EP3810429A1 - Installation d'impression ou de revetement de surfaces de pieces tridimensionnelles - Google Patents

Installation d'impression ou de revetement de surfaces de pieces tridimensionnelles

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EP3810429A1
EP3810429A1 EP19730822.4A EP19730822A EP3810429A1 EP 3810429 A1 EP3810429 A1 EP 3810429A1 EP 19730822 A EP19730822 A EP 19730822A EP 3810429 A1 EP3810429 A1 EP 3810429A1
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EP
European Patent Office
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printing
axis
head
control
heads
Prior art date
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Application number
EP19730822.4A
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EP3810429B1 (fr
Inventor
Jérôme BONIFACE
Romuald RICHEBOURG
Michel DEMARCHI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SMRC Automotive Holdings Netherlands BV
Original Assignee
SMRC Automotive Holdings Netherlands BV
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Publication date
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Publication of EP3810429A1 publication Critical patent/EP3810429A1/fr
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Publication of EP3810429B1 publication Critical patent/EP3810429B1/fr
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    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
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    • B41J3/407—Typewriters or selective printing or marking mechanisms characterised by the purpose for which they are constructed for marking on special material
    • B41J3/4073—Printing on three-dimensional objects not being in sheet or web form, e.g. spherical or cubic objects
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    • B41J11/0015—Devices or arrangements  of selective printing mechanisms, e.g. ink-jet printers or thermal printers, for supporting or handling copy material in sheet or web form for treating before, during or after printing or for uniform coating or laminating the copy material before or after printing
    • B41J11/002—Curing or drying the ink on the copy materials, e.g. by heating or irradiating
    • B41J11/0021—Curing or drying the ink on the copy materials, e.g. by heating or irradiating using irradiation
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    • B41J25/3088—Bodily-movable mechanisms for print heads or carriages movable towards or from paper surface with print gap adjustment mechanisms with print gap adjustment means on the printer frame, e.g. for rotation of an eccentric carriage guide shaft

Definitions

  • the present invention relates generally to the field of treatment and coating of surfaces of parts by an automated installation, in particular printing by projection of patterns on surfaces of complex shapes, in particular three-dimensional, and relates to an installation of printing and / or coating such surfaces of parts, preferably by implementing printing means of the ink jet type.
  • the parts concerned may in particular consist of parts for interior car trim.
  • the print head which ejects the coating substance, such as ink can be moved by a robotic arm relative to a part which remains fixed.
  • the printing means which most often incorporate a quadri-chromic assembly, are generally bulky, and it is then complicated to move them, especially at high speed. This is all the more true, when these printing means are, in addition, associated with an at least partial drying module for the drops of the substance deposited on the surface, placed directly under the printing head.
  • the printheads can be subject to disturbances or position variations due to the rapid movement of the robotic arm. To limit these disturbances, it is then necessary to limit the speed of movement of the robotic arm, which reduces the rate, as well as industrial efficiency.
  • sudden variations in the orientation of the print head have the effect of impacting the quality of the print. In fact, inside the print head, the air is slightly depressed to prevent the substance from flowing by gravity.
  • Document US 9,266,354 discloses a printing installation comprising a plurality of bi-chromatic or monochromatic printing heads and drying / crosslinking means mounted in a circular arrangement on a fixed support structure.
  • the part to be decorated is, in turn, moved in front of the print heads and the drying / crosslinking means, by a support device comprising a first unit for translational movement and second and third units for displacement in rotation, about pivot axes which are not parallel to each other and one of which coincides with the axis of translation of the first unit.
  • This installation has a complex and relatively bulky structure, with in addition a significant limitation in terms of varieties of shapes of three-dimensional surfaces that can be treated. Finally, it has a multitude of printing and drying positions, corresponding to the different positions of the aforementioned heads and means.
  • the object of the present invention is to overcome at least the main drawbacks stated above.
  • this installation essentially comprising:
  • a workpiece support capable of receiving and maintaining a workpiece to be decorated or coated and mounted on a movement device with at least five degrees of freedom, such as for example a six-axis robot arm,
  • - printing means by spraying ink or the like, consisting of at least one printing head,
  • sensor means capable of measuring parameters of positioning and / or displacement of the part, in particular displacement speeds and / or positioning coordinates,
  • the printing means, the sensor means and any drying means being arranged side by side, for example superimposed, on a fixed support structure, such as a base, an upright, a gantry or the like,
  • the displacement device and the support structure being disposed facing each other and a spatial reference being assigned to said fixed support structure, with a first axis determining the distance between the displacement device and said support structure, a second axis corresponding to the stacking direction of the printing means, sensors and possibly drying and a third axis perpendicular to the two previous axes,
  • the printing means consist of at least two movable monochromatic or bi-chromatic printing heads, in rotation and / or in translation, with at least one degree of freedom, said heads being able to be moved selectively, one by one, towards a determined spatial position authorizing the printing of the surface of the part, this under the control of the means of calculation, management and control, and in agreement with preprogrammed data, for example a program of impression, also determining the displacement of the part relative to the support structure and to the determined spatial position.
  • Figure 2 is a schematic overall view in side elevation of a printing installation according to an embodiment of the invention.
