DE102015002752A1

DE102015002752A1 - Farbdrucker und Verfahren zum Bedrucken der Flächen von dreidimensionalen Gegenständen

Info

Publication number: DE102015002752A1
Application number: DE102015002752.2A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-03-05
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2016-09-08

Abstract

Farbdrucker und Verfahren zum Bedrucken der Flächen von dreidimensionalen Gegenständen (7), dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkopf (1) an einem Ausleger (2) befestigt ist, der drehgelagert und angetrieben um die eigene Längsachse (3) drehbar ist, wobei die Farbdruckdüsen (4, 5, 6) und deren Wirkrichtung in mehreren Gruppen jeweils im Winkel von 0 Grad, 45 Grad und 90 Grad zur der Längsachse (3) angeordnet sind, und der Ausleger (2) zusätzlich, und relativ zum bedruckenden Gegenstand (7) in drei Achsen und um den Gegenstand herum bewegbar ist.

Description

Es werden in der Zukunft immer mehr 3D-Drucker und deren Anwendungen Verbreitung finden. Die Erfindung betrifft das bedrucken von dreidimensionalen Gegenständen die vorrangig mit 3D-Druckern erstellt wurden. Zu Zeit werden Materialien verwendet, die nach der Fertigstellung auch die äußere Erscheinung bilden. Es ist die Farbe, oder das Material sichtbar mit der das Teil dreidimensional gedruckt wurde. Bei mehrfarbigen Darstellungen wird es dann komplizierter. Mit dem Farbwechsel folgt eine mehr oder weniger genaue Trennung des unterschiedlich gefärbten Materials. Es entstehen ungenaue Farbkonturen. Eine weitere Möglichkeit ist das nachträgliche Beschichten von diesen ausgedruckten Gegenständen. Dies geschieht meistens durch großflächiges streichen oder besprühen. Feinere Konturen oder Muster anzubringen ist sehr problematisch.
Die zu schützende Erfindung ist ein Verfahren und ein Farbdrucker, der diese Nachteile erheblich reduziert. Der Hauptanspruch definiert das Verfahren und den Farbdrucker, der alle Farben und Muster auf den unebenen Flächen der dreidimensionalen Gegenstände anbringt.
Ein Druckkopf, der mit mehreren Fahrbdruckdüsengruppen, die wie an einem Tintenstrahldrucker wirken, bestickt ist, ist an einem Ausleger befestigt. Der Ausleger ist wiederum um eigene Langsachse drehbar und angetrieben und auf einem Support befestigt, der in allen drei Achsen bewegbar ist. Zusätzlich ist dieser um den zu bedruckenden Gegenstand drehbar, oder der Gegenstand wird gedreht. Der Druckkopf ist dabei nur ca. 3 bis 5 mm groß und beinhaltet mehrere Farbdruckdüsen die in mehreren Gruppen jeweils im Winkel von 0 Grad, 45 Grad und 90 Grad zur der Längsachse angeordnet sind. Die Länge des Auslegers bestimmt die Größe des Wirkraumes des Druckers. In dem Ausleger verlaufen die mindestens vier Leitungen für die Tinte, die die Grundfarben zum Druckkopf führen, sowie die Steuerleitungen für die einzelnen Düsen. Der Durchmesser des Auslegers ist nicht Größer als der des Druckkopfes. Durch die gesteuerte Drehung des Auslegers und somit des Druckkopfes um –+180 Grad kann dieser rundum drucken, ohne, dass die Leitungen eine Drehdurchführung aufweisen müssen.
Der Druckkopf wird so nah, wie die Toleranzen es erlauben an die Fläche herangefahren und so über den Ausleger gedreht, dass die zugeordnete Farbdüsengruppe annähernd rechtwinklig zur der bedruckende Fläche angeordnet ist.
