專利名稱：在硬板和帶輪廓外形或有織紋的表面上進(jìn)行印制的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在硬基片上進(jìn)行印制，以及在有織紋、帶輪廓外形或者其它三維基片上進(jìn)行印制。本發(fā)明尤其涉及在例如具有織物表面的基片、模制物品、諸如辦公室隔板的硬板、汽車內(nèi)部板或者其它帶輪廓外形的物品上進(jìn)行印制，以及涉及使用噴印技術(shù)進(jìn)行這種印制。
背景技術(shù)：
通過噴墨印制將油墨施加到基片上要求油墨噴嘴與基片將進(jìn)行印制的表面之間具有合適的間隔。通常，該間隔必須設(shè)定在1或2毫米以內(nèi)，以保持通過噴墨工藝進(jìn)行有效的印制。如果從噴嘴到被印制表面的距離太大，來自不同噴嘴的微滴的理想并行路徑的偏移變大。而且，微滴從印制頭到基片的飛行路徑越長，印制的精確性越與印制頭和基片之間的相對速度相關(guān)。這種相關(guān)性限制了印制頭到基片的速度變化率，包括方向的變化。而且，從印制頭噴嘴運(yùn)動到基片的微滴的速度隨著離開噴嘴的距離而減小，這種微滴的路徑隨著噴嘴到基片的距離增大而變得受氣流和其它因素更大的影響。此外，微滴離開噴嘴運(yùn)動越遠(yuǎn)，微滴形狀將變化，這又改變了微滴在基片上的效果。因此，從印制頭到基片的距離變化能夠?qū)е聦τ≈茍D像不規(guī)則的影響。
除了將油墨噴到帶輪廓外形的表面上的問題，在表面帶輪廓外形的位置也難于實(shí)現(xiàn)UV油墨的固化，UV油墨需要高度聚焦的UV能以便給油墨輸送足夠的固化能。
當(dāng)被加熱時，一些基片變形，甚至是暫時變形。這種變形可以是暫時的，例如，冷卻時材料回復(fù)到其未變形狀態(tài)。然而，即使是暫時變形也能夠不利地影響印制質(zhì)量，如果它發(fā)生在油墨被噴到基片上時。通過在油墨一接觸基片就立即將油墨暴露到UV來進(jìn)行的UV油墨局部固化過程中，當(dāng)噴墨在印制區(qū)域上形成單一或多個印道(passes)時，伴隨著發(fā)熱輻射的UV能夠使諸如泡沫板的基片變形。
由于上述原因，在帶輪廓外形的材料或者其它三維基片上進(jìn)行噴墨印制并不成功，尤其是在噴墨印制工藝中使用UV可固化油墨進(jìn)行印制時。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是為了能夠在三維基片上進(jìn)行印制，尤其是在具有高度織紋的織物、成簇狀或不規(guī)則織物和其它材料、諸如被子和床罩的帶輪廓外形的表面、以及在模制的、沖壓的和其它方式成形的硬或者半硬材料、和其它三維表面上進(jìn)行印制。本發(fā)明的一個特別目的是為了通過噴墨或者數(shù)碼印制工藝在這些表面上進(jìn)行印制。本發(fā)明的一個更特別的目的是為了使用UV可固化油墨在這些基片上進(jìn)行印制。
根據(jù)本發(fā)明的原理，印制圖像通過相對于被印制的基片的平面可移動的印制元件被施加到三維基片上。在某些實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種寬基片噴墨印制裝置，該裝置帶有的印制頭可移向和移離基片平面，以保持印制頭的噴嘴和油墨被噴到其上的表面之間的固定距離。在基片平面之上的可變距離使得油墨以被控和均勻的距離噴到基片上。
在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，印制元件是噴墨印制頭組件，它具有多個噴墨印制頭，通常是四個，每個印制頭用于將一組顏色中的一種顏色分配到基片上，從而形成多色圖像。為了保持恒定距離或者另外為了控制該距離，設(shè)置有一或多個傳感器以測量從印制頭或者從印制頭支架軌道到基片上油墨將噴射到其上的位置的距離。傳感器產(chǎn)生參考信號，信號被給到控制印制頭支架上的伺服電動機(jī)的控制器。印制頭可移動地安裝在支架上，例如安裝在滾珠絲杠機(jī)構(gòu)上，并且通過伺服電動機(jī)的運(yùn)行可移向和移離基片的平面。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，一組四種不同顏色的印制頭中的每個印制頭可相對于一個共用印制頭支架單獨(dú)地移動，并且連接到一組四個伺服電動機(jī)中的每一個上，通過伺服電動機(jī)印制頭相對于基片平面的位置相對于其它印制頭是可控制的。該組印制頭優(yōu)選地沿著橫向方向并排地布置在支架上，使得當(dāng)支架橫向掃過基片時一個印制頭緊隨著另一個印制頭通過基片寬度方向。每個印制頭上具有多個用于將預(yù)定色彩的油墨以對應(yīng)的多個字點(diǎn)的形式分配的油墨噴嘴，例如128個油墨噴嘴，它們沿著與支架垂直的直線延伸，該直線是沿著與支架的掃描方向垂直的縱向方向的。在支架上設(shè)置兩個激光或者光傳感器，分別位于印制頭的每側(cè)，使得在印制頭沿著任一方向掃描時在印制頭之前能夠獲得從表面到基片的距離測量結(jié)果?？刂破髟谟≈祁^前面記錄基片的輪廓外形，并且在每個印制頭通過獲得測量結(jié)果的位置上時改變每個印制頭的位置以移向和移離基片平面，使得每個可獨(dú)立移動的印制頭沿著輪廓外形而行，并且保持到被印制表面一個固定的距離。
盡管優(yōu)選地是可以調(diào)節(jié)印制頭或者噴嘴相對于固定在印制裝置構(gòu)架上的基片的位置，基片表面也可以替代地相對于在構(gòu)架上保持在一個固定的豎直位置的印制頭而定位。
