CN115487960A - 喷墨涂装装置 - Google Patents

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CN115487960A CN202211102831.0A CN202211102831A CN115487960A CN 115487960 A CN115487960 A CN 115487960A CN 202211102831 A CN202211102831 A CN 202211102831A CN 115487960 A CN115487960 A CN 115487960A
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王成
唐威林
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Hunan Songjing Advanced Surface Treatment And Functional Coating Research Institute Co ltd
Matsui New Materials Research Institute Guangdong Co ltd
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    • B05D3/065—After-treatment

Abstract

本发明公开了一种喷墨涂装装置，用于对具有转角构造的多面体工件厚膜涂装，喷墨涂装装置包括：输送系统；喷墨系统；固化系统，包括预固化组件、强固化组件；定位系统；控制系统。工件于输送系统的起始端开始输送，输送至预设位置时定位系统感应工件经过，工件输送至喷墨系统后控制系统控制喷墨系统于工件表面喷墨形成涂层，预固化组件安装于喷墨系统出口端，工件移出喷墨系统后由预固化灯照射，降低工件表面涂层流动性，使涂层初定型，防止流挂，改进涂装效果，防止工件倒角构造处的涂层过薄或无涂层覆盖，避免对其倒角构造二次加工或多次涂装，提高涂装效率。

Description

喷墨涂装装置
技术领域
本发明涉及工件涂装技术领域，特别地，涉及一种喷墨涂装装置。
背景技术
现有技术中，部分工件例如动力电池通常于表面设置绝缘油墨层，进而起到绝缘、阻燃的保护作用，而通常该类绝缘油墨层要求具有一定厚度且厚度均匀，并于工件表面均匀覆盖。
如图4所示，在立体工件的涂装过程中，由于在工件的锋利边缘处，涂料易流动导致无法堆积至与平面的涂层相同的厚度，导致锋利的转角处涂层偏薄甚至完全未覆盖，最终锋利棱角处涂层的保护作用减弱甚至丧失。现有技术中，涂装前会将锋利的棱角磨成圆形或通过多次涂装来提高棱角处涂层的厚度，无疑具有较高的涂装成本，且涂装效率较低。
发明内容
本发明提供了一种喷墨涂装装置，以解决工件涂装时其倒角结构涂层无法覆盖的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：一种喷墨涂装装置，用于对具有转角构造的多面体工件厚膜涂装，所述喷墨涂装装置包括：
输送系统，用于输送工件；
喷墨系统，安装于所述输送系统并靠近所述输送系统的入口端布设，所述喷墨系统包括喷头，所述喷头用于对工件的一个或多个表面喷墨进而于工件的表面形成涂层；
固化系统，包括安装于所述喷墨系统出口端的预固化组件，所述预固化组件包括预固化灯，用于对工件表面的喷墨进行预固化进而降低涂层的流动性，所述预固化灯的照射角度相对所述喷头的喷射角度倾斜设置，进而使所述预固化灯的照射光于所述工件表面产生的反射光远离所述喷头；所述固化系统还包括靠近所述输送系统出口端并安装于所述输送系统的强固化组件，用于对工件表面完成预固化的涂层进行深层固化形成厚膜；
定位系统，用于获取工件于输送系统的位置并反馈至控制系统；