Wird z. B. eine Fläche die parallel zur Auslegerlängsachse bedruckt wird die Farbdüsengruppe die 90 Grad zu der Fläche angeordnet ist aktiviert, bei einer Flächenstelle die z. B. 50 Grad Neigung zur der Auslegerachse aufweist wird die Farbdüsengruppe mit der 45 Grad Neigung angesteuert, nachdem der Druckkopf auf die richtige Druckentfernung gebracht wurde. Das Ziel der Erfindung ist eine Möglichkeit zu schaffen, eine beliebige dreidimensionale Form mit allen Farb- und Musterkombination versehen zu können. Werden hier die vorhanden Druckerverfahren, die vor allem bei Tintenstrahldruckern verwendet werden angewendet, dann könnten die Druckköpfe extrem klein werden und Rillen oder Flächenvertiefungen im mm-Bereich beliebig bedruckt werden. Werden die Farbdruckdüsen mit dem Verfahren mit kontinuierlichem Tintenstrahl (Continuons Ink Jet) betrieben können Tinten, Lacke oder Klebstoffe verdrucken werden. Der Anwendungsbereich ist hier sehr groß. Vor allem im Modellbaubereich könnte die farbliche Gestaltung neue Möglichkeiten bieten. Modelle von Häusern, Fahrzeugen, Schiffen, sowie die im Trend liegenden Büsten und verkleinerte 3D-Personenausdrucke können realistischer dargestellt werden. Vor allem könnte das aufwendige 3D-Drucken mit Materialien in unterschiedlichen Farben reduziert werden, da hier die Farbvielfalt und Genauigkeit schwer erreicht werden kann. Eine erfindungsgemäße Verbesserung des Druckverfahrens ist, dass der zu bedruckende Gegenstand auf einer Grundplatte positioniert ist, die auf einem Drehteller des Druckers fixiert ist und bei extremer Kontur des Gegenstandes um 90 Grad umsteckbar ist und am Drehteller, an einem definierten Steckplatz angebracht wird, wobei die Steuerungssoftware, die den definierten Steckplatz als Basis zur der Umrechnung der umgedrehten Flächen berücksichtigt und die anzufahrenden Koordinaten umrechnet. Eine weitere Möglichkeit wäre die Grundplatte um 90 Grad schwenkbar auf dem Drehteller anzuordnen. Da in Zukunft die dreidimensionalen Gegenstände mit dem 3D-Drucker erstellt werden sind die Daten und Koordinaten meistens gegeben. Die räumlichen Koordinaten des zu bedruckenden Gegenstandes stehen zu Verfügung, indem durch ein Scanverfahren, oder durch die, die für das 3D-Druckverfahren benötigten Daten entstanden sind, so dass unter Berücksichtigung aller Freiheitsgerade und der relativen Drehbewegung des Druckkopfes, die zu bedruckende Fläche dem jeweiligen Farbausstoß durch eine Berechnungssoftware zugeordnet wird.
Die Erfindung wird in folgendem anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Druckkopf am Ausleger und die Anordnung der Farbdüsengruppen in zwei Ansichten,
2 eine Anordnung mit zu bedruckendem Gegenstand im Schnitt,
3 eine Ansicht eines Farbdruckers mit dem zu bedruckendem Gegenstand,
4 eine Ansicht eines Farbdruckers mit dem um 90 Grad umgesteckten Gegenstand.
