專利名稱：柔性印刷頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于噴墨印刷機的具有多個印刷噴嘴的印刷頭。
背景技術：
長期以來就已知通過可自由編程的標識系統(tǒng)來標識產品，并且這 種標識在工業(yè)上在許多領域中使用。這樣對于很多應用場合主要使用 噴墨印刷機，通過從印刷頭的一個或多個噴嘴中噴出墨滴，以便由此 可以在要待印刷的表面上構成一個點格網形式的印刷圖案，噴墨印刷 機使得能夠無接觸地對產品進行標識。
這里主要已知兩種不同的才支術， 一種是連續(xù)噴墨(Continuous Inkjet)技術，另一種是按需即噴(Drop-on-Demand )技術。
在連續(xù)噴墨技術中多數(shù)通過用于產生壓力波動的調制部件、例如 通過一個壓電振動器對只由一單個噴嘴連續(xù)噴出的墨束這樣調制，使 墨束在其從噴嘴噴出后在距噴嘴確定的距離處分裂成基本大小相同的 單個墨滴。
這里這樣產生的墨滴可能在其即將與墨束分離前被不同地靜電充 電并且接著可能在一個后續(xù)的平行板電容器的電場中對應于其相應的 靜電荷發(fā)生偏轉，由此對于各個墨滴至少在偏轉方向上產生不同的飛 行軌跡。
由此至少在一橫向于墨滴傳播方向的方向上可以選擇分別不同充 電的墨滴的不同位置，由此在待標識的產品相對于印刷頭進行同時和 同步的相對運動時產生點狀構成的印刷圖案。
因為這種工作原理也在印刷頭與待印刷的表面之間的確定距離上 以良好的質量工作，因此也能夠標識例如適度地形成(凸凹)結構的 表面。但是缺陷是，由此產生的印刷線的最大高度由于系統(tǒng)的原因只 能為約10mm至20mm，因此例如不能只通過唯--"個印刷頭產生較大的字體或者例如以這樣的方式來對例如管或纜線進行標識，即，以
大于120度的角度范圍或者甚至以360度的角度范圍來印刷管或纜線 的外表面。
在這些情況下需要使用多個印刷頭和/或多個印刷系統(tǒng)并且使它 們相應恰當?shù)卦O置，例如圓形地圍繞待印刷的物體設置，以進行360° 的印刷，其中必須將印刷圖案按所使用的印刷系統(tǒng)數(shù)量分配并且必須 相應同步地印刷。這種方法本質上是復雜的、易于發(fā)生故障并且是成 本昂貴的。
與連續(xù)噴墨方法不同，按需即噴印刷系統(tǒng)的一個印刷頭具有多個 單個的、可基本上相互獨立地控制的噴嘴，所述噴嘴通常在噴嘴板中 設置在一條線上并且相互間分別具有相同的距離。
按照原理，這樣來產生各個墨滴，即，每個噴嘴與一配設給該噴 嘴的噴嘴室和一配設給該噴嘴的調制部件構成一個自己的獨立控制的 印刷模塊。為此例如所有在印刷頭中存在的噴嘴室通過共同的墨水輸 送件與 一共同的墨水儲存器連接，由此在運行中分別以墨水填充噴嘴 室。
在此相應的調制部件這樣安裝在相應的噴嘴室上，即，使所述調 制部件在相應的電致動時在相應的噴嘴室中脈沖式地建立一個過壓， 由此將墨滴從噴嘴向外拋出。由 于所述印刷模塊可以基本上相互獨立 地控制，能夠利用唯一-^^個共用的控制脈沖產生一條完整的印刷線， 其中所述控制脈沖通過相應的控制電路同時觸發(fā)所有需要的噴嘴。
根據(jù)印刷頭的形式和結構不同，使各個印刷室通過所述的墨水輸 送管道相互連接，此外根據(jù)調制部件的工作方式不同，還可以例如只 按確定的分組控制噴嘴，以產生墨滴，通過例如以一第一印刷脈沖控 制噴嘴l， 4， 7…，以一第二印刷脈沖控制噴嘴2， 5, 8…，并以一第 三印刷脈沖控制噴嘴3， 6， 9...，由此在待印刷的物體沿印刷頭連續(xù) 運動時產生一鋸齒形的印刷線。