控制系统，用于根据定位系统反馈的工件位置分别控制喷墨系统的启停时间以及固化系统的启停时间。
作为一种优选方式，所述预固化灯的照射光的波长大于或等于405nm。
作为一种优选方式，所述预固化灯与所述喷头的设置间距小于或等于5cm。
作为一种优选方式，所述输送装置的输送速度为5-20m/min。
作为一种优选方式，所述强固化组件包括强固化灯，所述预固化灯的照射能量为强固化灯的照射能量的1％-10％。
作为一种优选方式，所述喷墨系统还包括设置于所述喷头的墨水循环结构，用于将所述喷头的喷孔处墨水凝固形成的微凝胶颗粒冲刷并过滤清除。
作为一种优选方式，所述喷墨涂装装置还包括与所述控制系统电连接的翻转系统，用于将所述强固化组件的出口端的所述工件进行翻转并转移至所述喷墨系统的入口端进行另一表面的喷墨涂装。
作为一种优选方式，所述输送系统包括主传送带，所述翻转系统包括次传送带和机械手，所述次传送带与所述主传送带并列设置且二者输送方向相反；所述机械手设置于所述主传送带和所述次传送带之间，所述机械手用于将所述主传送带的出口端的所述工件翻转并转移至所述次传送带的入口端，所述机械手还用于将所述次传送带的出口端的所述工件转移至所述主传送带的入口端进而对所述工件进行另一表面的涂装。
作为一种优选方式，所述预固化组件还包括黑色灯罩，用于吸收所述预固化灯的照射光于所述工件表面产生的反射光。
作为一种优选方式，所述喷墨组件还包括呈凹字形的安装板，所述安装板的内侧的三处表面分别安装有所述喷头，进而对工件的当前顶面以及两相对侧面进行喷墨涂装；所述预固化组件还包括于所述安装板的一侧呈凹字形布设的第一灯板并对应安装所述预固化灯进而对所述工件的顶面及两相对侧面的涂层进行预固化。
本发明具有以下有益效果：
本喷墨打印装置基于Single Pass喷墨打印机的基础构造进行改进设置，并结合UV油墨以实现对多面体工件进行厚膜涂装，结构简单，成本低，适应性强。
工件于输送系统的起始端开始输送，在输送至定位系统的对应位置时定位系统的传感器感应工件经过，控制系统基于输送装置的设定传输速度延迟一定时间后控制喷墨系统工作，即可在工件输送至喷墨系统时于工件表面喷墨形成涂层；为了减少工件表面涂层的流动时间防止工件边缘转角处涂层流动减薄，固化系统具有预固化组件并安装于喷墨系统出口端，工件移出喷墨系统后即由控制系统控制预固化灯开启预设时间对工件表面的涂层照射，进而降低工件表面涂层的流动性，使涂层初定型，进而防止工件的边缘转角位置如工件边缘倒角构造处的涂层流动，改进涂装效果，防止工件的边缘转角位置的涂层过薄或无涂层覆盖，避免对其边缘转角二次加工或多次涂装，提高涂装效率；由于喷头的喷孔极为细小，受到UV光照射则会导致喷头喷孔处墨水凝固导致喷孔堵塞，本预固化灯安装于喷墨系统出口端的同时，其照射角度相对喷头的喷射角度倾斜设置进而使预固化灯的照射光于工件7表面产生的反射光远离喷头，避免反射光照射至喷头使得墨水凝固形成微凝胶颗粒堵塞喷头预固化灯的照射角度与喷头喷墨角度的夹具控制于5-15°，角度过小则会导致反射光距喷头过近，使喷头受光照影响，角度多大则会导致照射于工件表面的光照时间延迟、区域分散导致光效率降低；工件表面涂层预固化后，将工件输送至强固化组件，并开启强固化组件照射涂层使涂层深层固化于工件的表面形成均匀的厚膜保护工件，后由输送装置继续输送。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例一的结构示意图；
图2是本发明实施例二的结构示意图；
图3是本发明实施例三的结构示意图；
图4是现有含倒角构造工件边缘的涂层覆盖示意图；
图5是通过本实施例的喷墨涂装装置涂装工件的涂层示意图。
1、喷墨系统2、预固化组件3、强固化组件4、输送系统41、主传送带5、定位系统61、次传送带62、机械手7、工件