In der 1 ist der Druckkopf (1) mit den drei Farbdüsengruppen (4, 5, 6) dargestellt, die im Winkel 0 Grad (4), 45 Grad (5), und 90 Grad (6) zur der Langsachse angeordnet sind. Die Seitenansicht stellt hier beispielhaft 9 Düsen pro Gruppe dar. Die Dicke des Druckkopfes (1) ist von der Größe der Düsen und deren Anschlüsse abhängig. Da diese nur an einer Seite angeordnet sind kann die Dicke reduziert werden. Durch die Drehung des Druckkopfes (1) kann jeder Punkt am Umfang einzeln bedruckt werden. Diese Maßnahme verringert die Größe des Druckkopfes und somit auch die Genauigkeit, vor allem bei kleinen und engen Rillen am zu bedruckendem Gegenstand (7). In dem Ausleger (2) sind mindestens vier Leitungen (8) für die unterschiedlichen Tintenfarben, die dem Druckverfahren von Tintenstrahldruckern entsprechen, verlegt und sind mit dem Grundgerät so verbunden, dass diese mit dem Ausleger (2) jeweils eine halbe Umdrehung links und rechts ausüben können. Die 2 stellt den zu bedruckenden Gegenstand (7) im Schnitt dar und den Druckkopf (1) mit dem Ausleger (2), deren Drehlagerung (9) und der sich in drei Achsrichtungen bewegende Support (10) des Farbdruckers. In der beispielhaften Darstellung wird eine schräge Fläche des Gegenstandes (7) mit der 45-Grad-Farbdüsengruppe (5) bedruckt. Der Druckkopf (1) wird, soweit die Toleranzen der gesamten Anordnung Farbdrucker-Gegenstand (7) es ermöglichen, an die Schräge herangefahren. Je nach der relativen Neigung der zu bedruckenden Fläche zu der Auslegerlängsachse (3) die Farbdruckdüsengruppe (4, 5, 6) aktiviert wird, deren Winkel der rechtwinkligen Anordnung am nächsten liegt, wobei durch die Drehung des Auslegers (2) um die eigene Achse (3) die Rechtwinkligkeit der Strahlrichtung einer Farbdüsengruppe (4, 5, 6) zu der bedruckenden Fläche in der weiteren Achse einstellbar ist. Die 3 stellt eine prinzipielle Anordnung des Farbdruckers mit einem zu bedruckendem Gegenstand (7), hier beispielhaft ein Modell eines Hauses mit Balkon. Der Gegenstand (7) ist auf einer Grundplatte (11) befestigt und die wiederum auf einer angetriebenen Drehscheibe (12) des Farbdruckers. Alle diese Teile sind genau zueinander fixiert. Die Drehscheibe (12) ermöglicht einen weiteren Freiheitsgrad und somit eine zusätzliche Flexibilität beim Bedrucken. Im der 4 ist die um 90 Grad gedrehte Grundplatte (11) mit dem Gegenstand (7) dargestellt. Diese ist in einer oder mehrere Aussparungen (13) eingesteckt und fixiert. Die Berechnungssoftware rechtet die Umsteckung um und die Steuerung des Farbdruckers setzt die neue Lage entsprechend um. In diesem Beispiel kann die Innenseite des Balkons bedruckt werden. Dies wäre ohne die Umsteckung des Gegenstandes (also wie in 3) nicht möglich. Mit diesem Verfahren können die meisten dreidimensionalen Gegenstände mit unterschiedlichen Farben und Mustern bedruckt bzw. beschichtet werden. Wichtig ist dabei, dass der Gegenstand in einer definierten Lage an der Grundplatte befestigt wird.
Damit die Farbwiedergabe klarer und intensiver erscheint, sollte der zu bedruckende Gegenstand (7) aus einem Material bestehen deren Farbe weiß oder sehr hell ist und das Druckmedium gut aufnimmt. Die Farbdruckdüsen (4, 5, 6) arbeiten nach dem Verfahren mit kontinuierlichen Tintenstrahlen (Continuons Ink Jet) und verdrucken Tinten, Lacke oder Klebstoffe. Die Alternative wäre dass die Farbdruckdüsen nach dem Verfahren mit einzelnen Tröpfchen (Drop on Demand) arbeiten und diese Tröpfchen entstehen entweder im Bubble-Jet- oder im Piezo-Verfahren. Diese Verfahren sind verbreitet und werden bei Tintenstrahldruckern verwendet.

