一種大尺幅精細花紋金屬浮雕板製備設備的製作方法

2023-12-12 21:20:52 1

專利名稱：一種大尺幅精細花紋金屬浮雕板製備設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種大尺幅精細花紋金屬浮雕板製備設備，尤其是基於多次腐蝕製作大面積的金屬平面浮雕的設備。
背景技術：
大尺幅精細花紋金屬浮雕板尤其是大面積的金屬平面(立體)浮雕是現代裝飾和家居、輕工用品產業的重要材料和生產支撐及技術保障，如用於模具生產，也用於各種裝飾、地板等材料的製造，包括製備具有壓花的各種飾面板、吊頂板、地板，然而大面積的精細花紋金屬浮雕板始終是一個技術難點，重要的一點是金屬平面的立體浮雕圖案加工難以達到細節和紋路的逼真自然、工藝可控。然而大尺幅精細花紋金屬浮雕板的製備需要專門的設備進行製備。
用菲林感光板製備大尺幅精細花紋金屬浮雕板存在幾大難題:菲林片規格目前幅寬只有1680mm ;出菲林的照排機也僅有1680mm的幅寬；大幅照排機的精度目前只能做到2400DPI ;菲林感光要求片面和金屬浮雕板的平面板板面都非常平整，對精度達200目以上網點和10微米的感光是更加困難了。片與膠之間任何位置都不能有絲毫間隙，由於靜電菲林和塗膠中吸附的肉眼看不清的塵埃都會造成致命的質量問題。灰塵使菲林片無法與膠面緊密貼合造成透光，精細圖像就變糊了。大幅金屬浮雕板精細產品按目前技術，採用精雕壓輥，通過模壓輥壓離心紙再將離心紙上的紋理轉移至浸膠或高分子產品上，成本很高，卻使用壽命太短，十幾次離心 紙就報廢。對板面已經蝕刻有密集凹凸形狀的模具，再要進行感光且要高精度顯示圖像，用菲林是無法實現的。CN94110703.5異形陶板浮雕的模具製作方法及異形陶板浮雕的成型工藝，將石墨板或紫銅板切割成異形板，拼擺後將浮雕圖案印製在異形板上，用刻刀將圖案雕刻成浮雕，將雕刻有浮雕的異形板及製作陽模的鋼件接上脈衝直流電對鋼件進行腐蝕、拋光、根據陽模製作與陽模相配套的陰模，將雕刻有浮雕的異形板及製作陽模的鋼件接上脈衝直流電對鋼件進行腐蝕，本質上仍是電化學方法，但浮雕圖案進行雕刻的方法是難以控制的。總體上不能較深的花紋細節完美的腐蝕工藝——一旦腐蝕到0.4mm以上的深度還不能稱立體浮雕，也不能保證繼續曝光腐蝕時的紋路細節的完盡口 ο
CN200410155155.9 一種鍍鎳金屬印刷模板及其製造方法，金屬模板基片是表面被覆有鎳鍍層的金屬模板基片，製造方法是依次有以下工藝步驟:雷射切割金屬基片、研磨處理孔壁、表面除油、去毛刺、表面刷鍍和烘乾。現有技術無法製備大於I米5的寬幅及長度在2米以上的金屬立體浮雕板，一個重要原因是需要提供變種專用的設備不易，如進行重複腐蝕之對菲林片的對準要求太高，也易受溫度變化的影響。尤其是機械裝置與控制裝置並不能有機結合在一道。發明內容
本發明的目的是:提出一種大尺幅精細花紋金屬浮雕板製備設備，尤其是基於多次腐蝕製作大面積的金屬平面浮雕的設備。可完全撇開菲林來製備大幅面金屬平面浮雕(精細花紋圖像):金屬平面浮雕包括平板模具、浮雕板模具及浮雕裝飾件，還是一種保證立體浮雕的層次的紋路細節完善和立體感強的金屬平面浮雕的製作設備，相同或不同圖案還可以進行重複或疊加進行加工，具有浮雕畫圖案清晰、立體感強、立體浮雕圖案加工細節和紋路的逼真自然，多次加工的重複性好，而且成本低，生產條件亦可與現有工藝兼容並且容易控制。