制造用于打印系统的打印杆单元的方法及打印杆单元与流程

本发明涉及一种制造用于打印系统的打印杆单元的方法以及一种打印杆单元，其中所述打印杆单元为具有多个可更换的打印头的类型，该多个可更换的打印头中的每个打印头具有多个喷墨喷嘴。这使得如果打印头中的一个或多个喷嘴发生故障时能够更换一个或多个打印头，因而不必替换整个打印杆单元。这样的打印杆单元可被用在单程(singlepass)喷墨打印系统中，在单程喷墨打印系统中，待打印的承印物沿着在方向y上延伸经过承印物的整个宽度的打印头单元在方向x上移动。这样的打印杆单元还可被用在扫描式喷墨打印系统中，在扫描式喷墨打印系统中，待打印的承印物沿着可以小于承印物的宽度的打印头单元在方向x上逐步移动，并且打印头本身然后可以在垂直于主承印物方向x的方向y上移动，以便能够打印承印物的整个宽度。

背景技术：

对于承印物的单程式打印，已知打印系统包括具有固定排的喷墨喷嘴的长形的行式头部(linehead)。对于较大的宽度，这样的行式头部均包括配备有多个打印头的长形的支撑杆，该多个打印头中的每个打印头是可替换的，并且包括多个喷嘴。每个打印头相对于其自己的行式头部的打印头并且相对于其它行式头部的打印头均正确定位，对于通过在承印物上打印可获得的图像质量非常重要。打印头中在打印方向x上和垂直于方向x的方向y上的喷嘴位置的尺寸稳定性是至关重要的。另一重要方面是，在温度改变期间，支撑杆需要具有与打印头以及它们之间的任何中间连接元件匹配的膨胀特性。为了防止如果两个相邻的打印头的两个喷嘴之间的节距变得与同一打印头的两个喷嘴之间的节距不同，各打印头之间的过渡在打印的承印物上变得可见，这是重要的。这是重要的，还因为在每个打印头以两个或更多个在y-方向上间隔开的安装位置被安装至支撑杆的情况下，该支撑杆可能在这种温度变化的情况下开始弯曲。此外，考虑到同一系统的两个或者更多个行式头部可能具有不同的温度，而这些行式头部上的喷嘴必须保持对准，通常优选的是支撑杆具有低热膨胀系数和高热导率。另外，考虑到行式头部可能跨过大的宽度，优选的是支撑杆具有高弹性模量和轻量。

例如us2013/0265363示出包括t形支撑杆的打印杆单元，该t形支撑杆在竖直部分的两侧被提供有四个接合凹部。每个凹部可大致以形状配合(formfit)接收打印头的互补的接合突出部。另外，每个凹部在其相对的边缘上被提供有螺纹孔，用于将打印头中的一个安装至其上。为此，每个打印头包括固定构件和能够从喷墨喷嘴的阵列喷射墨的打印头主体。固定构件用螺钉被预先安装至打印头主体。t形基板的水平部分被提供有连通孔，该连通孔可被连接至打印头的墨通道。该连通孔连接至供墨管。在打印头内，喷墨喷嘴均被配备有可控的压电元件。

其缺点是，打印杆单元的制造困难且昂贵，特别是如果打印杆单元需要跨越大的打印宽度时，例如当其要被用作长形的行式头部以进行其中行式头部需要跨越待打印承印物的整个宽度的单程式打印时的情况。另外，每个单独的打印头相对于支撑杆的高的定位精确性很大程度取决于支撑杆本身被制造的精确性，并且很大程度取决于支撑杆在使用期间(例如当可能发生打印杆单元的加热时)的刚度，这是不利的。

gb-2,449,939公开了一种制造打印头支撑件的方法，其中长形的支撑构件被提供有大致定位在对应的打印头对准构件将被设置之处的连接孔。该支撑构件位于一夹具上方，使得连接孔围绕该夹具的精确设置的向上突出的凸部定位。由于此，连接孔具有比对应的凸部更大的直径。凸部和连接孔之间的间隙随后用可硬化材料填充。该材料一硬化，就将支撑构件从夹具移除，从而在所述凸部设置之处的后面留下安装孔。那些安装孔随后旨在使打印头利用其打印头对准构件安装至其上。

