头以在对象保持器传送打印头阵列时将标记材料喷射到由对象保持器 保持的对象上。

附图说明

在以下结合附图的描述中解释了在3D对象上打印图像的打印系统的上述方面和其 它特征。

图1示出被配置成在3D对象上进行打印的示例性打印系统100。

图2A和图2B是使用双支撑构件以使得对象能够移动通过打印头阵列的系统100的其它实施例。

图2C描绘图2A和图2B中所示的实施例中的一个实施例可装配在其内的机柜。

图3A至图3D描绘图2A和图2B中所示的对象保持器和可移动地安装的构件的细节。

图4A至图4I描绘图2A和图2B中所示的用于保持不同类型对象的对象保持器的 各种配置。

图5描绘用于制造环境的系统100的实施例。

图6A描绘使得介质片材能够打印有测试图案以验证系统的配置的图1的系统中的对象保持器的实施例对象保持器。

图6B描绘可选择性地附接至在图1的系统中的对象保持器以使得将被打印在构件的表面上的测试图案能够验证系统的配置的构件的实施例。

具体实施方式

为了本实施例的一般理解，参考附图。在附图中，已经贯穿全文使用类似附图标记来标明类似元件。

图1示出被配置成在3D对象上进行打印的示例性打印系统100。打印系统100包 含打印头阵列104、支撑构件108、可移动地安装至支撑构件108的构件112、可操作地 连接至可移动地安装的构件112的致动器116、被配置成安装至可移动地安装的构件112 的对象保持器120和可操作地连接至多个打印头和致动器的控制器124。如图1所示， 打印头阵列104被布置成二维阵列，在图中，所述二维阵列为10×1阵列，但可使用其 它阵列配置。每个打印头流体地连接到标记材料的供应源(未示出)，并且被配置成喷 射从供应源接收的标记材料。打印头中的一些打印头可连接至相同的供应源，或者每个 打印头可连接至其自身的供应源，如此每个打印头可喷射不同的标记材料。控制器124 还可操作地连接至光学传感器350。

支撑构件108被定位成平行于由打印头阵列所形成的平面，并且如图所示定向，如此支撑构件108的一端相较于支撑构件的另一端处于较高的重力势。此定向使得打印系 统100相较于如下的替代性实施例能够具有较小的占据面积：使打印头阵列水平定向， 并且配置支撑构件、可移动地安装的构件和对象保持器，以使得对象保持器能够传送对 象通过水平布置的打印头，如此打印头可将标记材料向下喷射在对象上。

构件112可移动地安装至支撑构件108，以使得所述构件能够沿着支撑构件滑动。在一些实施例中，构件112可沿着支撑构件双向移动。在其它实施例中，支撑构件108 被配置成提供至支撑构件的下端的返回路径，以形成用于可移动地安装的构件的轨道。 致动器116可操作地连接至可移动地安装的构件112，如此致动器116可使可移动地安 装的构件112沿着支撑构件108移动，并且使得连接至可移动地安装的构件112的对象 保持器120能够在打印头的二维阵列的一个维度上传送打印头阵列104。在图中描绘的 实施例中，对象保持器120使对象122沿着打印头阵列104的长度维度移动。

控制器124配置有存储于可操作地连接至控制器的存储器128中的可编程指令，如此控制器可执行可编程指令以操作在打印系统100中的部件。因此，控制器124被配置 成操作致动器116以使对象保持器120移动通过打印头阵列104，并且操作打印头阵列 104以在对象保持器传送打印头阵列104时将标记材料喷射到由对象保持器120保持的 对象上。额外地，控制器124被配置成操作在打印头阵列104的打印头内的喷墨口，如 此它们喷射相较于从此类打印头喷射的液滴的质量更大的质量的液滴。在一个实施例 中，控制器124以发射信号波形操作在打印头阵列104的打印头中的喷墨口，发射信号 波形使得喷墨口能够喷射液滴，所述液滴在对象表面上产生直径为大约7mm至大约10 mm的液滴。所述液滴尺寸明显地大于在材料接收表面上产生质量大约为21ng的液滴 的液滴。