本發明的技術解決方案是，大尺幅精細花紋金屬浮雕板製備設備，包括控制裝置、移動橫梁、X軸光柵尺、機座、X軸電機驅動組件、Y軸電機驅動組件、Y軸光柵尺、雷射曝光頭、Z軸自動測距升降器；機座上設有靠山板和定位點，機座二側置X軸移動導軌和至少一側置有X軸光柵尺，移動橫梁置於二側置X軸移動導軌上，由X軸電機驅動組件驅動移動橫梁在X軸移動並由X軸光柵尺檢測定位，移動橫梁上置有Y軸移動導軌、Y軸光柵尺和Y軸電機驅動組件，即移動橫梁上置有沿Y軸運動的雷射曝光頭及安裝支架由Y軸電機驅動組件沿Y軸移動導軌驅動並由Y軸光柵尺定位。進一步的，定位點起碼有兩個為好，可由多種方法定位。進一步的，雷射曝光頭及安裝支架安裝在垂直於Y軸導軌上運動的Z軸自動測距升降器上；進一步的，基座上設有真空與氣浮平臺，平臺上置大幅面金屬平面浮雕板、平臺上設有均勻分布的氣孔，氣孔連接外置的壓縮空氣動力源或真空負壓源。進一步的，平臺上設有均勻分布的氣孔是按區域獨立連接外置的壓縮空氣動力源或真空源，以適應在小不同面積的大幅面金屬平面浮雕板，以免小面積金屬平面浮雕板未遮蔽的氣孔時使壓縮空氣動力源或真空負壓源洩壓。大幅面金屬平面浮雕板置於真空與氣浮平臺上，可以使大幅面金屬平面浮雕板氣浮平臺的氣浮啟動時託起上噸的 大幅面金屬平面浮雕板以進行微調移動，而對板表面無任何損傷。而在啟動負壓時又使大幅面金屬平面浮雕板極好的固定。大幅面金屬平面浮雕板也指待加工的坯料板或半成品乃至成品板。雷射曝光頭的X、Y、Z三維移動動作的數控通過光柵尺和控制裝置進行，在板不同位置進行曝光不同的圖案。Z軸自動測距進行升降，也可以在聚焦後I 一 5_的高度範圍內微調，採用高度隨機測調技術，可放大工件的不平度要求仍然能夠保證精確曝光。Χ、γ軸移動採用直線電機加光柵尺控制，重複精度可致2微米(如採用更高精度的光柵尺，控制精度可以更高)精度進行控制，Z軸可根據雷射曝光頭高低距離設定，與工件的距離自動隨機調難
iF.0本發明的應用包括:大尺幅精細花紋金屬浮雕板製備方法，基於N次腐蝕製作大面積的金屬平面浮雕的方法，在金屬基板上進行腐蝕製作浮雕，在金屬基板表面上塗覆光敏塗層；用雷射束對塗層曝光使之具有所要求的正性或負性圖案或圖像，然後以化學去除工藝去除曝光後不保留的塗層，即在曝光後立即去除塗層露出產生腐蝕凹陷的區域；然後以腐蝕侵蝕或電解金屬侵蝕的方式，在已被去除塗層的區域上形成凹陷。所述雷射束是紫外雷射束或其它可見或紅外光束(也可採用其它雷射)，曝光使之具有所要求的正性或負性圖案；金屬基板光敏塗層在圖案或圖像是由雷射束直接曝光形成的，即直接控制雷射束明暗或通斷的時間對光敏塗層進行曝光。並不需要控制雷射束的顏色或灰度明暗。
較好的方法是DMD微鏡(或其它雷射照排器件)的部件進行線面掃描，將每幀的圖案或圖像存儲在計算機內，由計算機控制DMD微鏡的雷射部件在金屬基板光敏塗層上掃描；掃描的方式是:可以是點雷射源，也可以是一排點陣構成的線陣，更可以是M排線雷射源構成的面雷射源；金屬基板光敏塗層上圖案或圖像是由雷射束直接曝光形成的，即直接控制雷射束通斷的時間對光敏塗層進行曝光。雷射射向金屬基板光敏塗層的角度近乎垂直為好。
以上雷射曝光時也可以進行圖案或圖像對光敏層進行刷新的方式多次曝光，而使圖案或圖像的紋路或花紋更加清晰，而使圖案或圖像的清晰度更好，即製版的效果更好，通過增強對比度，描繪邊界線以及分離對比度而將圖像中花紋路細節顯示。
