专利名称：在硬板和带轮廓外形或有织纹的表面上进行印制的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在硬基片上进行印制，以及在有织纹、带轮廓外形或者其它三维基片上进行印制。本发明尤其涉及在例如具有织物表面的基片、模制物品、诸如办公室隔板的硬板、汽车内部板或者其它带轮廓外形的物品上进行印制，以及涉及使用喷印技术进行这种印制。
背景技术：
通过喷墨印制将油墨施加到基片上要求油墨喷嘴与基片将进行印制的表面之间具有合适的间隔。通常，该间隔必须设定在1或2毫米以内，以保持通过喷墨工艺进行有效的印制。如果从喷嘴到被印制表面的距离太大，来自不同喷嘴的微滴的理想并行路径的偏移变大。而且，微滴从印制头到基片的飞行路径越长，印制的精确性越与印制头和基片之间的相对速度相关。这种相关性限制了印制头到基片的速度变化率，包括方向的变化。而且，从印制头喷嘴运动到基片的微滴的速度随着离开喷嘴的距离而减小，这种微滴的路径随着喷嘴到基片的距离增大而变得受气流和其它因素更大的影响。此外，微滴离开喷嘴运动越远，微滴形状将变化，这又改变了微滴在基片上的效果。因此，从印制头到基片的距离变化能够导致对印制图像不规则的影响。
除了将油墨喷到带轮廓外形的表面上的问题，在表面带轮廓外形的位置也难于实现UV油墨的固化，UV油墨需要高度聚焦的UV能以便给油墨输送足够的固化能。
当被加热时，一些基片变形，甚至是暂时变形。这种变形可以是暂时的，例如，冷却时材料回复到其未变形状态。然而，即使是暂时变形也能够不利地影响印制质量，如果它发生在油墨被喷到基片上时。通过在油墨一接触基片就立即将油墨暴露到UV来进行的UV油墨局部固化过程中，当喷墨在印制区域上形成单一或多个印道(passes)时，伴随着发热辐射的UV能够使诸如泡沫板的基片变形。
由于上述原因，在带轮廓外形的材料或者其它三维基片上进行喷墨印制并不成功，尤其是在喷墨印制工艺中使用UV可固化油墨进行印制时。
发明内容
本发明的一个目的是为了能够在三维基片上进行印制，尤其是在具有高度织纹的织物、成簇状或不规则织物和其它材料、诸如被子和床罩的带轮廓外形的表面、以及在模制的、冲压的和其它方式成形的硬或者半硬材料、和其它三维表面上进行印制。本发明的一个特别目的是为了通过喷墨或者数码印制工艺在这些表面上进行印制。本发明的一个更特别的目的是为了使用UV可固化油墨在这些基片上进行印制。
根据本发明的原理，印制图像通过相对于被印制的基片的平面可移动的印制元件被施加到三维基片上。在某些实施例中，本发明提供一种宽基片喷墨印制装置，该装置带有的印制头可移向和移离基片平面，以保持印制头的喷嘴和油墨被喷到其上的表面之间的固定距离。在基片平面之上的可变距离使得油墨以被控和均匀的距离喷到基片上。
在本发明的一优选实施例中，印制元件是喷墨印制头组件，它具有多个喷墨印制头，通常是四个，每个印制头用于将一组颜色中的一种颜色分配到基片上，从而形成多色图像。为了保持恒定距离或者另外为了控制该距离，设置有一或多个传感器以测量从印制头或者从印制头支架轨道到基片上油墨将喷射到其上的位置的距离。传感器产生参考信号，信号被给到控制印制头支架上的伺服电动机的控制器。印制头可移动地安装在支架上，例如安装在滚珠丝杠机构上，并且通过伺服电动机的运行可移向和移离基片的平面。
在本发明的一个优选实施例中，一组四种不同颜色的印制头中的每个印制头可相对于一个共用印制头支架单独地移动，并且连接到一组四个伺服电动机中的每一个上，通过伺服电动机印制头相对于基片平面的位置相对于其它印制头是可控制的。该组印制头优选地沿着横向方向并排地布置在支架上，使得当支架横向扫过基片时一个印制头紧随着另一个印制头通过基片宽度方向。每个印制头上具有多个用于将预定色彩的油墨以对应的多个字点的形式分配的油墨喷嘴，例如128个油墨喷嘴，它们沿着与支架垂直的直线延伸，该直线是沿着与支架的扫描方向垂直的纵向方向的。在支架上设置两个激光或者光传感器，分别位于印制头的每侧，使得在印制头沿着任一方向扫描时在印制头之前能够获得从表面到基片的距离测量结果。控制器在印制头前面记录基片的轮廓外形，并且在每个印制头通过获得测量结果的位置上时改变每个印制头的位置以移向和移离基片平面，使得每个可独立移动的印制头沿着轮廓外形而行，并且保持到被印制表面一个固定的距离。
尽管优选地是可以调节印制头或者喷嘴相对于固定在印制装置构架上的基片的位置，基片表面也可以替代地相对于在构架上保持在一个固定的竖直位置的印制头而定位。
