在硬板和帶輪廓外形或有織紋的表面上進行印製的方法和裝置的製作方法
2023-10-04 21:37:39
專利名稱：在硬板和帶輪廓外形或有織紋的表面上進行印製的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及在硬基片上進行印製，以及在有織紋、帶輪廓外形或者其它三維基片上進行印製。本發明尤其涉及在例如具有織物表面的基片、模製物品、諸如辦公室隔板的硬板、汽車內部板或者其它帶輪廓外形的物品上進行印製，以及涉及使用噴印技術進行這種印製。
背景技術：
通過噴墨印製將油墨施加到基片上要求油墨噴嘴與基片將進行印製的表面之間具有合適的間隔。通常，該間隔必須設定在1或2毫米以內，以保持通過噴墨工藝進行有效的印製。如果從噴嘴到被印製表面的距離太大，來自不同噴嘴的微滴的理想並行路徑的偏移變大。而且，微滴從印製頭到基片的飛行路徑越長，印製的精確性越與印製頭和基片之間的相對速度相關。這種相關性限制了印製頭到基片的速度變化率，包括方向的變化。而且，從印製頭噴嘴運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，微滴離開噴嘴運動越遠，微滴形狀將變化，這又改變了微滴在基片上的效果。因此，從印製頭到基片的距離變化能夠導致對印製圖像不規則的影響。
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於實現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，冷卻時材料回復到其未變形狀態。然而，即使是暫時變形也能夠不利地影響印製質量，如果它發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來進行的UV油墨局部固化過程中，當噴墨在印製區域上形成單一或多個印道(passes)時，伴隨著發熱輻射的UV能夠使諸如泡沫板的基片變形。
由於上述原因，在帶輪廓外形的材料或者其它三維基片上進行噴墨印製並不成功，尤其是在噴墨印製工藝中使用UV可固化油墨進行印製時。
發明內容
本發明的一個目的是為了能夠在三維基片上進行印製，尤其是在具有高度織紋的織物、成簇狀或不規則織物和其它材料、諸如被子和床罩的帶輪廓外形的表面、以及在模製的、衝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行印製。本發明的一個特別目的是為了通過噴墨或者數碼印製工藝在這些表面上進行印製。本發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行印製。
根據本發明的原理，印製圖像通過相對於被印製的基片的平面可移動的印製元件被施加到三維基片上。在某些實施例中，本發明提供一種寬基片噴墨印製裝置，該裝置帶有的印製頭可移向和移離基片平面，以保持印製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。
在本發明的一優選實施例中，印製元件是噴墨印製頭組件，它具有多個噴墨印製頭，通常是四個，每個印製頭用於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。為了保持恆定距離或者另外為了控制該距離，設置有一或多個傳感器以測量從印製頭或者從印製頭支架軌道到基片上油墨將噴射到其上的位置的距離。傳感器產生參考信號，信號被給到控制印製頭支架上的伺服電動機的控制器。印製頭可移動地安裝在支架上，例如安裝在滾珠絲槓機構上，並且通過伺服電動機的運行可移向和移離基片的平面。
在本發明的一個優選實施例中，一組四種不同顏色的印製頭中的每個印製頭可相對於一個共用印製頭支架單獨地移動，並且連接到一組四個伺服電動機中的每一個上，通過伺服電動機印製頭相對於基片平面的位置相對於其它印製頭是可控制的。該組印製頭優選地沿著橫向方向並排地布置在支架上，使得當支架橫向掃過基片時一個印製頭緊隨著另一個印製頭通過基片寬度方向。每個印製頭上具有多個用於將預定色彩的油墨以對應的多個字點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。在支架上設置兩個雷射或者光傳感器，分別位於印製頭的每側，使得在印製頭沿著任一方向掃描時在印製頭之前能夠獲得從表面到基片的距離測量結果。控制器在印製頭前面記錄基片的輪廓外形，並且在每個印製頭通過獲得測量結果的位置上時改變每個印製頭的位置以移向和移離基片平面，使得每個可獨立移動的印製頭沿著輪廓外形而行，並且保持到被印製表面一個固定的距離。
儘管優選地是可以調節印製頭或者噴嘴相對於固定在印製裝置構架上的基片的位置，基片表面也可以替代地相對於在構架上保持在一個固定的豎直位置的印製頭而定位。
