CN111070677A - 用于使用紫外线可固化墨来在三维对象上打印的系统 - Google Patents

用于使用紫外线可固化墨来在三维对象上打印的系统 Download PDF

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Abstract

本发明题为“用于使用紫外线可固化墨来在三维对象上打印的系统”。本发明提供一种直接到对象打印机，该打印机包括滑臂，该滑臂在平面构件上载送多个打印头以对平面构件上的对象进行打印，并且该滑臂在打印头已通过平面构件之后旋转多个打印头。该打印机然后在平面构件上沿相反的方向移动滑臂以对平面构件上的对象的不同的部分进行打印同时维持打印头的相同顺序。

Description

用于使用紫外线可固化墨来在三维对象上打印的系统
本公开整体涉及用于在三维(3D)对象上打印的系统，并且更具体地讲，涉及将紫外线可固化墨打印在对象上的系统。
已开发出被称为直接到对象(DTO)打印机的打印机以用于打印到三维 (3D)对象上。图4A示出了现有技术的打印系统100，该打印系统被配置为当固持器108在构件116上移动经过固定打印头118的阵列112时打印安装到固持器108的对象104的表面。如本文档中所用，术语“固定打印头”是指打印机中的打印头，该打印头是固定的，并且它们的面板在打印由固持器固定的对象的整个过程中保持与对象固持器的平面平行。阵列112中的打印头118中的一个或多个打印头将紫外线(UV)墨喷射到对象上，并且 UV灯120由控制器124操作以固化UV墨。打印头被布置成使得对象首先通过白色打印头、第二个通过青色打印头、第三个通过黑色打印头、并且第四个通过品红色打印头。虽然颜色可按其他序列排列，但白色通常在其他颜色之前以为其他颜色提供背景。控制器124被配置为在将对象安装到固持器中之后操作执行器128以移动固持器108。该固持器108也可被配置为具有执行器，控制器操作该执行器以旋转固持器中的对象。对象的圆周的第一区段在第一次通过时被打印头打印，被UV灯120固化，被旋转以在固持器通过打印头时呈现对象的不同的区段，因此能够打印新区段，并且然后固持器和对象被返回到与UV灯120相反的位置，因此新打印的区段上的墨能够被固化。另选地，当固持器沿白色打印头到青色打印头的方向移动时，可在青色打印头下方添加第二UV灯以固化喷射到对象上的UV 墨。控制器124被配置为在固持器108和对象104通过打印头时操作阵列 112中的打印头以将标记材料喷射到对象104的表面上。图4B示出了面朝打印头阵列112时的固持器108和对象104。闩锁132将固持器108附接到构件116。
系统100的架构需要打印头阵列112的多次通过，其中在每次通过之后对象被返回以由UV灯120固化，因此可在执行另一次通过之前干燥UV 墨。另选地，需要额外的UV灯，并且这种添加需要额外的费用。此外，系统100被限制为在一个对象上打印图像，并且一次一个区段地打印图像。因此，使得能够打印并用单个UV灯固化许多对象的直接到对象打印系统将是有益的。
新型直接到对象(DTO)打印系统使得能够打印并用单个UV灯固化许多对象。该打印系统包括：导轨；具有第一端和第二端的构件，该构件的第一端围绕导轨安装并被配置为在第一方向和第二方向上沿导轨滑动，该第二方向与第一方向相反，并且该构件的第二端从导轨垂直延伸；安装到构件的第二端的多个打印头，当构件的第一端在第一方向上沿导轨移动时，多个打印头中的打印头具有预定顺序，并且多个打印头被配置为围绕构件的第二端旋转；平面构件，该平面构件被定位成当构件的一端在第一方向和第二方向上沿导轨移动时与多个打印头所沿循的路径相反；多个执行器，执行器中的至少一个执行器可操作地连接到构件的第一端，并且执行器中的至少一个执行器可操作地连接到多个打印头；以及可操作地连接到多个打印头和多个执行器的控制器。控制器被配置为：操作可操作地连接到构件的第一端的至少一个执行器以在第一方向和第二方向上沿导轨移动构件的第一端并沿与平面构件相反的路径移动多个打印头；操作多个打印头以在多个打印头沿与平面构件相反的路径移动时朝平面构件喷射墨滴来在定位在平面构件上的对象上形成图像；并且操作可操作地连接到多个打印头的至少一个执行器以围绕构件的第二端旋转多个打印头来按预定顺序定位打印头，而不考虑构件的第一端是在第一方向还是在第二方向上沿导轨移动。