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例一
参照图1和图5，本发明的实施例一提供了一种喷墨涂装装置，用于对具有转角构造的多面体工件7厚膜涂装，同时也用于对工件7平面厚膜涂装，喷墨涂装装置包括：
输送系统4，包括由电机驱动的主传送带41，用于输送工件7，其输送速度可调节；可以理解的是，主传送带41由伺服电机驱动；
喷墨系统1，安装于输送系统4并靠近输送系统4的入口端布设，喷墨系统1包括喷头，用于对工件7的一个或多个表面全覆盖喷墨进而于工件7表面形成涂层；
固化系统，包括安装于喷墨系统1出口端的预固化组件2，预固化组件2包括预固化灯，用于对工件7表面的喷墨进行预固化进而降低涂层的流动性，固化系统还包括靠近输送系统4出口端并安装于输送系统4的强固化组件3，用于对进行预固化的工件7表面的涂层进行深层固化形成厚膜；
预固化灯的照射角度相对喷头的喷射角度倾斜设置进而使预固化灯的照射光于工件7表面产生的反射光远离喷头，避免反射光照射至喷头使得墨水凝固形成微凝胶颗粒堵塞喷头其中，预固化灯的照射角度与喷头角度有5-15°的夹角，角度过小则会导致反射光距喷头过近，使喷头受光照影响，角度多大则会导致照射于工件表面的光照时间延迟、区域分散导致光效率降低；
定位系统5(图1未示出)，用于获取工件7于输送系统4的位置并反馈至控制系统；
控制系统，用于根据定位系统5反馈的工件7位置分别控制喷墨系统1的启停时间以及固化系统的启停时间。
需要说明的是，本喷墨涂装装置基于应用Single Pass打印机并使用UV墨水/涂料对工件7进行涂装；定位系统5为设置于输送系统4的多个传感器(例如红外线传感器)，以在特定位置感应是否有工件7通过并反馈至控制系统；本实施例的厚膜涂层的厚度指代60μm及以上；
需要说明的是，输送系统4的输送方向为X向，定位系统获取工件7的X向位置并反馈至控制系统以根据输送系统4的输送速度控制喷头开启时间和工作时长；在一些实施例中，定位系统还用于获取工件于输送系统4上的Y向位置并反馈至控制系统，以控制喷墨系统于Y向的喷墨范围，使得仅于工件7表面喷墨；在一些实施例中，定位系统还用于调整工件7于输送系统4的Y向位置，使工件7在进入喷墨系统1前调整至统一位置以便保持喷墨精确性、统一性；
应当理解的是，本实施例的工件7以新能源电池为例，工件7通常为长方体，通过对电池表面全覆盖喷墨形成涂层进而实现绝缘保护，若任一处涂层过薄或无涂层覆盖则较大程度影响对工件7的保护效果。
需要说明的是，本实施例中的喷墨涂装装置基于Single Pass喷墨打印机设置，Single Pass喷墨打印通常用于低分辨率字符、装饰的印刷，有生产效率高的优点，但在多面体涂装领域少有应用。另一方面，涂料的涂装通常对分辨率的要求不高，只需对工件的每个面均匀铺满涂层并达到一定厚度，以对工件进行保护，不需形成精细的图案，因此，本实施例通过应用Single Pass喷墨打印机适合多面体工件的涂装；另一方面，UV固化涂装适用于快速涂装，UV固化墨水或涂料在UV光照后通常可以在几秒甚至更短的时间内固化，基于此，本实施例的喷墨涂装装置基于Single Pass喷墨打印机的基础构造并结合UV油墨以适用于对多面体工件进行厚膜涂装。
具体的，喷墨系统1具体包括喷头、供墨组件以及控制模块，其喷头为核心部件，优选为使用压电式喷头，可选用品牌及型号：Konica KM1024i、Xaar 2002、Xaar Nitrox、Dimatix SG1024、Ricoh G6和Epson T3200-U3等；控制模块用于向喷头发送打印指令和打印图形，打印出目标图像并精确控制涂层厚度；供墨组件用于储存墨水并向喷头供应墨水，同时，供墨组件保持墨水恒温进而使其达到恒定的粘度，进而使得喷头稳定喷射墨水，根据不同墨水型号种类及涂装需求，温度可于30-70℃内调整；具体至对长方体构造的工件7涂装，需要根据工件7尺寸绘制四边形的电子图像，并发送给控制模块由喷墨系统1对工件7的每个面进行涂装。与传统的图案打印不同，喷墨涂装的过程中通常对工件7进行全覆盖，并且对涂层厚度要求较高，