優選地，UV油墨被印製在材料上，並且油墨的固化是通過暴露於UV光開始進行的。UV固化光可以安裝在印製頭支架上，在印製頭組件的每側一個，從而在印製頭之後露出印製的表面。通過如此地將UV固化光安裝在印製頭支架上，噴射的油墨在一接觸基片就可立即被局部(spot)固化，將墨點凝固在位並防止它們在基片上擴散或者滲吸。對於某些基片，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，光加熱基片並使它變形。通常，這種變形是暫時的，因為基片僅僅在被加熱時起泡或者膨脹並且在冷卻時回復其原始狀態。如果UV照射是在印製頭支架下遊進行，不會有有害結果。但是通過這種局部固化，基片在印製部位變形，從而會不利地影響噴墨印製作業的質量。這種情況可以這樣來防止發生，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頻率的足夠的UV能量來固化油墨而不會加熱基片來實現。本發明可用於在加熱時可能變形即使暫時變形的基片上進行印製。這種變形，即使是冷卻時可使材料回復到其未變形狀態的暫時變形也會由於局部固化不利地影響印製質量，當噴墨在印製區域上形成單一或多個印道時局部固化使基片變形。在印製過程中由於熱量使板的這種變形將強制調節在變形區域之上的印製頭高度。印製頭高度越高，由於飛行時間問題導致的印製質量越差。通過使用一種冷UV系統，印製頭到基片的距離變化可以降到最小，從而使印製質量最優。
在現有實踐中，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行噴墨印製的。但是，公知的是使用冷UV在印製工位下遊固化UV油墨，在這裡它被用來防止基片的永久變形或者熱損壞。在基片冷卻之後將消失的暫時變形在現有技術中已不是一個問題。如果在油墨被噴射到基片上時表面略微升高或者捲曲，這種變形將是一個問題，這種情況可能在局部固化中發生。
緊隨著暴露於UV光之後，印製的織物基片或者其它有織紋或多孔織物經受加熱，優選地是通過在印製工位下遊將熱氣吹到材料上，這將延續UV光開始進行的固化工藝並去除油墨的未固化組分。對於縫製的被褥織物材料，UV可固化油墨噴射到織物上，並且噴射的油墨被暴露於UV固化光以優選地固化油墨到大約90％到97％的聚合度，由於織物帶有部分地被固化的油墨，噴射的油墨隨後在熱氣鼓風機固化烘箱中被加熱，在其中UV光開始進行的聚合作用繼續進行，未固化的單體被蒸發，或者兩者同時進行，從而產生一個UV油墨印製的圖像，它包含較低量的未固化單體或其它油墨組分，例如小於0.01％。
當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字點到每種顏色每英寸大約300×300字點的字點密度噴射。對於某些常用UV油墨，利用UV噴墨印製頭，四分色調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。設置有UV固化光頭，它可以隨著印製頭一起移動或者獨立於印製頭移動，並且將澱積的UV油墨微滴暴露於每線性英寸大約300瓦的光束中，施加每平方釐米大約1焦耳的能量，從而產生大約90％的UV固化。噴射到其上的油墨已經被部分地UV固化的織物隨後通過一個烘箱，在其中它被加熱到大約300°F約30秒至大約3分鐘。優選地使用強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。類似的參數可以用於覆蓋織物的硬板，諸如辦公室隔板。
當在帶輪廓外形的材料上進行印製時，從印製頭到油墨將澱積到其上的基片的距離可以通過測量從在印製頭前面的傳感器到基片的距離並繪出表面位置的圖形來確定。對於在縱向前進的織物上橫向移動的雙向印製頭，設置兩個距離測量傳感器，分別位於印製頭的相對每一側，從而當印製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。對於一些油墨和足夠硬的材料，可以使用機械滾動傳感器，例如，通過設置一對滾輪，其中一個滾輪位於印製頭前面，另一個滾輪位於印製頭後面，使得在兩個滾輪與印製頭上的參考點之間的平均距離可用來控制從印製頭到基片平面的距離。為此，一或多個印製頭可以安裝到在其端部帶有滾輪的支架上，使得滾輪之間的機械連接能夠相對於基片平面移動印製頭。在大多數情況下，非接觸型傳感器，例如雷射或者光眼傳感器優選地用於代替每個滾輪。在印製頭相對側的兩個傳感器的輸出信號能夠傳遞到處理器，以測量從在雙向印製頭前面的印製頭到織物的距離，驅動與印製頭連接的伺服電動機以相對於基片平面升高和降低印製頭，使得印製頭與帶輪廓外形的表面平行地移動並經過固定距離將油墨噴射到織物上。
通過以下結合附圖對本發明優選實施例的詳細描述，本發明的這些和其它目的將變得更加明顯。
圖1是體現本發明原理的裝置的一個實施例的立體圖，其中，噴墨印製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類似的體現本發明原理的裝置的另一實施例的立體圖，其中，噴墨印製被施加到硬板上。