操作DTO打印机的方法使得能够打印并用单个UV灯固化许多对象。该方法包括：利用控制器操作可操作地连接到围绕导轨安装的构件第一端的至少一个执行器以沿导轨双向地移动构件的第一端并沿与平面构件相反的路径移动多个打印头；利用控制器操作多个打印头以在多个打印头沿与平面构件相反的路径移动时朝平面构件喷射墨滴来在定位在平面构件上的对象上形成图像；以及利用控制器操作可操作地连接到多个打印头的至少一个执行器以围绕着围绕导轨安装的构件第二端旋转多个打印头来按预定顺序定位打印头，而不考虑构件的第一端是在哪个方向上沿导轨移动。
附图说明
图1A为打印系统的侧视图的示意图，该打印系统被配置为使得能够打印并用单个UV灯固化许多对象。
图1B为图1A的打印系统的顶视图的示意图。
图2A为示出工作时的图1B的系统的顶视图。
图2B为示出工作时的图1B的系统的顶视图。
图2C为示出工作时的图1B的系统的顶视图。
图2D为示出工作时的图1B的系统的顶视图。
图2E为示出工作时的图1B的系统的顶视图。
图2F为示出工作时的图1B的系统的顶视图。
图2G为示出工作时的图1B的系统的顶视图。
图2H为示出工作时的图1B的系统的顶视图。
图2I为示出工作时的图1B的系统的顶视图。
图3A为图1A所示系统的实施方案的侧视图，该系统包括当打印头在对象上移动时对要打印的对象成像的扫描器。
图3B为图3B所示实施方案的顶视图。
图4A为用于在单个对象上形成墨图像的现有技术DTO打印机的示意图。
图4B示出了可用在图4A的打印机中的现有技术固持器。
使得能够打印多个对象并用UV灯固化墨的打印系统200的侧视图在图1A中示出。该系统包括框架204，该框架支撑通过墨导管212连接到打印头216的多个墨贮存器208。打印头216安装到位于臂224的一端处的托架220(图1B)，该臂从框架204延伸。臂224被配置为沿导轨226滑动，以使托架220能够在安装到一对轴232的平面构件228上载送打印头 216。轴232以参考下面的图1B所讨论的方式延伸穿过框架204。工件236 定位在平面构件228上以供打印。支撑构件240从框架204延伸，以使系统200能够站立在地板或其他平面支撑表面上。打印头维护单元242被定位成与打印头的初始位置相反。
在图1B所示的系统200的顶视图中，轴232的端部可操作地连接到执行器244以使轴双向地滑动通过安装到框架204底面的支撑套管(未示出)。这样，平面构件228在过程方向P上沿导轨226以与托架220和打印头216的移动垂直的方式移动。平面构件228的双向移动在本文档中被称为交叉过程(C-P)方向，并且托架220和打印头216沿导轨226的双向移动在本文档中被称为过程方向(P)。下面在系统200的操作中更充分地讨论了这两个方向上的移动的协调。在与相应的打印头216配接之前，墨导管 212穿过托架220中的孔248以向打印头供应墨。墨导管212以一一对应的方式将墨贮存器208连接到打印头216。图中所示的打印头和墨贮存器的顺序可用于打印某些图像，但其他布置可用于其他图像并且可适应于系统200 的其他实施方案。托架220被安装成围绕将托架220固持到臂224的销252 枢转。执行器244中的一者可操作地连接到托架220，以围绕销252枢转托架。UV灯256也安装到托架220。电导体260也穿过孔248以通过开关 268将UV灯256电连接到电源264。控制器272可操作地连接到执行器 244和开关268，以选择性地操作执行器和开关以沿导轨226移动托架 220、移动连接到平面构件228的轴232、围绕销252旋转托架220、以及使UV灯256通电。控制器272还可操作地连接到打印头216，以参考存储在连接到控制器的存储器中的图像数据来操作打印头中的喷射器，以在平面构件228上的对象上形成图像。维护单元242也连接到控制器272，因此控制器可操作维护单元242以进行清洁和其他打印头维护。
