ES2879364T3 - Procedimiento para la impresión de una superficie curva, así como dispositivo para la impresión de superficies tridimensionales - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la impresión de una superficie curva (10) mediante un procedimiento de impresión digital, en el que se expulsan de varios orificios de salida (16) dispuestos en una superficie de salida plana (14) de un cabezal de impresión (12), que pueden controlarse individualmente, cantidades de líquido definidas, que inciden como gotitas de líquido en la superficie curva (10), estando orientadas en este procedimiento -la superficie curva (10) y la superficie de salida (14) de tal modo una con respecto a la otra que una zona de la superficie curva (10) está orientada en paralelo a la superficie de salida (14), teniendo esta zona en caso de una curvatura convexa de la superficie (10) una distancia mínima B de la superficie de salida (14) y en caso de una curvatura cóncava de la superficie (10) una distancia máxima C de la superficie de salida (14), - controlándose durante la impresión solo orificios de salida (16) para la descarga de una cantidad de líquido cuya distancia del lugar de incidencia de la gotita de líquido descargada por los mismos en la superficie curva (10) está situada entre la distancia mínima B y la distancia máxima C, estando determinada la distancia mínima B por la trayectoria de vuelo que requiere la cantidad de líquido que ha salido del orificio de salida (16) para la formación de una gotita de líquido, y rebasando la distancia máxima C la distancia mínima en un trayecto t predeterminado, a lo largo del cual la gotita de líquido no degenera y su trayectoria discurre en línea recta, - por lo que, en un movimiento relativo entre la superficie de salida (14) y la superficie (10) perpendicular con respecto a la curvatura de la superficie (10), puede imprimirse la superficie con una banda cuya anchura X corresponde, en caso de una curvatura convexa de la superficie (10), a la distancia entre los orificios de salida (10) distanciados en la dirección de la curvatura de la superficie (10) con una distancia máxima C y, en caso de una curvatura cóncava de la superficie (10), a la distancia entre los orificios de salida (10) distanciados en la dirección de la curvatura de la superficie (10) con una distancia mínima B.
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento para la impresión de una superficie curva, así como dispositivo para la impresión de superficies tridimensionales
La invención se refiere a un procedimiento para la impresión de una superficie curva mediante un procedimiento de impresión digital, en el que se expulsan de varios orificios de salida dispuestos en una superficie de salida plana de un cabezal de impresión que pueden controlarse individualmente cantidades de líquido definidas, que inciden como gotitas de líquido en la superficie curva. La invención se refiere además a un dispositivo para la impresión de superficies tridimensionales. Por el documento DE 10 2007 021 767 A1 se conoce un procedimiento para la impresión de un componente con dos zonas de superficie inclinadas una con respecto a la otra mediante un procedimiento de impresión digital. Las zonas de superficie inclinadas una con respecto a la otra se convierten una en otra mediante una zona de transición curva. En una primera etapa de impresión, se imprime la primera zona de superficie y al menos una parte de la zona de transición, realizándose un movimiento relativo lineal entre un cabezal de impresión y el componente. En una segunda etapa de impresión, después de girar el componente un ángulo que corresponde al ángulo de inclinación entre las zonas de superficie, se imprime la segunda zona de superficie y al menos una parte de la zona de transición, realizándose un movimiento relativo lineal entre el cabezal de impresión y el componente. Una particularidad del procedimiento está en que, si bien puede controlarse la cantidad del líquido de impresión que llega a cada unidad de superficie de la zona de transición de tal modo que corresponde a la cantidad que llega a las zonas de superficie planas, no obstante, debido a las condiciones de impresión indefinidas, en la zona de transición apenas pueden imprimirse dibujos finos o líneas, que se corren por ejemplo de una zona de superficie a la otra zona de superficie oblicuamente por la zona de transición curva.
Otro procedimiento de impresión se conoce por el documento DE 102011 086015 A1. La invención está basada en el objetivo de crear un procedimiento para la impresión de una superficie, con el que también pueden imprimirse superficies abombadas tridimensionales mediante un procedimiento de impresión digital de una forma exactamente predeterminada. La invención está basada además en el objetivo de presentar un dispositivo para la realización del procedimiento.
La parte del objetivo de la invención que se refiere al procedimiento se consigue con un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1. Con el procedimiento de acuerdo con la invención se consigue que las cantidades de líquido expulsadas desde los orificios de salida tengan suficiente tiempo para la formación de gotitas de líquido y que las gotitas de líquido lleguen a la superficie a imprimir antes de cambiar su trayectoria de vuelo rectilínea. De este modo se consigue una impresión bien definida en la superficie. Con la disposición indicada de la superficie de salida con respecto a una superficie convexa o cóncava se consigue un uso ventajoso de los orificios de salida existentes.
Con las características de la reivindicación 2 se consigue una anchura óptima de una banda a imprimir.
Con las características de la reivindicación 3 se adapta la cantidad de líquido descargada a la inclinación de la superficie a imprimir con respecto a la superficie de salida.
Con las características de la reivindicación 4 se consigue que las gotitas de líquido incidan de tal modo en la superficie a imprimir que no se muevan en una forma poco favorable tangencialmente con respecto a la superficie, lo que conduciría a un empeoramiento de la calidad de impresión.
Con las características de la reivindicación 5 se consigue que sea posible una banda a imprimir lo más ancha posible en superficies curvas tridimensionales.
La reivindicación 6 caracteriza un procedimiento de acuerdo con la invención en el que se imprimen varias bandas dispuestas unas al lado de las otras en la superficie a imprimir, siendo directamente adyacentes estas bandas, sin transición visible y sin solapamiento.
La reivindicación 7 caracteriza un procedimiento de acuerdo con la invención en el que se imprimen varias bandas dispuestas unas al lado de las otras en la superficie a imprimir, estando dispuestas las mismas unas al lado de las otras, con solapamiento mutuo sin transición visible.
Las reivindicaciones 8 a 10 caracterizan formas de realización del procedimiento con las que es posible también una impresión de grandes superficies no planas con una calidad de impresión excelente.
