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Diese Offenbarung bezieht sich allgemein auf ein System zum Drucken auf dreidimensionalen (3D) Objekten und insbesondere auf Systeme, die auf eiförmigen oder unregelmäßig geformten Objekten drucken.
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Typischerweise findet ein kommerzieller Artikeldruck bei der Herstellung des Artikels statt. Zum Beispiel werden Ballhäute mit Mustern oder Logos bedruckt, bevor der Ball vervollständigt und aufgeblasen wird. Folglich muss ein Nicht-Produktionsbetrieb, wie beispielsweise eine Vertriebsstelle oder ein Einzelhandelsgeschäft in einer Region, in der potentielle Produktkunden mehrere professionelle oder studentische Teams unterstützen, ein Inventar von Produkten führen, die die Logos verschiedener Teams der Region haben. Die Bestellung der korrekten Anzahl von Produkten für jedes unterschiedliche Logo, um den Bestand zu erhalten, kann problematisch sein.
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Eine Möglichkeit, diese Probleme in Nicht-Produktionsfilialen anzugehen, besteht darin, unbedruckte Versionen der Produkte zu führen und die Muster oder Logos bei der Vertriebsstelle oder im Einzelhandelsgeschäft zu drucken. Drucker, die als Direct-to-Object-Drucker (DTO-Drucker) bekannt sind, wurden zum Drucken einzelner Objekte entwickelt. Diese DTO-Drucker haben eine Vielzahl von Druckköpfen, die typischerweise in einer vertikalen Konfiguration mit einem Druckkopf über einem anderen Druckkopf angeordnet sind. Diese Druckköpfe haben eine feste Ausrichtung. Wenn die zu druckenden Objekte eiförmig sind, wie etwa Bälle, Wasserflaschen und dergleichen, kann kein vollständiges Bild auf der Oberfläche gedruckt werden, da ein Teil der Objektoberfläche von der ebenen Fläche der Druckköpfe entfernt ist. Es wäre von Vorteil, wenn DTO-Drucker Bilder auf dem gesamten oder auf einem Teil des eiförmigen Objekts drucken könnten.
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Ein neues dreidimensionales (3D) Objektdrucksystem bietet eine flexible Ausrichtung der Druckköpfe in dem System, um das Drucken auf einem Großteil oder der Gesamtheit der Oberfläche eines eiförmigen oder unregelmäßig geformten Objekts zu ermöglichen. Das Drucksystem umfasst einen Rahmen, mindestens einen Druckkopf, wobei der mindestens eine Druckkopf an dem Rahmen montiert ist und zum Auswerfen von Markierungsmaterial konfiguriert ist, wobei ein erster Aktuator mit dem Rahmen wirkend verbunden ist, wobei der erste Aktuator so konfiguriert ist, dass er den Rahmen um etwa eine Schwenkbewegung dreht, einen Halter, der konfiguriert ist, um ein Objekt gegen dem Rahmen und dem mindestens einen Druckkopf zu halten, und eine Steuerung, die mit dem ersten Aktuator und dem mindestens einen Druckkopf wirkverbunden ist. Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie den ersten Aktuator betätigt, um den Rahmen und den mindestens einen Druckkopf um den Schwenkpunt zu drehen und den mindestens einen Druckkopf zum Ausstoßen von Markierungsmaterial auf das von dem Halter gehaltene Objekt zu veranlassen.
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Die vorstehenden Aspekte und andere Merkmale eines 3D-Objektdrucksystems und des Verfahrens zum Betreiben eines 3D-Objektdrucksystems, die das Drucken von einem Großteil oder der Gesamtheit der Oberfläche eines eiförmigen oder unregelmäßig geformten Objekts ermöglichen, werden in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen erläutert.
- 1 ist ein schematisches Diagramm der Rückseite eines DTO-Druckers mit einem Teilsystem zum Schwenken des Druckkopf, das es ermöglicht, die Oberfläche von eiförmigen oder unregelmäßig geformten Objekten zu bedrucken.