圖2是沿著圖1的線2-2的剖視圖，顯示了用於維持印製頭到基片距離的結構，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，顯示了用於維持印製頭到基片距離的另一結構。
圖3是沿著圖1A的線3-3的剖視圖，顯示了用於維持印製頭到帶輪廓外形的基片上的基片距離的結構。
具體實施例方式
圖1顯示了用於在硬板上進行印製的裝置10。該裝置10包括靜止構架11，其縱向範圍由箭頭12表示，橫向範圍由箭頭13表示。裝置10具有前端14，諸如可用來製造辦公室隔板的硬板15進入前端14。硬板15可以包括金屬或木製框架17，形成將被印製的表面的面料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、諸如泡沫的模製材料、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20在裝置10上被縱向運送，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並且硬板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，以運送硬板15通過裝置10的縱向範圍，其精確率優選為1/4英才。傳送裝置20的帶組件21的縱向運動由傳送裝置驅動器22控制。傳送裝置20採取替代形式，包括但不限於相對的側向有齒皮帶裝置、與硬板15配合的縱向可移動的側向夾緊裝置、或者用於將硬板15相對於傳送裝置20保持固定的其它固定結構。
沿著傳送裝置20設置三個工位，包括噴墨印製工位25、UV光固化工位24和加熱乾燥工位26。噴墨印製工位25包括其上具有一個或者多個噴墨印製頭30的噴墨支架。印製頭30的支架如圖所示可在橫杆28的前側橫向移動，橫杆在構架11上橫向延伸並且也可以但不是必須的在橫向伺服驅動電動機31以及可選的縱向驅動裝置32的動力作用下在構架11上縱向移動。替代地，印製頭30可以延伸硬板15的整個寬度，並製作成可以在硬板15上同時印製由可選擇的點構成的一條完整的橫向線。
噴墨印製頭30製作成例如以每微滴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色板使得每個由四種顏色組成。字點優選地按照每英寸大約180字點×每英寸大約254字點的分辯率進行分配。分辯率可以根據需要更高或者更低，但180×254的分辯率是優選的。如果需要更精美圖像或者更大色彩飽和度，每英寸300×300的分辯率是優選的。不同色彩的微滴可以並排或者疊置(dot-on-dot)。疊置(有時稱作drop-on-drop)形成更高的密度。
印製頭30設置有控制器，使得印製頭30可以有選擇地運行，以便有選擇地在硬板15的表面上印製一種或多種色彩構成的設計。傳送裝置20的驅動裝置22、印製頭30的驅動裝置31，32、以及印製頭30的運行通過控制器35來進行程序控制，以便在硬板15上的已知位置上印製圖案33，控制器包括一個存儲器36，用於存儲程序化的圖案、裝置控制程序、以及有關在硬板15上印製的圖案33的性質、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時數據。
UV固化工位24包括UV光固化頭23，它可以隨著印製頭30移動、或者如圖所示地獨立於印製頭30移動。UV光固化頭23製作成急劇地將窄的、縱向延伸的UV光束聚集到織物的印製表面上。UV光固化頭23設置有橫向驅動裝置19，它被控制以便橫向地掃描織物的印製表面，從而使光束在織物上通過。
優選地，UV光固化頭23由控制器35智能地控制，以便有選擇地運行和迅速地移動通過不進行印製的區域，而使UV光以足以使油墨UV固化的慢速率僅僅掃描印製的圖像，從而避免浪費時間和掃描未印製區域的UV能量。如果固化頭23被包括在印製工位25並且連接成隨印製頭30一起運動，UV固化光可以在緊接油墨分配之後與油墨分配同步地被使用。
在所示實施例中，UV固化工位24優選地位於緊接著印製工位25的下遊、或者位於印製頭側部的印製頭支架上，使得在緊接著印製之後織物經受UV光固化。固化頭的這種支架安裝使得油墨點在它們澱積的位置被凝固，從而避免油墨擴散或者吸墨。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並且可以避免基片在油墨滴澱積的位置變形。這種冷-UV固化光系統使用冷光鏡、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。實際中，UV固化頭23供應每平方釐米印製表面面積一焦耳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製區域來實現。這足以產生至少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投射以提高UV油墨的固化。使用更高的功率可能導致織物烤焦或者甚至燃燒，因此，UV功率有一個實際上限。