La reivindicación 11 caracteriza la estructura básica de un dispositivo para la realización del procedimiento de acuerdo con la invención.
La reivindicación 12 caracteriza una forma de realización ventajosa de los equipos de accionamiento para los soportes contenidos en el dispositivo.
La reivindicación 13 caracteriza un perfeccionamiento ventajoso del dispositivo de acuerdo con la invención.
Antes de explicar la invención con ayuda de dibujos esquemáticos a modo de ejemplo y con más detalles, se expondrán algunas observaciones generales con respecto al procedimiento de impresión digital:
Como procedimiento de impresión se usa preferentemente el procedimiento por chorro de tinta en el que se expulsan cantidades de líquido predeterminadas desde unos orificios de salida o boquillas dispuestos en una superficie de salida de un cabezal de inyección de forma digitalmente controlada mediante un sistema informático. Las cantidades de líquido salen del orificio de salida en forma de una columna de líquido. La columna de líquido se convierte durante su vuelo en una gotita esencialmente esférica que llega a la superficie a imprimir.
Los orificios de salida están dispuestos generalmente en una superficie de salida plana del cabezal de impresión. Puede estar prevista una fila de orificios de salida; también pueden estar previstas varias filas dispuestas unas tras otras vistas en la dirección de un movimiento relativo entre el cabezal de impresión y la superficie a imprimir durante un proceso de impresión, cuyos orificios de salida están preferentemente desplazados unos respecto a los otros. Pueden unirse varios cabezales de impresión individuales de forma modular para formar un cabezal de impresión más grande.
La anchura de impresión de un cabezal de impresión (distancia máxima entre los orificios de salida en una dirección perpendicular con respecto a un movimiento relativo entre el cabezal de impresión y una superficie a imprimir) está situada generalmente entre 10 mm y 100 mm. La expulsión del líquido desde los orificios de salida se controla mediante piezoelementos. Según la geometría del orificio de salida y del piezoelemento correspondiente, las gotitas de líquido tienen diferentes volúmenes. Los volúmenes habituales están situados entre 3 pl y 160 pl. Con un tamaño de gotita entre 3 pl y 10 pl pueden producirse impresiones decorativas de alta calidad con una resolución entre 600 y 1200 dpi.
Para un barnizado se trabaja, por ejemplo, con volúmenes de gotita superiores a 80 pl.
Los líquidos de impresión para barnizados blancos, barnizados metalizados o con conductividad eléctrica contienen partículas, de modo que en este caso se usan ventajosamente orificios de salida correspondientemente más grandes.
Las capas muy finas tienen por ejemplo un espesor de 1 pm; el espesor de capas de laca es por ejemplo de 8-20 pm.
En una superficie a imprimir pueden aplicarse preferentemente en etapas de impresión sucesivas las capas más diversas de forma individual, una encima de la otra o una al lado de la otra, por ejemplo
- una capa decorativa,
- una capa funcional con zonas conductivas,
- capas unicolor de tinta o de laca, transparentes o cubrientes,
- capas adhesivas etc.
Para una calidad impecable de las capas aplicadas es importante que las capas presenten al menos por zonas un espesor constante y que, cuando las capas se aplican unas al lado de las otras en varias bandas, las bandas se conviertan sin transición, es decir, sin marcas, unas en las otras.
Es ventajoso fijar al imprimir una decoración las gotitas inyectadas inmediatamente mediante secado, por ejemplo mediante luz ultravioleta, para que se mantenga la posición de las gotitas que determina la calidad de una buena decoración.
Por el contrario, al aplicar lacas o superficies funcionales, es ventajoso que no se active el proceso de secado hasta que las gotitas de líquido se hayan unido formando una capa homogénea.
Además, en particular en caso de velocidades de impresión elevadas, es decir, en caso de una velocidad elevada del movimiento relativo entre el cabezal de impresión y la superficie a imprimir, es ventajoso que los orificios de impresión o boquillas de impresión estén inclinados en la dirección del movimiento relativo, en particular de tal modo que las gotitas inciden aproximadamente perpendicularmente en la superficie.
A continuación, se explicará la invención con ayuda de dibujos esquemáticos a modo de ejemplo y con más detalles.
Representan
la figura 1: un cabezal de impresión con superficie a imprimir curva convexa dispuesta por debajo del mismo, la figura 2: un cabezal de impresión con superficie a imprimir curva cóncava dispuesta por debajo del mismo, la figura 3: bocetos para explicar la impresión de una bola,
la figura 4: un boceto para explicar la impresión de una superficie abombada cilíndrica,
la figura 5: un boceto para explicar la impresión de una superficie abombada tridimensional,
la figura 6: vistas para explicar la impresión de superficies abombadas cóncavas o convexas con bandas adyacentes sin solapamiento,
las figuras 7 y 8: vistas para explicar la impresión de superficies abombadas cóncavas o convexas con bandas
dispuestas unas al lado de las otras, con solapamiento,
la figura 9: vistas para explicar otra forma de realización del procedimiento de acuerdo con la invención, la figura 10: una vista en perspectiva de varios cabezales de impresión y su disposición con respecto a la superficie a imprimir y
la figura 11: una vista esquemática de un dispositivo para la realización de un procedimiento de acuerdo con la invención.
La figura 1 muestra una superficie 10 de un componente, por ejemplo de una pieza decorativa del espacio interior de un automóvil, que debe imprimirse mediante un procedimiento de impresión digital. Para ello, encima de la superficie 10 está dispuesto un cabezal de impresión 12 con una superficie de salida plana 14. En la superficie de salida 14 está dispuesta de forma de por sí conocida una pluralidad de orificios de salida 16 o boquillas, que en la figura 1 están representados esquemáticamente de la forma en la que ven en una vista desde abajo sobre la superficie de salida 14.