  • FIGS. 3A to 3C are partial views in side elevation (3A), in front elevation (3B) and from above (3C) of detail A in FIG. 2, corresponding to the part of the installation grouping together the printing means , sensors and drying, in accordance with a first variant embodiment of the invention (displacement in translation, along an axis, of the aligned print heads);
  • FIGS. 4A and 4B illustrate, with views similar to that of FIG. 3B, two consecutive printing sequences with two monochromatic heads of different colors;
  • FIGS. 5A to 5C are partial views in side elevation (5A), in front elevation (5B) and from above (5C) of detail A in FIG. 2, in accordance with a second variant embodiment of the invention (distribution circular and displacement in rotation around an axis of the print heads);
  • FIGS. 6A and 6B are partial views in lateral (6A) and front (6B) elevation of detail A in FIG. 2, in accordance with a third alternative embodiment of the invention (displacement in translation, in two perpendicular directions, aligned print heads);
  • FIG. 7 is a view in perspective and by transparency of a part of the detail A of FIG. 2, showing the printing means and their housing in the support structure, in accordance with a fourth embodiment of the invention ( the print heads being movable in three mutually orthogonal directions);
  • FIG. 8 illustrates, schematically and in a comparative manner, the distances D and d respectively between rows of projection nozzles of the same color, in relation to a quadri-chromic printing head according to the state of the art and in relation with a monochromatic printhead according to the invention;
  • FIGS. 9A and 9B schematically illustrate the differences between two rows of nozzles and the resulting differences in terms of printing resolution on a non-planar surface, for a four-color chromed head of the prior art (9A) and for a monochromatic head according to the invention (9B);
  • FIG. 10 schematically illustrates, by means of front views of the support structures of a printing illustration, the differences in vertical dimensions between a quadri-chromic head of the state of the art (on the left) and a monochromatic head , single or double (bi-chromatic), according to the invention (on the right), and,
  • FIG. 11 schematically illustrates in the form of a partial overview another embodiment of a printing installation according to the invention.
  • FIGS. 2 and 11 show an installation 1 for printing and / or coating surfaces 2 ′ of parts 2, in particular of non-planar or three-dimensional surfaces, this installation 1 essentially comprising:
  • a workpiece support 3 capable of receiving and maintaining a workpiece 2 to be decorated or coated and mounted on a movement device 4 with at least five degrees of freedom, such as for example a six-axis robot arm,
  • sensor means 8 capable of measuring parameters of positioning and / or displacement of the part 2, in particular displacement speeds and / or positioning coordinates, optionally means 9 for drying and / or crosslinking, at least in part, the substances projected onto the surface 2 ′ of the part 2 to be decorated,
  • the printing means 7, the sensor means 8 and the possible drying means 9 are arranged side by side, for example superimposed, on a fixed support structure 11, such as a base, an upright, a gantry or the like. .
  • the displacement device 4 and the support structure 11 are disposed mutually opposite and a spatial reference X, Y, Z is assigned to said fixed support structure 11, with a first axis X determining the distance between the displacement device 4 and said support structure 11, a second axis Z corresponding to the stacking direction of the printing means, sensors and possibly drying 5, 8, 9 and a third axis Y perpendicular to the two previous axes X and Z.
  • the printing means 5 consist of at least two monochromatic 6 or bi-chromatic 7 printheads which are mobile, in rotation and / or in translation, with at least a degree of freedom, said heads 6, 7 being able to be selectively moved, one by one, to a determined spatial position PSD authorizing the printing of the surface 2 'of the part 2, this under the control of the means 10 for calculating, management and control, and in accordance with preprogrammed data, for example a printing program, also determining the displacement of the part 2 relative to the support structure 11 and to the determined spatial position PSD.
  • the invention makes it possible to overcome the drawbacks associated with a multi-color print head of large dimensions along the stacking axis of the means 5, 8, 9 (Z axis in the figures) and whose lines of nozzles of the same color are spaced accordingly.
  • the definition, for the different heads 6, 7 of the means 5, of a single spatial position PSD authorizing the printing makes it possible to simplify and make more precise the kinematics of relative displacement and positioning of the different heads 6, 7 with respect to the moving part 2 during the printing process.
  • the print heads 6, 7 remain at least partially in the support structure 11 although being movable relative to the latter.
  • the print heads 6, 7 can be arranged side by side linearly along the third Y axis and be movable together in sliding along this Y axis, this under the effect of a suitable translational actuator controlled by the means 10 of calculation, management and control.
  • the different monochrome heads 6 can be part of the same module forming a multiple head 5 in the form of a bar, and can be arranged in a line in a horizontal direction (axis Y in the figures), therefore with vertical bulk (axis Z in the figures ) minimal. Guiding the head block 6 in translation can be done using a rail, a slide or the like forming part of the structure 11.
  • the sensor 8 and drying 9 means are normally mounted fixed on said structure 11, but can also be provided mobile, like the print heads 6, to further increase the processing precision.
  • FIGS. 4A and 4B illustrate two successive operational steps of a process for printing a surface 2 ′ using an installation 1 according to FIG. 1 and comprising printing means 5 according to FIGS. 3A to 3C.
  • the print head 6, 7 assigned to the cyan color is positioned by translation along the Y axis (horizontal direction) vertically and in the axis of the sensor means 8 and drying / crosslinking means 9 (position PSD).
  • the multi-axis robot arm 4 moves the part 2 in front of said head 6, 7 which projects the cyan color ink onto the surface 2 ′ to be printed according to a predefined printing program, executed by the means 10 of calculation, management and control which also exploit the information provided by the sensor means 8 concerning the relative position and the parameters of movement of the part
  • the drying / crosslinking means 9 ensure the fixing and at least partial solidification of the drops deposited.
  • the multiple head 5 in the form of a bar is then moved by a notch, by driving through a linear actuator (not shown), so that the head 6, 7 assigned to the magenta color is found in the PSD position.
  • the ink is sprayed according to a predefined program while the part 2 moves in front of the active head 6, 7 (magenta head) and the drops are dried by the means 9. These steps are then repeated for the other two colors , to complete the printing cycle.
  • the entire printing cycle can be repeated with a very small voluntary offset of the printheads 6, 7 (relative to their position during the previous printing cycle), in order to obtain a resolution better.
  • the print heads 6, 7 may be arranged circularly around the second Z axis and to be movable together in rotation around this Z axis, under the effect a suitable rotary actuator (not shown) controlled by the means 10 for calculation, management and control.
  • the printing process is carried out in successive stages by rotating the module grouping the different heads 6 a fraction of a turn (here a quarter turn) around the Z axis.
  • the sensor and drying means 8 and 9 are normally fixed, but can be designed to be mobile concomitantly with the print heads 6.
  • each of the print heads 6, 7 is also individually movable, under the effect of an adequate piloted actuator (not shown) , specific to each head 6, 7 or common to all the heads 6, 7, sliding along the first axis X (not shown). This results in greater flexibility of maneuver and application, as well as greater control, better control and greater flexibility in terms of projection distance.