熱固化或者乾燥工位26可以固定到UV光固化工位下遊的構架11上或者離線地設置。由於97％的UV固化，油墨將足以不褪色，使得乾燥工位可以離線。當在線時，乾燥工位應當沿著織物長度充分延伸，以便使被印製的油墨以織物被印製的速率充分地固化。當離線設置時，加熱固化工位能夠以不同於印製速率的速率運行。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期的優選範圍。通過強制熱風加熱是優選的，儘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油墨深度。
一個縫製工位可以與印製工位在線或者離線地設置，並且可以位於印製工位之前或者之後。在縫製棉被和床罩的情況下並且縫製將與織物上的印製圖案對齊時，將縫製工位設置在烘箱26的下遊是優選的。可以採用諸如授予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所描述的單針縫製工位，該專利在此作為參考引入。本發明還可以使用的其它合適的單針類型縫製裝置包括題為「縫製方法和裝置」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。這種縫製工位也可以包括公開在美國專利No.5,154,130中所描述的多針縫製結構，該專利在此作為參考引入。
在基片的縫製、模製或者其它輪廓成形是在基片上進行印製之前進行時，常常需要對預先施加的輪廓外形進行套印。為了對預先施加的輪廓外形進行套印，輪廓外形圖案的位置可以相對於基片上的參考點被計算，它可由位於印製工位的傳感器來檢測。圖案位置可以由安裝在印製頭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。印製頭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製形成的表面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，該信息與印製頭30的縱向和橫向位置信息相互關聯並且可被解釋用於確定輪廓外形圖案的位置，從而使得印製圖像可以與預先施加的輪廓外形圖案對齊地被施加到表面16上。
在圖2的實施例中，傳感器40是一個包括帶輪的託架45的機械傳感器40a。噴嘴41安裝在託架45的中間位置，託架又繞著通過託架45中心的縱向軸線46可樞轉地連接到印製頭30。託架45具有左右檢測輪47，48，它們分別安放在硬板15的表面16上並沿著輪廓而行。託架45可相對於印製頭30垂直地移動並且沿著表面16的輪廓而行。位於輪47，48之間的中部的噴嘴41將豎直地設置在輪47，48的豎直位置的平均值處。這樣，噴嘴41可以響應輪47，48安放在表面16上時由託架45測定的硬板15的表面16的檢測位置而相對於硬板15的表面16被動地設置在一受控制的距離處。
UV固化頭23和織物之間的距離優選地也被控制，使得固化光總是精確地聚焦在織物的印製的輪廓外形表面上。該距離可以這樣來控制，通過將UV固化頭安裝成隨印製頭一起運動，例如通過諸如在印製頭每側的一個光纖的鄰近印製頭的光纖來輸送UV光，或者通過將UV固化頭安裝在單獨的支架上並且給它設置一個單獨的距離調節伺服電動機。UV固化頭23的單獨控制可以響應用於測量印製頭距離的傳感器、或者響應設置用於測量固化頭距離的單獨傳感器。如果印製頭傳感器被用於控制固化頭到織物的距離，一個存儲器可用於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的正確距離信息。替代地，UV固化頭可被固定、並且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製質量。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。當印製頭30在橫杆28上橫向移動時，噴嘴14指向的硬板15的表面16上的點相對於印製頭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，光或者雷射傳感器40b設置在印製頭30或者處於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，並且將測量結果傳送到控制器35。噴嘴41被安裝在位於印製頭30中的伺服電動機50的輸出致動器51上。控制器35響應來自傳感器40b的距離測量結果將控制信號傳送到伺服電動機50，以便豎直移動印製頭30上的噴嘴41，從而保持噴嘴41到硬板15的表面16的恆定距離。