由于系統(tǒng)的原因，利用按需即噴印刷頭不能在較大的距離上在產 品的例如彎曲或形成凸凹結構的表面上實現(xiàn)高質量的印刷，因為通過這種方法產生的墨滴具有較小的噴出速度，并具有較小的直徑和由此 較小的質量，并且在短的飛行路程之后就已經可能由于空氣阻力和外 部的例如通過待標記物體的運動產生的空氣運動而被從其各自的飛行 軌跡中不可控地偏轉，并且由此隨著距離的增加使印刷圖案變得越來 越差。
但是因為通常期望達到高的印刷質量，因此此外還要求提供大量 的印刷通道，其中同時相鄰噴嘴的距離必須小并且相應噴出的墨滴也 必須小。在技術上這是這樣來實現(xiàn)的，即，通過例如將所有噴嘴室、 其相應的墨水輸送管道和相應的調制模塊組合到一個共同的基體中并 且形成一個剛性的模塊，從而使大致整體式地實現(xiàn)整個印刷頭的結構。
相應的、按照按需即噴方法工作的印刷頭例如由Spectra公司、 Xaar公司、柯尼卡美能達公司、惠普公司或愛普生公司工業(yè)化地制造 和銷售。
但是對于上述印刷頭不利之處在于，只能不令人滿意地或者甚至 根本不能在一單個工作過程中印刷強烈彎曲的表面，或者只能在使用
許多印刷頭的條件下才能印刷，這意味著高投入。
在公開文獻DE 40 33 816 Al中記載了 一種柔性印刷頭，利用該印 刷頭能夠在彎曲部的局部區(qū)域的內部印刷彎曲的表面，但是印刷頭的 形狀僅僅是一圍繞固定的中心點的圓孤段并因此只能以一定的曲率在 一個平面調整，并且因此不適于印刷按其它形式成形的表面。此外利 用這種印刷頭不能實現(xiàn)360°的印刷。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是，提供一種印刷頭，利用這種印刷頭能夠實現(xiàn)沿 一規(guī)定方向基本與一個成形的物體的表面形狀無關地印刷該成形物體 的表面，而無需在印刷期間旋轉成形物體或印刷頭。
按照本發(fā)明這樣來實現(xiàn)所述目的，即，印刷頭具有多個相鄰的、 具有至少 一個印刷噴嘴的印刷模塊，其中兩個相鄰的印刷模塊相互間 通過一至少在連接方向上、優(yōu)選在所有空間方向上柔性的材料和/或元 件連接。這樣印刷頭可以例如包括許多單個的、可以基本上相互獨立地或 者也可以共同地控制的印刷模塊，所述印刷模塊可以這樣組合在 一起， 即，使各印刷模塊的噴嘴孔形成一個共同的噴嘴布置結構。這里按照 本發(fā)明所述噴嘴布置結構可以這樣構成，即，使印刷模塊的噴嘴位于 一共同的、可三維地構成的噴嘴面上，該噴嘴面特別是在多個維度/ 方向上可以是彎曲的或者可以被彎曲，并且基本上與各個噴嘴面的相 應形狀無關地相互間具有一相同的距離。
在此按照本發(fā)明，可以這樣設計使印刷模塊的噴嘴成為一噴嘴面 的布置結構，即，使印刷模塊的噴嘴例如基本上形成一線形的布置結 構或面式的布置結構。
為了可以使這樣形成的噴嘴面在標識不同地成形的產品表面時與 相應的要求相適應，按照本發(fā)明在一個優(yōu)選實施形式中設定，至少將 印刷模塊的噴嘴或者說印刷模塊的具有至少一個噴嘴的端部區(qū)域以及 由此至少將印刷模塊的所謂噴嘴板在一 由柔性材料、例如由彈性體、 尤其橡膠類材料制成的接納裝置中組成一確定的噴嘴面。
由此，由于接納裝置的材料柔性，能夠使這樣構成的噴嘴面這樣 地與三維地構成的待標識產品的表面、例如圓柱形產品的表面相適應， 即，使所有噴嘴與產品的表面具有基本上相同的距離，由此可以實現(xiàn) 與印刷距離無關的、保持相同的印刷質量。在此可以優(yōu)選選擇彈性體 材料用于接納裝置，這種材料在其柔性方面具有各向同性的特性。