其一个缺点是，不仅在用可硬化材料填充间隙期间，而且在可硬化材料硬化期间，支撑构件都需要在夹具上被牢固地保持就位。支撑构件和夹具之间的极微小的移动直接降低待形成的安装孔的定位精确性。另一缺点是，对于材料的硬化，需要加热和/或固化，这可引起支撑构件和/或夹具膨胀/变形，支撑构件和/或夹具的膨胀/变形然后可直接对待形成的安装孔的定位精确性具有负面影响。又一缺点是，需要采取措施来防止可硬化材料粘到夹具。此外，注意到，用该方法，定位精确性的程度可例如由于可硬化材料的在硬化期间的收缩引起的变化或偏差而仍需改进。也注意到，可硬化材料需要来自能够硬化到足够高且精确的程度的特殊类型，如diamantmoglice，这使其相对昂贵。也需要通路以插入可硬化材料，然而，几何结构不总是允许具有插入孔和过量溢出孔。最后，注意到，用可硬化材料填充间隙是相对困难且耗时的操作，其很可能在连接孔周围的位置污染支撑构件。

技术实现要素：

本发明的目的是至少部分地克服以上提到的缺点，或者提供可用的替代。具体地，本发明的目的是提供用于打印杆单元的经济的、高精度的制造方法，并提供打印杆单元，用此打印杆单元可以实现较高的打印精度，而不必产生高的制造成本。

该目的通过根据权利要求1的一种制造用于打印系统的打印杆单元的方法实现。该方法包括以下步骤：提供具有多个初级安装位置的支撑杆；提供多个可更换的打印头，其中每个打印头均具有多个喷墨喷嘴；和将所述打印头能松脱地安装至所述支撑杆。根据本发明构思，该方法的特征在于，在将所述打印头能松脱地安装至所述支撑杆的步骤之前，多个参考机构(referenceorgan)在所述初级安装位置处被连接至所述支撑杆，并且在该连接过程中或者紧跟在该连接之后，该多个参考机构经受调准精加工工序(alignmentfinishingprocess)以形成多个精确排列的次级安装位置。直到那时，在后续的步骤中，所述打印头被能松脱地安装至所述参考机构上的那些精确排列的次级安装位置。

因此，有利的是，可以以相对较高的热稳定性和相对不精确的尺寸公差制造所述支撑杆及其上的初级安装位置。所述参考机构向所述支撑杆上后续的连接和调准精加工工序能够很好地将所述支撑杆上的所述初级安装位置的那些相对不精确的尺寸公差提升至随后由所述参考机构形成或者形成在所述参考机构上的所述次级安装位置的较高精确性水平。这使得能够甚至使用标准型材的长度作为支撑杆，从而使得它们相对便宜地制造。这也使得能够在所述支撑杆中钻相对较大和/或不精确的孔以形成其初级安装位置。所述支撑杆甚至可以由比所述参考机构的材料刚度高和/或更轻量的材料制成。而且，所述支撑杆可以由相对于所述参考机构的材料而言具有更高的热稳定性(更小的热膨胀系数)和/或更高的导热系数的材料形成。所述参考机构本身可由与所述支撑杆相比相对小的元件形成。这使其对整个单元的变形行为的影响很小。其甚至可以由比所述支撑杆的材料的热稳定性更差的材料制成，也就是说，由具有更高的热膨胀系数的材料制成。进一步，所述参考机构可以由在连接至所述支撑杆的过程中和/或之后能够容易地经受所需的精确调准精加工工序的元件组成。另外，所述支撑杆的任何长度差异或形状差异可因此被容易地处理。