Una particularidad de un procedimiento de impresión digital, por ejemplo de un procedimiento de impresión por chorro de tinta, está en que de los orificios de salida 16, que de forma de por sí conocida pueden controlarse individualmente de forma electrónica, pueden expulsarse cantidades de líquido predeterminadas, por ejemplo de forma controlada por piezoelementos. Estas cantidades de líquido salen de los orificios de salida 16 en forma de columnas de líquido con un diámetro aproximadamente igual que el de los orificios de salida y se convierten en su vuelo en gotitas, que en general empiezan a realizar adicionalmente un movimiento giratorio alrededor de su eje. Para que la impresión de la superficie se realice de forma bien definida, las columnas de líquido individuales necesitan una trayectoria de vuelo mínima B, en la que pueden convertirse en gotitas. Por otro lado, la trayectoria de vuelo no debe ser demasiado larga, para que las gotitas de líquido no degeneren. La trayectoria de vuelo máxima admisible se designa con C.
Para gotitas de líquido con un volumen de 30 pl, la trayectoria de vuelo mínima necesaria B es por ejemplo de 0,5 mm. La trayectoria de vuelo máxima admisible C es de 2 mm. Si el radio de curvatura de la superficie superior 10 tiene el valor r (mm) y la trayectoria (C - B) se designa con t (mm), por las relaciones geométricas resulta para la anchura admisible X (mm), cuando t es pequeño en comparación con r, aproximadamente el siguiente valor:
X = 2 x (t x r)05
Como puede observarse en la figura 1, se dispone ventajosamente una zona central de la superficie de salida 14 en paralelo a un plano dispuesto tangencialmente con respecto a la superficie 10 por debajo de la superficie de salida 14 a una distancia B del plano. La curvatura de la superficie 10 determina en este caso la anchura máxima X de acuerdo con la relación anteriormente indicada, en la que la superficie 10 puede ser impresa en caso de un movimiento relativo entre la superficie 10 y el cabezal de impresión 12 perpendicularmente con respecto al plano de dibujo con las gotitas impecables que corresponden a los criterios de la trayectoria de vuelo B y C. Como puede observarse, los orificios de salida 16 están dispuestos en conjunto en una anchura A más grande. No se controlan los orificios de salida que están dispuestos en el exterior de la anchura de impresión admisible X.
Para una determinación más segura de la distancia entre la superficie de salida 14 y la superficie 10 a imprimir está previsto un sensor de distancia 18 representado esquemáticamente. Cuando se realiza una impresión por varios movimientos relativos entre el cabezal de impresión 12 y la superficie 10 en varias bandas dispuestas unas encima de las otras, el espesor de la capa de impresión ya aplicada puede tenerse en cuenta aumentándose correspondientemente la distancia entre la superficie de salida 14 y la superficie 10.
Si los orificios de salida 16 se controlan de tal modo que, en el movimiento relativo entre el cabezal de impresión 12 y la superficie 10 se imprimen zonas de la superficie 10 en primer lugar desde orificios de impresión dispuestos en una fila delantera y, a continuación, en la misma operación de trabajo, se aplica nuevamente líquido de impresión en una zona de superficie ya impresa desde orificios de salida dispuestos en una fila trasera, es ventajoso inclinar un poco la superficie de salida 14 con respecto a la dirección del movimiento relativo, de modo que aumenta la distancia B de una fila posterior de orificios de salida 16 de la superficie 10 en este momento ya impresa lo que corresponde al espesor de la capa ya aplicada.
Otros aspectos que pueden tenerse en cuenta al determinar los orificios de salida a activar y los volúmenes de las gotitas de líquido a expulsar son los siguientes:
Como puede observarse en la figura 1, aumenta la relación entre el tamaño de una zona de la superficie 10 a imprimir y el tamaño de la zona de la superficie de salida 14 asignada a esta de acuerdo con el valor recíproco del coseno del ángulo entre la zona de superficie a imprimir y la superficie de salida 14. Por lo tanto, para una densidad de superficie uniforme de la impresión es ventajoso que los volúmenes del líquido expulsado por las zonas correspondientes de la superficie de salida también aumenten de acuerdo con el valor recíproco del coseno.
Si las gotitas de líquido inciden oblicuamente en la superficie a imprimir, puede producirse un "aspecto borroso". Por lo tanto, es ventajosa no imprimir en una etapa de impresión respectiva las zonas de superficie que están inclinadas más de 6 grados (decoración) o 12 grados (laca) con respecto a la superficie de salida.
La figura 2 muestra una vista similar a la figura 1, aunque con una superficie 10 abombada cóncava. Como puede
observarse, la anchura X de la zona que puede imprimirse con una calidad impecable de gotitas depende de que en los bordes de la zona X la trayectoria de vuelo B es mínima y en el centro de la zona la trayectoria de vuelo C es máxima.
Otros aspectos de la invención se explicarán con ayuda de la figura 3.