  • the printheads 6, 7 can be arranged side by side linearly along the second axis Z and be, on the one hand, movable together in sliding along this axis Z and, on the other hand, individually movable in sliding along the first axis X, this under the effect of adequate translational actuators (not shown) controlled by the means 10 of calculation, management and control (by example a PLC), which can be associated with a 10 'control and programming console.
  • the sequence for controlling the printheads 6, 7 advantageously comprises, successively, first a sliding along the Z axis for the selection of the color to be applied, then a sliding along the X axis to bring the ejection orifice 13 (nozzle) concerned near the surface to be decorated.
  • the printheads 6, 7 can also be mounted on or in the support structure 11 with the ability to move in sliding, individually, along the three axes X, Y and Z, this under the effect of suitable translational actuators controlled by the means 10 of calculation, management and control.
  • the support structure 11 is provided with a cover 12 with an opening 12 'materializing the determined spatial position authorizing the PSD printing, this opening 12' authorizing, where appropriate, the passage of a print head 6 , 7.
  • the support structure 11 with the cowling 12 advantageously has a columnar shape, simple and compact.
  • the support structure 11 consists of a rack or a storage shelf of a print head maintenance station 6, 7, and said installation 1 comprises a second displacement device 4 ′ with at least five degrees of freedom, preferably a second six-axis robot arm, configured to selectively move a print head 6, 7 from its location in the bay or the shelf of storage 11 towards the determined spatial position PSD, and vice versa, under the control of the means 10 of calculation, management and control.
  • Said printhead 6, 7 can be maintained in this PSD position during the course of the printing or coating operation with this printhead 6, 7, or possibly be moved in accordance with the movement of the part 2.
  • the second robot arm 4 ′ is equipped, at its free end, with an automatic tool loader 14, with its automatic piloting device, on which can be mounted, temporarily and interchangeably, the head 6, 7 selected for the intended printing operation, managing the operation of each print head 6, 7 and the circulation of ink, in line with any movements of the robot arm 4 ′ carrying performed by means 10.
  • each printhead 6, 7 is, in this second embodiment of the installation, stored in the support structure 11 (the size and number of receiving locations is suitable needs in qualitative and quantitative terms).
  • Each printhead 6, 7 may or may not be recirculating ink, the management of depressions is computerized (means 10) and adapts in real time to the movements of the robot 4 ′, and to the orientations of the head 6, 7 concerned.
  • each head 6, 7 on its automatic tool changer 14 allows any orientation of the head mounted to work throughout the sphere of action of the robot 4 ’.
  • the robot 4 takes the head 6, 7 of the corresponding color in the storage rack 11 thanks to the automatic tool changer 14.
  • the ink and print head control parameters are advantageously adapted in real time to compensate for wrist movements of the robot 4 'when the head is moved at the end of the robot wrist.
  • each print head 6, 7 can be used in the following two configurations, namely:
  • the head used is positioned by the robot as a fixed print head (Printing principle of the worn part, the part will be moved in front of the fixed head by the other robot 4).
  • Print principle of the worn part the part will be moved in front of the fixed head by the other robot 4.
  • the part 2 is carried by a first robot 4
  • the print head is carried by a second robot 4 'and the two robots 4 and 4' work in collaboration under the control of the means 10. This opens up the possibility of processing much larger pieces, and on all their faces.
  • the different printheads 6, 7 all have similar constructions and exterior shapes.
  • the installation 1 preferably comprises four monochromatic print heads 6, each head 6 comprising at least two parallel rows of orifices 13 for ejecting ink of the same color (see in particular Figures 8 and 9).
  • each head 6 may alternatively have only a single row of orifices 13 for a given color.
  • the installation 1 may comprise two bi-chromatic printing heads 7, each head 7 being formed by the assembly of two monochromatic heads 6 each comprising two rows of orifices 13 for ejecting ink of the same color.
  • the installation 1 can exploit the instantaneous speeds of fractions of the surface 2 'of the moving part 2 (acquired by the sensor means 8 and used by the means 10) to manage the printing cycle, as mentioned in French patent application No. 18 54024 in the name of the applicant, by way of illustrative example (cf. FIG. 2 in particular).
  • drying / crosslinking means 9 can advantageously comprise a radiation source with beam adjustment means as described and represented in French patent application No. 17 50 260 in the name of the applicant, as illustrative example.

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Abstract

La présente invention a pour objet une installation (1) d'impression de surfaces de pièces comprenant : - un support de pièce (3) monté sur un dispositif de déplacement (4) à au moins cinq degrés de liberté, - au moins une tête d'impression par projection et des moyens capteurs (8) de vitesses et/ou de coordonnées montés sur un support (11), - des moyens (10) aptes à commander les moyens d'impression et le dispositif de déplacement (4), le dispositif de déplacement (4) et le support (11) étant disposés mutuellement en regard et un repère spatial (X, Y, Z) étant affecté à ladite structure support (11) fixe. Installation d'impression (1) caractérisée en ce que les moyens d'impression (5) consistent en au moins deux têtes d'impression monochromatiques ou bi-chromatiques mobiles, en rotation et/ou en translation, avec au moins un degré de liberté.

Description

Installation d'impression ou de revêtement de surfaces
de pièces tridimensionnelles
La présente invention concerne de manière générale le domaine du traitement et du revêtement de surfaces de pièces par une installation automatisée, en particulier l’impression par projection de motifs sur des surfaces de formes complexes, notamment tridimensionnelles, et a pour objet une installation d’impression et/ou de revêtement de telles surfaces de pièces, préférentiellement en mettant en œuvre des moyens d’impression du type à jet d’encre.
Les pièces concernées peuvent notamment consister en des pièces d’habillage intérieur automobile.
De manière connue et comme l’illustrent, par exemple, les publications DE 10 2012 212 469 Al, US 2009/0167817 Al, EP 2 873 496 Al, et EP 0 931 649 Al, pour imprimer une pièce par des moyens d’impression du type jet d’encre, la tête d’impression qui éjecte la substance de revêtement, telle que de l’encre, peut être déplacée par un bras robotisé relativement à une pièce qui reste fixe.