在优选的实施例中，根据本发明的方法的所述调准精加工工序包括机加工操作，也就是说受控的材料去除工序，优选借助于机床，其中所述参考机构的调准精加工通过主动去除那些参考机构的材料进行，以形成所述多个精确排列的次级安装位置。特别地，该机加工操作还可包括所述打印头旨在被能松脱地安装至的所述参考机构的至少那些部分/面的端面铣削和/或磨削步骤。这种端面铣削和/或磨削能够实现高度的精确性，并且被认为是用于执行所述目标调准精加工工序的高效、可靠且经济的方法。磨削优选使用砂轮，并且可包括抛光工序，例如，以粗磨料开始并逐渐变成细磨料的抛光工序。然而，其它类型的机加工或者其组合也是可能的，如钻孔、铰削、刨削或锯削。替代地，所述调准精加工工序也可包括向所述打印头旨在被能松脱地安装至的所述参考机构的至少那些部分进行受控的材料添加的工序。

在优选的实施例中，所述参考机构的所述调准精加工工序可被执行，以使所述参考机构上的所述次级安装位置相对于彼此的尺寸公差变得比所述支撑杆上的所述初级安装位置相对于彼此的尺寸公差更精确。对于尺寸公差，在此是表示所述初级安装位置和所述次级安装位置在x-方向、y-方向和/或z-方向上的位置相对于彼此的精确程度。例如，这可以是两个相邻初级安装位置或两个相邻次级安装位置之间在某一x-方向、y-方向和/或z-方向上的目标间隔距离的精确性。特别地，所述支撑杆上的所述初级安装位置的尺寸公差可大于0.1mm，而所述次级安装位置的尺寸公差可变得小于0.1mm，并且更特别地，甚至可变得小于0.02mm。因此，对于整个单元，所述支撑杆的相对不精确性可以以因子10升级。

所述支撑杆和所述参考机构可由各种各样的材料制成。有利地，现在可以用不同于所述参考机构的另一材料制成所述支撑杆。特别地，所述支撑杆由与所述参考机构的材料相比刚度更高(更高的弹性模量)和/或更轻量和/或具有更低的热膨胀系数和/或具有更高的热导率的材料制成。

在一实施例中，所述支撑杆可由陶瓷材料，例如sic制成。这是一种难以加工的相对脆性材料，但是这种材料同时相对刚性、轻量并且热稳定，同时具有高导热系数。其它材料也是可以的。

在一实施例中，所述参考机构可以由金属制成。这是一种相对易于加工的材料，并且其同时仍相对刚性。其它材料也是可以的。

在另一优选实施例中，所述方法可进一步具有以下特征：在将所述打印头能松脱地安装至所述支撑杆的步骤之前，参考端块被连接至所述支撑杆的自由端并经受调准精加工工序以形成参考定位面。除了其它以外，那些参考定位面还旨在被放置于所述打印系统的互补支承点处。由此，具有如以上对于参考机构所描述的相同的优点，也就是说，所述支撑杆的自由端的任何不精确性现在可以通过所述端块的所述调准精加工工序被容易地提升至更高水平。所述端块上精确地调准/精加工的参考定位面使得能够通过自由就座(freeseating)将整个单元简单地悬挂在打印系统中。因此没有拉力/推力或者动量力被施加在所述支撑杆上。万一发生故障，如所述单元下面的承印物的阻塞或堆积，所述支撑杆与安装至它的打印头一起可以向上移动离开其支承部和/或开始倾斜。如果需要，所述参考定位面甚至可以被提供有适合的减阻或阻尼装置。如果需要，用于所述端块的座也可被制成可调节的。

在优选的实施例中，所述端块的所述调准精加工工序可以被执行，以使所述参考端块的所述参考定位面相对于所述参考机构上的所述次级安装位置的尺寸公差变得比所述支撑杆的所述自由端相对于所述参考机构上的所述次级安装位置的尺寸公差更精确。对于尺寸公差，在此是表示所述参考定位面和所述次级安装位置在x-方向、y-方向和/或z-方向上的位置相对于彼此的精确程度。例如，这可以是所述参考定位面中的一个和所述次级安装位置中相应的一个之间在某一x-方向、y-方向和/或z-方向上的目标间隔距离的精确性。特别地，所述自由端的尺寸公差可大于0.1mm，而所述参考定位面的尺寸公差可变得小于0.1mm，并且更特别地，甚至可变得小于0.02mm。