En un ordenador 20 están almacenados los datos de la superficie de un objeto a imprimir, en el ejemplo representado una bola 22. Con ayuda de la curvatura de la superficie 10 a imprimir de la bola 22, es decir, del radio de la bola, datos del cabezal de impresión 12, como diámetros de los orificios de salida, volúmenes de las cantidades de líquido expulsadas, consistencia del líquido de impresión etc. se calcula la trayectoria de vuelo mínima y máxima de una gotita, como se ha explicado con ayuda de la figura 1. Con ayuda del diámetro de la bola se calcula a continuación la anchura de impresión máxima X1, con la que puede imprimirse la superficie de la bola. La superficie de la bola se divide en segmentos 24 individuales, que tienen respectivamente en un plano de ecuador de la bola la anchura de impresión máxima admisible X1. A continuación, la impresión de la bola se realiza, por ejemplo, de tal modo que el cabezal de impresión 12 se dispone a una distancia B predeterminada (figura 1) del polo norte de la bola y que la bola se gira 360° alrededor de un eje horizontal que discurre en el plano del dibujo (no representado). A este respecto se imprimen dos segmentos 24 diametralmente opuestos. El control de los orificios de salida 16 individuales del cabezal de impresión 12 se realiza a este respecto de tal modo que, partiendo de los polos de la bola, aumenta la anchura del segmento impreso hasta la anchura máxima X1 y que a continuación vuelve a disminuir. Después de la impresión de los dos segmentos diametralmente opuestos, la bola o el cabezal de impresión 12 gira alrededor de un eje vertical alrededor de un ángulo que corresponde a la anchura máxima X1 de un segmento, de modo que a continuación pueden imprimirse otros dos segmentos opuestos, etc. Solo en pocos casos, las superficies a imprimir tienen una forma esférica o parcialmente esférica. Más frecuentes son superficies curvas cilíndricas, al menos por zonas, o superficies curvas con diferentes radios en direcciones dispuestas perpendicularmente unas respecto a otras. En el caso de superficies curvas cilíndricas son ventajosas las siguientes formas de impresión:
Cuando, visto en la dirección del eje de cilindro Z (figura 4), una anchura de impresión admisible X determinada de acuerdo con la figura 1 cubre toda la zona a imprimir, es ventajoso imprimir la superficie curva cilíndrica en una etapa, en la que tiene lugar un movimiento relativo entre la superficie y el cabezal de impresión en la dirección del eje de cilindro Z. Cuando la anchura admisible es más estrecha que la anchura de la superficie a imprimir, pueden imprimirse en etapas de impresión sucesivas bandas dispuestas unas al lado de las otras. Alternativamente puede ser ventajoso disponer las bandas B1, B2,...BN de tal modo que estén orientadas en la dirección circunferencial de la curvatura cilíndrica, como está representado en la figura 4. En este caso puede aprovecharse toda la anchura del cabezal de impresión 12, puesto que la superficie a imprimir no es curva perpendicularmente con respecto a la dirección del movimiento relativo entre el cabezal de impresión y la superficie.
Cuando debe imprimirse una superficie con dos ejes de curvatura dispuestos perpendicularmente uno con respecto al otro y con diferentes radios de curvatura (figura 5), y esto no puede realizarse en una sola banda, para una utilización óptima de la anchura del cabezal de impresión 12 es ventajoso que la dirección longitudinal de las bandas B1, B2 esté orientada en la dirección circunferencial de la curvatura con el radio de curvatura más pequeño y que las bandas B1, B2 estén dispuestas de forma adyacente una a la otra en la dirección circunferencial de la curvatura con el radio de curvatura más grande. La superficie 10 de la figura 5 presenta un abombamiento más pequeño transversalmente con respecto a su extensión longitudinal (de izquierda a derecha en la figura) que transversalmente con respecto a su extensión longitudinal. Se entiende que las anchuras X1, X2 de las bandas de impresión B1, B2 pueden ser diferentes en caso de un abombamiento variable en la dirección transversal de la superficie debido a las condiciones supletorias que se han explicado con ayuda de la figura 1. La distancia entre el cabezal de impresión 12 y la superficie 10 se controla durante el movimiento relativo entre la superficie 10 y el cabezal de impresión 12 durante la impresión de tal modo que se cumplan siempre las condiciones de la figura 1. La anchura X1, X2 de cada banda es ventajosamente constante a lo largo de toda su longitud y queda determinada por lo tanto por el abombamiento máximo de la superficie transversalmente con respecto a la dirección longitudinal a lo largo de toda la longitud de la banda.
Con ayuda de la figura 6 se explica como unas superficies convexas y cóncavas pueden imprimirse de tal modo que se forman bandas impresas dispuestas unas al lado de otras en un llamado procedimiento de múltiples pasadas (multipass), que se convierten unas en otras sin transiciones, es decir, sin transiciones visibles.
La mitad derecha de la figura 6 muestra una zona de superficie 10 curva convexa con un eje de curvatura M1. En una primera etapa de impresión A1 se imprime una primera banda B1, realizándose un movimiento relativo entre el cabezal de impresión 12 y la superficie 10 en la dirección del eje de curvatura M1. La anchura de impresión efectiva a este respecto de la superficie de salida 14 conduce a una anchura X correspondiente de la banda B1. Después de la formación de la banda B1 tiene lugar un giro relativo entre el cabezal de impresión 12 y la superficie 10 alrededor de un ángulo de modo que la banda B2 aplicada por el cabezal de impresión 12 en una etapa de impresión A2 posterior queda dispuesta sin solapamiento y sin costura a continuación de la banda B1. El control del giro relativo entre el cabezal de impresión 12 y la superficie 10 entre las dos etapas de impresión es tan exacto que las gotitas que llegan de acuerdo con la figura 6 en el borde izquierdo de la banda B2 a la superficie 10 quedan dispuestas exactamente a continuación de las gotitas aplicadas de acuerdo con la figura 6 en el borde derecho de la banda B1, como si fueran parte de una banda de impresión ancha común. De este modo, las dos bandas B1, B2 se convierten sin costura una
en la otra y se forma una superficie impresa compuesta por estas dos bandas B1 y B2, sin costura visible.
La mitad izquierda de la figura 6 muestra las condiciones en caso de una superficie cóncava 10 con un eje de curvatura M2. Como puede observarse, también en este caso después de una aplicación de una primera banda B1 es posible un giro relativo entre el cabezal de impresión 12 y la superficie 10 de tal modo que la segunda banda B2 puede aplicarse sin solapamiento con la primera banda B1 directamente a continuación de esta, es decir, sin transición visible, al lado de la primera banda.
El procedimiento explicado con ayuda de la figura 6, en el que bandas adyacentes limitan unas a otras sin solapamiento y sin transición visible, se aplica ventajosamente cuando la posición de giro entre el cabezal de impresión 12 y la superficie 10 a imprimir cambia solo poco, por ejemplo un ángulo inferior a 6 grados, ventajosamente de 2-3 grados (decoración) o inferior a 12 grados (laca, circuitos impresos, superficies funcionales, etc.) entra la aplicación de dos bandas de impresión adyacentes. El ángulo de incidencia de las gotitas que forman un borde de una banda impresa en la superficie impresa difiere en este caso del ángulo de incidencia de las gotitas que forman el borde adyacente de la banda adyacente solo un ángulo de giro pequeño, de modo que la impresión de los bordes adyacentes tiene lugar en condiciones en gran medida iguales, no siendo visible un cambio.