由於支撐在印製裝置的構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測的，即使表面不具有織紋或者輪廓外形，在硬板上進行印製可以從檢測和調節從印製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的替代實施例100。裝置實施例100包括靜止構架111，其縱向範圍由箭頭112表示，橫向範圍由箭頭113表示。裝置100具有前端114，硬的辦公室隔板15進入前端114而裝載到傳送系統120的傳送帶121上，傳送系統120具有一個或者多個運送硬板15縱向通過裝置100的條板。傳送系統120的傳送帶121在構架111的寬度上延伸並且安放在光滑的不鏽鋼真空臺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，以有助於重力將硬板15緊靠傳送帶121上側保持在位。優選地，傳送帶121具有高摩擦橡膠狀表面108以有助於防止安放在其上的硬板水平滑動，穿過傳送帶設置有孔109的陣列，以有助於將真空從真空臺105傳遞到基片。
傳送系統120的傳送帶121上表面可以在它與硬板15底側之間提供足夠的摩擦，以防止硬板15在傳送系統120上水平滑動。傳送系統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的信號控制伺服驅動電動機122使傳送帶12轉位(indexing)來精確地控制硬板15在構架111上的向前運動。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，從而運送硬板15通過裝置100的縱向範圍。傳送帶121的這種轉位應當可控制到大約0.0005英寸的精確率，從而相對於位於固定跨接件上的印製頭移動硬板15(該實施例沒有被顯示)。
在圖1A顯示的實施例100中，傳送系統120的傳送帶121的縱向移動由傳送驅動裝置122控制，以便將硬板移動到印製位置，並在印製之後使它向下遊移動。可以設置一個或者多個另外的單獨可控制的驅動裝置132以控制傳送系統120的下遊條板，如果有任何下遊條板的話。
沿著傳送系統120設置三個工位，包括噴墨印製工位125以及一個或者多個固化或乾燥工位，固化或乾燥工位可以包括UV光固化工位124和/或加熱乾燥工位126。噴墨印製工位25包括跨接件128。如果傳送帶121可被操作以便使硬板15相對於跨接件128精確地轉位，跨接件可固定到構架111上並在其上橫向延伸。印製頭支架129可在跨接件128上橫向移動，並且其上具有一個或者多個噴墨印製頭組件130。支架129優選地固定到線性伺服電動機131的電樞上，線性伺服電動機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發送到伺服驅動電動機131的定位和驅動控制信號使支架129可在跨接件128上橫向移動。
在所示實施例中，跨接件128被安裝到可移動電樞133a，134a上，電樞133a，134a安放在位於傳送系統120每側上的線性伺服電動機133，134的縱嚮導軌133b，134b上。一旦通過移動傳送帶121將硬板15設置在跨接件128下方，當一個圖像的橫帶在印製頭130的連續掃描中被印製時，跨接件128沿著縱向方向被轉位，如下所述。該轉位應當如所需要的精確，以確保掃描相互對齊並且可以根據需要被隔行掃描，從而獲得所需的印製質量和分辯率。這種精確率優選地為大約0.0005英寸。相對於在諸如聚乙烯的更光滑表面上進行印製，更低的分辯率、因而是更差的精確率對於在織物表面上進行印製是可接受的。
圖3顯示了由四個噴墨印製頭130a-130d組成的噴墨印製頭組件130，它們用於分別施加四分色色彩組中的四種顏色。噴墨印製頭130a-130d分別包括128個油墨噴嘴組成的線性陣列，它們相對於構架111沿著縱向延伸並且位於垂直於跨接件128上的支架129的行進方向的直線上。每個印製頭130的噴嘴被製作並控制成在基片15上同時但是有選擇地並排噴射四分色色彩之一的UV油墨，並且在噴嘴掃描基片15時的一系列循環中這樣進行。噴墨印製頭組件中的噴墨印製頭130a-130d並排布置，以便當支架129在跨接件128上橫向移動時在基片15的同一區域上連續印製，每個印製頭在基片15的每個點位上依次地澱積四種顏色之一。
噴墨印製頭130a-130d中的每個可移動地安裝到支架上，以便分別可相對於基片15的平面豎直或者垂直地移動。每個噴墨印製頭130a-130d到基片15的平面的距離由一組伺服機構137a-d中的相應一個來控制，伺服機構被安裝到支架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。伺服機構137a-d響應來自控制噴墨印製頭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，理想地是使印製頭保持到將進行印製的表面16一個固定距離。這是通過在支架129的相對橫向側設置光傳感器138a，138b來實現的。印製頭組件130是雙向的，並且無論向右移動或者向左移動都能夠印製。當印製頭支架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，通常是位於傳感器138正下方的點的距離。該測量結果被傳遞到控制器35，控制器記錄所測量的距離以及在基片15的表面16上獲得測量結果處的座標。這些座標僅僅需要包括基片15上的橫向位置，在這些位置信息將被用於在其中獲得測量結果的支架同一行程或掃描中。但是，通過考慮構架111上的硬板15相對於跨接件128的位置，控制器35也可以記錄縱向座標。