Toutefois, les moyens d’impression, qui incorporent le plus souvent un ensemble quadri-chromique, sont en général volumineux, et il est alors compliqué de les déplacer, surtout à vitesse élevée. Cela est d’autant plus vrai, lorsque ces moyens d’impression sont, en plus, associés à un module de séchage au moins partiel des gouttes de la substance déposées sur la surface, disposé directement sous la tête d’impression. En outre, les têtes d’impression peuvent être soumises à des perturbations ou à des variations de position du fait du déplacement rapide du bras robotisé. Pour limiter ces perturbations, il est alors nécessaire de limiter la vitesse de déplacement du bras robotisé, ce qui réduit la cadence, ainsi que l’efficacité industrielle. Par ailleurs, des variations brutales de l’orientation de la tête d’impression ont pour conséquence d’impacter la qualité de l’impression. En effet, à l’intérieur de la tête d’impression l’air est en légère dépression pour empêcher que la substance ne s’écoule par gravité. Or, des variations bmtales d’orientation, ont pour conséquence de modifier l’équilibre entre la pression atmosphérique et la pression à l’intérieur de la tête d’impression, et donc de perturber l’éjection de la substance. Enfin, il est également délicat d’embarquer l’unité d’alimentation en substance de la tête d’impression sur le bras robotisé. Pour pallier ces inconvénients, il a été proposé, en particulier par la demanderesse dans ses demandes de brevets français n° 17 50260, n° 17 51064 et n° 18 54024, la mise en œuvre d’installations dans lesquelles la tête d’impression et les moyens de séchage sont fixes, c’est-à-dire immobiles et statiques, et seule la pièce est déplacée lors de l’impression, en étant montée sur un bras robotisé multiaxe.
Dans ces installations également, les moyens d’impression consistent en une unique tête d’impression couleur quadri-chromique qui, vue de face, présente généralement une configuration des buses ou orifices d’éjection des différentes couleurs telle que représentée figure 1 (B = noir ; Y = jaune ; C = cyan ; M = magenta).
Ces orifices sont arrangés en lignes superposées verticalement (axe Z) avec une alternance des couleurs projetées et l’écartement « e » entre buses de même couleur, appartenant à deux lignes de buses successives de l’empilement, détermine la résolution de l’impression.
Une telle tête d’impression quadri-chromique présente toutefois un certain nombre d’inconvénients comme indiqué ci-après.
Ainsi, elle présente un encombrement (hauteur) important dans la direction Z (direction verticale généralement). Cette caractéristique entraîne des problèmes de qualité et d’homogénéité d’impression du fait des variations de vitesse de déplacement de la pièce (arrimée au bras robot). De plus, du fait de l’alternance par couleur des lignes de buses, les distances relativement importantes séparant deux lignes successives délivrant la même couleur rendent difficile la synchronisation mutuelle de ces lignes de buses de même couleur. La qualité d’impression résultante sur les surfaces tridimensionnelles n’est de ce fait pas optimale. Enfin, l’ordre de succession des couleurs est imposé physiquement par l’affectation par couleur des lignes de buses et la résolution limitée de la tête quadri-chromique oblige de réaliser plusieurs passes d’impression pour obtenir une bonne qualité d’impression, d’où il résulte une perte de temps importante.
Par le document US 9 266 354, on connaît une installation d’impression comprenant une pluralité de têtes d’impression bi- chromatiques ou monochromatiques et de moyens de séchage/réticulation montés selon une disposition circulaire sur une structure support fixe.
La pièce à décorer est, quant à elle, déplacée devant les têtes d’impression et les moyens de séchage/réticulation, par un dispositif de support comprenant une première unité de déplacement en translation et des deuxième et troisième unités de déplacement en rotation, autour d’axes de pivotement non parallèles entre eux et dont l’un est confondu avec l’axe de translation de la première unité.
Cette installation présente une structure complexe et relativement encombrante, avec en plus une limitation importante en termes de variétés de formes de surfaces tridimensionnelles pouvant être traitées. Enfin, elle présente une multitude de positions d’impression et de séchage, correspondant aux différentes positions des têtes et moyens précités.
La présente invention a pour but de pallier au moins les principaux inconvénients énoncés ci-dessus.
A cet effet, elle a pour objet une installation d’impression et/ou de revêtement de surfaces de pièces, en particulier de surfaces tridimensionnelles, cette installation comprenant essentiellement :
- un support de pièce, apte à recevoir et à maintenir une pièce à décorer ou à revêtir et monté sur un dispositif de déplacement à au moins cinq degrés de liberté, tel que par exemple un bras robot six axes,
- des moyens d’impression par projection d’encre ou analogue, consistant en au moins une tête d’impression,
- des moyens capteurs, aptes à mesurer des paramètres de positionnement et/ou de déplacement de la pièce, en particulier des vitesses de déplacement et/ou des coordonnées de positionnement,
- éventuellement des moyens de séchage et/ou de réticulation, au moins partiel(le), des substances projetées sur la surface de la pièce à décorer,
- des moyens de calcul, de gestion et de commande aptes et destinés à exploiter les signaux délivrés par les moyens capteurs et à commander au moins les moyens d’impression et le dispositif de déplacement,
les moyens d’impression, les moyens capteurs et les éventuels moyens de séchage étant arrangés côte à côte, par exemple de manière superposée, sur une structure support fixe, tel qu’un socle, un montant, un portique ou analogue,
le dispositif de déplacement et la structure de support étant disposés mutuellement en regard et un repère spatial étant affecté à ladite structure support fixe, avec un premier axe déterminant la distance entre le dispositif de déplacement et ladite structure de support, un deuxième axe correspondant à la direction d’empilement des moyens d’impression, capteurs et éventuellement de séchage et un troisième axe perpendiculaire aux deux axes précédents,
installation d’impression caractérisée en ce que les moyens d’impression consistent en au moins deux têtes d’impression monochromatiques ou bi-chromatiques mobiles, en rotation et/ou en translation, avec au moins un degré de liberté, lesdites têtes pouvant être déplacées sélectivement, une par une, vers une position spatiale déterminée autorisant l’impression de la surface de la pièce, ce sous le contrôle des moyens de calcul, de gestion et de commande, et en accord avec des données préprogrammées, par exemple un programme d’impression, déterminant également le déplacement de la pièce relativement à la structure support et à la position spatiale déterminée.