為了保證深度的腐蝕而構成立體浮雕，本發明的方法重複對金屬基板塗光敏塗層、曝光、化學去除工藝將其去除塗層、腐蝕侵蝕或電解金屬去除的方式，在已被去除塗層的區域上形成凹凸圖案的過程，即在已經形成凹凸圖案的基板上進行重複的依圖腐蝕的過程，N次曝光的位置精確，從而保證了圖案的精準。本發明通過N (3至16常見)次金屬基板光敏塗層進行腐蝕。
由於每次化學腐蝕的深度會受到限制，否則會將無法精確控制塊、線、點的分布深度，本發明在已經化學腐蝕一次達到一定深度(一次腐蝕的深度一般不超過0.2_才可保證圖案的精細)的金屬板上，再次塗光敏膠並雷射曝光圖案或圖像在模板上，以雷射曝光頭曝光或以DMD微鏡器件以快速開關速度與雙脈衝寬度調製的一種精確的圖案或圖像重複多次，就可以將腐蝕深度到0.4mm以上的深度甚至到數毫米，甚至可以達到IOmm以上，可以在任意大面積幅度上的金屬板上製造，構成真正的立體浮雕。金屬板尤其是可以是模板等工作母板，也可以是一般裝飾板，如電梯裝飾板等。
本發明的有益效果是:本發明綜合了下述技術要點:①激 光平行光的成形技術進行立體高度調整的曝光；②並通過圖像光點的控制技術對曝光進行控制高精度重複定位技術；④穩定設備製作精度的措施大幅面，重型模板的精確移動、定位固定技術高速雷射曝光成像技術8 — 20 rtf /h ;⑦大幅平板模具的快速製作技術20 Hf大型精細至2400DPI的平板模具從感光開始到成品4個小時可完成；⑧通過氣浮平臺對位技術，可將近一噸重的金屬浮雕板輕輕移動進行對位和定位；⑨真空與氣浮平臺面的分區域控制技術。⑩X、Y、Z三維移動動作的數控技術。Z軸採用高度隨機測調技術後，可放大工件的不平度要求仍然能夠保證精確曝光。可以方便達到對精度達200目以上網點和微米級的點感光。
利用本發明設備，可完全撇開菲林來製備大幅面金屬精細花紋圖像:包括平板模具、浮雕板模具及浮雕裝飾件；解決了菲林不能實現的大幅精細圖紋，浮雕圖像感光的製作難題。可多次重複定位，配合蝕刻可做5_深的浮雕模具。可在高低不平<5_塗有感光膠的工件上精細感光。可做無接縫環形花紋鋼模帶，浮雕鋼模帶等加工件上應用。不需菲林可直接制大幅面金屬網板和大幅面精細金屬立體花紋模具。所述模具圖像精細度和效率比雕刻機加工中心等設備強出幾十倍。分辨精度可達1400DPI—3600DPI，雷射頭可以採用照排用雷射曝光頭，通常的規格可以工作面積可以達到每分鐘照排即浮雕圖像感光面積為0.1平方米以上。並可以讀出任何輸入控制裝置的圖案，本發明可利用繪圖軟體和照排機的功能，發指令於雷射曝光頭打出精細圖像。
有了本發明，可以用雷射平行光通過可控的微孔直接照排到塗膠工件上感光，中間沒有任何附加東西，且可以在高低5_範圍內不失精度。大大降低了產品製造的工藝難度。利用大尺幅精細花紋金屬浮雕板製備設備，尤其是基於多次腐蝕製作大面積的金屬平面浮雕的方法，可以大面積的製備大尺幅精細花紋金屬浮雕板，尤其是工藝條件與現有工藝兼容且容易掌控。成本低，應用廣泛:如各種工藝品浮雕畫圖的大量複製，即用於印模和壓模的各種模具、模板，也用於各種裝飾材料的製作，如製作具有壓花的各種飾面板、吊頂板、地板等等。通過重複曝光腐蝕仍能得到良好的圖案精度，可以達到2-5微米左右的精度。大尺幅精細花紋金屬浮雕板的寬度可以達到I米5以上的寬幅及長度在2米以上(甚至可以不限長度，可進行連續掃描)。


圖1是本發明結構示意圖。
具體實施例方式圖1所示，大尺幅精細花紋金屬浮雕板製備設備，包括控制裝置10、移動橫梁11、真空與氣浮平臺12、分區域真空吹吸導管13、均勻氣孔2、直角定位點1、X軸光柵尺3、機座