- 2 ist ein schematisches Diagramm einer Seitenansicht des DTO-Drucksystems, das in 1 abgebildet ist.
- 3 ist eine Draufsicht auf das in 1 und 2 abgebildete System.
- 4A bis 4C zeigen eine Reihe von Druckkopfpositionen, die zum Drucken der Oberfläche eines amerikanischen Fußballs verwendet werden.
- 5 zeigt eine Vielzahl von Formen, die der Drucker mit einem Druckkopf-Schwenkteilsystem bedrucken kann.
- 6 zeigt einen Prozess zum Bedienen des Drucksystems von 1.
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Zum allgemeinen Verständnis der vorliegenden Ausführungsformen wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. In den Zeichnungen wurden durchgängig gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche Elemente zu bezeichnen.
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1 zeigt eine Ansicht der Systemrückseite eines Direct-to-Object-Drucksystems 100 in Richtung des Objekts, das bedruckt wird. Das System 100 ist mit einer Anordnung von Druckköpfen 118 konfiguriert, um die Oberfläche eines Objekts 104 zu bedrucken, das innerhalb eines Objektrotationsteilsystems 108 gesichert ist. Wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet das Wort „Druckkopf“ eine Komponente mit einer Vielzahl von Auswerfern, die zum Auswerfen von Markierungsmaterial konfiguriert sind. Das von einem Auswerfer ausgeworfene Markierungsmaterial hängt von der Markierungsmaterialquelle ab, mit der der Auswerfer fluidisch verbunden ist. Wie in diesem Dokument verwendet, bezieht sich das Wort „Teilsystem“ auf zwei oder mehrere Komponenten, die betrieben werden, um eine bestimmte Funktion in einem größeren System auszuführen. Die Druckköpfe 118 weisen Längsachsen auf, die parallel zueinander und parallel zu einer Längsachse des Objekts 104 sind. Das Objektrotationsteilsystem 108 umfasst einen U-förmigen Rahmen mit einem Basiselement 154, an dem zwei vertikale Elemente 158 angebracht sind, um die Beine des U-förmigen Rahmens zu bilden. Jedes vertikale Element 158 umfasst eine Öffnung 162, von denen jede eine Welle 126 trägt. Die Öffnungen 162 können ein Lager oder eine andere Komponente umfassen, die die Drehung der Wellen 126 innerhalb der Öffnungen erleichtert. Am Ende jeder Welle 126 befindet sich ein Greifer 166, der so konfiguriert ist, dass er ein Ende oder eine Seite eines zu bedruckenden Objekts 104 hält. Die Greifer 166 sind von den Wellen 126 abnehmbar, sodass Greifer mit unterschiedlichen Konfigurationen zum Halten unterschiedlich geformter Objekte entfernt und an den Wellen befestigt werden können. Mindestens eine Welle 126 steht in Wirkverbindung mit einem oder mehreren Aktuatoren 122, die konfiguriert sind, um die mindestens eine Welle 126 bidirektional zu drehen und die Welle 126 bidirektional zu verschieben, wie durch die Pfeile in der Figur dargestellt. Wenn die Greifer 166 einen Teil des Objekts 104 halten, dreht sich auch die angetriebene Welle 126 und verschiebt die andere Welle 126 entlang einer Achse, die mit den zwei Wellen ausgerichtet ist. Die Steuerung 124 ist operativ mit dem Aktuator 122 verbunden und ist so konfiguriert, dass sie den Aktuator 122 betätigt, um das Objektrotationsteilsystem 108 zu bewegen, nachdem das Objekt 104 in dem Teilsystem 108 montiert wurde. Der Betrieb des Aktuators 122 durch die Steuerung 124 positioniert das Objekt lateral und rotatorisch in Bezug auf die Druckköpfe 118.