优选地，UV油墨被印制在材料上，并且油墨的固化是通过暴露于UV光开始进行的。UV固化光可以安装在印制头支架上，在印制头组件的每侧一个，从而在印制头之后露出印制的表面。通过如此地将UV固化光安装在印制头支架上，喷射的油墨在一接触基片就可立即被局部(spot)固化，将墨点凝固在位并防止它们在基片上扩散或者渗吸。对于某些基片，常用的或者广效性的UV固化光包括能够加热基片的辐射。在泡沫板和几种其它常用基片的情况下，光加热基片并使它变形。通常，这种变形是暂时的，因为基片仅仅在被加热时起泡或者膨胀并且在冷却时回复其原始状态。如果UV照射是在印制头支架下游进行，不会有有害结果。但是通过这种局部固化，基片在印制部位变形，从而会不利地影响喷墨印制作业的质量。这种情况可以这样来防止发生，通过使用“冷UV”源、或包括过滤器或者其它能量限制装置例如有限带宽的UV源的光源来防止来自光源的射向基片的能量带有足够多的能量来加热基片。这也可以通过提供相关频率的足够的UV能量来固化油墨而不会加热基片来实现。本发明可用于在加热时可能变形即使暂时变形的基片上进行印制。这种变形，即使是冷却时可使材料回复到其未变形状态的暂时变形也会由于局部固化不利地影响印制质量，当喷墨在印制区域上形成单一或多个印道时局部固化使基片变形。在印制过程中由于热量使板的这种变形将强制调节在变形区域之上的印制头高度。印制头高度越高，由于飞行时间问题导致的印制质量越差。通过使用一种冷UV系统，印制头到基片的距离变化可以降到最小，从而使印制质量最优。
在现有实践中，除了我们的在先申请中提到的之外，没有使用局部固化来在硬基片上进行喷墨印制的。但是，公知的是使用冷UV在印制工位下游固化UV油墨，在这里它被用来防止基片的永久变形或者热损坏。在基片冷却之后将消失的暂时变形在现有技术中已不是一个问题。如果在油墨被喷射到基片上时表面略微升高或者卷曲，这种变形将是一个问题，这种情况可能在局部固化中发生。
紧随着暴露于UV光之后，印制的织物基片或者其它有织纹或多孔织物经受加热，优选地是通过在印制工位下游将热气吹到材料上，这将延续UV光开始进行的固化工艺并去除油墨的未固化组分。对于缝制的被褥织物材料，UV可固化油墨喷射到织物上，并且喷射的油墨被暴露于UV固化光以优选地固化油墨到大约90％到97％的聚合度，由于织物带有部分地被固化的油墨，喷射的油墨随后在热气鼓风机固化烘箱中被加热，在其中UV光开始进行的聚合作用继续进行，未固化的单体被蒸发，或者两者同时进行，从而产生一个UV油墨印制的图像，它包含较低量的未固化单体或其它油墨组分，例如小于0.01％。
当UV油墨被喷射到诸如床罩条纹棉布料的高度带织纹的织物上时，油墨以每种颜色每英寸大约180×254字点到每种颜色每英寸大约300×300字点的字点密度喷射。对于某些常用UV油墨，利用UV喷墨印制头，四分色调色板的四种颜色被施加，每种在微滴中例如是每微滴大约75微微升或大约80毫微克。设置有UV固化光头，它可以随着印制头一起移动或者独立于印制头移动，并且将淀积的UV油墨微滴暴露于每线性英寸大约300瓦的光束中，施加每平方厘米大约1焦耳的能量，从而产生大约90％的UV固化。喷射到其上的油墨已经被部分地UV固化的织物随后通过一个烘箱，在其中它被加热到大约300°F约30秒至大约3分钟。优选地使用强制热气在烘箱中施加热量，但是也可以使用诸如红外或者其它辐射加热器的其它加热方法。类似的参数可以用于覆盖织物的硬板，诸如办公室隔板。
当在带轮廓外形的材料上进行印制时，从印制头到油墨将淀积到其上的基片的距离可以通过测量从在印制头前面的传感器到基片的距离并绘出表面位置的图形来确定。对于在纵向前进的织物上横向移动的双向印制头，设置两个距离测量传感器，分别位于印制头的相对每一侧，从而当印制头沿着任一方向移动时可以测量到带轮廓外形的织物表面的距离。对于一些油墨和足够硬的材料，可以使用机械滚动传感器，例如，通过设置一对滚轮，其中一个滚轮位于印制头前面，另一个滚轮位于印制头后面，使得在两个滚轮与印制头上的参考点之间的平均距离可用来控制从印制头到基片平面的距离。为此，一或多个印制头可以安装到在其端部带有滚轮的支架上，使得滚轮之间的机械连接能够相对于基片平面移动印制头。在大多数情况下，非接触型传感器，例如激光或者光眼传感器优选地用于代替每个滚轮。在印制头相对侧的两个传感器的输出信号能够传递到处理器，以测量从在双向印制头前面的印制头到织物的距离，驱动与印制头连接的伺服电动机以相对于基片平面升高和降低印制头，使得印制头与带轮廓外形的表面平行地移动并经过固定距离将油墨喷射到织物上。
通过以下结合附图对本发明优选实施例的详细描述，本发明的这些和其它目的将变得更加明显。
图1是体现本发明原理的装置的一个实施例的立体图，其中，喷墨印制被施加到覆盖着有织纹或带轮廓外形的织物材料或织物的硬的办公室隔板上。
图1A是与图1类似的体现本发明原理的装置的另一实施例的立体图，其中，喷墨印制被施加到硬板上。
图2是沿着图1的线2-2的剖视图，显示了用于维持印制头到基片距离的结构，其中，基片是高度地带轮廓外形。
图2A是与图2类似的剖视图，显示了用于维持印制头到基片距离的另一结构。
图3是沿着图1A的线3-3的剖视图，显示了用于维持印制头到带轮廓外形的基片上的基片距离的结构。
具体实施例方式
