彩色三维曲面喷墨印刷设备的制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]《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】
[0004]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。
[0005]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:
[0006]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；
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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；
[0011]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；
[0012]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。
[0013]可选的，喷头组中喷头的喷墨方式为按需喷墨或连续喷墨。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]可选的，喷头运动台为电动直线运动台或电动旋转运动台。
[0017]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。
[0018]可选的，承印物运动台能作具有五个运动自由度的曲面运动，包括X轴直线运动台、Y轴直线运动台、Z轴直线运动台、A向旋转台以及B向旋转台，其中，A向旋转为绕Z轴旋转，B向旋转为绕Z轴法线旋转,运动台分别单独运动、部分联动或全部联动。
[0019]可选的，干燥系统包括吹风机、电热器、红外灯、白炽灯中的至少一种。
[0020]可选的，固化系统包括普通UV灯、LED UV灯、红外灯、日光灯、电热器中的至少一种。
[0021]在上述实施例中，通过控制喷墨与承印物曲面运动同步，在承印物常规曲面部分采用常规喷头和在复杂曲面部分采用毛细喷头依次进行CMYK四色喷墨印刷；喷头在喷墨过程中静止，避免了喷头运动对喷墨过程的干扰，提高喷墨印刷精度；毛细喷头可实现大深径比、毫米级小尺寸、变曲率、凹面等复杂曲面印刷；常规喷头多孔喷墨，可有效提高喷墨印刷速度，缩短印刷时间，提高曲面印刷效率，获得高的彩色三维曲面喷墨印刷质量。
【附图说明】
[0022]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为本发明一个实施例的彩色三维曲面喷墨印刷设备示意图；
[0024]图2为根据本发明一个实施例的彩色三维曲面喷墨印刷设备承印台结构示意图；
[0025]图3为根据本发明另一个实施例的彩色三维曲面喷墨印刷设备承印台结构示意图。
[0026]图中，1-机座；I1-X轴运动台；111-底座；112-滑台；12_Y轴运动台；121-底座；122-滑台；13-Ζ轴运动台；131-底座；132_转台；14_Β向旋转运动台；141_底座；142_转台；15-Α向旋转运动台；151-Α底座；152转台；2_喷头直线运动台；21滑台；31_青色常规喷头；32_品红色常规喷头；33_黄色常规喷头；34_黑色常规喷头；35_青色毛细喷头；36-品红色毛细喷头；37_黄色毛细喷头；38_黑色毛细喷头；5-机座；61_Ζ轴运动台；611-底座；612_滑台；62-Χ轴运动台；621_底座；622_滑台；63_Υ轴运动台；631_底座；632-滑台；64-Β向旋转运动台；641_底座；642_转台；65_Α向旋转运动台；651_Α底座；652转台；7_喷头旋转运动台；71转台；81_青色常规喷头；82_品红色常规喷头；83_黄色常规喷头；84_黑色常规喷头；85_青色毛细喷头；86_品红色毛细喷头；87_黄色毛细喷头；88-黑色毛细喷头。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028]图1为本发明一个实施例的彩色三维曲面喷墨印刷设备示意图；如图所示，该设备包括: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:
[0029]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；
[0030]其中，在印刷之前，需要先获取待印刷的三维喷墨控制文件，具体包括:获取待印刷三维物体的三维模型RGB图像原稿；三维模型RGB图像原稿是指基于RGB色光模式的三维模型彩色图像原稿，可以通过三维物体扫描、三维照相、软件造型建模、数据处理，或其它计算机能处理的方法获得。再根据喷头类型与三维模型表面形状匹配，将三维模型RGB图像原稿分割成适用于常规喷头的常规曲面和适用于毛细喷头的复杂曲面；其中，常规曲面为尺寸在厘米级或以上，曲率变化、深径比分别小于对应设定值的曲面；复杂曲面为尺寸在毫米至厘米级，曲率变化、深径比分别大于对应设定值的曲面。分别对常规曲面和复杂曲面进行数字印前处理:采用三维色彩空间转换算法将常规曲面和复杂曲面的RGB图像模型分别分色为相应的三维CMYK模型；分别对常规曲面和复杂曲面对应的三维CMYK模型的四个三维单色模型进行半色调处理，分别生成对应的三维单色加网模型；进行路径规划，生成承印物的运动方式；根据喷头驱动方式和承印物的运动方式，生成每个三维单色加网模型对应的单色喷墨控制数据；其中，三维CMYK模型由四个三维单色模型组成，分别为C、M、Y和K四色。判断是否完成常规曲面和复杂曲面的CMYK四色喷墨控制数据，如果是，则生成三维喷墨控制文件，并将其输入三维曲面喷墨印刷设备中，进行常规曲面的CMYK喷墨印刷。其中，三维喷墨控制文件包括喷头喷墨控制数据和承印物运动控制数据，分别用于控制喷头喷墨过程和承印物曲面运动过程，喷头喷墨过程和承印物曲面运动过程同步。
[0031]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，实现喷头运动定位功能；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