Si bien el procedimiento de imprimir después de la impresión de una banda una banda adyacente después de un pequeño giro entre el cabezal de impresión y la superficie puede conducir en caso de superficies fuertemente curvas a bandas más estrechas y, por lo tanto, a un aumento de las bandas, en cambio sí es ventajoso para la calidad de la impresión.
La figura 7 muestra como alternativamente a la representación de la figura 6 pueden aplicarse dos bandas B1 y B2 una al lado de la otra con solapamiento mutuo en la superficie 10 de un componente 26. Para ello, se determina en un sistema electrónico de procesamiento de datos en primer lugar para la primera etapa de impresión A1 la posición de giro relativa entre el cabezal de impresión 12 y la superficie 10 a imprimir durante una primera etapa de impresión A1, en la que se aplica una primera banda B1. Además, se determina previamente en el sistema electrónico de procesamiento de datos la posición de giro relativa entre el cabezal de impresión 12 y la superficie 10 a imprimir que debe adoptarse en una segunda etapa de impresión A2. Para mayor claridad, en la figura 7, la posición del cabezal de impresión 12 está representada en la segunda etapa de impresión A2 más alejada de la superficie 10 que en la primera etapa de impresión. De hecho, la distancia entre el cabezal de impresión 12 y la superficie 10 es ventajosamente igual durante la primera y la segunda etapa de impresión. Como puede observarse en la figura 7, entre las dos bandas B1 y B2 previamente determinadas hay una zona de solapamiento 30, en la que el borde derecho de la banda B1 solapa el borde izquierdo de la banda B2. Únicamente para mayor claridad, las gotitas aplicadas en la segunda etapa de impresión A2 no están representadas ennegrecidas. Para que no sea visible ninguna diferencia entre las intensidades de impresión o de color de las bandas B1, B2 adyacentes, la densidad de gotitas con respecto a la superficie disminuye en la zona de solapamiento 30 de izquierda a derecha al aplicar la primera banda B1. La densidad de gotitas de la segunda banda de impresión B2 aumenta en la zona de solapamiento 30 correspondientemente de izquierda a derecha, de modo que, en conjunto, en la zona de solapamiento 30 hay la misma densidad de gotitas que en las zonas de las bandas B1, B2 adyacentes a la zona de solapamiento 30. Se entiende que en lugar de la densidad de superficie también cambia el volumen de las gotitas.
En la figura 8 está representada una estructura por capas de las bandas B1, B2, que puede conseguirse aplicándose las capas (en el ejemplo representado 4 capas) en caso de un movimiento relativo lineal único entre el cabezal de impresión y la superficie sucesivamente mediante filas de orificios de salida dispuestas unas tras otras o aplicándose cada capa mediante un movimiento relativo lineal propio entre el cabezal de impresión y la superficie. Como puede observarse, cada una de las capas dispuestas unas encima de otras tiene otra estructura en la zona de solapamiento 30. Las zonas de la banda B1 izquierda que forman la zona de solapamiento 30 disminuyen de abajo hacia arriba, mientras que las zonas de la banda B2 derecha que forman la zona de solapamiento 30 aumentan de abajo hacia arriba.
Para un control de calidad adicional, el cabezal de impresión puede estar provisto de dispositivos sensores, que captan la intensidad de color o la densidad de impresión de la capa o banda ya aplicada antes de la aplicación de una nueva capa o banda, de modo que en caso de una desviación entre un valor teórico y un valor real puede ajustarse la densidad de superficie y/o el tamaño de las gotitas.
El procedimiento descrito con ayuda de las figuras 7 y 8 para la aplicación de bandas adyacentes con solapamiento mutuo, en particular el procedimiento de acuerdo con la figura 8 es especialmente ventajoso, por ejemplo, cuando las bandas son cruzadas por conductores eléctricos, que se producen inyectándose gotitas de líquido eléctricamente conductoras. Los conductores eléctricos conducen en este caso sin ninguna interrupción (cambio de sección transversal) sin transición de una banda a una banda adyacente.
Con ayuda de la figura 9 se explicará a continuación un procedimiento con el que pueden imprimirse en particular superficies 10 abombadas en grandes superficies con una calidad excelente. La figura muestra la disposición relativa de un cabezal de impresión 12 con respecto a una superficie 10 a imprimir abombada en etapas de impresión A1 a A7 que se realizan sucesivamente. El cabezal de impresión 12 presenta una superficie de salida con sectores S1 a
S4 dispuestos unos al lado de los otros en el plano del dibujo, que discurren perpendicularmente con respecto al plano de dibujo con una longitud predeterminada y que presentan respectivamente orificios de salida. El cabezal de impresión 12 está alojado en un soporte no representado con el que puede moverse en el plano del dibujo en la dirección horizontal y vertical. Un componente 26 provisto de la superficie 10 a imprimir puede moverse mediante un soporte 34 de forma inclinable alrededor de un eje que discurre perpendicularmente con respecto al plano del dibujo y perpendicularmente con respecto al plano del dibujo.
En una primera etapa de impresión A1 se imprime una primera banda B1 activándose solo los orificios de salida del primer sector S1 y realizándose un movimiento relativo entre la superficie 10 y el cabezal de impresión 12 perpendicularmente con respecto al plano del dibujo. Después de la primera etapa de impresión A1, el cabezal de impresión (12) se mueve perpendicularmente con respecto a la extensión longitudinal de la primera banda (B1) (perpendicularmente con respecto al plano del dibujo en la dirección transversal (horizontal en el plano del dibujo)) de modo que el segundo sector S2 se encuentra por encima de la primera banda B1. A continuación, se imprime en una segunda etapa de impresión A2 la primera banda B1 adicionalmente desde los orificios de salida del segundo sector S2 y una segunda banda B2 dispuesta al lado de la primera banda se imprime desde los orificios de salida del primer sector S1.