利用這種接納裝置同樣能夠使噴嘴面在一個例如為360°的半徑 (范圍)中變形和/或附加地扭轉，以由此例如形成一個圓或一個螺旋 體，由此例如對圓柱形產品完全可以在其外表面上進行印刷或者對于 管狀材料對其內表面進行印刷。
這里，每個單個的印刷模塊例如可以包括一個基體，所述基體具 有 一 墨水輸送件、 一具有連接在后面的噴嘴孔的墨水室以及多個用于 產生單個墨滴的控制元件和多個用于連接在一上級的控制裝置上的電 連接元件。
按照本發(fā)明可以使各個印刷模塊例如通過上述的接納裝置或者一
7般性地通過柔性和/或可變形的材料這樣來相互連接，即，使得所述印 刷模塊各自的噴嘴板在一基本位置中形成一共同的面，并使其噴嘴例 如設置在一條線上或者形成一條線，由此可以通過柔性和/或可變形材 料的變形而使這樣形成的噴嘴列具有任意的形狀，例如形成一 圓或圓 弧或者變形為螺旋線或蛇形線。因此所述基本位置可以理解為噴嘴模 塊相互之間這樣的布置結構，即，所述噴嘴模塊在沒有變形力的情況 下自動占據(jù)這種布置結構。因此所使用的材料可以是彈性的并且在形 狀上是可自動回復的。
按照本發(fā)明還可以設定，印刷模塊相互間通過可塑性變形的、尤 其熱塑性的材料連接，其中例如可以這樣來實現(xiàn)確定的三維噴嘴布置 結構的構形，即，可以通過加熱使示例性的熱塑性材料處于可變形的 狀態(tài)，從而可以使其具有希望的形狀。接著的冷卻例如使材料持久地 定型。根據(jù)所使用的材料不同，所述變形例如可以是不可逆的，或者 可以通過重新加熱材料而是可逆的。
按照本發(fā)明還可以設定，使噴嘴列沿一個軸線、例如沿著其縱軸 線、因此尤其是沿噴嘴板沿該軸線前后順序設置的軸線扭轉，由此來 自各噴嘴的墨滴的相應噴出方向例如從上述的縱軸線出發(fā)沿徑向向外 指向不同的方向，以由此完整或部分地印刷一空心體的內部。
按照本發(fā)明還可以設定，使噴嘴列繞一個例如垂直于 一噴嘴列的 所述縱軸線并且特別是與該縱軸線隔開設置的工作軸線變形，由此來 自各噴嘴的墨滴的相應噴出方向例如徑向向內地指向所述示例性描述 的工作軸線，以由此例如完整或部分地印刷 一物體的外部。
按照本發(fā)明還可以設定，使噴嘴列繞一個例如垂直于一噴嘴列的 所述縱軸線并且特別是與該縱軸線隔開設置的工作軸線變形，由此來 自各噴嘴的墨滴的相應噴出方向相對于所述示例性描述的工作軸線例 如徑向向內指向，以由此例如完整或部分地印刷 一物體的內部。
按照本發(fā)明還可以設定，給各印刷模塊在其墨水供應管道和/或各 自的墨水儲存器中裝備閥，例如止回閥，和/或泵，例如微型泵，由此 例如在 一共同的墨水輸送中的機械壓力波動不會傳遞到印刷模塊，并由此明顯提高這種印刷頭的運行可靠性。
此外由此以簡單的方式實現(xiàn)各個印刷模塊的排空或填充墨水，因 此例如為了維護目的也可以更換單個印刷模塊而不影響其余印刷模塊 的功能。此外由此同樣可以為了對單個噴嘴進行噴嘴清潔而有目的地 噴出一定的墨水量，由此例如可以有目的地將進入的空氣或干擾性的 雜質從各噴嘴中噴出。
按照本發(fā)明的印刷頭可以如上所述由一定數(shù)量的單個印刷模塊構 成。在此按照本發(fā)明不重要的是，各個印刷模塊是否僅構成電或氣動 控制的閥，或者每個單個印刷模塊是否構成具有至少一個噴嘴的獨立 印刷頭。
按照本發(fā)明，各單個印刷模塊相互間優(yōu)選沿一縱軸線通過可變形 的材料相互連接，例如通過橡膠材料或例如通過熱塑性材料或例如通 過一個或多個彈簧元件，各單個印刷模塊固定在所述彈簧元件上。