L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci- après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels :
la figure 2 est une vue schématique d’ensemble en élévation latérale d’une installation d’impression selon un mode de réalisation de l’invention ;
les figures 3A à 3C sont des vues partielles en élévation latérale (3A), en élévation frontale (3B) et de dessus (3C) du détail A de la figure 2, correspondant à la partie de l’installation regroupant les moyens d’impression, capteurs et de séchage, en accord avec une première variante de réalisation de l’invention (déplacement en translation, selon un axe, des têtes d’impression alignées) ;
les figures 4A et 4B illustrent, avec des vues similaires à celle de la figure 3B, deux séquences consécutives d’impression avec deux têtes monochromatiques de couleurs différentes ;
les figures 5A à 5C sont des vues partielles en élévation latérale (5A), en élévation frontale (5B) et de dessus (5C) du détail A de la figure 2, en accord avec une seconde variante de réalisation de l’invention (répartition circulaire et déplacement en rotation autour d’un axe des têtes d’impression) ;
les figures 6A et 6B sont des vues partielles en élévation latérale (6A) et frontale (6B) du détail A de la figure 2, en accord avec une troisième variante de réalisation de l’invention (déplacement en translation, selon deux directions perpendiculaires, des têtes d’impression alignées) ; la figure 7 est une vue en perspective et par transparence d’une partie du détail A de la figure 2, montrant les moyens d’impression et leur logement dans la structure support, en accord avec une quatrième variante de réalisation de l’invention (les têtes d’impression étant déplaçables selon trois directions mutuellement orthogonales) ;
la figure 8 illustre, schématiquement et de manière comparative, respectivement les distances D et d entre rangées de buses de projection d’une même couleur, en relation avec une tête d’impression quadri-chromique selon l’état de la technique et en relation avec une tête d’impression monochromatique selon l’invention ;
les figures 9A et 9B illustrent schématiquement les écarts entre deux rangées de buses et les écarts résultants en termes de résolution d’impression sur une surface non plane, pour une tête quadri-chromique de l’état de la technique (9A) et pour une tête monochromatique selon l’invention (9B) ;
la figure 10 illustre schématiquement, au moyen de vues de face des structures supports d’une illustration d’impression, les différences d’encombrement vertical entre une tête quadri-chromique de l’état de la technique (à gauche) et une tête monochromatique, simple ou double (bi-chromatique), selon l’invention (à droite), et,
la figure 11 illustre schématiquement sous la forme d’une vue d’ensemble partielle un autre mode de réalisation d’une installation d’impression selon l’invention.
Les figures 2 et 11 montrent une installation 1 d’impression et/ou de revêtement de surfaces 2’ de pièces 2, en particulier de surfaces non planes ou tridimensionnelles, cette installation 1 comprenant essentiellement :
- un support de pièce 3, apte à recevoir et à maintenir une pièce 2 à décorer ou à revêtir et monté sur un dispositif de déplacement 4 à au moins cinq degrés de liberté, tel que par exemple un bras robot six axes,
- des moyens 5 d’impression par projection d’encre ou analogue, consistant en au moins une tête d’impression 6 ou 7,
- des moyens capteurs 8, aptes à mesurer des paramètres de positionnement et/ou de déplacement de la pièce 2, en particulier des vitesses de déplacement et/ou des coordonnées de positionnement, - éventuellement des moyens 9 de séchage et/ou de réticulation, au moins partiel(le), des substances projetées sur la surface 2’ de la pièce 2 à décorer,
- des moyens 10 de calcul, de gestion et de commande aptes et destinés à exploiter les signaux délivrés par les moyens capteurs 8 et à commander au moins les moyens d’impression 7 et le dispositif de déplacement 4.
Les moyens d’impression 7, les moyens capteurs 8 et les éventuels moyens de séchage 9 sont arrangés côte à côte, par exemple de manière superposée, sur une structure support 11 fixe, tel qu’un socle, un montant, un portique ou analogue.
Le dispositif de déplacement 4 et la structure de support 11 sont disposés mutuellement en regard et un repère spatial X, Y, Z est affecté à ladite structure support 11 fixe, avec un premier axe X déterminant la distance entre le dispositif de déplacement 4 et ladite structure de support 11, un deuxième axe Z correspondant à la direction d’empilement des moyens d’impression, capteurs et éventuellement de séchage 5, 8, 9 et un troisième axe Y perpendiculaire aux deux axes précédents X et Z.
Conformément à l’invention et comme cela ressort des figures 3 à 10, les moyens d’impression 5 consistent en au moins deux têtes d’impression monochromatiques 6 ou bi-chromatiques 7 mobiles, en rotation et/ou en translation, avec au moins un degré de liberté, lesdites têtes 6, 7 pouvant être déplacées sélectivement, une par une, vers une position spatiale déterminée PSD autorisant l’impression de la surface 2’ de la pièce 2, ce sous le contrôle des moyens 10 de calcul, de gestion et de commande, et en accord avec des données préprogrammées, par exemple un programme d’impression, déterminant également le déplacement de la pièce 2 relativement à la structure support 11 et à la position spatiale déterminée PSD.
Grâce aux dispositions précitées, l’invention permet de s’affranchir des inconvénients liés à une tête d’impression multicouleurs de grand encombrement selon l’axe d’empilement des moyens 5, 8, 9 (axe Z sur les figures) et dont les lignes de buses de même couleur sont espacées de manière conséquente.
En outre, la définition, pour les différentes têtes 6, 7 des moyens 5, d’une unique position spatiale PSD autorisant l’impression permet de simplifier et de rendre plus précise la cinématique de déplacement et de positionnement relatifs des différentes têtes 6, 7 par rapport à la pièce 2 en mouvement lors du déroulement de l’impression.