图1所示的系统配置在多个方面尤其有利。举个例子，如上所述，打印头阵列104和支撑构件108的竖直配置使得系统100相较于以阵列和支撑构件的水平定向配置的系 统能够具有较小的占据面积。系统的这种较小占据面积使得系统100能够容纳在如图2C 所描绘的单个机柜180中且装配在非生产销售点中。一旦装配，如下文中另外描述的各 种对象保持器可与系统一起使用，以打印在被打印之前外观通用的各种商品。图1所示 的系统100的另一个有利方面为在由对象保持器120承载的对象和打印头阵列104的打 印头之间存在间隙。在所述实施例中的间隙在大约5mm至大约6mm的范围内。直到 此时，间隙维持在以大约1mm为中心的范围内这种较小的间隙被认为确保更精确的放 置来自喷射打印头的液滴。申请人已经发现较大的间隙宽度降低了在打印头和接收标记 材料液滴的表面之间的间隙中的层流气流效应，如此液滴放置的精确性尤其对于较大3D 对象而言得以维持。这种效应在此前提到的较大液滴尺寸的情况下特别有效。在无由非 常接近打印头的对象的移动产生的湍流情况下，所喷射的液滴的动量足以将液滴保持在 其计划的路线上，使得可以保持来自不同打印头的液滴的对准以维持图像质量。额外地， 控制器124可配置有可编程指令以操作致动器116来以减弱在用于系统100中的打印头 和对象表面之间的较大间隙中的空气湍流的速度移动对象保持器。

图2A中示出系统100的替代性实施例。在所述替代性实施例200中，支撑构件为 一对支撑构件208，可移动地安装的构件212围绕一对支撑构件208进行安装。所述实 施例包含一对固定地定位的滑轮232和围绕所述对滑轮传动的带236，以形成环形带。 可移动地安装的构件212包含第三滑轮240，第三滑轮240接合环形带以使得第三滑轮 240能够响应于围绕一对滑轮232移动的环形带的移动而转动，从而使可移动地安装的 构件和对象保持器220移动。在所述实施例中，致动器216可操作地连接至滑轮232中 的一个滑轮232，如此控制器224可操作致动器以使被驱动的滑轮转动，并且使环形带 围绕滑轮232移动。控制器224可配置有存储于存储器228中的可编程指令，以双向操 作致动器216使滑轮232中的一个滑轮232转动，用于使可移动地安装的构件212和对 象保持器220双向移动通过打印头阵列204。在图2B所示的另一个替代性实施例中， 带236的一端可操作地连接至卷绕卷轴244，卷绕卷轴244可操作地连接至致动器216。 带236的另一端固定地定位。控制器224配置有存储于存储器中228的可编程指令，以 使得控制器224能够操作致动器216使卷绕卷轴244转动，并且使带的长度的一部分围 绕卷绕卷轴244缠绕。带236还接合安装至可移动地安装的构件212的可旋转滑轮248。 由于带236的另一端固定地定位，所以卷轴244的转动导致可移动地安装的构件212使 对象保持器移动通过打印头阵列。当控制器224操作致动器216以将带从卷轴224展开 时，可移动地安装的构件212下降，并且使得对象保持器能够下降通过打印头阵列204。 所述移动方向与对象保持器在致动器被操作以卷绕带236的长度时移动的方向相反。使 用带移动可移动地安装的构件的这些配置不同于图1中所示的配置，在图1中所示的配 置中，控制器124操作线性致动器以使可移动地安装的构件112和对象保持器120双向 移动通过打印头阵列。

图3A中示出对象保持器220的例子。对象保持器220包含具有孔308的板304， 对象312放置在孔308中用于进行打印，其中对象312在图中为高尔夫球杆头。闩锁316 被配置成用于将对象保持器220选择性地安装至可移动地安装的构件212。闩锁316包 含帮助正确地定位对象保持器220的定位特征320，用于将保持器固定至构件212，构 件212由构件208支撑，如图2A所示。一旦正确地定位，操纵杆322操作闩锁316， 以将保持器220固定至构件212。如图所示，构件212包含输入装置326，用于获得来 自对象保持器220的标识符，如下文另外描述。