因為為了運行必須向各印刷模塊供給墨水或其它用于印刷的介 質，按照本發(fā)明，所述介質的供給可以例如通過單個的外部輸送管道 實現(xiàn)或者在印刷模塊和連接材料相應的實施形式中通過一共同的輸送 管道實現(xiàn)。
在使用所述彈性體的、尤其是橡膠類的連接時，在一個優(yōu)選的實 施例中，這一點在彈性體材料的內部實現(xiàn)，其中在這種情況下這種材 料同時具有供給系統(tǒng)和/或用于介質、尤其是墨水的儲存器的功能。
在使用一個或多個螺旋彈簧時作為連接元件時，相應地可以將所 述連接元件設計成空心的，并且由此將其同樣用作供給軟管。到各個 印刷模塊的必需的電輸送導線適宜地分別通過電纜導引到一共同的控 制電子裝置和/或引導到一上級的控制裝置。
在使用墨水時，所述墨水例如可以是常見的低粘度油基印刷色或
uv硬化的印刷色，但根據(jù)要求不同也可以是其它的低粘度液體，例
如粘接劑或油或反應液體。如果印刷模塊附加地分別具有多個閥和/ 或相應的泵，例如微型泵，由此一方面在使用上述用于印刷的墨水時 消除已知的在輸送管道中具有外部空氣的問題，因為通過上述泵的輸送功能可以有效地將外部空氣從墨水系統(tǒng)中輸送出去，并且噴嘴元件 由此具有自清潔功能，另一方面附加地存在這樣的可能性，即代替液 體輸送氣體特別是反應氣體并且到生產過程之內有目的地且定量地將 其送至一表面的個別位置上，用于例如觸發(fā)、防止或輔助化學或物理 反應。


在下面的附圖中示出本發(fā)明的幾個實施例。附圖中 圖1示出按照本發(fā)明的印刷頭的第一實施例， 圖2示出按照本發(fā)明的印刷頭的第二實施例， 圖3示出印刷頭的第一或第二實施例的后視圖， 圖4示出按照圖l或圖2的按照本發(fā)明的印刷頭的第一可能形狀， 圖5示出按照圖l或圖2的按照本發(fā)明的印刷頭的第二可能形狀， 圖6示出按照圖l或圖2的按照本發(fā)明的印刷頭的第三可能形狀。
具體實施例方式
圖1示出按照本發(fā)明的印刷頭的第一實施例。按照本發(fā)明的印刷 頭例如具有一由柔性的、例如彈性體材料制成的接納板1，在該接納 板中具有多個用于容納多個相互獨立控制的印刷模塊2的接納開口 la。接納板形成前面所述的接納裝置并且在這里在優(yōu)選的實施例中可 以具有這樣的厚度，即，使得接納裝置至少基本上是自承的，即至少 不會在重力作用下，而是只有通過外部的施加的力才會明顯地變形。
在此可以這樣構成開口 la,即，使例如分別在各印刷模塊2上存 在的成形體24精確配合地嵌入所述開口中并且例如夾緊在所述開口 中，尤其在使用橡膠材料用于接納板l時，這容易實現(xiàn)。除此以外或 對此進行補充地還設想，在接納裝置1上設置相應的未示出的固定裝 置，以將各印刷模塊2固定在其各自地開口 la中，而與接納板l的對 于確定的使用目必要的變形無關。按照本發(fā)明例如也可以設定，將各 印刷模塊2相應地粘結在其接納開口 la中。
此外按照本發(fā)明還可以設定，將各印刷模塊這樣裝入接納板1的 接納開口 la中，即，使各噴嘴板22與平面lb至少在一基本形狀中形成一基本上連續(xù)/閉合的面。這里該面在具有未變形的基本形狀時例如 位于一個平面中。
這里噴嘴板22在接納裝置1中的布置結構可以是這樣的，即，如 圖1所示，使各噴嘴23例如形成一條線，其中相鄰的噴嘴23相互間 的距離至少在接納裝置的基本位置中優(yōu)選是相同的。