4、X軸電機驅動組件5、Y軸電機驅動組件6、Y軸光柵尺7、雷射曝光頭8、Z軸自動測距升降器9 ;機座4上設有靠山板和直角定位點1，金屬板製備的平板狀的機座4的二側置X軸移動導軌和至少一側置有X軸光柵尺3，移動橫梁置於二側置X軸移動導軌上，由X軸電機驅動組件5驅動移動橫梁在X軸移動並由X軸光柵尺3檢測定位，移動橫梁表面或側面上置有Y軸移動導軌、Y軸光柵尺和Y軸電機驅動組件，移動橫梁上置有沿Y軸運動的Z軸自動測距升降器和雷射曝光頭8，雷射曝光頭等由Y軸電機驅動組件沿Y軸移動導軌驅動並由Y軸光柵尺定位；均沿著移動橫梁整體運動。

X、Y軸電機驅動組件可以是受控的直線電機、也可以是伺服或步進電機驅動絲杆或齒輪齒條在軌道上運行，由光柵尺的檢測獲得雷射曝光頭12的工作和掃描的位置和區域。控制裝置10主要根據程序對X軸電機驅動組件5、Y軸電機驅動組件6和雷射曝光頭8進行位置和曝光控制。也可以控制真空與氣浮平臺12 (正壓下進行氣浮)、分區域真空吹吸導管13使分區域的均勻氣孔2產生正壓或負壓而調節金屬平面浮雕板的位置(正壓氣浮)或進行工作(吸附)。當然直角定位點可以是一個基準I或多個基準點(板角絕對要磨平，最好有二個角部基準點)。雷射曝光頭12及安裝支架安裝在垂直於Y軸導軌上運動的Z軸自動測距升降器9上；基座上設有真空與氣浮平臺或為一體化的真空與氣浮平臺，平臺上置大幅面金屬平面浮雕板、平臺上設有均勻分布的氣孔(1_左右的直徑均可。分布均勻)，氣孔連接外置的壓縮空氣正壓動力源或真空負壓源。為適應在小 不同面積的大幅面金屬平面浮雕板，以免小面積金屬平面浮雕板未遮蔽的氣孔時使壓縮空氣動力源或真空負壓源洩壓。氣孔是分區域控制的，即最小一塊區域同時開通或關閉氣孔壓力或吸力時對應最小一塊板的託起。最小一塊區域外圍加一塊凹形的分布氣孔區(對應某一根分區域真空吹吸導管)同時開通或關閉氣孔壓力或吸力時對應略大的一塊板的託起；以此類推。大幅面金屬平面浮雕板置於真空與氣浮平臺上，可以使大幅面金屬平面浮雕板氣浮平臺的氣浮啟動時託起上噸的大幅面金屬平面浮雕板以進行微調移動，而對板表面無任何損傷。而在啟動負壓時又使大幅面金屬平面浮雕板極好的固定。根據工件大小可調，並有氣浮功能，可輕鬆將IOOOKG的大平板雙手移動對準靠山板後固定。
基座上設有直角定位點I和靠山板給大幅面金屬平面浮雕板定位。採用電腦出圖軟體，將圖像以光點形式直接打在塗有光敏膠的工件上採用攝像放大精確定位裝置，可作重複定位。
只有有足夠的基座，本發明能夠提供大尺幅精細花紋金屬浮雕板，具有的寬度大於150cm,長度大於150cm,且具有腐蝕到0.4-0.6mm的深度，
雷射曝光頭(感光頭)可選自雷射反光型直線平行光，光點直徑2-5微米。也可以是線束雷射或雷射照排頭單元部件。
Z軸自動測距升降器在腐蝕深度深的多次曝光時使用，使曝光時在上下方向對準位置；亦可控制裝置控制。