本喷墨涂装装置的工作原理：工件7于输送系统4的起始端开始输送，在输送至定位系统5的对应位置时定位系统5的传感器感应工件7经过，控制系统基于输送装置的设定传输速度延迟一定时间后控制喷墨系统1工作，即可在工件7输送至喷墨系统1时于工件7表面喷墨形成涂层；为了减少工件7表面涂层的流动时间防止工件7边缘转角处涂层流动减薄，固化系统具有预固化组件2并安装于喷墨系统1出口端，工件7移出喷墨系统1后即由控制系统控制预固化灯开启预设时间对工件7表面的涂层照射，进而降低工件7表面涂层的流动性，使涂层初定型，进而防止工件7的边缘转角位置如工件7边缘倒角构造处的涂层流动，改进涂装效果，防止工件7的边缘转角位置的涂层过薄或无涂层覆盖，避免对其边缘转角二次加工或多次涂装，提高涂装效率；由于喷头的喷孔极为细小，受到UV光照射则会导致喷头喷孔处墨水凝固导致喷孔堵塞，本预固化灯安装于喷墨系统1出口端的同时，其照射角度相对喷头的喷射角度倾斜设置进而使预固化灯的照射光于工件7表面产生的反射光远离喷头，预固化灯的照射角度与喷头喷墨角度具有5-15°的夹角，即使有反射光也为远离喷头方向，避免反射光照射至喷头使得墨水凝固形成微凝胶颗粒堵塞喷头；工件7表面涂层预固化后，将工件7输送至强固化组件3，控制系统控制开启强固化组件3照射涂层使涂层深层固化于工件7的表面形成均匀的厚膜保护工件7，后由输送装置继续输送。
其中，强固化组件3包括强固化灯，起彻底固化涂层的作用，其与喷头完全隔离，防止UV光照到喷头引发喷孔中墨水固化，堵塞喷头。强固灯常见的有LED UV灯、无极灯和高压汞灯，其中无极灯和汞灯有广泛的输出波段，在UVA、UVB、UVC和UVV均有较强的输出。LED灯通常为单一波长输出，在UV喷墨打印中常用UV LED灯，常用的波长包括365、385、395和405nm。所选波长通常与UV墨水所采用的引发剂吸收波长有关。与传统的以装饰为目的的打印不同，本实施例应用场景中涂层较厚，而UV固化很难实现70um的以上的膜厚固化。因此对于涂装厚度要求大于70um的涂层来说，需要使用大功率的UV灯来提高固化程度，否则深层固化不良容易导致附着力等性能的下降；本实施例的强固化灯优选为395nm芯片式LED UV灯，照射功率20000mW/cm2并可依据需求调节，可对厚度不超过120um的涂层进行固化，强固化灯优选为安装于黑色壳体内进而与喷头完全隔离，避免其照射光的反射光影响喷头；
预固化灯仅用于降低涂层的流动性，不需对涂层彻底固化，基于此，预固化灯的照射能量设置为强固化灯的照射能量的1％-10％，进而避免了较大功率的照射光反射至喷头使墨水凝固堵塞喷头孔；预固化灯在UVA和UVV波段的输出功率之和在500-5000mW/cm2之间，在UVA和UVV波段最佳照射能量和为100-1000mJ/cm2，不超过强固灯辐照能量的10％；
进一步的，由于膜厚提高后容易产生表层和底层固化程度不一致，本实施例的预固化灯的照射光的优选波长大于或等于405nm的LED UV灯，增强光穿透性，提高涂层表层和底层固化一致性，防止涂层在固化过程中产生褶皱影响外观；
进一步的，预固化灯与喷头的设置间距小于或等于5cm，缩短喷墨后工件7至预固化的时间，减少涂层流动时间；LED灯输出光强与光源和被照射物之间距离的平方成反比，因此预固灯的高度不宜过高，设置为距离涂层的距离为2-10mm，优选设置为3-5mm；因预固化组件2采用风冷会在喷头附近产生气流，在喷墨的过程中气流的扰动会导致喷墨的精准度变差，且风扇会将粉尘吹到未完全固化的涂层上，导致缩孔等缺陷；本实施例的预固化灯内设置水冷组件，冷水组件温度26-31℃；强固化灯同优选设置水冷组件；基于上述技术方案，本实施例的输送装置的输送速度为5-20m/min，如表1所示喷墨打印完成到预固化灯的时间对倒角构造的涂层厚度的影响；
