用于打印三维物品的装置和方法制造方法及图纸

一种在三维物品的曲面上打印图像的装置。所述装置主要包括：适配成支撑所述物品的支撑固定件；具有多个喷嘴的喷墨打印头；和铰接的机器人臂。支撑所述物品的所述支撑固定件和所述打印头其中之一安装到所述机器人臂并由其承载。所述机器人臂具有３个以上的运动自由度，并且能移动，从而导致所述打印头沿着一系列遵循所述物品的所述曲面的表面轮廓的扫描路径相对运动。控制器耦接到所述机器人臂并配置成导致所述机器人臂铰接运动，从而沿着所述一系列扫描路径移动所述打印头。随着所述打印头沿着所述一系列扫描路径移动，所述控制器导致所述机器人臂相对于所述物品的所述曲面将所述打印头连续定位在适合打印的位置。所述控制器进一步配置成让所述多个喷嘴沿着所述扫描路径在预定的位置喷射打印介质，从而在所述基材的所述曲面上形成所述图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及在三维物品上进行打印。更具体地说，本专利技术涉及利用包含喷墨 打印头的机器人系统在弯曲基材上打印高质量图像的装置和方法。
技术介绍
模制塑料物品逐渐被广泛接受，作为金属和玻璃物品的替代品。例如，塑料材料面 板，诸如聚碳酸酯(PC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)目前用于替代各种机动车应用领域中 的传统玻璃窗和金属体面板，包括部件诸如B柱、头灯、车窗、透光天窗和不透光天窗。由于 具备许多确定的优势，特别是在外形/设计、节省重量、安全性和可靠性方面，机动车窗系 统代表这种塑料材料的特别理想的应用领域。更具体地说，塑料材料让机动车制造商有能 力通过提高总体设计和形状的复杂性而突出它们的车辆。由于较之传统玻璃窗系统重量更 轻，所以在车辆中包含塑料窗系统和部件可以便于降低车辆重心(因此车辆操作性和安全 性更好)和改善燃料经济性。此外，安全性得到改善，特别是在翻滚事故中，原因是乘坐人 或乘客保留在车辆中的可能性更大。与塑料窗系统关联的另一项优势在于，能将若干部件 (以前粘结或接合在一起)整合成一个物品，从而减少了组装操作的数量。塑料窗系统的一个固有缺陷在于，无法在该物品所产生的复杂表面形状(凹陷、 凸起、多种曲线等)上方便地打印高质量的图像。打印是理想的方式，因为在复杂三维物品 的表面上形成图像的其他方式耗费时间。不幸的是，常用的二位打印方法，诸如丝网印刷和 移印，仅能以有限的成功率满足这种需求。可以利用墨水或膏料以及本领域技术人员知道的各种方法，将图像直接打印在二 维物品的任一表面上。除了上述方法之外，其他方法包括丝网印刷、喷墨打印和自动分配 (诸如滴流拖动分配、流式分配、简单流分配)。在每一种上述情形下，面板形状都影响打印 图像的质量，例如丝网印刷和其他方法在非平面面板上非常难于进行。打印的速度也影响 个别打印线或特征的质量，因此引向产生的图像的质量。墨水或膏料较慢的速度和较高的 流速可能导致图像的特征较宽和较深。相反，较高的速度和较低的流速可能导致特征较细 和较浅。此外，保持打印设备与物品表面之间的偏移距离随着表面形状复杂性加大也变得 更加困难，但是保持适当的偏移距离又是保证高质量图像所必要的。另外一个关心的方面 是能将打印系统方便地适配不同形状的物品，而不是必须针对每一种新的物品设计构造专 用于该具体物品的新打印系统。因此，需要提供一种改进的用于在三维物品或基材诸如塑料机动车窗的表面上打 印图像的装置和方法。
技术实现思路
为了满足上述需求，以及克服现有技术中的众多缺陷和其他局限，本专利技术一般提 供一种用于在三维物品包括但不限于塑料机动车窗的曲面上打印图像的装置和方法。所述 打印装置是一种机器人系统，包括适配成支撑三维物品的支撑固定件。铰接臂相对于所述支撑固定件定位，以使所述臂的端部相对于待打印的曲面定位。由所述臂的所述端部承载 并安装到所述端部的是喷墨打印头。所述臂可以三个以上的自由度移动，所述臂能将所述 喷墨打印头相对于所述物品的所述曲面定位于任何取向和位置。所述喷墨打印头包括多个 喷嘴，所述喷嘴耦接到墨水源或其他适合打印的介质；并且还包括适当的控制结构，用于根 据来自控制器或控制系统的指令从所述喷嘴分配墨水。为了形成图像，必须在与所述物品的所述表面上的像素位置对应的精确时间点， 向所述打印头中的每个喷嘴单独施加具有特定形状、幅值和脉冲持续时间的波形。所述波 形控制从喷嘴喷射的墨水量，以及部分地控制所述物品上产生墨水像素的特征，并最终控 制整体图像的质量。传统喷墨打印应用方案通过相对于物体的两个自由度(χ和y轴)的 运动，有时通过三个自由度(X、Y和Z轴)的运动操纵所述打印头的位置。对于本专利技术，采 用3个以上的自由度(最多6个)来相对于所述物品的所述曲面定位所述打印头。