DMD微鏡器件(或雷射曝光的照排頭單元部件)以快速開關速度調製的圖案或圖像(掃描照排)由幾何圖形的尺寸和密度精確分布構成，也可以多次曝光形成，幾何圖形為塊、線或點，並覆蓋在金屬的表面進行腐蝕凹陷深度的控制；並通過控制幾何圖形塊、線或點的尺寸和密度分布來控制金屬表面的腐蝕深度，從而形成具有在截面上有弧度或曲線的浮雕。即幾何圖形的密度分布較密時，腐蝕凹陷的深度較淺，控制幾何圖形的尺寸較細或幾何圖形的密度分布較稀疏時，即腐蝕凹陷深度較深。本發明能精確控制塊、線、點的分布，從而有效控制浮雕的立體效果，N次過程可以保證浮雕的深度。由於每次化學腐蝕的深度會受到限制，否則會將無法精確控制塊、線、點的分布深度，本發明在已經化學腐蝕一次達到一定深度的金屬板上以雷射器曝光或以DMD微鏡器件以快速開關速度與雙脈衝寬度調製的曝光圖案或圖像，重複腐蝕，就可以將腐蝕深度到數毫米，甚至可以達到5mm以上，可以在大面積的金屬板上製造立體浮雕， 構成真正的立體浮雕。
權利要求
1.大尺幅精細花紋金屬浮雕板製備設備，其特徵是包括控制裝置、移動橫梁、X軸光柵尺、機座、X軸電機驅動組件、Y軸電機驅動組件、Y軸光柵尺、雷射曝光頭、Z軸自動測距升降器；機座上設有靠山板和定位點，機座二側置X軸移動導軌和至少一側置有X軸光柵尺，移動橫梁置於二側置X軸移動導軌上，由X軸電機驅動組件驅動移動橫梁在X軸移動並由X軸光柵尺檢測定位，移動橫梁上置有Y軸移動導軌、Y軸光柵尺和Y軸電機驅動組件，即移動橫梁上置有沿Y軸運動的雷射曝光頭及安裝支架由Y軸電機驅動組件沿Y軸移動導軌驅動並由Y軸光柵尺定位。
2.根據權利要求1所述的大尺幅精細花紋金屬浮雕板製備設備，其特徵是基座上設有真空與氣浮平臺，平臺上置大幅面金屬平面浮雕板、平臺上設有均勻分布的氣孔，氣孔連接外置的壓縮空氣動力源或/與真空負壓源。
3.根據權利要求1所述的大尺幅精細花紋金屬浮雕板製備設備，其特徵是雷射曝光頭及安裝支架安裝在垂直於Y軸導軌上運動的Z軸自動測距升降器上。
4.根據權利要求2所述的大尺幅精細花紋金屬浮雕板製備設備，其特徵是平臺上設有均勻分布的氣孔是按區域獨立連接外置的壓縮空氣動力源或真空源，以適應在小不同面積的大幅面金屬平面浮雕板。
5.由權利要求1或2所述的大尺幅精細花紋金屬浮雕板製備設備，其特徵是雷射曝光頭為DMD微鏡器件或照排雷射頭。
6.由權利要求1或2所述的大尺幅精細花紋金屬浮雕板製備設備，其特徵是X、Y軸電機驅動組件是受控的直線電機、伺服或步進電機。
7.由權利要求6所述的大尺幅精細花紋金屬浮雕板製備設備，其特徵是所述電機驅動絲杆或齒輪齒條在軌道上運行，由光柵尺的檢測獲得雷射曝光頭12的工作和掃描的位置和區域。
8.由權利要求6所述的大尺幅精細花紋金屬浮雕板製備設備，其特徵是控制裝置根據程序對X軸電機驅動組件5、Y軸電機驅動組件6和雷射曝光頭8進行位置和曝光控制。
9.由權利要求1所述的大尺幅精細花紋金屬浮雕板製備設備，其特徵是定位點為一至二個直角定位點作為板的基準點。
全文摘要
大尺幅精細花紋金屬浮雕板製備設備，包括控制裝置、移動橫梁、X軸光柵尺、機座、X軸電機驅動組件、Y軸電機驅動組件、Y軸光柵尺、雷射曝光頭、Z軸自動測距升降器；機座上設有靠山板和定位點，機座二側置X軸移動導軌和至少一側置有X軸光柵尺，移動橫梁置於二側置X軸移動導軌上，由X軸電機驅動組件驅動移動橫梁在X軸移動並由X軸光柵尺檢測定位，移動橫梁上置有Y軸移動導軌、Y軸光柵尺和Y軸電機驅動組件，即移動橫梁上置有沿Y軸運動的雷射曝光頭及安裝支架由Y軸電機驅動組件沿Y軸移動導軌驅動並由Y軸光柵尺定位。
文檔編號B44C1/22GK103231619SQ20131013934
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月19日 優先權日2013年4月19日
發明者王敬達 申請人:王敬達