優(yōu)選地，UV油墨被印制在材料上，并且油墨的固化是通過暴露于UV光開始進(jìn)行的。UV固化光可以安裝在印制頭支架上，在印制頭組件的每側(cè)一個，從而在印制頭之后露出印制的表面。通過如此地將UV固化光安裝在印制頭支架上，噴射的油墨在一接觸基片就可立即被局部(spot)固化，將墨點(diǎn)凝固在位并防止它們在基片上擴(kuò)散或者滲吸。對于某些基片，常用的或者廣效性的UV固化光包括能夠加熱基片的輻射。在泡沫板和幾種其它常用基片的情況下，光加熱基片并使它變形。通常，這種變形是暫時的，因?yàn)榛瑑H僅在被加熱時起泡或者膨脹并且在冷卻時回復(fù)其原始狀態(tài)。如果UV照射是在印制頭支架下游進(jìn)行，不會有有害結(jié)果。但是通過這種局部固化，基片在印制部位變形，從而會不利地影響噴墨印制作業(yè)的質(zhì)量。這種情況可以這樣來防止發(fā)生，通過使用“冷UV”源、或包括過濾器或者其它能量限制裝置例如有限帶寬的UV源的光源來防止來自光源的射向基片的能量帶有足夠多的能量來加熱基片。這也可以通過提供相關(guān)頻率的足夠的UV能量來固化油墨而不會加熱基片來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明可用于在加熱時可能變形即使暫時變形的基片上進(jìn)行印制。這種變形，即使是冷卻時可使材料回復(fù)到其未變形狀態(tài)的暫時變形也會由于局部固化不利地影響印制質(zhì)量，當(dāng)噴墨在印制區(qū)域上形成單一或多個印道時局部固化使基片變形。在印制過程中由于熱量使板的這種變形將強(qiáng)制調(diào)節(jié)在變形區(qū)域之上的印制頭高度。印制頭高度越高，由于飛行時間問題導(dǎo)致的印制質(zhì)量越差。通過使用一種冷UV系統(tǒng)，印制頭到基片的距離變化可以降到最小，從而使印制質(zhì)量最優(yōu)。
在現(xiàn)有實(shí)踐中，除了我們的在先申請中提到的之外，沒有使用局部固化來在硬基片上進(jìn)行噴墨印制的。但是，公知的是使用冷UV在印制工位下游固化UV油墨，在這里它被用來防止基片的永久變形或者熱損壞。在基片冷卻之后將消失的暫時變形在現(xiàn)有技術(shù)中已不是一個問題。如果在油墨被噴射到基片上時表面略微升高或者卷曲，這種變形將是一個問題，這種情況可能在局部固化中發(fā)生。
緊隨著暴露于UV光之后，印制的織物基片或者其它有織紋或多孔織物經(jīng)受加熱，優(yōu)選地是通過在印制工位下游將熱氣吹到材料上，這將延續(xù)UV光開始進(jìn)行的固化工藝并去除油墨的未固化組分。對于縫制的被褥織物材料，UV可固化油墨噴射到織物上，并且噴射的油墨被暴露于UV固化光以優(yōu)選地固化油墨到大約90％到97％的聚合度，由于織物帶有部分地被固化的油墨，噴射的油墨隨后在熱氣鼓風(fēng)機(jī)固化烘箱中被加熱，在其中UV光開始進(jìn)行的聚合作用繼續(xù)進(jìn)行，未固化的單體被蒸發(fā)，或者兩者同時進(jìn)行，從而產(chǎn)生一個UV油墨印制的圖像，它包含較低量的未固化單體或其它油墨組分，例如小于0.01％。
當(dāng)UV油墨被噴射到諸如床罩條紋棉布料的高度帶織紋的織物上時，油墨以每種顏色每英寸大約180×254字點(diǎn)到每種顏色每英寸大約300×300字點(diǎn)的字點(diǎn)密度噴射。對于某些常用UV油墨，利用UV噴墨印制頭，四分色調(diào)色板的四種顏色被施加，每種在微滴中例如是每微滴大約75微微升或大約80毫微克。設(shè)置有UV固化光頭，它可以隨著印制頭一起移動或者獨(dú)立于印制頭移動，并且將淀積的UV油墨微滴暴露于每線性英寸大約300瓦的光束中，施加每平方厘米大約1焦耳的能量，從而產(chǎn)生大約90％的UV固化。噴射到其上的油墨已經(jīng)被部分地UV固化的織物隨后通過一個烘箱，在其中它被加熱到大約300°F約30秒至大約3分鐘。優(yōu)選地使用強(qiáng)制熱氣在烘箱中施加熱量，但是也可以使用諸如紅外或者其它輻射加熱器的其它加熱方法。類似的參數(shù)可以用于覆蓋織物的硬板，諸如辦公室隔板。
當(dāng)在帶輪廓外形的材料上進(jìn)行印制時，從印制頭到油墨將淀積到其上的基片的距離可以通過測量從在印制頭前面的傳感器到基片的距離并繪出表面位置的圖形來確定。對于在縱向前進(jìn)的織物上橫向移動的雙向印制頭，設(shè)置兩個距離測量傳感器，分別位于印制頭的相對每一側(cè)，從而當(dāng)印制頭沿著任一方向移動時可以測量到帶輪廓外形的織物表面的距離。對于一些油墨和足夠硬的材料，可以使用機(jī)械滾動傳感器，例如，通過設(shè)置一對滾輪，其中一個滾輪位于印制頭前面，另一個滾輪位于印制頭后面，使得在兩個滾輪與印制頭上的參考點(diǎn)之間的平均距離可用來控制從印制頭到基片平面的距離。為此，一或多個印制頭可以安裝到在其端部帶有滾輪的支架上，使得滾輪之間的機(jī)械連接能夠相對于基片平面移動印制頭。在大多數(shù)情況下，非接觸型傳感器，例如激光或者光眼傳感器優(yōu)選地用于代替每個滾輪。在印制頭相對側(cè)的兩個傳感器的輸出信號能夠傳遞到處理器，以測量從在雙向印制頭前面的印制頭到織物的距離，驅(qū)動與印制頭連接的伺服電動機(jī)以相對于基片平面升高和降低印制頭，使得印制頭與帶輪廓外形的表面平行地移動并經(jīng)過固定距離將油墨噴射到織物上。
通過以下結(jié)合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其它目的將變得更加明顯。


圖1是體現(xiàn)本發(fā)明原理的裝置的一個實(shí)施例的立體圖，其中，噴墨印制被施加到覆蓋著有織紋或帶輪廓外形的織物材料或織物的硬的辦公室隔板上。
圖1A是與圖1類似的體現(xiàn)本發(fā)明原理的裝置的另一實(shí)施例的立體圖，其中，噴墨印制被施加到硬板上。
圖2是沿著圖1的線2-2的剖視圖，顯示了用于維持印制頭到基片距離的結(jié)構(gòu)，其中，基片是高度地帶輪廓外形。