所述额 外的自由度包括围绕三个轴，即A、B和C(有时称为&、Yr和τχ)的旋转运动，从而除了由 沿着Χ、Υ和Z轴的运动提供的平移定位之外，提供所述打印头的取向定位。通过这种方式， 可以保持打印头的取向任何时刻都垂直于所述物品的所述表面。对于本专利技术，所述臂移动所述打印头沿着投射直线经过所述物品的所述表面，所 述投射直线称为扫描路径或方向。对于所述物品的所述表面上的每个位置以及打印头的位 置，打印头的每个喷嘴具有关联的一组值、控制信号或波形，所述一组值、控制信号或波形 判断喷嘴是否喷射墨水，如是，则精确控制喷射的墨水量。所述控制信号对应于在所述物品 的所述曲面上产生希望的图像所需的打印像素。通过控制所述臂的所述端部的位置，可以相对于待打印的所述物品的所述表面控 制打印头的位置(定位和取向)。可以使用各种方法来确定所述打印头相对于所述物品的 所述表面的实际位置。知道所述打印头的实际位置之后，可以使用各种方法来控制在相对 于所述物品的每个实际位置为所述喷嘴产生发射脉冲。这些方法包括根据下述信息确定所 述发射脉冲打印头已经沿着扫描路径移动的相对距离，诸如距离扫描路径起点的距离，结 合针对扫描路径限定或推导出的图形数据；知道何时开始打印，结合用于复制的图像以及 打印头行进速度的实时知识；打印头的绝对坐标，结合针对所述相同坐标的预定图像数据； 和利用激光器或其他传感器感知部件特征，和根据所述特征的绝对位置或相对位置触发脉 冲。因此，在本专利技术的一个方面，提供了一种在三维物品的曲面上打印图像的装置，所 述装置包括适配成支撑所述物品的支撑固定件；具有多个耦接到打印介质源的喷嘴的喷 墨打印头；支撑所述物品的所述支撑固定件和所述打印头其中之一安装到所述机器人臂并 由其承载，所述机器人臂具有3个以上的运动自由度，并且能移动，从而导致所述打印头沿 着一系列遵循所述物品的所述曲面的表面轮廓的扫描路径相对运动；和控制器，所述控制 器耦接到所述机器人臂并配置成导致所述机器人臂铰接运动，从而沿着所述一系列扫描路 径移动所述打印头，随着所述打印头沿着所述一系列扫描路径移动，所述控制器导致所述 机器人臂相对于所述物品的所述曲面将所述打印头定位在适合打印的位置，所述控制器耦 接到所述打印头并进一步配置成让所述多个喷嘴沿着所述扫描路径在预定的位置喷射打 印介质，从而在所述基材的所述曲面上形成所述图像。在本专利技术的另一方面，所述扫描路径为线性路径。在本专利技术进一步的方面，所述多5个喷嘴设置成阵列。在本专利技术的额外一方面，所述多个喷嘴设置成线性阵列。在本专利技术的另一方面，所述多个喷嘴设置成二维阵列。在本专利技术的另一方面，所述控制器配置成让所述多个喷嘴根据距离所述扫描路径 上与存储在所述控制器的存储器中的图像定位数据相关联的已知点的距离，而喷射打印介 质。在本专利技术的进一步的方面，所述控制器配置成在沿着所述扫描路径的行程起始点 从所述机器人臂接收开始信号，并在沿着所述扫描路径相对于所述起始点的另外一些距离 处接收另外的距离信号。在本专利技术的另外一方面，所述控制器配置成根据实际扫描路径相对于期望扫描路 径纠正误差，从所述多个喷嘴喷射打印介质的控制过程得到校正，以对应于实际扫描路径。在本专利技术的另一方面，传感器配置成感知所述部件的曲面上的部件特征，其中所 述控制器配置成让所述多个喷嘴根据所述传感器感知到的部件特征来喷射打印介质。在本专利技术的另一方面，所述传感器是光学传感器。在本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在三维物品的曲面上打印图像的装置，所述装置包括：适配成支撑所述物品的支撑固定件；具有多个耦接到打印介质源的喷嘴的喷墨打印头；铰接的机器人臂，支撑所述物品的所述支撑固定件和所述打印头其中之一安装到所述机器人臂并由其承载，所述机器人臂具有３个以上的运动自由度，并且能移动，从而导致所述打印头沿着一系列遵循所述物品的所述曲面的表面轮廓的扫描路径相对运动；和控制器，所述控制器耦接到所述机器人臂并配置成导致所述机器人臂铰接运动，从而沿着所述一系列扫描路径相对移动所述打印头，随着所述打印头沿着所述一系列扫描路径移动，所述控制器导致所述机器人臂相对于所述物品的所述曲面将所述打印头连续定位在适合打印的位置，所述控制器耦接到所述打印头并进一步配置成让所述多个喷嘴沿着所述扫描路径在预定的位置喷射打印介质，从而在所述基材的所述曲面上形成所述图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：克雷格奥尔，
申请(专利权)人：埃克阿泰克有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]