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Die Druckköpfe 118 sind in einem Trägerrahmen 130 montiert. Die Querrahmenelemente sind senkrecht zu parallelen Seitenelementen 132, um einen rechteckigen Rahmen zu bilden, obwohl andere Rahmenkonfigurationen möglich sind. Die Querrahmenelemente 138 sind mit Gewindeöffnungen 142 konfiguriert und jedes Paar von Öffnungen nimmt eine Führungsschraube 134 auf. Die Führungsschrauben 134 sind funktional mit einem oder mehreren Aktuatoren 146 verbunden, die so konfiguriert sind, dass sie sich bidirektional drehen, um den Rahmen 130 auf den Führungsschrauben 134 anzuheben und abzusenken. Alternativ könnte der Rahmen 130 mit einem Endlosriemen und einem Paar Riemenscheiben auf jeder Seite des Rahmens konfiguriert sein, wobei die Riemenscheiben durch einen Aktuator angetrieben werden, um den Riemen zum Anheben und Absenken des Rahmens 130 zu drehen. Diese vertikale Einstellung des Rahmens 130 positioniert die Druckköpfe 118 und die Ultraviolett-Lichthärtungsvorrichtung (UV-Lichthärtungsvorrichtung) 150 an verschiedenen Positionen gegenüber der Oberfläche des Objekts 104 zum Drucken und zum Aushärten von UV-Material. Der Trägerrahmen 130 ist innerhalb eines Schwenkrahmens 170 montiert. Der Rahmen 170 umfasst Querelemente 174 und vertikale Elemente 178. Das untere Querelement 174 ist an einer Drehwelle 182 angebracht, die mit dem Aktuator 186 zur bidirektionalen Drehung wirkverbunden ist. Die Steuerung 124 ist auch funktional mit dem Aktuator 186 verbunden und ist so konfiguriert, dass sie den Aktuator 186 betätigt, um den Rahmen 170 und den Rahmen 130 um die Welle 182 zu schwenken, um die Druckköpfe 118 in Bezug auf die Oberfläche des Objekts 104 zu orientieren. Die Steuerung 124 ist auch konfiguriert, um die Druckköpfe 118 in der Anordnung zu betreiben, um Markierungsmaterial auf die Oberfläche des Objekts 104 auszuwerfen. Wenn einer oder mehrere der Druckköpfe 118 in der Anordnung 112 ultraviolettes Markierungsmaterial (UV-Markierungsmaterial) auswirft/auswerfen, wird die UV-Härtungsvorrichtung 150 durch die Steuerung 124 betrieben, um das UV-Material zu härten. Wie in diesem Dokument verwendet, bezieht sich der Begriff „UV-Licht“ auf Licht mit einer Wellenlänge, die kürzer als sichtbares Licht, jedoch länger als Röntgenstrahlen ist. Die Wellenlänge eines solchen Lichts beträgt etwa 10 nm bis etwa 400 nm. Eine Benutzerschnittstelle 122 ist operativ mit der Steuerung 124 für Zwecke verbunden, die nachstehend ausführlicher beschrieben werden.
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2 ist eine Seitenansicht des in 1 abgebildeten Systems 100. Diese Ansicht zeigt einen Abstandsmesssensor 190, der an einer Position unter den Druckköpfen 118 angebracht ist, und der Sensor ist operativ mit der Steuerung 124 verbunden. Dieser Abstandssensor ist konfiguriert, um Daten zu erzeugen, die einen Abstand zwischen dem Sensor 190 und dem Teil des Objekts 104 gegenüber dem Sensor anzeigen. Da der Bezugspunkt für die Abstandsmessung, die von dem Sensor durchgeführt wird, den ausgerichteten Vorderseiten der Druckköpfe 118 entspricht, sind die Daten, die den Abstand zwischen dem Sensor und dem Objekt anzeigen, nützlich, um die Abstände zwischen den Druckkopfflächen und dem Objekt zu bestimmen. Wenn der Rahmen 130 vertikal gegenüber dem Objekt 104 bewegt wird, empfängt die Steuerung 124 die Daten, die den Abstand zwischen dem Sensor und der Oberfläche des Objekts 104 anzeigen, und die Steuerung identifiziert den Abstand zwischen jeder Frontplatte der Druckköpfe 118 und dem Teil des Objekts 104, das jeder Frontplatte gegenübersteht. Diese Abstände werden von der Steuerung 124 verwendet, um die Druckköpfe 118 zu betreiben und ein Bild auf der Oberfläche des Objekts mit dem von den Druckköpfen ausgeworfenen Markierungsmaterial zu erzeugen.