響應測量結果，當相應印製頭到達基片15上獲得每個測量結果的橫向座標處時，控制器35控制伺服機構137，以使每個噴墨印製頭130垂直定位成到基片15的輪廓外形表面16一個預定距離。結果，與前面傳感器138相隔預定距離B且距離前面傳感器138最近的印製頭130在獲得預定的測量結果之後延遲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，印製頭130間隔距離A，並且在前一印製頭之後的V/A秒將分別依次沿著與第一印製頭相同輪廓外形而行。
印製頭130縱向方向的尺寸確定了印製頭沿著基片15的輪廓外形而行的精確率。通過使用更窄的印製頭，例如使用沿著縱向方向每個印製頭有64或32噴口的印製頭，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，多組印製頭130可以在支架129上按照矩形或者其它陣列布置，使不同組的印製頭在支架129上沿著基片15和構架111的縱向方向並排布置。例如，每個印製頭具有64個噴口的兩組印製頭或每個印製頭具有32個噴口的兩組印製頭將分別產生相同的128字點寬掃描，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製頭到基片的間隔。
在使用UV可固化油墨的情況下，UV固化工位124如圖1A所示地設置。它可以包括可在跨接件128下遊側獨立於印製頭130橫向移動或者位於印製工位125下遊的印製頭23，和/或可以包括安裝在支架129上的UV光固化頭123a，123b。當支架129在跨接件128上橫向移動時，只有跟在印製頭130後面的固化頭123a，123b被運行，使得UV光在油墨澱積在基片15上之後照射油墨。固化頭123a，123b也可以移向和移離基片15的平面並且可分別由伺服機構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的恆定距離將維持固化UV光的聚焦。UV光固化頭通常製作成急劇地將窄的縱向延伸UV光束聚焦到被印製表面上。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基片15的輪廓外形。在使用中，光固化頭123可以類似地製作成相對於基片15的表面16垂直移動。
加熱固化或者乾燥工位126可以在印製工位125和UV光固化工位124下遊固定到構架111上，並且也可以離線設置。這種乾燥工位126可用於通過熱氣、輻射或者其它加熱技術乾燥溶劑型油墨。它也可以用於進一步固化或乾燥UV油墨。
由於支撐在印製裝置的構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測的，即使表面不具有織紋或者輪廓外形，在硬板上進行印製可以從檢測和調節從印製噴嘴到硬板表面的距離而受益。
上述描述代表了本發明的優選實施例。本領域的技術人員應認識到，在不脫離本發明原理的情況下可對本發明進行不同的改變和增添。
權利要求
1.一種在基片上進行印製的方法，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製頭的印製頭支架，所述基片具有相對於所述平面變化的表面；分別調節從每個印製頭到所述平面的距離，以便使每個印製頭位於到油墨從印製頭噴到其上的基片表面一個預定距離處；以及將油墨從印製頭經過預定距離噴射到基片表面上。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於油墨是UV可固化油墨；以及該方法進一步包括通過使噴射的油墨暴露於紫外光，至少部分地固化噴射到所述表面上的油墨。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於暴露油墨的步驟包括調節來自光源的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.如權利要求2所述的方法，其特徵在於暴露油墨的步驟包括調節從UV光源到帶有噴射的油墨的表面的焦距，從而當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.如權利要求1所述的方法，其特徵在於油墨是UV可固化油墨；以及該方法進一步包括通過使噴射的油墨暴露於紫外光而至少部分地固化噴射到所述表面上的油墨，隨後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.如權利要求5所述的方法，其特徵在於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.