Enfin, en permettant un rapprochement des lignes de buses ou d’orifices d’éjection 13 analogues, allouées à la même couleur, la résolution obtenue sera nettement plus élevée (cf. figures 8 à 10). La position PSD est normalement alignée et immédiatement adjacente avec celles des moyens capteurs et de séchage 8 et 9 pour une plus grande simplicité constructive et une meilleure efficacité.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, et dans les variantes des figures 3 à 7, les têtes d’impression 6, 7 demeurent au moins partiellement dans la structure support 11 bien qu’étant mobiles par rapport à cette dernière.
En accord avec une première variante de réalisation et comme illustré sur les figures 3, les têtes d’impression 6, 7 peuvent être arrangées côte à côte linéairement selon le troisième axe Y et être mobiles ensemble en coulissement selon cet axe Y, ce sous l’effet d’un actionneur translatif adéquat piloté par les moyens 10 de calcul, de gestion et de commande.
Les différentes têtes monochromes 6 peuvent faire partie d’un même module formant tête multiple 5 en forme de barre, et être arrangées en ligne selon une direction horizontale (axe Y sur les figures), donc avec un encombrement vertical (axe Z sur les figures) minimal. Le guidage du bloc de têtes 6 en translation peut se faire à l’aide d’un rail, d’une glissière ou analogue faisant partie de la structure 11.
Les moyens capteurs 8 et de séchage 9 sont normalement montés fixes sur ladite structure 11, mais peuvent également être prévus mobiles, à l’instar des têtes d’impression 6, pour augmenter d’avantage encore la précision de traitement.
Les figures 4A et 4B illustrent deux étapes opératoires successives d’un processus d’impression d’une surface 2’ à l’aide d’une installation 1 selon la figure 1 et comportant des moyens d’impression 5 selon les figures 3 A à 3C.
Dans la première étape (figure 4 A), la tête d’impression 6, 7 affectée à la couleur cyan vient se positionner par translation selon l’axe Y (direction horizontale) à la verticale et dans l’axe du moyen capteur 8 et du moyen de séchage/réticulation 9 (position PSD). Le bras robot multiaxe 4 déplace la pièce 2 devant ladite tête 6, 7 qui projette l’encre couleur cyan sur la surface 2’ à imprimer selon un programme d’impression prédéfini, exécuté par les moyens 10 de calcul, de gestion et de commande qui exploitent aussi les informations fournies par les moyens capteurs 8 concernant la position relative et les paramètres de déplacement de la pièce
2.
Les moyens de séchage/réticulation 9 assurent la fixation et la solidification au moins partielle des gouttes déposées.
Sous la commande des moyens 10, la tête multiple 5 en forme de barre est alors déplacée d’un cran, par entraînement par l’intermédiaire d’un actionneur linéaire (non représenté), de telle manière que la tête 6, 7 affectée à la couleur magenta se retrouve en position PSD. A nouveau, l’encre est projetée selon un programme prédéfini alors que la pièce 2 se déplace devant la tête 6, 7 active (tête magenta) et les gouttes sont séchées par les moyens 9. Ces étapes se répètent ensuite pour les deux autres couleurs, pour achever le cycle d’impression.
Eventuellement, l’ensemble du cycle d’impression peut être répété avec un très faible décalage volontaire des têtes d’impression 6, 7 (par rapport à leur position durant le cycle précédent d’impression), ce afin d’obtenir une résolution encore meilleure.
Selon une deuxième variante de réalisation, illustrée aux figures 5, il peut être prévu que les têtes d’impression 6, 7 soient arrangées circulairement autour du deuxième axe Z et soient mobiles ensemble en rotation autour de cet axe Z, ce sous l’effet d’un actionneur rotatif adéquat (non représenté) piloté par les moyens 10 de calcul, gestion et de commande.
A l’instar de la variante précitée, le processus d’impression est réalisé par étapes successives en faisant pivoter le module regroupant les différentes têtes 6 d’une fraction de tour (ici un quart de tour) autour de l'axe Z.
Comme précédemment, les moyens capteurs et de séchage 8 et 9 sont normalement fixes, mais peuvent être conçus mobiles concomitamment avec les têtes d’impression 6.
Conformément à une caractéristique additionnelle par rapport aux deux variantes précitées, et compatible avec elles, il peut être prévu que chacune des têtes d’impression 6, 7 soit également mobile individuellement, sous l’effet d’un actionneur piloté adéquat (non représenté), propre à chaque tête 6, 7 ou commun à toutes les têtes 6, 7, en coulissement selon le premier axe X (non représenté). II en résulte une plus grande flexibilité de manœuvre et d’application, ainsi qu’une plus grande maîtrise, un meilleur contrôle et une plus grande souplesse en termes de distance de projection.
En accord avec une troisième variante constructive de l’invention, représentée sur les figures 6, les têtes d’impression 6, 7 peuvent être arrangées côte à côte linéairement selon le deuxième axe Z et être, d’une part, mobiles ensemble en coulissement selon cet axe Z et, d’autre part, mobiles individuellement en coulissement selon le premier axe X, ce sous l’effet d’actionneurs translatifs adéquats (non représentés) pilotés par les moyens 10 de calcul, de gestion et de commande (par exemple un automate), auxquels peut être associée une console 10' de commande et de programmation.
La séquence de commande des têtes d'impression 6, 7 comporte avantageusement, de manière successive, d'abord un coulissement selon l'axe Z pour la sélection de la couleur à appliquer, puis un coulissement selon l'axe X pour amener l'orifice d'éjection 13 (buse) concerné près de la surface à décorer.
Enfin, et comme illustré sur la figure 7, il peut aussi être prévu que les têtes d’impression 6, 7 soient montées sur ou dans la structure de support 11 avec faculté de déplacement en coulissement, individuellement, selon les trois axes X, Y et Z, ce sous l’effet d’actionneurs translatifs adéquats pilotés par les moyens 10 de calcul, de gestion et de commande.