其中，表1中所有测试均使用单颗Xaar Nitrox喷头，预固灯距离喷头水平距离3cm，使用的墨水为蓝色墨水。传送带速度小于9m/min时，通过控制灰度和喷头电压调整涂层厚度为90um；传送带速度大于9m/min时，喷头以最大出墨量喷射，所得涂层厚度为该速度下最大可得厚度。所采用预固灯为405nm LED灯，在所有速度下均将能量密度调整至600mJ/cm2。由表中数据分析可得，若要使工件7倒角构造处涂层厚度达到平面厚度的一半以上，需要将打印完成到预固化的时间控制于0.3s以内。喷墨完成到预固化的时间越短，倒角处的膜厚越接近平面涂层厚度。对于有精度要求的打印，传送带的速度过高则会降低喷墨打印的精度；
Figure BDA0003840063200000091
表1.喷墨完成到预固灯时间对倒角涂层厚度的影响
如表2所示，预固灯采用405nm LED灯，依照前述技术方案，打印完到预固灯的时间为0.3s，所使用的墨水为蓝色墨水。由表2中数据可见，当UV灯辐照能量较低时，涂层易出现褶皱，其原因为表层与底层固化程度不一致。当UV灯辐照能量达到一定值后，涂层不再出现褶皱现象。随着辐照能量的提高，倒角涂层厚度有小幅提升，但提升幅度有限，并最终稳定在低于平面涂层厚度的一个数值。
Figure BDA0003840063200000101
表2.预固灯能量与倒角涂层厚度关系
进一步的，本实施例的喷头优选为带墨水循环功能的工业级喷头，如Konica1024i、Xaar 2002、Xaar Nitrox和Dimatix SG1024喷头，即使有少量UV光照射到喷头使墨水形成微凝胶颗粒也可由喷头的墨水循环结构冲刷带走并经其过滤器滤除；
进一步的，预固化组件2还包括黑色灯罩，用于吸收预固化灯的照射光以及于工件7表面产生的反射光避免影响喷头。
实施例二
如图2所示，与实施例一的区别是，喷墨组件还包括呈凹字形的安装板，安装板的内侧的三处表面分别安装有喷头，进而对工件7的当前顶面以及两相对侧面进行喷墨涂装；预固化组件2还包括于安装板的一侧呈凹字形布设的灯板并对应安装预固化灯进而对工件7的顶面及两相对侧面的涂层进行预固化，避免立面(即两相对侧面)的涂层发生流挂，同理，强固化组件3设置凹字形构造的灯板安装强固化灯，获得的工件7的顶部涂层和侧面涂层厚度差异小于10μm，通过平面和立面喷墨及对应设置的预固化组件2的组合，可以实现对平面一次性实现高达120um的厚膜涂装，对垂直立面实现一次性高达70um的厚膜涂装；本喷墨涂装装置可一次性完成对长方体工件7的3面打印，节约设备空间，提高涂装效率；通过将工件7翻转、调整位置后，使其底面至原底面位置，另外两相对侧面至原相对侧面位置，即可于本喷墨装置再次涂装完成工件7所有面的涂装，效率高。通过使用本喷墨涂装装置。
实施例三
如图3所示，与实施例一的区别是，喷墨涂装装置还包括翻转系统，用于将强固化组件3的出口端的工件7进行翻转并转移至喷墨系统1的入口端进行另一表面的喷墨涂装，在工件7完成一面的涂装后，翻转机构将其翻转并转移至起始位置进行另一面的涂装，直至完成所有面涂装；
本实施例中，输送系统4包括主传送带41，翻转系统包括次传送带61和机械手62，次传送带61与主传送带41并列设置且二者输送方向相反；次传送带61由另一伺服电机驱动；机械手62设置于主传送带41和次传送带61之间；根据循环打印所能容纳的工件7个数于传送带起始端上料一定数量工件7。工件7在经过定位系统5的传感器时，反馈至控制系统，控制系统分别向喷头、预固灯和强固灯发出指令，分别在一定时间后运行，在工件7通过喷头时喷头喷墨覆盖工件7的目标涂装面，工件7依次经过预固灯和强固灯完成固化。第一面涂装完成后经机械手62翻转至下一待涂装面，并由次传送带61反向输送后，再由另一个机械手62转移至主传送带41的起始端，工件7再次于定位系统5位置触发打印和固化完成第二面的涂装，重复步骤直到完成第6个面的涂装后工件7从主传送带41的末端下料，工件7涂装完成。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种喷墨涂装装置，其特征在于，用于对具有转角构造的多面体工件(7)厚膜涂装，所述喷墨涂装装置包括：