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，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合起來；以及與印製在基片上的圖案同位地在結合的材料層和基片上縫製出縫製圖案。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，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合起來，並且縫製結合的材料層和基片；以及使將要噴射油墨的表面與縫製基片的輪廓外形對齊，並且通過與縫製圖案對齊地在基片上進行印製來執行印製步驟。
9.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，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合起來，並且縫製結合的材料層和基片；以及檢測縫製後的基片的輪廓外形，並且在基片上響應輪廓外形檢測確定的位置進行印製來執行印製步驟。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，還包括如下步驟調節從印製頭到所述平面的距離是響應於基片輪廓外形的檢測。
11.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括如下步驟檢測基片表面相對於支架的位置；以及響應於所述檢測調節從印製頭到所述平面的距離。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於在移動印製頭支架時進行位置檢測；以及調節包括當印製頭支架移動時改變印製頭相對於所述平面的位置，以響應檢測的位置維持從每個印製頭到基片表面的預定距離。
13.一種在覆蓋基片的硬板上進行印製的方法，包括與硬板相平行地移動其上具有多個噴墨印製頭的印製頭支架，所述印製頭朝向硬板表面；自動且分別地調節每個印製頭到基片表面的距離，以便維持印製頭與硬板表面之間的預定距離，噴射的油墨經過該預定距離從印製頭飛行到硬板表面；以及在移動印製頭支架的同時，將油墨從印製頭經過預定距離噴射到硬板表面上。
14.如權利要求13所述的方法，其特徵在於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生變化；以及調節步驟包括當印製頭時相對於硬板改變多個印製頭的位置，以便維持印製頭與油墨噴射到其上的硬板表面之間的預定距離。
15.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，還包括如下步驟檢測從印製頭支架到油墨將要噴射到其上的硬板表面的距離；以及響應檢測的距離相對於印製頭支架改變印製頭的位置。
16.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，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檢測的輪廓外形確定的位置，並且在所述位置將油墨噴射到硬板表面上。
17.如權利要求13所述的方法，其特徵在於油墨是UV可固化油墨；以及該方法進一步包括通過使噴射的油墨暴露於紫外光而至少部分地固化噴射到所述表面上的油墨。
18.如權利要求17所述的方法，其特徵在於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.如權利要求17所述的方法，其特徵在於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。
20.一種用於在基片的三維表面上進行印製的裝置，包括限定基片支撐平面的基片支撐件；平行於所述平面延伸的印製頭軌道；分別可移動地支撐在軌道上的多個噴墨印製頭，噴墨印製頭朝向由基片支撐件支撐的基片表面；可運行以確定基片表面上的位置的傳感器；印製頭響應傳感器可分別和有選擇地垂直於所述平面移動到至基片表面上的確定位置預定距離；以及控制器，所述控制器可運行以移動和控制印製頭，從而通過使油墨從印製頭經過預定距離噴射到基片上來在基片上進行印製。
21.如權利要求20所述的裝置，其特徵在於，還包括可在軌道上平行於基片平面移動的支架，印製頭可分別和有選擇地垂直於所述平面移動；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於基片支撐件上的基片表面上的油墨受到UV光作用；控制器可運行以使支架移動並使UV固化頭運行。
22.如權利要求21所述的裝置，其特徵在於所述至少一個UV固化頭是冷UV光源。