图3B中示出对象保持器220的透视图。在所述图中，当保持器固定到构件212时，在对象保持器220的表面上的识别标签330面向在可移动地安装的构件212上的输入装 置326。如图2A和图2B所示，输入装置326可操作地连接至控制器224，以将来自识 别标签330的标识符传达至控制器。控制器另外被配置成根据从可移动地安装的构件212 的输入装置326接收的标识符操作打印头阵列204和致动器216(图2A和图2B)。如在 本文档中使用的，“识别标签”意指体现待由打印系统处理的信息的机器可读标志。标志 可以为机械的、光学的或者电磁的。在一个实施例中，识别标签330为射频识别(RFID) 标签，并且可移动地安装的构件的输入装置326为RFID读取器。在另一个实施例中， 识别标签330为条形码，并且可移动地安装的构件212的输入装置326为条形码读取器。 在机械标志用于识别标签的另一个实施例中，标志为在可由跟随识别标签的表面的偏置 臂读取的材料中的突出部、凹口或突出部和凹口的组合。在此类实施例中的输入装置326 可以为将跟随机械特征的臂的位置转换成电信号的凸轮跟随器。

控制器224另外配置有存储于存储器228中的可编程指令，以将从可移动地安装的构件212的输入装置326接收的标识符与存储于可操作地连接至控制器的存储器328中 的标识符进行比较。响应于从输入装置326接收的标识符未能对应于存储于存储器中的 标识符中的一个标识符，控制器停用致动器216的操作。在另一个实施例中，控制器224 另外配置有存储于存储器328中的可编程指令，以将从可移动地安装的构件212的输入 装置326接收的标识符与存储于存储器328中的标识符进行比较。在所述实施例中，响 应于从输入装置326接收的标识符未能对应于存储于存储器328中的标识符中的一个标 识符，控制器224停用在打印头阵列204中的打印头的操作。在一些实施例中，响应于 从输入装置326接收的标识符未能匹配存储于存储器328中的标识符中的一个标识符， 控制器224被配置成停用致动器216和打印头阵列204两者。

在所有这些实施例中，控制器224可操作地连接至用户界面350，如图1、图2A和 图2B所示。界面350包含显示器360、信号器364和输入装置368例如小键盘。控制 器224配置有可编程指令以操作用户界面通知操作者从输入装置326接收的标识符未能 对应于在存储器中的标识符中的一个标识符。因此，操作者能够理解系统停用的原因。 额外地，控制器224配置有可编程指令以操作用户界面350来告知操作者系统状态与从 输入装置326接收的标识符不兼容。例如，控制器224监测系统以检测在系统中的打印 头配置和供应到打印头的墨水。如果墨水或者打印头配置不能够精确且适当地打印对应 于对象保持器的对象，则由控制器224操作用户界面350以在显示器360上为操作者生 成需要更换墨水或者需要重新配置打印头阵列的消息。控制器224还配置有可编程指令 以操作用户界面350来告知操作者需要实行处理。例如，从输入装置326接收的一些标 识符指示在打印之前对象要求进行预涂覆，或者在对象打印之后对象要求进行后涂覆。 在所述例子中的控制器224操作用户界面350以在显示器360上向操作者提供关于条件 中的任一个或两个的消息。用户界面350包含用于字母数字消息的显示器360、用于由 操作者录入数据的小键盘368和信号器364例如警示灯或者音响警报器，以吸引对所显 示的消息的关注。

图3C示出固定到可移动地安装的构件212的对象保持器220的前视图，并且图3D示出固定到可移动地安装的构件212的对象保持器220的后视图。额外地，控制器224 可被配置成累加对象保持器安装至可移动地安装的构件212和从可移动地安装的构件 212将对象保持器拆卸下来的次数的计数。所述计数可用于获得和存储由系统100打印 的的对象的数目。然后，经打印的对象的这种计数可用于在供应源耗尽之前订购供应源 用于系统的持续操作，或者为了各种目的开送系统的吞吐量账单。