圖2A是與圖2類似的剖視圖，顯示了用于維持印制頭到基片距離的另一結(jié)構(gòu)。
圖3是沿著圖1A的線3-3的剖視圖，顯示了用于維持印制頭到帶輪廓外形的基片上的基片距離的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示了用于在硬板上進(jìn)行印制的裝置10。該裝置10包括靜止構(gòu)架11，其縱向范圍由箭頭12表示，橫向范圍由箭頭13表示。裝置10具有前端14，諸如可用來制造辦公室隔板的硬板15進(jìn)入前端14。硬板15可以包括金屬或木制框架17，形成將被印制的表面的面料16伸展在框架上。表面16也可以是平坦但高度有織紋的織物、諸如泡沫的模制材料、或者其它帶輪廓外形或可變化表面。硬板15由傳送裝置或傳送系統(tǒng)20在裝置10上被縱向運(yùn)送，傳送裝置20由一對相對的針板拉幅帶組件21形成，帶組件21延伸穿過裝置10并且硬板15在裝置10的前端14被給到帶組件上。帶組件21將硬板15保持在帶組件21上的精確已知縱向位置上，以運(yùn)送硬板15通過裝置10的縱向范圍，其精確率優(yōu)選為1/4英才。傳送裝置20的帶組件21的縱向運(yùn)動由傳送裝置驅(qū)動器22控制。傳送裝置20采取替代形式，包括但不限于相對的側(cè)向有齒皮帶裝置、與硬板15配合的縱向可移動的側(cè)向夾緊裝置、或者用于將硬板15相對于傳送裝置20保持固定的其它固定結(jié)構(gòu)。
沿著傳送裝置20設(shè)置三個工位，包括噴墨印制工位25、UV光固化工位24和加熱干燥工位26。噴墨印制工位25包括其上具有一個或者多個噴墨印制頭30的噴墨支架。印制頭30的支架如圖所示可在橫桿28的前側(cè)橫向移動，橫桿在構(gòu)架11上橫向延伸并且也可以但不是必須的在橫向伺服驅(qū)動電動機(jī)31以及可選的縱向驅(qū)動裝置32的動力作用下在構(gòu)架11上縱向移動。替代地，印制頭30可以延伸硬板15的整個寬度，并制作成可以在硬板15上同時印制由可選擇的點(diǎn)構(gòu)成的一條完整的橫向線。
噴墨印制頭30制作成例如以每微滴75微微升或大約80毫微克來噴射UV油墨，而且可以按照四分色調(diào)色板使得每個由四種顏色組成。字點(diǎn)優(yōu)選地按照每英寸大約180字點(diǎn)×每英寸大約254字點(diǎn)的分辯率進(jìn)行分配。分辯率可以根據(jù)需要更高或者更低，但180×254的分辯率是優(yōu)選的。如果需要更精美圖像或者更大色彩飽和度，每英寸300×300的分辯率是優(yōu)選的。不同色彩的微滴可以并排或者疊置(dot-on-dot)。疊置(有時稱作drop-on-drop)形成更高的密度。
印制頭30設(shè)置有控制器，使得印制頭30可以有選擇地運(yùn)行，以便有選擇地在硬板15的表面上印制一種或多種色彩構(gòu)成的設(shè)計(jì)。傳送裝置20的驅(qū)動裝置22、印制頭30的驅(qū)動裝置31，32、以及印制頭30的運(yùn)行通過控制器35來進(jìn)行程序控制，以便在硬板15上的已知位置上印制圖案33，控制器包括一個存儲器36，用于存儲程序化的圖案、裝置控制程序、以及有關(guān)在硬板15上印制的圖案33的性質(zhì)、縱向和橫向位置以及硬板15在裝置10中的相對縱向位置的實(shí)時數(shù)據(jù)。
UV固化工位24包括UV光固化頭23，它可以隨著印制頭30移動、或者如圖所示地獨(dú)立于印制頭30移動。UV光固化頭23制作成急劇地將窄的、縱向延伸的UV光束聚集到織物的印制表面上。UV光固化頭23設(shè)置有橫向驅(qū)動裝置19，它被控制以便橫向地掃描織物的印制表面，從而使光束在織物上通過。
優(yōu)選地，UV光固化頭23由控制器35智能地控制，以便有選擇地運(yùn)行和迅速地移動通過不進(jìn)行印制的區(qū)域，而使UV光以足以使油墨UV固化的慢速率僅僅掃描印制的圖像，從而避免浪費(fèi)時間和掃描未印制區(qū)域的UV能量。如果固化頭23被包括在印制工位25并且連接成隨印制頭30一起運(yùn)動，UV固化光可以在緊接油墨分配之后與油墨分配同步地被使用。
在所示實(shí)施例中，UV固化工位24優(yōu)選地位于緊接著印制工位25的下游、或者位于印制頭側(cè)部的印制頭支架上，使得在緊接著印制之后織物經(jīng)受UV光固化。固化頭的這種支架安裝使得油墨點(diǎn)在它們淀積的位置被凝固，從而避免油墨擴(kuò)散或者吸墨。尤其是安裝在支架上時，UV光固化頭是冷-UV光，通過使用過濾器或者窄帶寬輻射可以避免加熱諸如泡沫板的敏感基片并且可以避免基片在油墨滴淀積的位置變形。這種冷-UV固化光系統(tǒng)使用冷光鏡、紅外線切割過濾器、和水冷UV固化，以保持基片溫度較低。
理論上，需要一個UV光光子來固化油墨單體的一個自由基以使油墨固化。實(shí)際中，UV固化頭23供應(yīng)每平方厘米印制表面面積一焦耳UV光。這通過使UV光束以每線性英寸光束寬度300瓦的功率掃過織物的印制區(qū)域來實(shí)現(xiàn)。這足以產(chǎn)生至少90％的UV固化。將UV光功率增大到每線性英寸600瓦可以獲得97％或者更好的固化。替代地，如果織物厚度以及阻光性不是太高，固化光可以從織物兩側(cè)投射以提高UV油墨的固化。使用更高的功率可能導(dǎo)致織物烤焦或者甚至燃燒，因此，UV功率有一個實(shí)際上限。
熱固化或者干燥工位26可以固定到UV光固化工位下游的構(gòu)架11上或者離線地設(shè)置。由于97％的UV固化，油墨將足以不褪色，使得干燥工位可以離線。當(dāng)在線時，干燥工位應(yīng)當(dāng)沿著織物長度充分延伸，以便使被印制的油墨以織物被印制的速率充分地固化。當(dāng)離線設(shè)置時，加熱固化工位能夠以不同于印制速率的速率運(yùn)行。在烘箱或固化工位26的熱固化使織物上的油墨保持在大約300°F直到三分鐘。從30秒到三分鐘的加熱是預(yù)期的優(yōu)選范圍。通過強(qiáng)制熱風(fēng)加熱是優(yōu)選的，盡管也可以使用諸如紅外加熱器的其它熱源，只要它們能夠充分地穿過織物到達(dá)油墨深度。