图1显示了用于在硬板上进行印制的装置10。该装置10包括静止构架11，其纵向范围由箭头12表示，横向范围由箭头13表示。装置10具有前端14，诸如可用来制造办公室隔板的硬板15进入前端14。硬板15可以包括金属或木制框架17，形成将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织纹的织物、诸如泡沫的模制材料、或者其它带轮廓外形或可变化表面。硬板15由传送装置或传送系统20在装置10上被纵向运送，传送装置20由一对相对的针板拉幅带组件21形成，带组件21延伸穿过装置10并且硬板15在装置10的前端14被给到带组件上。带组件21将硬板15保持在带组件21上的精确已知纵向位置上，以运送硬板15通过装置10的纵向范围，其精确率优选为1/4英才。传送装置20的带组件21的纵向运动由传送装置驱动器22控制。传送装置20采取替代形式，包括但不限于相对的侧向有齿皮带装置、与硬板15配合的纵向可移动的侧向夹紧装置、或者用于将硬板15相对于传送装置20保持固定的其它固定结构。
沿着传送装置20设置三个工位，包括喷墨印制工位25、UV光固化工位24和加热干燥工位26。喷墨印制工位25包括其上具有一个或者多个喷墨印制头30的喷墨支架。印制头30的支架如图所示可在横杆28的前侧横向移动，横杆在构架11上横向延伸并且也可以但不是必须的在横向伺服驱动电动机31以及可选的纵向驱动装置32的动力作用下在构架11上纵向移动。替代地，印制头30可以延伸硬板15的整个宽度，并制作成可以在硬板15上同时印制由可选择的点构成的一条完整的横向线。
喷墨印制头30制作成例如以每微滴75微微升或大约80毫微克来喷射UV油墨，而且可以按照四分色调色板使得每个由四种颜色组成。字点优选地按照每英寸大约180字点×每英寸大约254字点的分辩率进行分配。分辩率可以根据需要更高或者更低，但180×254的分辩率是优选的。如果需要更精美图像或者更大色彩饱和度，每英寸300×300的分辩率是优选的。不同色彩的微滴可以并排或者叠置(dot-on-dot)。叠置(有时称作drop-on-drop)形成更高的密度。
印制头30设置有控制器，使得印制头30可以有选择地运行，以便有选择地在硬板15的表面上印制一种或多种色彩构成的设计。传送装置20的驱动装置22、印制头30的驱动装置31，32、以及印制头30的运行通过控制器35来进行程序控制，以便在硬板15上的已知位置上印制图案33，控制器包括一个存储器36，用于存储程序化的图案、装置控制程序、以及有关在硬板15上印制的图案33的性质、纵向和横向位置以及硬板15在装置10中的相对纵向位置的实时数据。
UV固化工位24包括UV光固化头23，它可以随着印制头30移动、或者如图所示地独立于印制头30移动。UV光固化头23制作成急剧地将窄的、纵向延伸的UV光束聚集到织物的印制表面上。UV光固化头23设置有横向驱动装置19，它被控制以便横向地扫描织物的印制表面，从而使光束在织物上通过。
优选地，UV光固化头23由控制器35智能地控制，以便有选择地运行和迅速地移动通过不进行印制的区域，而使UV光以足以使油墨UV固化的慢速率仅仅扫描印制的图像，从而避免浪费时间和扫描未印制区域的UV能量。如果固化头23被包括在印制工位25并且连接成随印制头30一起运动，UV固化光可以在紧接油墨分配之后与油墨分配同步地被使用。
在所示实施例中，UV固化工位24优选地位于紧接着印制工位25的下游、或者位于印制头侧部的印制头支架上，使得在紧接着印制之后织物经受UV光固化。固化头的这种支架安装使得油墨点在它们淀积的位置被凝固，从而避免油墨扩散或者吸墨。尤其是安装在支架上时，UV光固化头是冷-UV光，通过使用过滤器或者窄带宽辐射可以避免加热诸如泡沫板的敏感基片并且可以避免基片在油墨滴淀积的位置变形。这种冷-UV固化光系统使用冷光镜、红外线切割过滤器、和水冷UV固化，以保持基片温度较低。
理论上，需要一个UV光光子来固化油墨单体的一个自由基以使油墨固化。实际中，UV固化头23供应每平方厘米印制表面面积一焦耳UV光。这通过使UV光束以每线性英寸光束宽度300瓦的功率扫过织物的印制区域来实现。这足以产生至少90％的UV固化。将UV光功率增大到每线性英寸600瓦可以获得97％或者更好的固化。替代地，如果织物厚度以及阻光性不是太高，固化光可以从织物两侧投射以提高UV油墨的固化。使用更高的功率可能导致织物烤焦或者甚至燃烧，因此，UV功率有一个实际上限。
热固化或者干燥工位26可以固定到UV光固化工位下游的构架11上或者离线地设置。由于97％的UV固化，油墨将足以不褪色，使得干燥工位可以离线。当在线时，干燥工位应当沿着织物长度充分延伸，以便使被印制的油墨以织物被印制的速率充分地固化。当离线设置时，加热固化工位能够以不同于印制速率的速率运行。在烘箱或固化工位26的热固化使织物上的油墨保持在大约300°F直到三分钟。从30秒到三分钟的加热是预期的优选范围。通过强制热风加热是优选的，尽管也可以使用诸如红外加热器的其它热源，只要它们能够充分地穿过织物到达油墨深度。
