[发明专利]彩色三维曲面喷墨印刷设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种喷墨印刷设备，尤其涉及一种彩色三维曲面喷墨印刷设备。

背景技术

目前，常规的印刷设备如胶印机、凹印机、数码印刷机等用于平面材料的图文印刷。由于三维物体具有变化的曲面，传统印刷设备通过压力转移油墨的方法难以在其上应用。喷墨技术因为不接触承印物，无需印刷压力，为三维物体印刷提供了条件。

《三维喷绘机器人喷墨机理研究》（陈新伟，南开大学硕士论文，2009）研制了一种三维喷绘机器人，喷绘具有一定高度变化的三维地图模型。由于该机器人做直线运动，难以实现曲率变化大，深径比大的复杂三维曲面喷墨印刷，而且喷绘精度与颜色不如喷墨印刷质量。欧洲专利EP1918113A2和中国专利CN101259800A提出一种三维打印机，采用CMYK喷头，喷头可作直线扫描运动，运动基板通过组合二维平面运动和互相垂直的旋转运动实现三维运动。中国专利CN102173211A提出了一种五轴联动控制立体打印设备，该设备中喷头能在X方向和Y方向做平面运动，运动基板能在Z轴方向作直线运动，并能沿Z轴及其法线方向旋转。以上两种类型三维打印机，在打印过程中，喷头的直线运动使得墨滴在形成过程中受到惯性力、冲击等因素干扰，造成墨滴发生随机性变化，定位发生偏差，不仅打印效果不好而且三维物体打印速度低。另外，在常规喷墨打印设备中，其喷头尺寸在厘米级，难以印刷具有大深径比、毫米级小尺寸、变曲率、凹面等情况的复杂曲面；并且小尺寸喷头喷墨量少，进行大面积曲面喷墨印刷时效率太低，难以实际应用。因此，现有三维物体喷墨打印设备难以打印复杂曲面三维物体，并且打印质量不高、印刷速度低。

发明内容

本发明提供一种彩色三维曲面喷墨印刷设备，用以实现三维承印物彩色喷墨印刷，提高印刷质量，缩短印刷时间。

为达到上述目的，本发明提供了一种彩色三维曲面喷墨印刷设备，包括：控制系统、喷墨系统、供墨系统、承印台、干燥系统、固化系统、监测系统、指示与报警系统，其中：

控制系统包括控制软件、数据采集与控制器、供墨控制器、喷墨控制器、干燥固化控制器、运动控制器、监测控制器。控制软件用于设定设备运行规则、对数据采集与控制器采集的数据进行实时信号显示，向供墨控制器、喷墨控制器、运动控制器、监测控制器和干燥固化控制器分别发送相应的控制信号；

喷墨系统包含依次相连的信号放大器、喷墨电源、喷头组，以及安装喷头组的喷头运动台；信号放大器与喷墨控制器相连，接收喷墨控制器发送的喷墨控制信号，实现喷头喷墨功能；喷头运动台与运动控制器相连，接收运动控制器发送的喷头运动台控制信号，实现喷头运动功能；喷头组包括多个CMYK单色常规喷头和多个CMYK单色毛细喷头；在每一颜色印刷前，喷头运动台根据喷头运动台控制信号将对应的喷头移动至喷墨位置后静止，在喷墨过程中保持喷头静止不动；

供墨系统包括依次相连的墨盒、连接管、真空泵、过滤器、墨泵、墨罐，以及安装在连接管上的压力表和调压阀；压力表、调压阀分别与供墨控制器相连，供墨控制器根据压力表的压力值对调压阀进行调节，为喷头提供稳定的喷墨压力；

承印台包括承印物运动台和相连的电机、用于固定承印物的夹具；电机、传感器分别与运动控制器相连；

干燥系统和固化系统分别与干燥固化控制器相连，在干燥固化控制器控制下对承印物上的喷墨材料进行干燥和固化；

监测系统包括图像采集与分析软件、照相机、放大镜头、光源和显示器；照相机用于在放大镜和光源的辅助下获取墨滴的喷墨、干燥、固化和印刷图像；图像采集与分析软件用于喷墨印刷过程实时显示与观测、按照预定的规则对照相机获取的图像进行数据采集与质量检查，并将分析结果反馈给监控控制器与显示器；

指示与报警系统包括电源指示灯、工作状态指示灯和蜂鸣器，用于根据数据采集与控制器采集的设备工作状态指示相应设备运行状态以及出错报警。

可选的，喷头组中喷头的喷墨方式为按需喷墨或连续喷墨。

可选的，常规喷头为尺寸在厘米级，具有多个喷孔的喷头；毛细喷头为细长结构，长度在毫米至厘米级，截面尺寸在微米至毫米级，具有一个或多个喷孔，喷孔直径在微米级的喷头。

可选的，毛细喷头采用压电振动、热发泡、超声振动、磁致伸缩或电磁阀控制方式驱动；毛细喷头的材料为玻璃、石英、硅、碳、铜、铝合金、不锈钢、陶瓷或塑料。

可选的，喷头运动台为电动直线运动台或电动旋转运动台。

可选的，电机为步进电机或伺服电机；传感器为直线位移传感器、角位移传感器和位置传感器中的至少一种。