Claims

Farbdrucker und Verfahren zum Bedrucken der Flächen von dreidimensionalen Gegenständen (7), dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkopf (1) an einem Ausleger (2) befestigt ist, der drehgelagert und angetrieben um die eigene Längsachse (3) drehbar ist, wobei die Farbdruckdüsen (4, 5, 6) und deren Wirkrichtung in mehreren Gruppen jeweils im Winkel von 0 Grad, 45 Grad und 90 Grad zur der Längsachse (3) angeordnet sind, und der Ausleger (2) zusätzlich, und relativ zum bedruckenden Gegenstand (7) in drei Achsen und um den Gegenstand herum bewegbar ist.
Farbdrucker und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass je nach der relativen Neigung der zu bedruckenden Fläche zu der Längsachse (3) des Auslegers (2) die Farbdruckdüsengruppe (4, 5, 6) aktiviert wird, deren Winkel der rechtwinkligen Anordnung am nächsten liegt, wobei durch die Drehung des Auslegers (2) um die eigene Achse (3) die Rechtwinkligkeit der Strahlrichtung einer Farbdüsengruppe zu der bedruckenden Fläche in der weiteren Achse einstellbar ist.
Farbdrucker und Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zu bedruckende Gegenstand auf einer Grundplatte (11) positioniert ist, die auf einem Drehteller (12) des Farbdruckers fixiert ist und bei extremer Kontur des Gegenstandes um 90 Grad umsteckbar ist und am Drehteller (12), an einem definierten Steckplatz angebracht wird, wobei die Steuerungssoftware, die den definierten Steckplatz als Basis zur der Umrechnung der umgedrehten Flächen berücksichtigt und die anzufahrenden Koordinaten umrechnet.
Farbdrucker und Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zu bedruckende Gegenstand auf einer Grundplatte (11) positioniert ist, die gelenkig auf einem Drehteller (12) des Farbdruckers angebracht ist und bei extremer Kontur des Gegenstandes um 90 Grad schwenkbar ist, wobei die Steuerungssoftware, diese geschwenkte Stellung als Basis zur der Umrechnung der umgedrehten Flächen berücksichtigt und die anzufahrenden Koordinaten umrechnet.
Farbdrucker und Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ausleger (2) mindestens vier Leitungen (8) für die unterschiedlichen Tintenfarben, die dem Druckverfahren von Tintenstrahldruckern entsprechen, verlegt sind und mit dem Grundgerät so verbunden sind, dass diese mit dem Ausleger jeweils eine halbe Umdrehung links und rechts ausüben können.
Farbdrucker und Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die räumlichen Koordinaten des zu bedruckenden Gegenstandes (7) zu Verfügung stehen, indem durch ein Scanverfahren, oder durch die, die für das 3D-Druckverfahren benötigten Daten entstanden sind, so dass unter Berücksichtigung aller Freiheitsgerade und der relativen Drehbewegung des Druckkopfes (1), die zu bedruckende Fläche dem jeweiligen Farbausstoß durch eine Berechnungssoftware zugeordnet wird.
Farbdrucker und Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zu bedruckende Gegenstand mit einem 3D-CAD-System erzeugt und farblich gestaltet wird und die Zuordnung von Flächenkoordinaten zu den Farben an die Farbdruckersteuerung weitergegeben wird, wo der Prozessor die Druckimpulse mit der jeweiligen Farbkombination, in Abhängigkeit von der Koordinaten, an den Druckkopf weiter gibt.
Farbdrucker und Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zu bedruckende Gegenstand (7) aus einem Material besteht deren Farbe weiß oder sehr hell ist und das Druckmedium gut aufnimmt.
Farbdrucker und Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbdruckdüsen nach dem Verfahren mit kontinuierlichen Tintenstrahl (Continuons Ink Jet) arbeiten und Tinten, Lacke oder Klebstoffe verdrucken.
Farbdrucker und Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbdruckdüsen nach dem Verfahren mit einzelnen Tröpfchen (Drop on Demand) arbeiten und diese Tröpfchen entstehen entweder im Bubble-Jet- oder im Piezo-Verfahren.