一個縫制工位可以與印制工位在線或者離線地設(shè)置，并且可以位于印制工位之前或者之后。在縫制棉被和床罩的情況下并且縫制將與織物上的印制圖案對齊時，將縫制工位設(shè)置在烘箱26的下游是優(yōu)選的?？梢圆捎弥T如授予Kaetterhenry等的題為“web-fed Chain-stitch Single-needle Mattress Cover Quilter with Needle DeflectionCompensation”的美國專利No.5,832,849所描述的單針縫制工位，該專利在此作為參考引入。本發(fā)明還可以使用的其它合適的單針類型縫制裝置包括題為“縫制方法和裝置”美國專利NO.5,640,916和5,685,250分別公開的裝置，它們在此作為參考引入。這種縫制工位也可以包括公開在美國專利No.5,154,130中所描述的多針縫制結(jié)構(gòu)，該專利在此作為參考引入。
在基片的縫制、模制或者其它輪廓成形是在基片上進(jìn)行印制之前進(jìn)行時，常常需要對預(yù)先施加的輪廓外形進(jìn)行套印。為了對預(yù)先施加的輪廓外形進(jìn)行套印，輪廓外形圖案的位置可以相對于基片上的參考點(diǎn)被計(jì)算，它可由位于印制工位的傳感器來檢測。圖案位置可以由安裝在印制頭30上的傳感器40直接檢測，在圖2和2A中傳感器被分別表示為40a，40b。印制頭30包括向下朝向諸如硬板15的基片的向上表面16的噴嘴或者噴墨噴嘴陣列41。硬板15例如可以在其通過縫合或者模制形成的表面16上具有凹陷部或者溝槽43，如圖2所示。傳感器40檢測從噴嘴41到表面16的距離。來自傳感器40的信息可被送到控制器35，該信息與印制頭30的縱向和橫向位置信息相互關(guān)聯(lián)并且可被解釋用于確定輪廓外形圖案的位置，從而使得印制圖像可以與預(yù)先施加的輪廓外形圖案對齊地被施加到表面16上。
在圖2的實(shí)施例中，傳感器40是一個包括帶輪的托架45的機(jī)械傳感器40a。噴嘴41安裝在托架45的中間位置，托架又繞著通過托架45中心的縱向軸線46可樞轉(zhuǎn)地連接到印制頭30。托架45具有左右檢測輪47，48，它們分別安放在硬板15的表面16上并沿著輪廓而行。托架45可相對于印制頭30垂直地移動并且沿著表面16的輪廓而行。位于輪47，48之間的中部的噴嘴41將豎直地設(shè)置在輪47，48的豎直位置的平均值處。這樣，噴嘴41可以響應(yīng)輪47，48安放在表面16上時由托架45測定的硬板15的表面16的檢測位置而相對于硬板15的表面16被動地設(shè)置在一受控制的距離處。
UV固化頭23和織物之間的距離優(yōu)選地也被控制，使得固化光總是精確地聚焦在織物的印制的輪廓外形表面上。該距離可以這樣來控制，通過將UV固化頭安裝成隨印制頭一起運(yùn)動，例如通過諸如在印制頭每側(cè)的一個光纖的鄰近印制頭的光纖來輸送UV光，或者通過將UV固化頭安裝在單獨(dú)的支架上并且給它設(shè)置一個單獨(dú)的距離調(diào)節(jié)伺服電動機(jī)。UV固化頭23的單獨(dú)控制可以響應(yīng)用于測量印制頭距離的傳感器、或者響應(yīng)設(shè)置用于測量固化頭距離的單獨(dú)傳感器。如果印制頭傳感器被用于控制固化頭到織物的距離，一個存儲器可用于存儲表面或者表面的一部分的圖像，這時控制器從存儲器獲得與織物上的固化頭的位置相對應(yīng)的正確距離信息。替代地，UV固化頭可被固定、并且UV光距離光源的焦距自動地改變。
無論硬板15是在其表面16上具有輪廓外形圖案或者是僅僅具有帶織紋材料，通過保持噴嘴14與硬板15的表面16之間的精確間隔可以保持印制質(zhì)量。圖2A顯示了在其外部上表面16上覆蓋著粗的紡織或帶織紋織物的硬板15。當(dāng)印制頭30在橫桿28上橫向移動時，噴嘴14指向的硬板15的表面16上的點(diǎn)相對于印制頭30的豎直位置常常改變一或者幾毫米。為了檢測這種距離變化，光或者激光傳感器40b設(shè)置在印制頭30或者處于距離織物支撐平面固定高度的支架上。傳感器40b瞬時地測量噴嘴41到硬板15的表面16的距離，并且將測量結(jié)果傳送到控制器35。噴嘴41被安裝在位于印制頭30中的伺服電動機(jī)50的輸出致動器51上?？刂破?5響應(yīng)來自傳感器40b的距離測量結(jié)果將控制信號傳送到伺服電動機(jī)50，以便豎直移動印制頭30上的噴嘴41，從而保持噴嘴41到硬板15的表面16的恒定距離。
由于支撐在印制裝置的構(gòu)架上時硬板的硬框架和硬板的厚度使得硬板的上表面的位置是不可預(yù)測的，即使表面不具有織紋或者輪廓外形，在硬板上進(jìn)行印制可以從檢測和調(diào)節(jié)從印制噴嘴到硬板表面的距離而受益。
圖1A顯示了如上所述的裝置10的替代實(shí)施例100。裝置實(shí)施例100包括靜止構(gòu)架111，其縱向范圍由箭頭112表示，橫向范圍由箭頭113表示。裝置100具有前端114，硬的辦公室隔板15進(jìn)入前端114而裝載到傳送系統(tǒng)120的傳送帶121上，傳送系統(tǒng)120具有一個或者多個運(yùn)送硬板15縱向通過裝置100的條板。傳送系統(tǒng)120的傳送帶121在構(gòu)架111的寬度上延伸并且安放在光滑的不銹鋼真空臺105上，真空臺上具有向上真空孔106陣列，真空孔與傳送帶12底側(cè)連通。傳送帶121是多孔的，使得來自真空臺105的真空通過傳送帶121傳遞到硬板15底側(cè)，以有助于重力將硬板15緊靠傳送帶121上側(cè)保持在位。優(yōu)選地，傳送帶121具有高摩擦橡膠狀表面108以有助于防止安放在其上的硬板水平滑動，穿過傳送帶設(shè)置有孔109的陣列，以有助于將真空從真空臺105傳遞到基片。