L’homme du métier comprend que les orientations verticale Z et horizontale XY représentées sur les figures ne le sont qu’à titre d’exemple le plus courant. En effet, et en accord avec une construction et une orientation adéquate du dispositif 4 de déplacement de la pièce 2, ces axes X, Y et Z peuvent être intervertis, l’axe Z ne correspondant alors plus à la direction verticale (variante non représentée).
De manière avantageuse, la structure de support 11 est pourvue d’un capotage 12 avec une ouverture 12’ matérialisant la position spatiale déterminée autorisant l’impression PSD, cette ouverture 12’ autorisant le cas échéant le passage d’une tête d’impression 6, 7.
Par ailleurs, compte tenu de l’arrangement superposé verticalement des moyens 5, 8 et 9, la structure support 11 avec le capotage 12 présente avantageusement une forme en colonne, simple et peu encombrante. En accord avec un second mode de réalisation de l’installation 1, illustré schématiquement sur la figure 11, la structure support 11 consiste en une baie ou une étagère de stockage d’une station de maintenance des têtes d’impression 6, 7, et ladite installation 1 comprend un second dispositif de déplacement 4’ à au moins cinq degrés de liberté, préférentiellement un second bras robot six axes, configuré pour déplacer sélectivement une tête d’impression 6, 7 depuis son emplacement dans la baie ou l’étagère de stockage 11 vers la position spatiale déterminée PSD, et vice versa, ce sous le contrôle des moyens 10 de calcul, de gestion et de commande. Ladite tête d’impression 6, 7 peut être maintenue à cette position PSD durant le déroulement de l’opération d’impression ou de revêtement avec cette tête 6, 7, ou éventuellement être déplacée en adéquation avec le déplacement de la pièce 2.
Avantageusement, le second bras robot 4’, est équipé, au niveau de son extrémité libre, d’un chargeur d’outil automatique 14, avec son dispositif de pilotage automatique, sur lequel peut être montée, temporairement et de manière interchangeable, la tête d’impression 6, 7 sélectionnée pour l’opération d’impression prévue, la gestion du fonctionnement de chaque tête d’impression 6, 7 et de la circulation d’encre, en adéquation avec les éventuels mouvements du bras robot 4’ porteur étant réalisée par les moyens 10.
Quand elle n’est pas en utilisation, chaque tête d’impression 6, 7 est, dans ce deuxième mode de réalisation de l’installation, stockée dans la structure support 11 (dont la taille et le nombre d’emplacements de réception est adapté aux besoins en termes qualitatifs et quantitatifs).
Chaque tête d’impression 6, 7 peut être en recirculation d’encre ou pas, la gestion des dépressions est informatisée (moyens 10) et s’adapte en temps réel aux mouvements du robot 4’, et aux orientations de la tête 6, 7 concernée.
Le montage de chaque tête 6, 7 sur son changeur d’outil automatique 14 autorise une orientation quelconque de la tête montée pour travailler dans l’ensemble de la sphère d’action du robot 4’.
Pour mettre en œuvre une couleur d’impression, le robot 4’ prend la tête 6, 7 de la couleur correspondante dans le rack de stockage 11 grâce au changeur d’outil automatique 14.
Les paramètres de contrôle de l’encre et de la tête d’impression sont avantageusement adaptés en temps réel pour compenser les mouvements du poignet du robot 4’ lorsque la tête est mise en mouvement au bout du poignet du robot.
Dans le cadre de ce second mode de réalisation de l’invention, l’homme du métier comprend que chaque tête d’impression 6, 7 peut être utilisée dans les deux configurations suivantes, à savoir :
- la tête mise en œuvre est positionnée par le robot en tant que tête d’impression fixe (principe Impression Pièce Portée, la pièce sera déplacée devant la tête fixe par l’autre robot 4). La possibilité de faire varier la position de travail fixe pour morphologie de pièce à traiter permet de simplifier grandement la programmation des trajectoires du robot chargé de réaliser les trajectoires d’impression,
- la pièce 2 est portée par un premier robot 4, la tête d’impression est portée par un second robot 4’ et les deux robots 4 et 4’ travaillent en collaboration sous le contrôle des moyens 10. Cela ouvre la possibilité de traiter des pièces beaucoup plus volumineuses, et sur toutes leurs faces.
Préférentiellement, les différentes têtes d’impression 6, 7 présentent toutes des constructions et des formes extérieures similaires.
Selon un premier mode de réalisation, ressortant des figures 3 à 7, l’installation 1 comporte de manière préférée, quatre têtes d’impression 6 monochromatiques, chaque tête 6 comportant au moins deux rangées parallèles d’orifices 13 d’éjection d’encre de la même couleur (voir notamment figures 8 et 9). Lorsqu'une résolution d'impression très élevée est recherchée, chaque tête 6 peut en variante ne comporter qu'une seule rangée d'orifices 13 pour une couleur donnée.
Conformément à un second mode de réalisation, représenté partiellement sur la figure 10, l’installation 1 peut comporter deux têtes d’impression 7 bi-chromatiques, chaque tête 7 étant constituée par l’assemblage de deux têtes monochromatiques 6 comportant chacune deux rangées d’orifices 13 d’éjection d’encre de même couleur.
La réalisation pratique des moyens 4, 4’, 5, 8, 9 et 12, ainsi que la conception des programmes de pilotage et d’impression, sont à la portée de l’homme du métier, en particulier des spécialistes de l’automatisme et des systèmes d’impression automatisée.
De manière avantageuse, l’installation 1 peut exploiter les vitesses instantanées de fractions du surface 2’ de la pièce 2 en déplacement (acquises par les moyens capteurs 8 et exploités par les moyens 10) pour gérer le cycle d’impression, comme mentionné dans la demande de brevet français n° 18 54024 au nom de la demanderesse, à titre d’exemple illustratif (cf. figure 2 notamment).
De même, les moyens 9 de séchage/ou de réticulation peuvent avantageusement comprendre une source de rayonnement avec des moyens de réglage du faisceau comme décrits et représentés dans la demande de brevet français n° 17 50260 au nom de la demanderesse, à titre d'exemple illustratif.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.