输送系统(4)，用于输送工件(7)；
喷墨系统(1)，安装于所述输送系统(4)并靠近所述输送系统(4)的入口端布设，所述喷墨系统(1)包括喷头，所述喷头用于对工件(7)的一个或多个表面喷墨进而于工件(7)的表面形成涂层；
固化系统，包括安装于所述喷墨系统(1)出口端的预固化组件(2)，所述预固化组件(2)包括预固化灯，用于对工件(7)表面的喷墨进行预固化进而降低涂层的流动性，所述预固化灯的照射角度相对所述喷头的喷射角度倾斜设置，进而使所述预固化灯的照射光于所述工件(7)表面产生的反射光远离所述喷头；所述固化系统还包括靠近所述输送系统(4)出口端并安装于所述输送系统(4)的强固化组件(3)，用于对工件(7)表面完成预固化的涂层进行深层固化形成厚膜；
定位系统(5)，用于获取工件(7)于输送系统(4)的位置并反馈至控制系统；
控制系统，用于根据定位系统(5)反馈的工件(7)位置分别控制喷墨系统(1)的启停时间以及固化系统的启停时间。
2.根据权利要求1所述的喷墨涂装装置，其特征在于，所述预固化灯的照射光的波长大于或等于405nm。
3.根据权利要求1所述的喷墨涂装装置，其特征在于，所述预固化灯与所述喷头的设置间距小于或等于5cm。
4.根据权利要求3所述的喷墨涂装装置，其特征在于，所述输送装置的输送速度为5-20m/min。
5.根据权利要求1所述的喷墨涂装装置，其特征在于，所述强固化组件(3)包括强固化灯，所述预固化灯的照射能量为强固化灯的照射能量的1％-10％。
6.根据权利要求1所述的喷墨涂装装置，其特征在于，所述喷墨系统(1)还包括设置于所述喷头的墨水循环结构，用于将所述喷头的喷孔处墨水凝固形成的微凝胶颗粒冲刷并过滤清除。
7.根据权利要求1所述的喷墨涂装装置，其特征在于，所述喷墨涂装装置还包括与所述控制系统电连接的翻转系统，用于将所述强固化组件(3)的出口端的所述工件(7)进行翻转并转移至所述喷墨系统(1)的入口端进行另一表面的喷墨涂装。
8.根据权利要求7所述的喷墨涂装装置，其特征在于，所述输送系统(4)包括主传送带(41)，所述翻转系统包括次传送带(61)和机械手(62)，所述次传送带(61)与所述主传送带(41)并列设置且二者输送方向相反；所述机械手(62)设置于所述主传送带(41)和所述次传送带(61)之间，所述机械手(62)用于将所述主传送带(41)的出口端的所述工件(7)翻转并转移至所述次传送带(61)的入口端，所述机械手(62)还用于将所述次传送带(61)的出口端的所述工件(7)转移至所述主传送带(41)的入口端进而对所述工件(7)进行另一表面的涂装。
9.根据权利要求1-8任一项所述的喷墨涂装装置，其特征在于，所述预固化组件(2)还包括黑色灯罩，用于吸收所述预固化灯的照射光于所述工件(7)表面产生的反射光。
10.根据权利要求1-8任一项所述的喷墨涂装装置，其特征在于，所述喷墨组件还包括呈凹字形的安装板，所述安装板的内侧的三处表面分别安装有所述喷头，进而对工件(7)的当前顶面以及两相对侧面进行喷墨涂装；所述预固化组件(2)还包括于所述安装板的一侧呈凹字形布设的第一灯板并对应安装所述预固化灯进而对所述工件(7)的顶面及两相对侧面的涂层进行预固化。
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