傳送系統(tǒng)120的傳送帶121上表面可以在它與硬板15底側(cè)之間提供足夠的摩擦，以防止硬板15在傳送系統(tǒng)120上水平滑動。傳送系統(tǒng)120還是充分地沒有彈性，使得它可以精確地向前移動。為此，傳送帶121具有非彈性的稀薄編織背襯107，以便給傳送帶提供尺寸穩(wěn)定性，同時使得真空可以在真空臺105的孔106與傳送帶121的表面上的孔109之間傳遞。通過來自控制器35的信號控制伺服驅(qū)動電動機(jī)122使傳送帶12轉(zhuǎn)位(indexing)來精確地控制硬板15在構(gòu)架111上的向前運(yùn)動。傳送帶121因此將硬板15保持在傳送帶121上精確已知的縱向位置，從而運(yùn)送硬板15通過裝置100的縱向范圍。傳送帶121的這種轉(zhuǎn)位應(yīng)當(dāng)可控制到大約0.0005英寸的精確率，從而相對于位于固定跨接件上的印制頭移動硬板15(該實(shí)施例沒有被顯示)。
在圖1A顯示的實(shí)施例100中，傳送系統(tǒng)120的傳送帶121的縱向移動由傳送驅(qū)動裝置122控制，以便將硬板移動到印制位置，并在印制之后使它向下游移動?？梢栽O(shè)置一個或者多個另外的單獨(dú)可控制的驅(qū)動裝置132以控制傳送系統(tǒng)120的下游條板，如果有任何下游條板的話。
沿著傳送系統(tǒng)120設(shè)置三個工位，包括噴墨印制工位125以及一個或者多個固化或干燥工位，固化或干燥工位可以包括UV光固化工位124和/或加熱干燥工位126。噴墨印制工位25包括跨接件128。如果傳送帶121可被操作以便使硬板15相對于跨接件128精確地轉(zhuǎn)位，跨接件可固定到構(gòu)架111上并在其上橫向延伸。印制頭支架129可在跨接件128上橫向移動，并且其上具有一個或者多個噴墨印制頭組件130。支架129優(yōu)選地固定到線性伺服電動機(jī)131的電樞上，線性伺服電動機(jī)131具有在跨接件128上橫向延伸的線性排列的定子磁鐵，如上所述，使得通過由控制器135發(fā)送到伺服驅(qū)動電動機(jī)131的定位和驅(qū)動控制信號使支架129可在跨接件128上橫向移動。
在所示實(shí)施例中，跨接件128被安裝到可移動電樞133a，134a上，電樞133a，134a安放在位于傳送系統(tǒng)120每側(cè)上的線性伺服電動機(jī)133，134的縱向?qū)к?33b，134b上。一旦通過移動傳送帶121將硬板15設(shè)置在跨接件128下方，當(dāng)一個圖像的橫帶在印制頭130的連續(xù)掃描中被印制時，跨接件128沿著縱向方向被轉(zhuǎn)位，如下所述。該轉(zhuǎn)位應(yīng)當(dāng)如所需要的精確，以確保掃描相互對齊并且可以根據(jù)需要被隔行掃描，從而獲得所需的印制質(zhì)量和分辯率。這種精確率優(yōu)選地為大約0.0005英寸。相對于在諸如聚乙烯的更光滑表面上進(jìn)行印制，更低的分辯率、因而是更差的精確率對于在織物表面上進(jìn)行印制是可接受的。
圖3顯示了由四個噴墨印制頭130a-130d組成的噴墨印制頭組件130，它們用于分別施加四分色色彩組中的四種顏色。噴墨印制頭130a-130d分別包括128個油墨噴嘴組成的線性陣列，它們相對于構(gòu)架111沿著縱向延伸并且位于垂直于跨接件128上的支架129的行進(jìn)方向的直線上。每個印制頭130的噴嘴被制作并控制成在基片15上同時但是有選擇地并排噴射四分色色彩之一的UV油墨，并且在噴嘴掃描基片15時的一系列循環(huán)中這樣進(jìn)行。噴墨印制頭組件中的噴墨印制頭130a-130d并排布置，以便當(dāng)支架129在跨接件128上橫向移動時在基片15的同一區(qū)域上連續(xù)印制，每個印制頭在基片15的每個點(diǎn)位上依次地淀積四種顏色之一。
噴墨印制頭130a-130d中的每個可移動地安裝到支架上，以便分別可相對于基片15的平面豎直或者垂直地移動。每個噴墨印制頭130a-130d到基片15的平面的距離由一組伺服機(jī)構(gòu)137a-d中的相應(yīng)一個來控制，伺服機(jī)構(gòu)被安裝到支架129上，以便在基片15的同一輪廓外形上一個緊隨另一個而行。伺服機(jī)構(gòu)137a-d響應(yīng)來自控制噴墨印制頭130a-d的控制器135的信號，以便分別保持到基片15的表面16成輪廓外形的基片15的表面的控制距離。
通常，理想地是使印制頭保持到將進(jìn)行印制的表面16一個固定距離。這是通過在支架129的相對橫向側(cè)設(shè)置光傳感器138a，138b來實(shí)現(xiàn)的。印制頭組件130是雙向的，并且無論向右移動或者向左移動都能夠印制。當(dāng)印制頭支架129在跨接件128上移動時，傳感器138a，138b中前面的一個測量傳感器138到基片15的表面16上直接與傳感器138對齊，通常是位于傳感器138正下方的點(diǎn)的距離。該測量結(jié)果被傳遞到控制器35，控制器記錄所測量的距離以及在基片15的表面16上獲得測量結(jié)果處的座標(biāo)。這些座標(biāo)僅僅需要包括基片15上的橫向位置，在這些位置信息將被用于在其中獲得測量結(jié)果的支架同一行程或掃描中。但是，通過考慮構(gòu)架111上的硬板15相對于跨接件128的位置，控制器35也可以記錄縱向座標(biāo)。