有利地，所述参考端块的所述调准精加工工序和所述参考机构的所述调准精加工工序可以在单个同步步骤中执行。所述支撑杆随后可保持被夹持并定位在适合的夹具中，同时所述参考机构和所述端块二者在连接至所述支撑杆期间和/或之后相对于彼此被精确定位和排列。这不仅节省时间，而且在最后，也就是说在所述打印杆单元已经利用其参考定位面被放置于打印系统的互补支承点处之后，也有助于提高所述次级安装位置相对于该打印系统的其余部分的定位精确性。

在第一变型中，所述参考机构和/或端块的所述调准精加工工序可包括在它们已被连接至所述支撑杆之后对所述参考机构的至少前面和/或所述端块的所述目标参考定位面的端面铣削和/或磨削。由此，注意到，在该步骤期间，所述支撑杆本身未必被端面铣削和/或磨削，可以只是所述参考机构和/或所述端块经受所述调准精加工工序。

在第二变型中，所述参考机构和/或端块的所述调准精加工工序可包括胶合层的厚度的变化，在连接到所述支撑杆期间可能与在所述支撑杆和所述参考机构和/或端块之间使用一个或多个填充板结合，其特别地可在如所述端面铣削和/或磨削的所述机加工之前被执行。于是，这特别地可以通过在胶硬化期间使用用于将所述参考机构和/或端块精确定位至所述支撑杆的胶合夹具而实现。

所述打印头可被直接安装至所述参考机构的所述次级安装位置上或抵靠所述参考机构的所述次级安装位置。然而，也可以将如固定构件之类的中间适配器元件安装至所述参考机构的所述次级安装位置，并且使所述打印头被能松脱地安装至，例如用螺纹连接到或者被夹持到那些中间适配器元件。

进一步有利的实施例在从属权利要求中描述。

本发明也涉及根据权利要求11-23中任一项所述的打印杆单元，并涉及包括一个或多个这种打印杆单元的打印系统。

附图说明

下面将参考附图更详细地说明本发明，其中：

图1a、图1b分别示意性地示出具有打印杆单元的单程式喷墨打印系统和扫描式系统；

图2a-图2e示出根据本发明的制造打印杆单元的方法的第一实施例的连续的制造步骤；

图3示出通过图2e中的线a-a的剖视图；

图4a-图4d示出根据本发明的方法的第二实施例的连续的制造步骤；

图5示出通过图4d中的线a-a的剖视图；和

图6a-图6c示出根据本发明的方法的第三实施例的连续的制造步骤。

具体实施方式

在图1a、图1b中，示出了两种已知类型的喷墨打印系统。在两种情况下，输送装置均被提供以使承印物1沿打印方向x相对于多个打印杆单元2移动。承印物可以是连续的或者不连续的类型。每个打印杆单元2均包括成行定位或者彼此交错的多个可更换的打印头。每个打印头包括一个或多个用于在被操作时将墨滴喷射至承印物1上的可独立操作的喷墨喷嘴的阵列。

在图1a中，喷墨打印系统为单程式的。为此，每个打印杆单元2沿y-方向延伸经过承印物1的整个宽度，并且利用其自由端被支撑在系统的互补支承点处。这样，每个打印杆单元2被用于将至少一种颜色打印至承印物1上。

在图1b中，喷墨打印系统为扫描式的。为此，每个打印杆单元2在x-方向上具有有限的长度。一个或多个打印杆单元2利用其自由端被支撑在系统的梭头(shuttle)3的互补支承点处。梭头3在y方向上仅延伸经过承印物1的宽度的一小部分，并且能在垂直于打印方向x的扫描方向y上来回移动。这里，每个打印杆单元2也被用于将一种颜色打印至承印物1上。