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Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 2 sind die Druckköpfe 118 und die UV-Härtungsvorrichtung 150 innerhalb von Schiebern oder Kanälen 198 in den Seitenelementen des Rahmens 130 montiert. Ein oder mehrere Aktuatoren 194 sind funktional mit den Druckköpfen 118 und der UV-Härtungsvorrichtung 150 verbunden, um die Druckköpfe und die UV-Härtungsvorrichtung bidirektional in den Schiebern oder Kanälen zu dem Objekt 104 hin und von diesem weg zu bewegen. Zusätzlich sind der eine oder die mehreren Aktuatoren 194 konfiguriert, um die Druckköpfe 118 und die UV-Härtungsvorrichtung 150 unabhängig voneinander zu bewegen, um den Abstand zwischen jedem Druckkopf 118 oder jeder UV-Härtungsvorrichtung 150 und der Objektoberfläche in Bezug auf die Krümmung oder Merkmale des Objekt 104 zu referenzieren.
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3 zeigt eine Ansicht des Drucksystems 100 von oberhalb des Systems, das auf das Objekt 104 herabblickt. Die Pfeile geben die verschiedenen Bewegungsgrade an, die durch das Drucksystem 100 möglich sind. Die Steuerung 124 kann das Objekt 104 durch Betätigung des Aktuators 122 bidirektional seitlich bewegen und das Objekt auch bidirektional drehen. Durch Betätigen des Aktuators 186 kann die Steuerung 124 den Rahmen 170 bidirektional um die Schwenkwelle 182 (1) drehen. Diese Bewegung wird durch die gebogenen Pfeile in der Abbildung angezeigt. Die Steuerung 124 betreibt auch den Aktuator 194 (2), um die Druckköpfe 118 und die UV-Härtungsvorrichtung 150 auf die Oberfläche des Objekts 104 hin und von dieser weg zu bewegen. Zusätzlich betätigt die Steuerung 124 den Aktuator 146 (1), um den Rahmen 130 vertikal innerhalb des Rahmens 170 zu bewegen, um die vertikale Position der Druckköpfe 118 und der UV-Härtungsvorrichtung in Bezug auf die Oberfläche des Objekts 104 zu referenzieren.