響應(yīng)測量結(jié)果，當(dāng)相應(yīng)印制頭到達(dá)基片15上獲得每個測量結(jié)果的橫向座標(biāo)處時，控制器35控制伺服機(jī)構(gòu)137，以使每個噴墨印制頭130垂直定位成到基片15的輪廓外形表面16一個預(yù)定距離。結(jié)果，與前面?zhèn)鞲衅?38相隔預(yù)定距離B且距離前面?zhèn)鞲衅?38最近的印制頭130在獲得預(yù)定的測量結(jié)果之后延遲V/B秒沿著織物的輪廓外形而行，其中V是支架129在跨接件128上的速度。類似地，印制頭130間隔距離A，并且在前一印制頭之后的V/A秒將分別依次沿著與第一印制頭相同輪廓外形而行。
印制頭130縱向方向的尺寸確定了印制頭沿著基片15的輪廓外形而行的精確率。通過使用更窄的印制頭，例如使用沿著縱向方向每個印制頭有64或32噴口的印制頭，可以保持更大的精確率，而且可以沿著變化更大的輪廓外形而行。因此，多組印制頭130可以在支架129上按照矩形或者其它陣列布置，使不同組的印制頭在支架129上沿著基片15和構(gòu)架111的縱向方向并排布置。例如，每個印制頭具有64個噴口的兩組印制頭或每個印制頭具有32個噴口的兩組印制頭將分別產(chǎn)生相同的128字點(diǎn)寬掃描，但是在輪廓外形在基片15上沿著縱向方向改變時，具有更大能力來維持印制頭到基片的間隔。
在使用UV可固化油墨的情況下，UV固化工位124如圖1A所示地設(shè)置。它可以包括可在跨接件128下游側(cè)獨(dú)立于印制頭130橫向移動或者位于印制工位125下游的印制頭23，和/或可以包括安裝在支架129上的UV光固化頭123a，123b。當(dāng)支架129在跨接件128上橫向移動時，只有跟在印制頭130后面的固化頭123a，123b被運(yùn)行，使得UV光在油墨淀積在基片15上之后照射油墨。固化頭123a，123b也可以移向和移離基片15的平面并且可分別由伺服機(jī)構(gòu)139a，139b控制，以維持它們距離表面16的間隔，如圖3所示。UV油墨的合適固化要求UV光被聚焦到帶有油墨的表面上。因此，移動UV固化頭123a，123b以維持到表面16的恒定距離將維持固化UV光的聚焦。UV光固化頭通常制作成急劇地將窄的縱向延伸UV光束聚焦到被印制表面上。因此，代替物理上移動UV光固化頭或光源123a，123b，光固化頭123a，123b的焦距可被改變以適應(yīng)基片15的輪廓外形。在使用中，光固化頭123可以類似地制作成相對于基片15的表面16垂直移動。
加熱固化或者干燥工位126可以在印制工位125和UV光固化工位124下游固定到構(gòu)架111上，并且也可以離線設(shè)置。這種干燥工位126可用于通過熱氣、輻射或者其它加熱技術(shù)干燥溶劑型油墨。它也可以用于進(jìn)一步固化或干燥UV油墨。
由于支撐在印制裝置的構(gòu)架上時硬板的硬框架和硬板的厚度使得硬板的上表面的位置是不可預(yù)測的，即使表面不具有織紋或者輪廓外形，在硬板上進(jìn)行印制可以從檢測和調(diào)節(jié)從印制噴嘴到硬板表面的距離而受益。
上述描述代表了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，在不脫離本發(fā)明原理的情況下可對本發(fā)明進(jìn)行不同的改變和增添。
權(quán)利要求
1.一種在基片上進(jìn)行印制的方法，包括與基片被支撐在其上的平面相平行地移動其上具有多個噴墨印制頭的印制頭支架，所述基片具有相對于所述平面變化的表面；分別調(diào)節(jié)從每個印制頭到所述平面的距離，以便使每個印制頭位于到油墨從印制頭噴到其上的基片表面一個預(yù)定距離處；以及將油墨從印制頭經(jīng)過預(yù)定距離噴射到基片表面上。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于油墨是UV可固化油墨；以及該方法進(jìn)一步包括通過使噴射的油墨暴露于紫外光，至少部分地固化噴射到所述表面上的油墨。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于暴露油墨的步驟包括調(diào)節(jié)來自光源的UV光的距離，以便將UV光聚焦到帶有噴射的油墨的表面上。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于暴露油墨的步驟包括調(diào)節(jié)從UV光源到帶有噴射的油墨的表面的焦距，從而當(dāng)從光源到所述表面的距離變化時維持UV光聚焦到所述表面上。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于油墨是UV可固化油墨；以及該方法進(jìn)一步包括通過使噴射的油墨暴露于紫外光而至少部分地固化噴射到所述表面上的油墨，隨后加熱其上具有至少部分地固化油墨的表面，以減少基片上油墨的非聚合單體的含量。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于加熱步驟包括使熱氣在其上具有至少部分地固化的UV光固化油墨的基片表面上流動，以從基片上去除油墨未固化的組分。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括如下步驟將一個或者多個輔助材料層與所述基片結(jié)合起來；以及與印制在基片上的圖案同位地在結(jié)合的材料層和基片上縫制出縫制圖案。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括如下步驟將一個或者多個輔助材料層與所述基片結(jié)合起來，并且縫制結(jié)合的材料層和基片；以及使將要噴射油墨的表面與縫制基片的輪廓外形對齊，并且通過與縫制圖案對齊地在基片上進(jìn)行印制來執(zhí)行印制步驟。