图4A至图4I描绘在各种配置中的用于保持不同类型制品的对象保持器 220，并且保持器220固定到可移动地安装的构件212。在图4A、图4B、图 4C、图4E、图4G和图4I中的对象保持器包含至少一个孔，所述孔被配置 成保持对象以用于由打印头阵列进行打印。在图4A中，孔308被配置成保 持盘形对象312。在图4B中，在多个孔中的每个孔308被配置成保持多个 帽形对象312。在图4C中，在多个孔中的每个孔308被配置成保持多个壳 体312，例如所描绘的移动电话壳体。在图4E中，孔308被配置成保持球 形对象312。在图4F中，在多个孔中的每个孔308被配置成保持高尔夫球 杆头312。在图4I中，在多个孔中的每个孔308被配置成保持眼镜架的耳件 312。在图4D中，对象保持器(不可见)被配置成保持头套。在图4G中， 对象保持器220包含一对臂404，一对臂404被配置成将矩形或圆柱形对象 312固定在一对臂404之间。如在本文档中所使用的，术语“臂”是指具有两 端的构件，其中一端安装至对象保持器，并且构件的剩余部分被配置成根据 对象保持器保持对象。在图4H中，示出可移动地安装的构件212的后侧以 描绘对象保持器(不可见)应将衣物制品保持在其处的定向，以使得能够打 印制品的表面。

虽然上述打印系统100在非生产环境中尤其有利，但在图5中描绘的系统500在制造环境中更稳健且更有用。在系统500中，传输机504被配置成将来自对象供应源(未 示出)的对象递送至对象保持器508。对象保持器508被配置成接收来自传输机504的 对象。控制器224可操作地连接至传输机504、致动器216和打印头阵列204。控制器 224另外配置有存储于存储器228中的可编程指令，以操作传输机504将对象递送至对 象保持器508，并且操作致动器216使由对象保持器保持的对象移动通过打印头阵列。 此操作使得打印头能够在对象通过打印头阵列204时对对象进行打印。可提供收集器以 在对象已被打印之后接收来自对象保持器508的对象。在另一个实施例中，另一个传输 机512被配置成在由对象保持器保持的对象通过在打印头阵列204中的打印头打印之后 接收来自对象保持器508的对象。控制器224可操作地连接至传输机512，并且操作传 输机512以将经打印的对象运输至远离打印系统的地方，例如容器516。

图6A示出配置有偏置构件604的图4C的对象保持器308。偏置构件可以为在构件的未附接端处形成有钩状物的弹性构件，所述弹性构件向下按压在保持器308的表面上。介质片材608的部分可插入于偏置构件和保持器308的表面之间，以使得片材能够保持 抵靠保持器的表面。一旦装配介质片材，操作者可通过用户界面350的输入装置起始测 试或设置模式。作为响应，控制器224操作致动器216，从而在控制器操作打印头以将 一个或多个测试图案喷射到介质片材上时使附接到对象保持器的介质片材移动通过打 印头。所述系统可包含光学传感器354，例如数码相机，所述光学传感器被定位成在已 经将测试图案打印到片材上之后生成测试图案和介质片材的图像数据。执行可编程指令 的控制器224分析在介质片材上的测试图案的图像数据，以识别维护问题，例如打印头 对齐和在打印头内的不工作的喷射器。额外地，控制器224验证所述系统适当地被配置 成打印对应于从输入装置326接收的标识符的对象，从在对象保持器上的识别标签读取 所述标识符。替代地，如图6B所描绘，对象保持器(例如保持器308)可包含可拆卸 地安装至对象保持器且具有测试区域662的构件658。构件658的测试区域662为可由 所述系统打印、由光学传感器354成像且由控制器224分析以识别关于系统配置的问题 的材料(例如聚酯薄膜)的平面区域。

用于商业环境的系统在非生产环境中打印对象。这些对象中的一些对象可相当昂贵，并且经销商并不想要通过在对象上打印测试图案而浪费对象。由于这些对象中的一 些对象具有弯曲的或复杂的几何结构，所以通过系统提供复制对象的形状和几何结构的 形式用于测试运行。这些形式的形状设定为符合对象的整体轮廓，但由材料例如聚酯薄 膜等等制成，所述材料使得图像能够打印在所述形式上、能够成像且被分析，以识别维 护问题或者验证系统配置，从而打印对象。一旦已经确认系统正准备打印对象，可将所 述形式移除且擦拭干净，如此可在稍后时间使用所述形式。作为形式的可替换的方案， 可围绕对象缠绕介质片材，所以如此介质片材可被打印，并且由于在打印对象之前可将 片材移除，所以在没有在对象上永久地形成图像的情况下进行图像数据分析。