一个缝制工位可以与印制工位在线或者离线地设置，并且可以位于印制工位之前或者之后。在缝制棉被和床罩的情况下并且缝制将与织物上的印制图案对齐时，将缝制工位设置在烘箱26的下游是优选的。可以采用诸如授予Kaetterhenry等的题为“web-fed Chain-stitch Single-needle Mattress Cover Quilter with Needle DeflectionCompensation”的美国专利No.5,832,849所描述的单针缝制工位，该专利在此作为参考引入。本发明还可以使用的其它合适的单针类型缝制装置包括题为“缝制方法和装置”美国专利NO.5,640,916和5,685,250分别公开的装置，它们在此作为参考引入。这种缝制工位也可以包括公开在美国专利No.5,154,130中所描述的多针缝制结构，该专利在此作为参考引入。
在基片的缝制、模制或者其它轮廓成形是在基片上进行印制之前进行时，常常需要对预先施加的轮廓外形进行套印。为了对预先施加的轮廓外形进行套印，轮廓外形图案的位置可以相对于基片上的参考点被计算，它可由位于印制工位的传感器来检测。图案位置可以由安装在印制头30上的传感器40直接检测，在图2和2A中传感器被分别表示为40a，40b。印制头30包括向下朝向诸如硬板15的基片的向上表面16的喷嘴或者喷墨喷嘴阵列41。硬板15例如可以在其通过缝合或者模制形成的表面16上具有凹陷部或者沟槽43，如图2所示。传感器40检测从喷嘴41到表面16的距离。来自传感器40的信息可被送到控制器35，该信息与印制头30的纵向和横向位置信息相互关联并且可被解释用于确定轮廓外形图案的位置，从而使得印制图像可以与预先施加的轮廓外形图案对齐地被施加到表面16上。
在图2的实施例中，传感器40是一个包括带轮的托架45的机械传感器40a。喷嘴41安装在托架45的中间位置，托架又绕着通过托架45中心的纵向轴线46可枢转地连接到印制头30。托架45具有左右检测轮47，48，它们分别安放在硬板15的表面16上并沿着轮廓而行。托架45可相对于印制头30垂直地移动并且沿着表面16的轮廓而行。位于轮47，48之间的中部的喷嘴41将竖直地设置在轮47，48的竖直位置的平均值处。这样，喷嘴41可以响应轮47，48安放在表面16上时由托架45测定的硬板15的表面16的检测位置而相对于硬板15的表面16被动地设置在一受控制的距离处。
UV固化头23和织物之间的距离优选地也被控制，使得固化光总是精确地聚焦在织物的印制的轮廓外形表面上。该距离可以这样来控制，通过将UV固化头安装成随印制头一起运动，例如通过诸如在印制头每侧的一个光纤的邻近印制头的光纤来输送UV光，或者通过将UV固化头安装在单独的支架上并且给它设置一个单独的距离调节伺服电动机。UV固化头23的单独控制可以响应用于测量印制头距离的传感器、或者响应设置用于测量固化头距离的单独传感器。如果印制头传感器被用于控制固化头到织物的距离，一个存储器可用于存储表面或者表面的一部分的图像，这时控制器从存储器获得与织物上的固化头的位置相对应的正确距离信息。替代地，UV固化头可被固定、并且UV光距离光源的焦距自动地改变。
无论硬板15是在其表面16上具有轮廓外形图案或者是仅仅具有带织纹材料，通过保持喷嘴14与硬板15的表面16之间的精确间隔可以保持印制质量。图2A显示了在其外部上表面16上覆盖着粗的纺织或带织纹织物的硬板15。当印制头30在横杆28上横向移动时，喷嘴14指向的硬板15的表面16上的点相对于印制头30的竖直位置常常改变一或者几毫米。为了检测这种距离变化，光或者激光传感器40b设置在印制头30或者处于距离织物支撑平面固定高度的支架上。传感器40b瞬时地测量喷嘴41到硬板15的表面16的距离，并且将测量结果传送到控制器35。喷嘴41被安装在位于印制头30中的伺服电动机50的输出致动器51上。控制器35响应来自传感器40b的距离测量结果将控制信号传送到伺服电动机50，以便竖直移动印制头30上的喷嘴41，从而保持喷嘴41到硬板15的表面16的恒定距离。
由于支撑在印制装置的构架上时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预测的，即使表面不具有织纹或者轮廓外形，在硬板上进行印制可以从检测和调节从印制喷嘴到硬板表面的距离而受益。