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括如下步驟將一個或者多個輔助材料層與所述基片結(jié)合起來，并且縫制結(jié)合的材料層和基片；以及檢測縫制后的基片的輪廓外形，并且在基片上響應(yīng)輪廓外形檢測確定的位置進(jìn)行印制來執(zhí)行印制步驟。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括如下步驟調(diào)節(jié)從印制頭到所述平面的距離是響應(yīng)于基片輪廓外形的檢測。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括如下步驟檢測基片表面相對于支架的位置；以及響應(yīng)于所述檢測調(diào)節(jié)從印制頭到所述平面的距離。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于在移動印制頭支架時進(jìn)行位置檢測；以及調(diào)節(jié)包括當(dāng)印制頭支架移動時改變印制頭相對于所述平面的位置，以響應(yīng)檢測的位置維持從每個印制頭到基片表面的預(yù)定距離。
13.一種在覆蓋基片的硬板上進(jìn)行印制的方法，包括與硬板相平行地移動其上具有多個噴墨印制頭的印制頭支架，所述印制頭朝向硬板表面；自動且分別地調(diào)節(jié)每個印制頭到基片表面的距離，以便維持印制頭與硬板表面之間的預(yù)定距離，噴射的油墨經(jīng)過該預(yù)定距離從印制頭飛行到硬板表面；以及在移動印制頭支架的同時，將油墨從印制頭經(jīng)過預(yù)定距離噴射到硬板表面上。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于油墨噴射到其上的硬板表面到支架的距離在整個硬板上發(fā)生變化；以及調(diào)節(jié)步驟包括當(dāng)印制頭時相對于硬板改變多個印制頭的位置，以便維持印制頭與油墨噴射到其上的硬板表面之間的預(yù)定距離。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括如下步驟檢測從印制頭支架到油墨將要噴射到其上的硬板表面的距離；以及響應(yīng)檢測的距離相對于印制頭支架改變印制頭的位置。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括如下步驟檢測硬板表面的輪廓外形；以及與所述硬板相平行地將支架移動到響應(yīng)檢測的輪廓外形確定的位置，并且在所述位置將油墨噴射到硬板表面上。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于油墨是UV可固化油墨；以及該方法進(jìn)一步包括通過使噴射的油墨暴露于紫外光而至少部分地固化噴射到所述表面上的油墨。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于暴露步驟包括在移動光源的同時使來自光源的UV光聚焦，以保持UV光聚焦到帶有噴射油墨的表面上。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于暴露步驟包括使來自光源的UV光聚焦，以保持UV光聚焦到帶有噴射油墨的表面上。
20.一種用于在基片的三維表面上進(jìn)行印制的裝置，包括限定基片支撐平面的基片支撐件；平行于所述平面延伸的印制頭軌道；分別可移動地支撐在軌道上的多個噴墨印制頭，噴墨印制頭朝向由基片支撐件支撐的基片表面；可運(yùn)行以確定基片表面上的位置的傳感器；印制頭響應(yīng)傳感器可分別和有選擇地垂直于所述平面移動到至基片表面上的確定位置預(yù)定距離；以及控制器，所述控制器可運(yùn)行以移動和控制印制頭，從而通過使油墨從印制頭經(jīng)過預(yù)定距離噴射到基片上來在基片上進(jìn)行印制。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，還包括可在軌道上平行于基片平面移動的支架，印制頭可分別和有選擇地垂直于所述平面移動；安裝在支架上的至少一個UV固化頭，固化頭定向成可以使位于基片支撐件上的基片表面上的油墨受到UV光作用；控制器可運(yùn)行以使支架移動并使UV固化頭運(yùn)行。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于所述至少一個UV固化頭是冷UV光源。
23.如權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于所述至少一個UV固化頭包括至少兩個UV固化頭，每個UV固化頭分別設(shè)置在支架上位于印制頭每一側(cè)，使得當(dāng)支架在導(dǎo)軌上沿著兩個相反方向的任一方向移動時，一個UV固化頭在印制頭前面，另一個在印制頭后面；以及控制器可運(yùn)行來啟動至少后面的一個UV固化頭，以便當(dāng)支架在油墨噴射到其上的表面上的同一行程中使由印制頭噴射到基片表面上的油墨受到UV光作用。
24.如權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于所述至少兩個UV固化頭是冷UV光源。
25.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，還包括設(shè)置成使由印制頭噴射到基片表面上的油墨暴露于UV光的UV固化頭。
26.如權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于UV固化頭是冷UV光源。