23.如權利要求21所述的裝置，其特徵在於所述至少一個UV固化頭包括至少兩個UV固化頭，每個UV固化頭分別設置在支架上位於印製頭每一側，使得當支架在導軌上沿著兩個相反方向的任一方向移動時，一個UV固化頭在印製頭前面，另一個在印製頭後面；以及控制器可運行來啟動至少後面的一個UV固化頭，以便當支架在油墨噴射到其上的表面上的同一行程中使由印製頭噴射到基片表面上的油墨受到UV光作用。
24.如權利要求23所述的裝置，其特徵在於所述至少兩個UV固化頭是冷UV光源。
25.如權利要求20所述的裝置，其特徵在於，還包括設置成使由印製頭噴射到基片表面上的油墨暴露於UV光的UV固化頭。
26.如權利要求25所述的裝置，其特徵在於UV固化頭是冷UV光源。
27.如權利要求25所述的裝置，其特徵在於UV固化頭可相對於所述平面移動；以及控制器可運行以移動固化頭，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.如權利要求25所述的裝置，其特徵在於，還包括加熱工位，它設置成加熱基片上受到UV光作用的油墨。
29.如權利要求28所述的裝置，其特徵在於加熱工位包括定向成將熱氣引導至支撐件上的基片的鼓風機。
30.如權利要求20所述的裝置，其特徵在於，還包括縫製工位，它設置成用於縫製基片，以使基片表面具有輪廓外形。
31.如權利要求20所述的裝置，其特徵在於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.如權利要求20所述的裝置，其特徵在於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，在印製過程中每個伺服電動機響應來自傳感器的輸出信號調節印製頭相對於基片的位置。
33.如權利要求20所述的裝置，其特徵在於傳感器包括與基片表面保持接觸的可移動機械元件；以及印製頭連接到機械元件上，以便響應機械元件而移動。
34.如權利要求20所述的裝置，其特徵在於多個噴墨印製頭包括沿著支架移動方向間隔的多個可單獨移動的印製頭，以便依次地通過基片的同一區域，每個印製頭印製一組色彩中的一種；印製頭響應傳感器可分別並且有選擇地垂直於所述平面移動，從而保持油墨從每個印製頭行進到基片表面的恆定距離；以及控制器可運行，以便在支架移動通過基片時控制印製頭依次沿著基片表面輪廓外形而行。
35.如權利要求34所述的裝置，其特徵在於多個噴墨印製頭包括垂直於支架運動方向並排布置在支架上的多組可分別移動的印製頭，使得每個印製頭可以保持距離其上基片輪廓外形沿著垂直於支架移動的方向變化的基片一個受控的間隔。
36.如權利要求20所述的裝置，其特徵在於多個噴墨印製頭包括垂直於支架運動方向並排布置在支架上的多個可分別移動的印製頭，使得每個印製頭可以保持距離其上基片輪廓外形沿著垂直於支架移動的方向變化的基片一個受控的間隔。
37.一種在基片上進行印製的方法，包括在向基片施加油墨時自動地調節噴墨印製頭的位置，使得從印製頭噴射到基片表面的油墨經過的距離保持均勻。
38.如權利要求37所述的方法，其特徵在於印製頭包括多個噴墨印製頭；該方法還包括在向基片施加油墨時單獨地調節每個印製頭的位置，使得在印製過程中從每個相應印製頭噴射到基片表面的油墨經過的距離保持恆定。
39.如權利要求37所述的方法，其特徵在於，還包括測量基片表面與印製頭之間的距離；以及在印製過程中響應距離測量調節印製頭的位置以保持距離恆定。
40.如權利要求37所述的方法，其特徵在於印製頭包括多個噴墨印製頭；該方法還包括分別調節每個印製頭的位置，並且通過不同的印製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)上進行噴墨印製，硬板可以具有帶輪廓外形、有織紋、由三維材料製成的表面(16)，或者其它距離硬板平面具有可變間隔的表面，使得在印製元件(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測的。優選地，採用UV光可固化油墨印製硬板(15)，油墨首先至少部分地用UV光固化，然後經受加熱步驟以更完全地固化和乾燥油墨，從而通過蒸發、進一步固化或者其它方式去除未固化單體。硬板表面(16)可以通過縫製或模製工藝具有輪廓外形。印製頭到硬板的間隔是可調的，以便將從印製元件到油墨將施加到其上的硬板表面的距離保持為預定恆定距離。多個印製頭(130a－130d)中的每個可以獨立地移動以控制印製頭到基片表面的間隔。位於印製頭支架(129)上的傳感器(40，138)測量從印製頭組件到被印製基片表面的距離。UV光固化頭(23，123)的位置或焦距可以改變，以保持UV光聚焦到位於基片帶輪廓外形的表面上的油墨上。UV光固化頭可以位於印製頭支架上，在印製頭每側具有一個光固化頭，以便在支架往復移動時交替起作用，在油墨被澱積在基片上之後立即局部固化和凝固油墨點。冷UV光源可用於防止印製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 優先權日2000年8月30日
發明者理察·N·科多 申請人:L&P產權管理公司