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Ein Verfahren zum Drucken eines länglichen Objekts, wie eines amerikanischen Fußballs, ist in 4A bis 4C abgebildet. Das Objekt 104 wird von den Greifern 166 auf den Wellen 126 wie oben beschrieben gehalten. Die Steuerung 124 betätigt den Aktuator 122, um eine Seite des Objekts 104 gegenüber den Druckköpfen 118 zu verschieben, und die Steuerung betätigt den Aktuator 186, um den Rahmen 170 und die Druckköpfe 118 in die in 3A gezeigte Position zu schwenken. Sobald die Objekt- und Druckkopfposition eingerichtet ist, werden die Druckköpfe mit der Steuerung betrieben. Wenn das Bild einen Teil des Gegenstandes überdecken soll, der größer ist als der den Druckköpfen 118 unmittelbar gegenüberliegende Teil, kann die Steuerung den Aktuator 122 betätigen, um den Ball entsprechend zu drehen, während die Druckköpfe betrieben werden, um das Bild weiterhin um den Umfang dieses Teils des Balls zu drucken. Nachdem die erste Seite des Objekts bedruckt wurde, betätigt die Steuerung 124 den Aktuator 186, um den Rahmen 170 und die Druckköpfe 118 um den in 4B gezeigten Winkel zu schwenken. Die Steuerung 124 betätigt den Aktuator 122, um das Objekt in die in 4B gezeigte Position zu bewegen. Sobald diese zweite Position erreicht wurde, werden die Druckköpfe 118 mit der Steuerung 124 betrieben. Wenn das Bild einen Teil des Objekts überdecken soll, der größer ist als der den Druckköpfen 118 unmittelbar gegenüberliegende Teil, kann die Steuerung den Aktuator 122 so betätigen, dass der Ball entsprechend gedreht wird, um das Bild um den Umfang dieses Teils des Balls fortzusetzen. Nachdem dieser Teil des Objekts bedruckt wurde, betätigt die Steuerung 124 den Aktuator 186, um den Rahmen 170 und die Druckköpfe 118 um den in 4C gezeigten Winkel zu schwenken. Die Steuerung 124 betätigt den Aktuator 122, um das Objekt zu verschieben, um die andere Seite des Balls an die Druckköpfe 118, in die in 4C gezeigte Position zu bringen. Sobald diese Position bestimmt wurde, werden die Druckköpfe 118 mit der Steuerung 124 betrieben. Wenn das Bild einen Teil des Gegenstandes überdecken soll, der größer ist als der den Druckköpfen 118 unmittelbar gegenüberliegende Teil, kann die Steuerung den Aktuator 122 betätigen, um den Ball entsprechend zu drehen, während die Druckköpfe betrieben werden, um das Bild weiterhin um den Umfang dieses Teils des Balls zu drucken. Nachdem diese Seite des Objekts bedruckt wurde, betätigt die Steuerung 124 den Aktuator 186, um den Rahmen 170 und die Druckköpfe 118 um den in 4C gezeigten Winkel zu schwenken, um die Druckkopfanordnung in ihre Ausgangsposition zurückzuführen. Die Greifer 166 können nun freigegeben werden, um das Entfernen des Objekts 104 aus dem System 100 zu ermöglichen.
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5 veranschaulicht Beispiele anderer eiförmiger Formen, die durch Betreiben des Drucksystems 100 in einer ähnlichen Weise wie oben in Bezug auf 4A bis 4C beschrieben gedruckt werden können. Daten, die diese Formen identifizieren, können in die Benutzerschnittstelle 122 (1) eingegeben werden, und die Steuerung 124 kann diese Daten verwenden, beispielsweise in Form von Codes, die die Formen und Abmessungen von Objekten identifizieren, die in dem Objekthalte-Teilsystem 108 angebracht sind, um zu bestimmen wie die Druckköpfe vertikal bewegt und positioniert werden sollen, wie das Objekt horizontal bewegt und positioniert werden soll, wie das Objekt gedreht werden soll, wie die Druckköpfe zum Objekt hin oder von diesem weg bewegt werden sollen, und wie der Rahmen 170 und die Druckköpfe 118 zum Drucken des Objekts an verschiedenen Druckkopfanordnungspositionen geschwenkt werden sollen. Alternativ oder zusätzlich dazu umfasst die Benutzerschnittstelle einen Indexleser wie einen Strichcodeleser, der Daten erhalten kann, die die Objektformen und -positionen durch Markierungen auf dem Objekt oder auf einem Etikett oder einer Kennzeichnung identifizieren, das/die an dem Objekt angebracht oder auf andere Weise mit dem Objekt assoziiert ist.