图1A显示了如上所述的装置10的替代实施例100。装置实施例100包括静止构架111，其纵向范围由箭头112表示，横向范围由箭头113表示。装置100具有前端114，硬的办公室隔板15进入前端114而装载到传送系统120的传送带121上，传送系统120具有一个或者多个运送硬板15纵向通过装置100的条板。传送系统120的传送带121在构架111的宽度上延伸并且安放在光滑的不锈钢真空台105上，真空台上具有向上真空孔106阵列，真空孔与传送带12底侧连通。传送带121是多孔的，使得来自真空台105的真空通过传送带121传递到硬板15底侧，以有助于重力将硬板15紧靠传送带121上侧保持在位。优选地，传送带121具有高摩擦橡胶状表面108以有助于防止安放在其上的硬板水平滑动，穿过传送带设置有孔109的阵列，以有助于将真空从真空台105传递到基片。
传送系统120的传送带121上表面可以在它与硬板15底侧之间提供足够的摩擦，以防止硬板15在传送系统120上水平滑动。传送系统120还是充分地没有弹性，使得它可以精确地向前移动。为此，传送带121具有非弹性的稀薄编织背衬107，以便给传送带提供尺寸稳定性，同时使得真空可以在真空台105的孔106与传送带121的表面上的孔109之间传递。通过来自控制器35的信号控制伺服驱动电动机122使传送带12转位(indexing)来精确地控制硬板15在构架111上的向前运动。传送带121因此将硬板15保持在传送带121上精确已知的纵向位置，从而运送硬板15通过装置100的纵向范围。传送带121的这种转位应当可控制到大约0.0005英寸的精确率，从而相对于位于固定跨接件上的印制头移动硬板15(该实施例没有被显示)。
在图1A显示的实施例100中，传送系统120的传送带121的纵向移动由传送驱动装置122控制，以便将硬板移动到印制位置，并在印制之后使它向下游移动。可以设置一个或者多个另外的单独可控制的驱动装置132以控制传送系统120的下游条板，如果有任何下游条板的话。
沿着传送系统120设置三个工位，包括喷墨印制工位125以及一个或者多个固化或干燥工位，固化或干燥工位可以包括UV光固化工位124和/或加热干燥工位126。喷墨印制工位25包括跨接件128。如果传送带121可被操作以便使硬板15相对于跨接件128精确地转位，跨接件可固定到构架111上并在其上横向延伸。印制头支架129可在跨接件128上横向移动，并且其上具有一个或者多个喷墨印制头组件130。支架129优选地固定到线性伺服电动机131的电枢上，线性伺服电动机131具有在跨接件128上横向延伸的线性排列的定子磁铁，如上所述，使得通过由控制器135发送到伺服驱动电动机131的定位和驱动控制信号使支架129可在跨接件128上横向移动。
在所示实施例中，跨接件128被安装到可移动电枢133a，134a上，电枢133a，134a安放在位于传送系统120每侧上的线性伺服电动机133，134的纵向导轨133b，134b上。一旦通过移动传送带121将硬板15设置在跨接件128下方，当一个图像的横带在印制头130的连续扫描中被印制时，跨接件128沿着纵向方向被转位，如下所述。该转位应当如所需要的精确，以确保扫描相互对齐并且可以根据需要被隔行扫描，从而获得所需的印制质量和分辩率。这种精确率优选地为大约0.0005英寸。相对于在诸如聚乙烯的更光滑表面上进行印制，更低的分辩率、因而是更差的精确率对于在织物表面上进行印制是可接受的。
图3显示了由四个喷墨印制头130a-130d组成的喷墨印制头组件130，它们用于分别施加四分色色彩组中的四种颜色。喷墨印制头130a-130d分别包括128个油墨喷嘴组成的线性阵列，它们相对于构架111沿着纵向延伸并且位于垂直于跨接件128上的支架129的行进方向的直线上。每个印制头130的喷嘴被制作并控制成在基片15上同时但是有选择地并排喷射四分色色彩之一的UV油墨，并且在喷嘴扫描基片15时的一系列循环中这样进行。喷墨印制头组件中的喷墨印制头130a-130d并排布置，以便当支架129在跨接件128上横向移动时在基片15的同一区域上连续印制，每个印制头在基片15的每个点位上依次地淀积四种颜色之一。
喷墨印制头130a-130d中的每个可移动地安装到支架上，以便分别可相对于基片15的平面竖直或者垂直地移动。每个喷墨印制头130a-130d到基片15的平面的距离由一组伺服机构137a-d中的相应一个来控制，伺服机构被安装到支架129上，以便在基片15的同一轮廓外形上一个紧随另一个而行。伺服机构137a-d响应来自控制喷墨印制头130a-d的控制器135的信号，以便分别保持到基片15的表面16成轮廓外形的基片15的表面的控制距离。
通常，理想地是使印制头保持到将进行印制的表面16一个固定距离。这是通过在支架129的相对横向侧设置光传感器138a，138b来实现的。印制头组件130是双向的，并且无论向右移动或者向左移动都能够印制。当印制头支架129在跨接件128上移动时，传感器138a，138b中前面的一个测量传感器138到基片15的表面16上直接与传感器138对齐，通常是位于传感器138正下方的点的距离。该测量结果被传递到控制器35，控制器记录所测量的距离以及在基片15的表面16上获得测量结果处的座标。这些座标仅仅需要包括基片15上的横向位置，在这些位置信息将被用于在其中获得测量结果的支架同一行程或扫描中。但是，通过考虑构架111上的硬板15相对于跨接件128的位置，控制器35也可以记录纵向座标。