Claims (10)

1.一种打印系统，包括：

布置成二维阵列的多个打印头，每个打印头被配置成喷射标记材料；

支撑构件，所述支撑构件被定位成平行于由打印头的所述二维阵列所形成的平面；

构件，所述构件可移动地安装至所述支撑构件；

致动器，所述致动器可操作地连接至所述可移动地安装的构件，以使得所述致动器能够使所述可移动地安装的构件沿所述支撑构件移动；

对象保持器，所述对象保持器被配置成安装至所述可移动地安装的构件，以在所述可移动地安装的构件沿着所述支撑构件移动时，使得所述对象保持器能够传送所述打印头阵列；以及

控制器，所述控制器可操作地连接至所述多个打印头和所述致动器，所述控制器被配置成操作所述致动器以使所述对象保持器移动通过所述打印头阵列，并且操作所述多个打印头以在所述对象保持器传送所述打印头阵列时将标记材料喷射到由所述对象保持器保持的对象上。

2.根据权利要求1所述的打印系统，另外包括：

接触一对滑轮的带，在所述对滑轮中的所述滑轮中的一个滑轮可操作地连接至所述致动器，以使得所述致动器能够转动所述一个滑轮，从而使所述带围绕所述对滑轮移动，并且使所述对象保持器移动通过所述打印头阵列。

3.根据权利要求2所述的打印系统，其中所述对滑轮固定地定位，并且所述带围绕所述对滑轮传动，以形成环形带；且

所述可移动地安装的构件包含接合所述环形带的第三滑轮，以使得所述第三滑轮能够响应于围绕所述对滑轮移动的所述环形带的所述移动而转动，从而使所述可移动地安装的构件移动。

4.根据权利要求1所述的打印系统，其中所述致动器为使所述可移动地安装的构件双向移动的线性致动器。

5.根据权利要求1所述的打印系统，其中所述支撑构件被定向成使得所述支撑构件的一端相较于所述支撑构件的第二端能够处于较高的重力势。

6.根据权利要求1所述的打印系统，所述对象保持器另外包括：

至少一个孔，所述至少一个孔被配置成保持对象以用于由所述打印头阵列进行打印。

7.根据权利要求1所述的打印系统，所述对象保持器另外包括：

至少一个臂，所述至少一个臂被配置成保持对象以用于由所述打印头阵列进行打印。

8.根据权利要求1所述的打印系统，另外包括：

传输机，所述传输机被配置成将来自对象供应源的对象递送至所述对象保持器；

所述对象保持器被配置成接收来自所述传输机的对象；且

所述控制器可操作地连接至所述传输机，所述控制器另外被配置成操作所述传输机以将对象递送至所述对象保持器，并且操作所述致动器以使由所述对象保持器保持的所述对象移动通过所述打印头阵列，从而使得在所述对象通过所述打印头阵列时能够在所述对象上进行打印。

9.根据权利要求8所述的打印系统，另外包括：

另一个传输机，所述另一个传输机被配置成在由所述对象保持器保持的所述对象通过在所述打印头阵列中的所述打印头进行打印之后接收来自所述对象保持器的对象，并且将所述经打印的对象运输至远离所述打印系统的地方。

10.根据权利要求1所述的打印系统，另外包括：

偏置构件，所述偏置构件安装至所述对象保持器，所述偏置构件被配置成压靠在所述对象保持器的表面上，以使得介质片材的部分能够保持抵靠所述保持器的所述表面；

光学传感器，所述光学传感器被定位成生成保持抵靠所述保持器的所述表面的所述介质片材的图像数据；且

所述控制器可操作地连接至所述光学传感器，所述控制器另外被配置成：

操作所述致动器以使通过所述偏置构件附接到所述对象保持器的所述介质片材移动通过所述打印头阵列；

操作所述打印头阵列以在所述对象保持器上的所述介质片材上形成一个或多个测试图案；以及

分析在所述介质片材上的所述测试图案的所述图像数据，以识别打印头对齐和在所述打印头阵列中的所述打印头内的不工作的喷射器。