现在将在下面参考图2、图3和图4说明一些不同的、有创造性的制造打印杆单元2的方法。

以图2开始。在第一步骤中(见图2a)，获取基材(basematerial)的长形件，其形成支撑杆5。这里支撑杆5是具有自由端5’的矩形中空陶瓷梁。如果期望或者认为需要，可以机加工或者以其它方式加工杆5的一个或多个外壁，例如通过端面铣削和/或磨削操作。因此，那些面可以被给予第一尺寸公差，例如可以为>0.1mm，这使得能够将它们用作后续操作的参考面。

在第二步骤中(见图2b)，通过向杆5的前壁5a中钻孔，在杆5上形成多个初级安装位置6。对此可以利用钻模。然而，这也可以手工完成。代替仅在一个侧壁上钻孔，也可以在杆5的两个相对的侧壁上钻孔。

在第三步骤中(见图2c)，参考机构7在初级安装位置处通过适合的胶连接至杆5。对此，可以使用胶合夹具，这将在下面参考图6更详细地说明。在此，参考机构7由带有头部的金属销形成。于是每个机构7的插入部被放置于孔中的一个中，而每个机构7的头部保持突出在孔的外侧。

在该相同的第三步骤中(见图2c)，端块8在杆5的自由端5’处通过适合的胶被连接至杆5。对此，可以使用胶合夹具。在此，端块8是金属盖。这样，每个块8均包括平行于壁5a的前面8a。

在第四步骤中(见图2d)，块8的前面8a和机构7的头部的前面7a经受调准精加工工序，在此，调准精加工工序由端面铣削和/或磨削操作组成。因此，那些面7a、8a可被给予比第一尺寸公差更精确的第二尺寸公差，并且例如可以为<0.02mm。因此，机构7的面7a于是可以有利地被用作精确的次级安装位置，其具有比初级安装位置的尺寸公差改善的尺寸公差(从>0.1mm至<0.02mm)，而块8的面8a可以被用作精确参考定位面，以将它们放置在打印系统的其互补的支承点处。除了使面7a、8a经受调准精加工工序，也可以使机构7和/或块8的其它面或部分经受相同或相似的处理，以改善其尺寸公差。

在第五步骤中(见图2e和图3)，打印头9抵靠由参考机构7的经调准/精加工的面7a形成的次级安装位置被安装。在此，每个打印头9通过螺钉10被安装至三个机构7上，螺钉10从后面延伸通过贯穿整个机构7的孔。对此，可以使用特殊的定位装置和/或工序，使得打印头9还可以被给予第三尺寸公差，第三尺寸公差甚至可以比第二尺寸公差更精确，并且例如可以为<0.005mm。如果期望，可以首先将中间适配器元件抵靠机构7的次级安装位置安装，并随后将打印头安装至那些中间适配器元件上。如将清楚的，参考机构7和任何中间适配器元件的形状应很大程度取决于所使用的打印头9的类型及其应用。

在图4中示出了一种变型，其中相同的部分已被给予相同的附图标记。在此，在第一步骤中(见图4a)，同样地基材的长形件形成支撑杆5。多个假想的目标初级安装位置6存在于杆的前壁5a上。

在第二步骤中(见图4b)，参考机构7在初级安装位置处通过适合的胶被连接至杆5。对此，可以使用胶合夹具，这将在下面参考图6更详细地说明。在此，参考机构7由金属条形成。代替这种金属条，其它形状和轮廓也可以作为参考机构7胶合抵靠杆5。例如，图4b’示出具有“回飞镖”形状的机构7’的变型，图4b”示出具有“夹钳”形状的机构7”的变型，并且图4b”’示出具有“夹套”形状的机构7”’的变型。另外，这种参考机构可通过诸如不妨碍杆的刚度和热膨胀的低刚度的连接部被彼此附接。