Los procesos se repiten hasta que en la etapa de impresión A4 se imprime una cuarta banda B4 con orificios de salida del primer sector S1 y las bandas B1 a B3 adyacentes, ya impresas, desde orificios de salida de los sectores S4 a S2.
En otras etapas de impresión A5 a A7 ya no se imprimen más bandas, sino que disminuye después de respectivamente un movimiento lateral del cabezal de impresión 12 lo que corresponde a la anchura de un sector el número de los sectores activados, empezándose con el sector S1 quitándose respectivamente un sector, de modo que después de la última etapa de impresión A7 están impresas todas las bandas B1 a B4 por todos los sectores S1 a S4.
Los orificios de salida de los sectores individuales son controlados electrónicamente, como se indica en la figura 9, de modo que no imprimen la banda respectiva con la densidad completa de gotitas, sino que no se alcanza una impresión completa de las bandas hasta que se llegue a la última etapa de impresión, después de estar impresas todas las bandas desde todos los sectores.
Ventajosamente, entre dos etapas de impresión no solo tiene lugar un movimiento relativo lineal horizontal entre el cabezal de impresión 12 y el componente 26, sino también una inclinación de la superficie 10 con respecto a la superficie de salida 14, de modo que una distancia entre la superficie 10 y la superficie de salida 14 se mantiene aproximadamente constante.
Los movimientos relativos entre el cabezal de impresión 12 y el componente 26 pueden adaptarse a las condiciones existentes por el abombamiento de la superficie 10.
Cuando deben imprimirse más que las cuatro bandas B1 a B4 representadas en la figura 9, la etapa de impresión A4, en la que están activados todos los sectores S1 a S4, puede repetirse después de un movimiento respectivo del cabezal de impresión 12 perpendicularmente con respecto a la extensión longitudinal de las bandas lo que corresponde a la anchura de un sector y, dado el caso, la inclinación del componente 26.
En conjunto, con el procedimiento de acuerdo con la figura 9 se consigue que una superficie a imprimir, después de haber pasado el cabezal de impresión por la superficie completa, por un movimiento relativo en forma de meandros entre la misma y el cabezal de impresión, realizándose durante los pasajes rectilíneos, paralelos entre sí del recorrido en forma de meandros respectivamente una etapa de impresión, pueda imprimirse de forma homogénea y con una densidad de superficie exactamente predeterminada. De este modo pueden imprimirse también circuitos impresos homogéneos o capas conductoras homogéneas, como por ejemplo capas OLED, sin ningún cambio de la sección transversal o de la resistencia.
Con el procedimiento descrito con ayuda de la figura 9 también pueden imprimirse superficies que tienen dos zonas planas de diferentes inclinaciones, que se convierten una en otra en una zona de curvatura lineal.
La figura 10 muestra en una representación en perspectiva varios cabezales de impresión 12a, 12b, 12c, 12d alojados por un soporte común (no representado) y unidos en un bloque, que están dispuestos uno tras otro en la dirección longitudinal de las bandas B1 a B4. Por lo demás, la disposición corresponde a la figura 9, encontrándose el sistema en el estado después de la etapa de impresión A4. Con la disposición de la figura 10 pueden expulsarse de los cabezales de impresión individuales por ejemplo simultáneamente diferentes líquidos (de diferentes colores, eléctricamente conductores, no conductores, transparentes, etc.), de modo que la superficie 10 puede imprimirse en poco tiempo con dibujos complejos y/o capas de un espesor constante. Los trayectos rectilíneos del movimiento relativo en forma de meandros entre los cabezales de impresión y las superficies a imprimir son más largos que las bandas impresas, de modo que, de forma similar que los sectores de acuerdo con la figura 9, al comenzar una banda en primer lugar no están activados todos los cabezales de impresión o los cabezales de impresión se activan sucesivamente, y al finalizar una banda ya no están activados todos los cabezales de impresión o se desactivan sucesivamente.
Como puede observarse por lo anteriormente expuesto, es ventajoso que un dispositivo, que permite una impresión de superficies tridimensionales en gran medida sin restricciones mediante un procedimiento de impresión digitalmente controlado, permita un movimiento relativo entre la superficie de salida 14 del cabezal de impresión 12 y la superficie 10 a imprimir o de un componente que presenta esta superficie, tanto linealmente en las tres direcciones del espacio dispuestas perpendicularmente unas con respecto a otras como rotatoriamente, con tres ejes de giro dispuestos perpendicularmente unos con respecto a otros. En gran medida es insignificante si estas posibilidades de movimiento son posibles gracias a un soporte electrónicamente controlado del componente y/o gracias a un soporte electrónicamente controlado del cabezal de impresión.
Un dispositivo o una instalación para la impresión de superficies tridimensionales está representado o representada esquemáticamente en la figura 11:
En un bastidor 32 está fijado de forma móvil un soporte 34 para el alojamiento de un componente 26 con una superficie 10 a imprimir. El soporte 34 y con este la superficie 10 a imprimir es linealmente móvil en las tres dimensiones del espacio mediante equipos de accionamiento de por sí conocidos, como se usan por ejemplo para máquinas herramienta de precisión CNC (no representadas), y es giratorio alrededor de tres ejes dispuestos perpendicularmente unos respecto a los otros.
Un cabezal de impresión 12 que en el ejemplo representado está compuesto por varios módulos de impresión (por ejemplo del tipo constructivo XAAR tipo 1003 o DIMATIX), con una superficie de salida plana 14 en la que están dispuestos orificios de salida o boquillas que pueden ser controlados individualmente, está fijado junto con una alimentación de líquido 36 en un soporte 38. De forma similar al soporte 34, el soporte 38 y con este la superficie de salida 14 del cabezal de impresión 12 es linealmente móvil en las tres dimensiones del espacio mediante equipos de accionamiento de por sí conocidos (no representados) y es giratorio alrededor de tres ejes dispuestos perpendicularmente unos con respecto a los otros.