响应测量结果，当相应印制头到达基片15上获得每个测量结果的横向座标处时，控制器35控制伺服机构137，以使每个喷墨印制头130垂直定位成到基片15的轮廓外形表面16一个预定距离。结果，与前面传感器138相隔预定距离B且距离前面传感器138最近的印制头130在获得预定的测量结果之后延迟V/B秒沿着织物的轮廓外形而行，其中V是支架129在跨接件128上的速度。类似地，印制头130间隔距离A，并且在前一印制头之后的V/A秒将分别依次沿着与第一印制头相同轮廓外形而行。
印制头130纵向方向的尺寸确定了印制头沿着基片15的轮廓外形而行的精确率。通过使用更窄的印制头，例如使用沿着纵向方向每个印制头有64或32喷口的印制头，可以保持更大的精确率，而且可以沿着变化更大的轮廓外形而行。因此，多组印制头130可以在支架129上按照矩形或者其它阵列布置，使不同组的印制头在支架129上沿着基片15和构架111的纵向方向并排布置。例如，每个印制头具有64个喷口的两组印制头或每个印制头具有32个喷口的两组印制头将分别产生相同的128字点宽扫描，但是在轮廓外形在基片15上沿着纵向方向改变时，具有更大能力来维持印制头到基片的间隔。
在使用UV可固化油墨的情况下，UV固化工位124如图1A所示地设置。它可以包括可在跨接件128下游侧独立于印制头130横向移动或者位于印制工位125下游的印制头23，和/或可以包括安装在支架129上的UV光固化头123a，123b。当支架129在跨接件128上横向移动时，只有跟在印制头130后面的固化头123a，123b被运行，使得UV光在油墨淀积在基片15上之后照射油墨。固化头123a，123b也可以移向和移离基片15的平面并且可分别由伺服机构139a，139b控制，以维持它们距离表面16的间隔，如图3所示。UV油墨的合适固化要求UV光被聚焦到带有油墨的表面上。因此，移动UV固化头123a，123b以维持到表面16的恒定距离将维持固化UV光的聚焦。UV光固化头通常制作成急剧地将窄的纵向延伸UV光束聚焦到被印制表面上。因此，代替物理上移动UV光固化头或光源123a，123b，光固化头123a，123b的焦距可被改变以适应基片15的轮廓外形。在使用中，光固化头123可以类似地制作成相对于基片15的表面16垂直移动。
加热固化或者干燥工位126可以在印制工位125和UV光固化工位124下游固定到构架111上，并且也可以离线设置。这种干燥工位126可用于通过热气、辐射或者其它加热技术干燥溶剂型油墨。它也可以用于进一步固化或干燥UV油墨。
由于支撑在印制装置的构架上时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预测的，即使表面不具有织纹或者轮廓外形，在硬板上进行印制可以从检测和调节从印制喷嘴到硬板表面的距离而受益。
上述描述代表了本发明的优选实施例。本领域的技术人员应认识到，在不脱离本发明原理的情况下可对本发明进行不同的改变和增添。
权利要求
1.一种在基片上进行印制的方法，包括与基片被支撑在其上的平面相平行地移动其上具有多个喷墨印制头的印制头支架，所述基片具有相对于所述平面变化的表面；分别调节从每个印制头到所述平面的距离，以便使每个印制头位于到油墨从印制头喷到其上的基片表面一个预定距离处；以及将油墨从印制头经过预定距离喷射到基片表面上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于油墨是UV可固化油墨；以及该方法进一步包括通过使喷射的油墨暴露于紫外光，至少部分地固化喷射到所述表面上的油墨。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于暴露油墨的步骤包括调节来自光源的UV光的距离，以便将UV光聚焦到带有喷射的油墨的表面上。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于暴露油墨的步骤包括调节从UV光源到带有喷射的油墨的表面的焦距，从而当从光源到所述表面的距离变化时维持UV光聚焦到所述表面上。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于油墨是UV可固化油墨；以及该方法进一步包括通过使喷射的油墨暴露于紫外光而至少部分地固化喷射到所述表面上的油墨，随后加热其上具有至少部分地固化油墨的表面，以减少基片上油墨的非聚合单体的含量。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于加热步骤包括使热气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动，以从基片上去除油墨未固化的组分。