在该相同的第二步骤中(见图4b)，端块8在杆5的自由端5’处通过适合的胶被连接至杆5。对此，可以使用胶合夹具。在此，端块8也由金属盖形成。

在第三步骤中(见图4c)，块8的前面8a和机构7的前面7a经受调准精加工工序，在此，调准精加工工序由端面铣削或磨削操作组成。

在第四步骤中(见图4d和图5)，打印头9抵靠由参考机构7的经调准/精加工的前面7a形成的次级安装位置被安装。

现在将参考图6更详细地说明步骤2c和4b中的胶合夹具的可能的使用。首先(见图6a)，参考机构7抵靠夹具15被精确地放置成行。随后，前壁5a已被提供有胶合层16的支撑杆5抵靠夹具15上的参考机构7放置。在此，杆5已被过度牵拉而有些不规则弯曲。如在图6b中可见，通过使支撑杆5和参考机构7之间的胶合层16的厚度变化，胶合层现在能够很好地克服杆5的那些不规则弯曲。在胶合层16已充分硬化后，然后可以移除夹具15并开始在参考机构7上执行目标的端面铣削和/或磨削操作。现在端面铣削和/或磨削可很快地被执行，因为夹具15的使用和胶合层16的变化的厚度已经将机构7的精度提高到一定程度。

除了示出的实施例，许多变型是可能的。例如不同部件的材料、各种尺寸和/或形状可以不同。代替在支撑杆中钻孔，也可以在支撑杆的制造期间已经在支撑杆中提供那些孔。例如，如果支撑杆由陶瓷材料制成，则孔可以在陶瓷材料仍在其未熟阶段(greenphase)中时已经被制造在其中。尽管这样的孔随后由于硬化期间材料的收缩可能很不精确，但是这没有问题，因为根据本发明，支撑杆上的打印头的位置精确性可在后续的参考机构的连接和调准精加工工序期间被极大地并且容易地提高。代替使用矩形中空梁作为支撑杆，也可以使用条状的、t-形的或者l-形的支撑杆或者任何其它轮廓。这将取决于需要被安装至其的打印头的类型以及要求的刚度。在中空梁的情况中，梁内的中空可以被用于将诸如墨的流体和/或控制信号、和/或气体朝向和从各打印头及其邻近区域供应。代替胶合或者以其它方式将参考机构连接至已经包括贯通安装开口的支撑杆，也可以在调准精加工工序期间在参考机构中精确地钻这样的贯通安装开口。于是，这使得能够获得相对于具有初始安装位置的支撑杆的贯通安装开口而言具有改善的尺寸公差的贯通安装开口。代替胶合，机构和/或块也可以以其它方式连接至支撑杆，例如通过夹持或螺纹连接。也可以通过3d打印操作获得支撑杆。对其替代地或者附加地，还可以执行3d打印操作以在支撑杆的上制造参考机构。那些3d打印的参考机构随后可由不同于支撑杆的另一材料打印出，并且那些3d打印的参考机构随后在后续步骤中可经受根据本发明的调准精加工操作。

因此，根据本发明，获得一种制造方法和打印杆单元，借助该制造方法和打印杆单元，用于打印头的参考定位面和安装位置可相对于彼此以最佳的方式限定，同时能够使用所有种类的支撑杆，甚至是其尺寸很不精确且难以直接机加工为使得其被更精确限定的支撑杆。本发明可有利地被用于单程式打印系统和扫描式打印系统两者，并且例如可在输送连续或不连续的承印物的平坦轨道之上或者弯曲轨道之上被用在织物印花、装饰打印、包装打印、标签打印、文件打印领域。当用在单程打印系统时，根据本发明的打印杆单元可有利地形成长形的行式头部，特别是具有至少1.0米长度的被配备有成行的或彼此交错的数十个打印头的打印杆单元。即使在这样长的长度，打印头的定位也可以获得高精确性。当用在扫描打印系统中时，根据本发明的打印杆单元也可有利地被形成有相对较长的支撑杆，使得可以在安装打印杆单元的梭头的一次扫描移动中完成较宽的行程。