Claims

RE VENDIC ATIONS
1. Installation (1) d’impression et/ou de revêtement de surfaces de pièces, en particulier de surfaces tridimensionnelles, cette installation (1) comprenant essentiellement :
- un support de pièce (3), apte à recevoir et à maintenir une pièce (2) à décorer ou à revêtir et monté sur un dispositif de déplacement (4) à au moins cinq degrés de liberté, tel que par exemple un bras robot six axes,
- des moyens (5) d’impression par projection d’encre ou analogue, consistant en au moins une tête d’impression (6 ou 7),
- des moyens capteurs (8), aptes à mesurer des paramètres de positionnement et/ou de déplacement de la pièce (2), en particulier des vitesses de déplacement et/ou des coordonnées de positionnement,
- éventuellement des moyens (9) de séchage et/ou de réticulation, au moins partiel(le), des substances projetées sur la surface (2’) de la pièce (2) à décorer,
- des moyens (10) de calcul, de gestion et de commande aptes et destinés à exploiter les signaux délivrés par les moyens capteurs (8) et à commander au moins les moyens d’impression (7) et le dispositif de déplacement (4),
les moyens d’impression (7), les moyens capteurs (8) et les éventuels moyens de séchage (9) étant arrangés côte à côte, par exemple de manière superposée, sur une structure support (11) fixe, tel qu’un socle, un montant, un portique ou analogue,
le dispositif de déplacement (4) et la structure de support (11) étant disposés mutuellement en regard et un repère spatial (X, Y, Z) étant affecté à ladite structure support (11) fixe, avec un premier axe (X) déterminant la distance entre le dispositif de déplacement (4) et ladite structure de support (11), un deuxième axe (Z) correspondant à la direction d’empilement des moyens d’impression, capteurs et éventuellement de séchage (5, 8, 9) et un troisième axe (Y) perpendiculaire aux deux axes précédents (X et Z),
installation d’impression (1) caractérisée en ce que les moyens d’impression (5) consistent en au moins deux têtes d’impression monochromatiques (6) ou bi-chromatiques (7) mobiles, en rotation et/ou en translation, avec au moins un degré de liberté, lesdites têtes (6, 7) pouvant être déplacées sélectivement, une par une, vers une position spatiale déterminée (PSD) autorisant l’impression de la surface (2’) de la pièce (2), ce sous le contrôle des moyens (10) de calcul, de gestion et de commande, et en accord avec des données préprogrammées, par exemple un programme d’impression, déterminant également le déplacement de la pièce (2) relativement à la structure support (11) et à la position spatiale déterminée (PSD).
2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que ce que les têtes d’impression (6, 7) sont arrangées côte à côte linéairement selon le troisième axe (Y) et sont mobiles ensemble en coulissement selon cet axe (Y), ce sous l’effet d’un actionneur translatif adéquat piloté par les moyens (10) de calcul, de de gestion et de commande.
3. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les têtes d’impression (6, 7) sont arrangées circulairement autour du deuxième axe (Z) et sont mobiles ensemble en rotation autour de cet axe (Z), ce sous l’effet d’un actionneur rotatif adéquat piloté par les moyens (10) de calcul, gestion et de commande.
4. Installation selon l’une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que chacune des têtes d’impression (6, 7) est également mobile individuellement, sous l’effet d’un actionneur piloté adéquat, propre à chaque tête (6, 7) ou commun à toutes les têtes (6, 7), en coulissement selon le premier axe (X).
5. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les têtes d’impression (6, 7) sont arrangées côte à côte linéairement selon le deuxième axe (Z) et sont, d’une part, mobiles ensemble en coulissement selon cet axe (Z) et, d’autre part, mobiles individuellement en coulissement selon le premier axe (X), ce sous l’effet d’actionneurs translatifs adéquats pilotés par les moyens (10) de calcul, de gestion et de commande.
6. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les têtes d’impression (6, 7) sont montées sur ou dans la structure de support (11) avec faculté de déplacement en coulissement, individuellement, selon les trois axes (X, Y et Z), ce sous l’effet d’actionneurs translatifs adéquats pilotés par les moyens (10) de calcul, de gestion et de commande.
7. Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la structure de support (11) est pourvue d’un capotage (12) avec une ouverture (12’) matérialisant la position spatiale déterminée autorisant l’impression (PSD), cette ouverture (12’) autorisant le cas échéant le passage d’une tête d’impression (6, 7).
8. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la structure support (11) consiste en une baie ou une étagère de stockage d’une station de maintenance des têtes d’impression (6, 7), et en ce que ladite installation (1) comprend un second dispositif de déplacement (4’) à au moins cinq degrés de liberté, préférentiellement un second bras robot six axes, configuré pour déplacer sélectivement une tête d’impression (6, 7) depuis son emplacement dans la baie ou l’étagère de stockage (11) vers la position spatiale déterminée (PSD), et vice versa, ce sous le contrôle des moyens (10) de calcul, de gestion et de commande, ladite tête d’impression (6, 7) étant maintenue à cette position (PSD) durant le déroulement de l’opération d’impression ou de revêtement avec cette tête (6, 7), ou éventuellement déplacée en adéquation avec le déplacement de la pièce (2).
9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le second bras robot (4’), est équipé, au niveau de son extrémité libre, d’un chargeur d’outil automatique (14), avec son dispositif de pilotage automatique, sur lequel peut être montée, temporairement et de manière interchangeable, la tête d’impression (6, 7) sélectionnée pour l’opération d’impression prévue, la gestion du fonctionnement de chaque tête d’impression (6, 7) et de la circulation d’encre, en adéquation avec les éventuels mouvements du bras robot (4’) porteur étant réalisée par les moyens (10).
10. Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu’elle comporte quatre têtes d’impression (6) monochromatiques, chaque tête (6) comportant au moins deux rangées parallèles d’orifices (13) d’éjection d’encre de la même couleur.
11. Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu’elle comporte deux têtes d’impression (7) bi- chromatiques, chaque tête (7) étant constituée par l’assemblage de deux têtes monochromatiques (6) comportant chacune deux rangées d’orifices (13) d’éjection d’encre de même couleur.
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