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤将一个或者多个辅助材料层与所述基片结合起来；以及与印制在基片上的图案同位地在结合的材料层和基片上缝制出缝制图案。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤将一个或者多个辅助材料层与所述基片结合起来，并且缝制结合的材料层和基片；以及使将要喷射油墨的表面与缝制基片的轮廓外形对齐，并且通过与缝制图案对齐地在基片上进行印制来执行印制步骤。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤将一个或者多个辅助材料层与所述基片结合起来，并且缝制结合的材料层和基片；以及检测缝制后的基片的轮廓外形，并且在基片上响应轮廓外形检测确定的位置进行印制来执行印制步骤。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤调节从印制头到所述平面的距离是响应于基片轮廓外形的检测。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤检测基片表面相对于支架的位置；以及响应于所述检测调节从印制头到所述平面的距离。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于在移动印制头支架时进行位置检测；以及调节包括当印制头支架移动时改变印制头相对于所述平面的位置，以响应检测的位置维持从每个印制头到基片表面的预定距离。
13.一种在覆盖基片的硬板上进行印制的方法，包括与硬板相平行地移动其上具有多个喷墨印制头的印制头支架，所述印制头朝向硬板表面；自动且分别地调节每个印制头到基片表面的距离，以便维持印制头与硬板表面之间的预定距离，喷射的油墨经过该预定距离从印制头飞行到硬板表面；以及在移动印制头支架的同时，将油墨从印制头经过预定距离喷射到硬板表面上。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于油墨喷射到其上的硬板表面到支架的距离在整个硬板上发生变化；以及调节步骤包括当印制头时相对于硬板改变多个印制头的位置，以便维持印制头与油墨喷射到其上的硬板表面之间的预定距离。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤检测从印制头支架到油墨将要喷射到其上的硬板表面的距离；以及响应检测的距离相对于印制头支架改变印制头的位置。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤检测硬板表面的轮廓外形；以及与所述硬板相平行地将支架移动到响应检测的轮廓外形确定的位置，并且在所述位置将油墨喷射到硬板表面上。
17.如权利要求13所述的方法，其特征在于油墨是UV可固化油墨；以及该方法进一步包括通过使喷射的油墨暴露于紫外光而至少部分地固化喷射到所述表面上的油墨。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于暴露步骤包括在移动光源的同时使来自光源的UV光聚焦，以保持UV光聚焦到带有喷射油墨的表面上。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于暴露步骤包括使来自光源的UV光聚焦，以保持UV光聚焦到带有喷射油墨的表面上。
20.一种用于在基片的三维表面上进行印制的装置，包括限定基片支撑平面的基片支撑件；平行于所述平面延伸的印制头轨道；分别可移动地支撑在轨道上的多个喷墨印制头，喷墨印制头朝向由基片支撑件支撑的基片表面；可运行以确定基片表面上的位置的传感器；印制头响应传感器可分别和有选择地垂直于所述平面移动到至基片表面上的确定位置预定距离；以及控制器，所述控制器可运行以移动和控制印制头，从而通过使油墨从印制头经过预定距离喷射到基片上来在基片上进行印制。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，还包括可在轨道上平行于基片平面移动的支架，印制头可分别和有选择地垂直于所述平面移动；安装在支架上的至少一个UV固化头，固化头定向成可以使位于基片支撑件上的基片表面上的油墨受到UV光作用；控制器可运行以使支架移动并使UV固化头运行。
22.如权利要求21所述的装置，其特征在于所述至少一个UV固化头是冷UV光源。
23.如权利要求21所述的装置，其特征在于所述至少一个UV固化头包括至少两个UV固化头，每个UV固化头分别设置在支架上位于印制头每一侧，使得当支架在导轨上沿着两个相反方向的任一方向移动时，一个UV固化头在印制头前面，另一个在印制头后面；以及控制器可运行来启动至少后面的一个UV固化头，以便当支架在油墨喷射到其上的表面上的同一行程中使由印制头喷射到基片表面上的油墨受到UV光作用。