在工作时，控制器272操作连接到轴232的执行器244，以将平面构件 228移动到其初始位置，其中工件236定位在平面构件228上以供打印，并且托架220定位在其初始位置处，如图1B所示。控制器272然后操作连接到托架220的执行器244以在过程方向上移动托架和打印头，并且控制器还操作打印头216和UV灯256以在平面构件228上的工件236的一部分上形成并固化墨图像，如图2A所示。在图2A至图2I中，已去除导体260、开关268和电源264以简化附图。在打印头已如图2B所示穿过平面构件 228的长度之后，控制器272操作执行器244以停止托架，但如果工件未沿平面构件的整个长度定位，则控制器可提前停止打印头的移动。控制器272 然后操作连接到托架220的执行器244以在逆时针方向上旋转托架，如图2C所示，但托架可在相反的方向上旋转。尽管旋转方向不重要，但托架必须在一个方向或另一个方向上充分旋转，因此在沿导轨的第一移动期间引导打印头的同一打印头在返回移动中引导打印头，如图2D所示。控制器 272还操作连接到轴232的执行器244以朝框架204移动平面构件228。当工件的下一个未打印部分在交叉过程方向上与打印头216相反地对齐时，控制器272停止平面构件移动的移动，如图2D所示。控制器272然后操作连接到托架220的执行器244，以使打印头沿导轨朝初始位置所在的平面构件228的端部移动，同时操作打印头和UV灯以形成和固化图像的下一个部分，如图2E所示。在打印头已如图2E所示穿过平面构件228的长度之后，控制器272操作执行器244以停止托架。控制器272然后操作连接到托架220的执行器244，以使托架在与托架在平面构件的另一端旋转的相反的方向上旋转，以有助于确保墨导管和电导体不会因在如图2F所示的相同方向上的反复旋转而扭曲。同样，托架充分旋转，因此在沿导轨的先前移动期间引导打印头的同一打印头在下一次移动中引导打印头，如图2G所示。控制器272还操作连接到轴232的执行器244以朝框架204移动平面构件228。当工件的下一个未打印部分在交叉过程方向上与打印头216相反地对齐时，控制器272停止平面构件移动的移动，如图2G所示。控制器272 然后操作连接到托架220的执行器244，以将打印头沿导轨移动到平面构件 228的相反端，同时操作打印头216以形成和固化工件上的图像的最后一部分，如图2H所示。控制器272然后操作连接到托架220的执行器244，以将托架返回到其初始位置，并且旋转托架以按与打印头在操作开始时的定位顺序相同的顺序呈现打印头，并且控制器操作连接到轴232的执行器244 以将平面构件返回到其初始位置，如图2I所示。
在上面参考图1A、图1B和图2A至图2I所述的实施方案中，平面构件228可被形成为能够从轴232移除，因此可在系统中安装不同的平面构件。平面构件的每种型式都可形成有凹部，该凹部对应于不同的类型的对象的轮廓以在系统的打印操作期间固持对象。凹部有助于将对象固持在预定位置处，因此控制器272可准确地操作打印头216，以在对象上打印图像。另选地，平面构件或平台228可形成有孔，该孔流体地联接到真空源，因此从真空源对孔施加负压可将对象固持到平面构件。图3A和图3B 的实施方案300包括扫描器304，该扫描器安装到托架220的一端，因此托架始终引导打印头216。扫描器304生成平面构件228和对象236的图像数据，并且该图像数据被提供到控制器272。控制器272处理该图像数据以识别对象的位置，并且这些识别的位置被控制器用来操作打印头以在对象上打印图像。
系统200的操作的描述和附图展示了系统如何使得能够打印多个对象、用单个UV灯固化图像部分、以及在每次通过时将同一打印头定位成引导打印头。因此，该系统节省了与额外UV灯相关联的费用，加快了对象的打印，并且简化了打印过程。

Claims (20)

1.一种打印系统，包括：
导轨；
构件，所述构件具有第一端和第二端，所述构件的所述第一端围绕所述导轨安装并被配置为在第一方向和第二方向上沿所述导轨滑动，所述第二方向与所述第一方向相反，并且所述构件的所述第二端从所述导轨垂直延伸；
多个打印头，所述多个打印头安装到所述构件的所述第二端，当所述构件的所述第一端在所述第一方向上沿所述导轨移动时，所述多个打印头中的打印头具有预定顺序，并且所述多个打印头被配置为围绕所述构件的所述第二端旋转；
平面构件，所述平面构件被定位成与当所述构件的一端在所述第一方向和所述第二方向上沿所述导轨移动时所述多个打印头所沿循的路径相反；
多个执行器，所述执行器中的至少一个执行器能够操作地连接到所述构件的所述第一端，并且所述执行器中的至少一个执行器能够操作地连接到所述多个打印头；和