La alimentación de líquido 36 puede contener diferentes reservas de líquido, por ejemplo tintas de impresión normales, tintas especiales, líquidos funcionales con partículas eléctricamente conductoras, lacas, agentes de imprimación, líquidos para la aplicación de capas eléctricamente aislantes, etc.
En el soporte 38 está fijado además un equipo sensor 40, con el que puede determinarse una distancia entre la superficie de salida 14 y la superficie 10 a imprimir y/o con el que puede captarse una propiedad óptica de la superficie a imprimir o ya impresa.
En un equipo electrónico de control 42 de un tipo constructivo de por sí conocido pueden depositarse datos geométricos de la superficie 10 a imprimir, por ejemplo datos CAD y datos de la decoración, que contienen las impresiones que han de aplicarse en la superficie 10 con los datos de los líquidos necesarios para ello. Unos programas contenidos en el equipo de control convierten los datos geométricos de la superficie 10 y los datos de la decoración en datos de control para el control de los movimientos de los soportes 34, 38, de la alimentación de líquidos al cabezal de impresión 12, así como de la selección y el control de los orificios de salida. Para la definición rápida de posiciones teóricas, para la determinación de posiciones reales y estados de impresión de la superficie 10 pueden servir valores determinados por el equipo sensor 40.
Ventajosamente, por ejemplo el soporte 38 para el cabezal de impresión 12 es móvil o puede accionarse en la dirección Z (distancia entre el cabezal de impresión y la superficie 10 a imprimir) y en la dirección Y (desplazamiento lateral de las bandas de impresión). El soporte 34 para el componente 26 a imprimir puede accionarse ventajosamente en la dirección X (dirección longitudinal de una banda de impresión B1, B2), así como de forma giratoria alrededor del eje X y del eje Y. Se establece explícitamente que todas las indicaciones de área o indicaciones de grupos de unidades revelan todos los posibles valores intermedios o subgrupos de unidades para el fin de la divulgación original, al igual que para el fin de restringir la invención reivindicada, en particular también como límite de una indicación de área.
Lista de referencias
10 Superficie
12 Cabezal de impresión
14 Superficie de salida
16 Orificios de salida
18 Sensor de distancia
20 Ordenador
22 Bola
24 Segmento
26 Componente
30 Zona de solapamiento
32 Bastidor
34 Soporte
36 Alimentación de líquido
38 Soporte
40 Equipo sensor
42 Control electrónico
A Anchura del cabezal de impresión A1, A2 Etapas de impresión
B1, B2 Bandas
B Trayectoria de vuelo mínima
C Trayectoria de vuelo máxima admisible M1 Eje de curvatura
X Anchura de impresión admisible
Z Eje de cilindro
Claims (13)
1. Procedimiento para la impresión de una superficie curva (10) mediante un procedimiento de impresión digital, en el que se expulsan de varios orificios de salida (16) dispuestos en una superficie de salida plana (14) de un cabezal de impresión (12), que pueden controlarse individualmente, cantidades de líquido definidas, que inciden como gotitas de líquido en la superficie curva (10),
estando orientadas en este procedimiento
-la superficie curva (10) y la superficie de salida (14) de tal modo una con respecto a la otra que una zona de la superficie curva (10) está orientada en paralelo a la superficie de salida (14), teniendo esta zona en caso de una curvatura convexa de la superficie (10) una distancia mínima B de la superficie de salida (14) y en caso de una curvatura cóncava de la superficie (10) una distancia máxima C de la superficie de salida (14),
- controlándose durante la impresión solo orificios de salida (16) para la descarga de una cantidad de líquido cuya distancia del lugar de incidencia de la gotita de líquido descargada por los mismos en la superficie curva (10) está situada entre la distancia mínima B y la distancia máxima C, estando determinada la distancia mínima B por la trayectoria de vuelo que requiere la cantidad de líquido que ha salido del orificio de salida (16) para la formación de una gotita de líquido, y rebasando la distancia máxima C la distancia mínima en un trayecto t predeterminado, a lo largo del cual la gotita de líquido no degenera y su trayectoria discurre en línea recta,
- por lo que, en un movimiento relativo entre la superficie de salida (14) y la superficie (10) perpendicular con respecto a la curvatura de la superficie (10), puede imprimirse la superficie con una banda cuya anchura X corresponde, en caso de una curvatura convexa de la superficie (10), a la distancia entre los orificios de salida (10) distanciados en la dirección de la curvatura de la superficie (10) con una distancia máxima C y, en caso de una curvatura cóncava de la superficie (10), a la distancia entre los orificios de salida (10) distanciados en la dirección de la curvatura de la superficie (10) con una distancia mínima B.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, siendo la anchura X de la banda aproximadamente igual a 2 x (t x r)05, cuando t es pequeño en comparación con r y r es el radio de curvatura de la superficie (10) y t es igual a C menos B.