27.如權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于UV固化頭可相對于所述平面移動；以及控制器可運(yùn)行以移動固化頭，從而保持來自固化頭的UV光聚焦到噴射在基片表面上的油墨上。
28.如權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于，還包括加熱工位，它設(shè)置成加熱基片上受到UV光作用的油墨。
29.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于加熱工位包括定向成將熱氣引導(dǎo)至支撐件上的基片的鼓風(fēng)機(jī)。
30.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，還包括縫制工位，它設(shè)置成用于縫制基片，以使基片表面具有輪廓外形。
31.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于傳感器是非接觸型測距裝置，它包括光源和安裝在軌道上的光探測器。
32.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于傳感器是非接觸型測距裝置，它包括光源和安裝在軌道上的光探測器；以及軌道還具有安裝在其上的多個伺服電動機(jī)，在印制過程中每個伺服電動機(jī)響應(yīng)來自傳感器的輸出信號調(diào)節(jié)印制頭相對于基片的位置。
33.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于傳感器包括與基片表面保持接觸的可移動機(jī)械元件；以及印制頭連接到機(jī)械元件上，以便響應(yīng)機(jī)械元件而移動。
34.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于多個噴墨印制頭包括沿著支架移動方向間隔的多個可單獨(dú)移動的印制頭，以便依次地通過基片的同一區(qū)域，每個印制頭印制一組色彩中的一種；印制頭響應(yīng)傳感器可分別并且有選擇地垂直于所述平面移動，從而保持油墨從每個印制頭行進(jìn)到基片表面的恒定距離；以及控制器可運(yùn)行，以便在支架移動通過基片時控制印制頭依次沿著基片表面輪廓外形而行。
35.如權(quán)利要求34所述的裝置，其特征在于多個噴墨印制頭包括垂直于支架運(yùn)動方向并排布置在支架上的多組可分別移動的印制頭，使得每個印制頭可以保持距離其上基片輪廓外形沿著垂直于支架移動的方向變化的基片一個受控的間隔。
36.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于多個噴墨印制頭包括垂直于支架運(yùn)動方向并排布置在支架上的多個可分別移動的印制頭，使得每個印制頭可以保持距離其上基片輪廓外形沿著垂直于支架移動的方向變化的基片一個受控的間隔。
37.一種在基片上進(jìn)行印制的方法，包括在向基片施加油墨時自動地調(diào)節(jié)噴墨印制頭的位置，使得從印制頭噴射到基片表面的油墨經(jīng)過的距離保持均勻。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于印制頭包括多個噴墨印制頭；該方法還包括在向基片施加油墨時單獨(dú)地調(diào)節(jié)每個印制頭的位置，使得在印制過程中從每個相應(yīng)印制頭噴射到基片表面的油墨經(jīng)過的距離保持恒定。
39.如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，還包括測量基片表面與印制頭之間的距離；以及在印制過程中響應(yīng)距離測量調(diào)節(jié)印制頭的位置以保持距離恒定。
40.如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于印制頭包括多個噴墨印制頭；該方法還包括分別調(diào)節(jié)每個印制頭的位置，并且通過不同的印制頭施加不同顏色的油墨。
全文摘要
在諸如辦公室隔板的硬板(15)上進(jìn)行噴墨印制，硬板可以具有帶輪廓外形、有織紋、由三維材料制成的表面(16)，或者其它距離硬板平面具有可變間隔的表面，使得在印制元件(30，130，130a－130d)與油墨將要噴射到其上的表面上的位置之間的距離不總是相同或者可確切預(yù)測的。優(yōu)選地，采用UV光可固化油墨印制硬板(15)，油墨首先至少部分地用UV光固化，然后經(jīng)受加熱步驟以更完全地固化和干燥油墨，從而通過蒸發(fā)、進(jìn)一步固化或者其它方式去除未固化單體。硬板表面(16)可以通過縫制或模制工藝具有輪廓外形。印制頭到硬板的間隔是可調(diào)的，以便將從印制元件到油墨將施加到其上的硬板表面的距離保持為預(yù)定恒定距離。多個印制頭(130a－130d)中的每個可以獨(dú)立地移動以控制印制頭到基片表面的間隔。位于印制頭支架(129)上的傳感器(40，138)測量從印制頭組件到被印制基片表面的距離。UV光固化頭(23，123)的位置或焦距可以改變，以保持UV光聚焦到位于基片帶輪廓外形的表面上的油墨上。UV光固化頭可以位于印制頭支架上，在印制頭每側(cè)具有一個光固化頭，以便在支架往復(fù)移動時交替起作用，在油墨被淀積在基片上之后立即局部固化和凝固油墨點(diǎn)。冷UV光源可用于防止印制過程中平坦或帶輪廓外形的基片的熱變形，從而可以在諸如泡沫板的熱敏感基片上進(jìn)行局部固化。
文檔編號B41J2/01GK1449332SQ01814949
公開日2003年10月15日 申請日期2001年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月30日
發(fā)明者理查德·N·科多 申請人:L&P產(chǎn)權(quán)管理公司