控制器，所述控制器能够操作地连接到所述多个打印头和所述多个执行器，所述控制器被配置为：操作能够操作地连接到所述构件的所述第一端的所述至少一个执行器以在所述第一方向和所述第二方向上沿所述导轨移动所述构件的所述第一端并沿与所述平面构件相反的所述路径移动所述多个打印头；操作所述多个打印头以在所述多个打印头沿与所述平面构件相反的所述路径移动时朝所述平面构件喷射墨滴来在定位在所述平面构件上的对象上形成图像；以及操作能够操作地连接到所述多个打印头的所述至少一个执行器以围绕所述构件的所述第二端旋转所述多个打印头来按预定顺序定位所述打印头，而不考虑所述构件的所述第一端是在所述第一方向还是在所述第二方向上沿所述导轨移动。
2.根据权利要求1所述的打印系统，还包括：
托架，所述托架连接到所述构件的所述第二端，所述托架被配置为围绕将所述托架连接到所述构件的所述第二端的销旋转，所述多个打印头安装到所述托架；并且
其中能够操作地连接到所述多个打印头的所述至少一个执行器连接到所述托架以围绕所述销旋转所述托架和所述多个打印头。
3.根据权利要求2所述的打印系统，还包括：
紫外线(UV)灯，所述UV灯安装到所述托架并按预定顺序定位，因此所述UV灯沿循所述多个打印头，而不考虑所述构件的所述第一端是在所述第一方向还是在所述第二方向上移动；并且
所述控制器被进一步配置为在所述多个打印头沿与所述平面构件相反的所述路径移动时操作所述UV灯以固化喷射的墨。
4.根据权利要求3所述的打印系统，所述控制器被进一步配置为：
操作能够操作地连接到所述托架的所述至少一个执行器，以在所述构件的所述第一端已停止在所述第一方向上沿所述导轨移动之后在第一旋转方向上旋转所述托架；以及
操作能够操作地连接到所述托架的所述至少一个执行器，以在所述构件的所述第一端已停止在所述第二方向上沿所述导轨移动之后在与所述第一旋转方向相反的旋转方向上旋转所述托架。
5.根据权利要求4所述的打印系统，还包括：
电源；
开关，所述开关能够操作地连接到所述电源和所述UV灯；并且
所述控制器能够操作地连接到所述开关，所述控制器被进一步配置为操作所述开关以选择性地将所述UV灯连接到所述电源。
6.根据权利要求5所述的打印系统，还包括：
至少一个轴，所述至少一个轴具有第一端和第二端，所述第一端能够操作地连接到所述多个执行器中的至少一个执行器，并且所述第二端连接到所述平面构件；并且
所述控制器能够操作地连接到所述至少一个执行器，所述至少一个执行器能够操作地连接到所述至少一个轴，所述控制器被进一步配置为操作能够操作地连接到所述至少一个轴的所述至少一个执行器，以沿垂直于所述第一方向和所述第二方向的路径双向地移动所述平面构件。
7.根据权利要求6所述的打印系统，所述控制器被进一步配置为：
在所述构件的所述第一端已在所述第一方向上沿所述导轨移动并且在所述第一方向上沿与所述平面构件相反的所述路径将所述托架、所述多个打印头和所述UV灯载送到所述构件的所述第一端停止的位置之后，操作能够操作地连接到所述至少一个轴的所述一个执行器以沿垂直于所述第一方向和所述第二方向的所述路径移动所述平面构件，来将所述平面构件的不同的部分与所述多个打印头和所述UV灯对齐。
8.根据权利要求7所述的打印系统，所述控制器被进一步配置为：
操作能够操作地连接到所述托架的所述至少一个执行器，以在所述控制器正操作能够操作地连接到所述轴的所述执行器时旋转所述托架，来沿垂直于所述第一方向和所述第二方向的所述路径移动所述平面构件。
9.根据权利要求8所述的打印系统，其中所述多个打印头中的所述打印头的所述预定顺序将喷射白色墨的打印头定位成在所述多个打印头中的任何其他打印头之前通过所述平面构件。
10.根据权利要求8所述的打印系统，还包括：
图像生成器，所述图像生成器在一定位置处能够操作地连接到所述多个打印头，以使所述图像生成器能够在所述多个打印头沿所述导轨移动时领先于所述多个打印头，所述图像生成器被配置为生成所述平面构件以及位于所述平面构件上的所述对象的图像数据；并且
所述控制器能够操作地连接到所述图像生成器以接收由所述图像生成器生成的所述图像数据，所述控制器被进一步配置为识别所述对象在所述平面构件上的位置并使用识别的位置来操作所述多个打印头以在所述多个打印头沿所述导轨移动时在所述对象上形成图像。
11.一种操作打印系统的方法，包括：