3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 o 2, aumentando la cantidad de líquido que se aplica mediante las gotitas de líquido en una unidad de superficie de la superficie a medida que aumenta el ángulo entre una unidad de superficie respectiva y la superficie de salida (14), de tal modo que la cantidad de líquido aplicada sobre la unidad de superficie es constante independientemente del ángulo.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, activándose solo los orificios de salida (16) cuyas gotitas de líquido inciden sobre la superficie (10) con un ángulo de incidencia superior a 78 grados en caso de un barnizado y superior a 84 grados en caso de una impresión decorativa.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, realizándose en la impresión de una superficie (10) con dos ejes de curvatura dispuestos perpendiculares uno con respecto al otro y con diferentes radios de curvatura durante un primer proceso de impresión un movimiento relativo entre el cabezal de impresión (12) y la superficie (10) a imprimir en la dirección circunferencial de la curvatura con el radio de curvatura más pequeño, realizándose a continuación, con los orificios de salida (16) no activados, un movimiento relativo entre el cabezal de impresión (12) y la superficie (10) a imprimir en la dirección circunferencial de la curvatura con el radio de curvatura más grande y, a continuación, durante otro proceso de impresión, un movimiento relativo entre el cabezal de impresión (12) y la superficie (10) a imprimir en la dirección circunferencial de la curvatura con el radio de curvatura más pequeño, de modo que las bandas (B1, B2) formadas durante los procesos de impresión son adyacentes en la dirección circunferencial de la curvatura con el radio de curvatura más grande.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, en donde, en caso de una curvatura convexa o cóncava de la superficie (10) a imprimir y su impresión en forma de bandas adyacentes (B1, B2), los posicionamientos de la superficie de salida (14) con respecto a la superficie (10) vistos en la dirección del eje de curvatura durante dos movimientos relativos sucesivos, entre la superficie (10) y la superficie de salida (14) para la formación de las bandas (B1, B2) respectivas, son tales tales que las bandas dispuestas unas al lado de las otras, en el interior de las que el líquido puede llegar a la superficie (10), son directamente adyacentes.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, en donde, en caso de una curvatura convexa o cóncava de la superficie (10) a imprimir, los posicionamientos de la superficie de salida (14) con respecto a la superficie (10) vistos en la dirección del eje de curvatura durante dos movimientos relativos sucesivos, entre la superficie (10) y la superficie de salida (14) para la formación de una banda (B1, B2) respectiva, son tales que las bandas dispuestas unas al lado de las otras, en el interior de las que el líquido puede llegar a la superficie (10), se solapan mutuamente y se controlan los orificios de salida (16) de la superficie de salida (14), desde los que se crea la zona de solapamiento (30), de tal modo que las cantidades de líquido que llegan a una unidad de superficie de la superficie (10) son iguales en la zona de solapamiento (30) y en las zonas sin solapamiento de las bandas (B1, B2).
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, estando abombada la superficie (10) e imprimiéndose la misma con varias bandas (B1, ...... , Bn) directamente adyacentes, perpendiculares con respecto a su extensión
longitudinal, presentando la superficie de salida (14) varios sectores (S1, ...... , Sm) directamente adyacentes con orificios de salida dispuestos perpendiculares con respecto a la extensión longitudinal de las bandas (B 1 ,...... , Bn), imprimiéndose en una primera etapa de impresión (A1) una primera banda (B1) solo con el primer sector (S1), moviéndose después de la primera etapa de impresión el cabezal de impresión (12) perpendicularmente con respecto a la extensión longitudinal de la primera banda de tal modo que el segundo sector (S2) se encuentra por encima de la primera banda (B1), imprimiéndose a continuación en una segunda etapa de impresión (A2) la primera banda (B1) adicionalmente con el segundo sector (S2) e imprimiéndose una segunda banda (B2), dispuesta al lado de la primera banda con el primer sector (S1), repitiéndose los procesos hasta que se imprima una banda número m (Bm) con el primer sector (S1) e imprimiéndose las bandas (Bm-1,...... , B1) adyacentes, ya impresas con sectores (S2,......., Sm), y disminuyendo en las etapas de impresión posteriores, después de un movimiento del cabezal de impresión (12), perpendicular con respecto a la extensión longitudinal de las bandas, una distancia que corresponde en cada caso a la anchura de un sector con cada etapa de impresión, empezando el número de los sectores activados con los sectores S1 hasta Sm,
de modo que después de la última etapa de impresión todas las bandas están impresas por todos los sectores (S1, ...... , Sm).
9. Procedimiento según la reivindicación 8, repitiéndose la etapa de impresión en la que están activados todos los sectores (S1, ...... , Sm) después de un movimiento respectivo del cabezal de impresión (12), perpendicular con respecto a la extensión longitudinal de las bandas, una distancia que corresponde a la anchura de un sector.
10. Procedimiento según las reivindicaciones 8 o 9, realizándose en un movimiento del cabezal de impresión (12), perpendicular con respecto a la extensión longitudinal de las bandas, en cada caso una distancia que corresponde a la anchura de un sector una inclinación de la superficie (10) con respecto a la superficie de salida (14), de tal modo que una distancia entre la superficie (10) y la superficie de salida (14) se mantiene aproximadamente constante.
11. Dispositivo para la impresión de superficies tridimensionales con un bastidor (32),
un soporte (34) para el alojamiento de un componente (26) con una superficie (10) a imprimir,
un soporte (38) adicional para el alojamiento de al menos un cabezal de impresión (12) con una superficie de salida (14) que presenta orificios de salida (16) para la expulsión de cantidades de líquido predeterminadas,
un dispositivo de accionamiento mediante el cual puede accionarse un movimiento relativo entre la superficie de salida (14) y la superficie (10) a imprimir,
una alimentación de líquido (36) para la alimentación selectiva de líquido de impresión a los orificios de salida (16), un equipo electrónico de control (42) con datos geométricos de la superficie (10) a imprimir y datos de la decoración que contienen las impresiones que han de aplicarse en la superficie (10) con los datos de los líquidos necesarios para ello y con programas que convierten los datos geométricos de la superficie (10) y los datos de la decoración en datos de control para el control del equipo de accionamiento, para el control de la alimentación de líquidos al cabezal de impresión (12) y para la selección y el control de los orificios de salida (16), trabajando el dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 10.
12. Dispositivo según la reivindicación 11, siendo móvil el soporte (38) para el cabezal de impresión (12) en la dirección Z (distancia entre el cabezal de impresión 12 y la superficie 10 a imprimir) y en la dirección Y (dirección de anchura de una banda B1, B2) y siendo móvil el soporte (34) para el componente (26) a imprimir en la dirección X (dirección longitudinal de una banda de impresión B1, B2) y alrededor del eje X (dirección longitudinal de una banda B1, B2) y del eje Y.
13. Dispositivo según las reivindicaciones 11 o 12, con un equipo sensor (40) con el que puede determinarse una distancia entre la superficie de salida (14) y la superficie (10) a imprimir y/o con el que puede determinarse una propiedad óptica de la superficie a imprimir o ya impresa.
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