24.如权利要求23所述的装置，其特征在于所述至少两个UV固化头是冷UV光源。
25.如权利要求20所述的装置，其特征在于，还包括设置成使由印制头喷射到基片表面上的油墨暴露于UV光的UV固化头。
26.如权利要求25所述的装置，其特征在于UV固化头是冷UV光源。
27.如权利要求25所述的装置，其特征在于UV固化头可相对于所述平面移动；以及控制器可运行以移动固化头，从而保持来自固化头的UV光聚焦到喷射在基片表面上的油墨上。
28.如权利要求25所述的装置，其特征在于，还包括加热工位，它设置成加热基片上受到UV光作用的油墨。
29.如权利要求28所述的装置，其特征在于加热工位包括定向成将热气引导至支撑件上的基片的鼓风机。
30.如权利要求20所述的装置，其特征在于，还包括缝制工位，它设置成用于缝制基片，以使基片表面具有轮廓外形。
31.如权利要求20所述的装置，其特征在于传感器是非接触型测距装置，它包括光源和安装在轨道上的光探测器。
32.如权利要求20所述的装置，其特征在于传感器是非接触型测距装置，它包括光源和安装在轨道上的光探测器；以及轨道还具有安装在其上的多个伺服电动机，在印制过程中每个伺服电动机响应来自传感器的输出信号调节印制头相对于基片的位置。
33.如权利要求20所述的装置，其特征在于传感器包括与基片表面保持接触的可移动机械元件；以及印制头连接到机械元件上，以便响应机械元件而移动。
34.如权利要求20所述的装置，其特征在于多个喷墨印制头包括沿着支架移动方向间隔的多个可单独移动的印制头，以便依次地通过基片的同一区域，每个印制头印制一组色彩中的一种；印制头响应传感器可分别并且有选择地垂直于所述平面移动，从而保持油墨从每个印制头行进到基片表面的恒定距离；以及控制器可运行，以便在支架移动通过基片时控制印制头依次沿着基片表面轮廓外形而行。
35.如权利要求34所述的装置，其特征在于多个喷墨印制头包括垂直于支架运动方向并排布置在支架上的多组可分别移动的印制头，使得每个印制头可以保持距离其上基片轮廓外形沿着垂直于支架移动的方向变化的基片一个受控的间隔。
36.如权利要求20所述的装置，其特征在于多个喷墨印制头包括垂直于支架运动方向并排布置在支架上的多个可分别移动的印制头，使得每个印制头可以保持距离其上基片轮廓外形沿着垂直于支架移动的方向变化的基片一个受控的间隔。
37.一种在基片上进行印制的方法，包括在向基片施加油墨时自动地调节喷墨印制头的位置，使得从印制头喷射到基片表面的油墨经过的距离保持均匀。
38.如权利要求37所述的方法，其特征在于印制头包括多个喷墨印制头；该方法还包括在向基片施加油墨时单独地调节每个印制头的位置，使得在印制过程中从每个相应印制头喷射到基片表面的油墨经过的距离保持恒定。
39.如权利要求37所述的方法，其特征在于，还包括测量基片表面与印制头之间的距离；以及在印制过程中响应距离测量调节印制头的位置以保持距离恒定。
40.如权利要求37所述的方法，其特征在于印制头包括多个喷墨印制头；该方法还包括分别调节每个印制头的位置，并且通过不同的印制头施加不同颜色的油墨。
全文摘要
在诸如办公室隔板的硬板(15)上进行喷墨印制，硬板可以具有带轮廓外形、有织纹、由三维材料制成的表面(16)，或者其它距离硬板平面具有可变间隔的表面，使得在印制元件(30，130，130a－130d)与油墨将要喷射到其上的表面上的位置之间的距离不总是相同或者可确切预测的。优选地，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，然后经受加热步骤以更完全地固化和干燥油墨，从而通过蒸发、进一步固化或者其它方式去除未固化单体。硬板表面(16)可以通过缝制或模制工艺具有轮廓外形。印制头到硬板的间隔是可调的，以便将从印制元件到油墨将施加到其上的硬板表面的距离保持为预定恒定距离。多个印制头(130a－130d)中的每个可以独立地移动以控制印制头到基片表面的间隔。位于印制头支架(129)上的传感器(40，138)测量从印制头组件到被印制基片表面的距离。UV光固化头(23，123)的位置或焦距可以改变，以保持UV光聚焦到位于基片带轮廓外形的表面上的油墨上。UV光固化头可以位于印制头支架上，在印制头每侧具有一个光固化头，以便在支架往复移动时交替起作用，在油墨被淀积在基片上之后立即局部固化和凝固油墨点。冷UV光源可用于防止印制过程中平坦或带轮廓外形的基片的热变形，从而可以在诸如泡沫板的热敏感基片上进行局部固化。
文档编号B41J2/01GK1449332SQ01814949
公开日2003年10月15日 申请日期2001年8月30日 优先权日2000年8月30日
发明者理查德·N·科多 申请人:L&P产权管理公司