利用控制器操作能够操作地连接到围绕导轨安装的构件的第一端的至少一个执行器以沿所述导轨双向地移动所述构件的所述第一端并沿与平面构件相反的路径移动多个打印头；
利用所述控制器操作所述多个打印头以在所述多个打印头沿与所述平面构件相反的所述路径移动时朝所述平面构件喷射墨滴来在定位在所述平面构件上的对象上形成图像；以及
利用所述控制器操作能够操作地连接到所述多个打印头的至少一个执行器以围绕着围绕所述导轨安装的所述构件的第二端旋转所述多个打印头来按所述预定顺序定位所述打印头，而不考虑所述构件的所述第一端是在哪个方向上沿所述导轨移动。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：
将托架连接到所述构件的所述第二端，所述托架被配置为围绕将所述托架连接到所述构件的所述第二端的销旋转；
将所述多个打印头安装到所述托架；以及
利用所述控制器操作能够操作地连接到所述多个打印头的所述至少一个执行器以围绕所述销旋转所述托架和所述多个打印头。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：
利用所述控制器来操作UV灯，所述UV灯安装到所述托架并按所述预定顺序定位，因此所述UV灯沿循所述多个打印头，而不考虑所述构件的所述第一端是在哪个方向上沿与所述平面构件相反的所述路径移动。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
利用所述控制器操作能够操作地连接到所述托架的所述至少一个执行器，以在所述构件的所述第一端已停止在所述第一方向上沿所述导轨移动之后在第一旋转方向上旋转所述托架；并且
利用所述控制器操作能够操作地连接到所述托架的所述至少一个执行器，以在所述构件的所述第一端已停止在与所述第一方向相反的第二方向上沿所述导轨移动之后在与所述第一旋转方向相反的旋转方向上旋转所述托架。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
利用所述控制器操作能够操作地连接到电源和所述UV灯的开关以选择性地将所述UV灯连接到所述电源。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：
利用所述控制器操作所述多个执行器中的能够操作地连接到与所述平面构件连接的至少一个轴的至少一个执行器以沿垂直于所述第一方向和所述第二方向的路径双向地移动所述平面构件。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
在围绕所述导轨安装的所述构件的所述第一端已在所述第一方向上沿所述导轨移动并且在所述第一方向上沿与所述平面构件相反的所述路径将所述托架、所述多个打印头和所述UV灯载送到所述构件的所述第一端停止的位置之后，利用所述控制器操作能够操作地连接到所述至少一个轴的所述一个执行器以沿垂直于所述第一方向和所述第二方向的所述路径移动所述平面构件，来将所述平面构件的不同的部分与所述多个打印头和所述UV灯对齐。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
利用所述控制器操作能够操作地连接到所述托架的所述至少一个执行器，以在所述控制器正操作能够操作地连接到所述至少一个轴的所述执行器时旋转所述托架，来沿垂直于所述第一方向和所述第二方向的所述路径移动所述平面构件。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述多个打印头中的所述打印头的所述预定顺序将喷射白色墨的打印头定位成在所述多个打印头中的任何其他打印头之前通过所述平面构件。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
利用图像生成器生成所述平面构件以及位于所述平面构件上的所述对象的图像数据，所述图像生成器连接到所述多个打印头并被定位成在所述多个打印头沿所述导轨移动时领先于所述多个打印头；以及
使用由所述图像生成器生成的所述图像数据，利用所述控制器识别所述对象在所述平面构件上的位置；以及
使用所述识别的位置，利用所述控制器操作所述多个打印头以在所述多个打印头沿所述导轨移动时在所述对象上形成图像。
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