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Ein Vorgang zum Betreiben des Druckers 100 ist in 6 abgebildet. In der Beschreibung des Prozesses beziehen sich Aussagen über die Ausführung von einer Aufgabe oder Funktion auf eine Steuerung oder einen Allzweckprozessor, der programmierte Anweisungen ausführt, die in nicht transitorischen computerlesbaren Speichermedien gespeichert sind, die operativ mit der Steuerung oder dem Prozessor verbunden sind, um Daten zu manipulieren oder eine oder mehrere Komponenten im Drucker zu betätigen, um die Aufgabe oder Funktion auszuführen. Die oben erwähnte Steuerung 124 kann eine solche Steuerung oder ein solcher Prozessor sein. Alternativ kann die Steuerung mit mehr als einem Prozessor und zugehörigen Schaltungen und Komponenten implementiert sein, von denen jede konfiguriert ist, um eine oder mehrere Aufgaben oder Funktionen auszuführen, die hierin beschrieben sind. Zusätzlich können die Schritte des Verfahrens in irgendeiner möglichen chronologischen Reihenfolge durchgeführt werden, ungeachtet der Reihenfolge, die in den Figuren abgebildet ist, oder der Reihenfolge, in der die Verarbeitung beschrieben wird.
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6 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses 500, der das Drucksystem 100 betreibt, um den Rahmen 170 und die Druckköpfe 118 zum Drucken eines Objekts 104 zu schwenken, das in dem Objekthalte-Teilsystem 108 gehalten wird. Der Prozess 500 beginnt damit, dass das Objekthalte-Teilsystem 108 betrieben wird, um das Objekt 104 zu sichern (Block 504). Die Steuerung 124 betreibt den Sensor 190, wenn sie die Aktuatoren 146 betätigt, um der Steuerung zu ermöglichen, Abstände zwischen den Flächen der Druckköpfe 118 und Teilen des Objekts zu identifizieren, wenn das Objekt der Druckkopfanordnung in der Ausgangsposition gegenüberliegt (Block 508). Die Steuerung 124 empfängt außerdem Daten von der Benutzerschnittstelle, die die Form und die Abmessungen des zu druckenden Objekts identifiziert (Block 512). Die Steuerung 124 betätigt die Aktuatoren 122, 146, 186 und 194 in Bezug auf die Form- und Dimensionsdaten und auf die identifizierten Abstände, um das Objekt und die Druckköpfe 118 zu bewegen, um Konturen und Merkmale des Objekts aufzunehmen (Block 516). Die Steuerung 124 betreibt dann die Druckköpfe unter Bezugnahme auf Tintenbilddaten, um den Teil des Objekts, der den Druckköpfen gegenüberliegt, zu bedrucken (Block 520). Dieses Drucken des Objekts kann das Drehen des zu bedruckenden Objekts entlang eines Umfangs des den Druckköpfen zugewandten Teils des Objekts umfassen und umfasst ferner das Bewegen des Objekts gegen die UV-Härtungsvorrichtung 150 und das Betreiben der Vorrichtung 150 zum Aushärten der UV-Tinte, falls irgendein Druckkopf UV-härtbares Markierungsmaterial ausgeworfen hat, um das Bild auf dem Objekt zu erzeugen. Wenn ein anderer Abschnitt des Objekts gedruckt werden soll (Block 524), betätigt die Steuerung 124 die Aktuatoren 122, 146, 186 und 194, um das Objekt 104 und die Druckköpfe 118 zum Drucken des nächsten Objektteils neu zu positionieren (Block 516). Der Prozess betreibt dann die Druckköpfe, um einen anderen Teil des Objekts zu drucken (Block 520). Dieser Teil des Prozesses wird fortgesetzt, bis das Drucken des Objekts abgeschlossen ist (Block 524). Wenn das Drucken abgeschlossen ist, betätigt die Steuerung 124 die Aktuatoren 146, 186 und 194, um die Druckköpfe 118 in ihre Ausgangsposition zurückzuführen (Block 528), sodass das Objekt von dem Objekthalte-Teilsystem 108 freigegeben werden kann.