印刷模塊2按照本發(fā)明例如可以包括一基體21，在所述基體中例 如根據(jù)印刷模塊的形式和結構不同可以設置微型泵、閥、墨水過濾器、
壓力產生元件、墨水輸送件和必要時還有電子控制電路，并且所述基 體在端側的端部上具有一具有至少一個噴嘴23的噴嘴板22。
為了通過一上級的未示出的控制裝置控制各印刷模塊2，各印刷 模塊2分別具有(多個)電接口 26,由此能夠使每個印刷模塊獨立地 運行。此外使每個印刷模塊2具有至少一個用于供應墨水的接頭25， 其中各個接頭25例如可以組合成一個共同的未示出的供給管道。
此外，按照本發(fā)明還可以設定，各印刷模塊2如圖2所示本身分 別構成印刷頭，所述印刷頭在其各自的朝向接納裝置1的一側上具有 一具有確定數(shù)量的單個噴嘴23a的噴嘴板22。根據(jù)印刷頭2的形式和 結構不同，這里可以成組或各自相互獨立地控制每個印刷頭的單個噴 嘴23a。通過將確定數(shù)量的印刷頭2設置在一共同的接納板1中以及 通過接納板以所述面lb與各噴嘴板22基本上平面形的各自對齊，由 此實現(xiàn)一共同的面lb作為共同的噴嘴板，其中由于接納板l的用作噴 嘴板的材料的柔性，所述共同的噴嘴板lb是可變形的。
此外，圖l和2還示意性地示出一種可能性，即，由于可以例如 將單個的印刷模塊2a從共同的接納裝置1中取出或者將其裝入，從而 可以更換單個印刷模塊2。
在圖3中示出按照本發(fā)明的具有多個按照圖1或圖2的單個印刷 模塊2的印刷頭的實施例的后視圖。這里，例如為了通過未示出的上 級控制裝置進行電控制，各印刷模塊2， 2a分別具有(多個)電接口 26，通過所述電接口可以根據(jù)待印刷的整個圖案而控制各印刷模塊。
例如通過輸送件25實現(xiàn)待印刷的墨水的供給，該輸送件可以例如通過相應的連接元件組合成一共同的墨水供給管道。按照本發(fā)明同樣 可以給不同的印刷模塊供應來自不同的墨水儲存器的不同的墨水，由 此，例如在對一圓柱形印刷材料例如纜線或管進行環(huán)繞印刷時，能夠 在一個工作過程中用不同的印刷色在不同的區(qū)域實現(xiàn)不同的印刷。
圖4示例地示出按照本發(fā)明的例如用于印刷待印刷物體的凹形成 形部的印刷頭的第一可能的變形。為此，例如使接納板l的端側的面 lc， ld沿一例如由印刷模塊的噴嘴布置結構形成的縱軸線110沿旋轉 方向100a或100b這樣相互扭轉，以便可以形成希望的噴嘴布置結構 和形成來自各噴嘴23的相應墨滴的希望的噴出方向。這里所述縱軸線 優(yōu)選精確地通過噴嘴的通出口延伸。
圖5示出按照本發(fā)明的印刷頭的另一可能的變形，其中在接納板 1的這個示例性示出的變形中，只有接納板1的一部分繞例如垂直于 通過印刷模塊的噴嘴布置結構(的縱軸線)形成的軸111沿方向100c 上變形，由此例如能夠實現(xiàn)對待印刷物體的倒圓棱邊進行印刷。
圖6示出按照本發(fā)明的印刷頭的另一可能的變形，其中，在接納 板1的這個示例性示出的變形中，使這個接納板基本上圓形地沿方向 100d上以例如垂直于通過印刷模塊的噴嘴布置結構形成(的軸線)的 軸112彎曲，其中，尤其是這里例如可以使現(xiàn)在相對的端側的面lc, ld附加地相互偏移，從而使接納板l基本上螺旋形地變形。由此例如 能夠在一個工作過程中以給圓柱形的印刷材料、例如線纜或管道設置 環(huán)繞的印刷。
參考所有的實施例可以確定，與一個實施例相結合描述的技術特 征不僅可以用于該特定的實施例，而且也可以在相應其它的實施例中 使用。本發(fā)明說明書所公開的全部技術特征都是本發(fā)明的實質性內容 并且任意地相互組合地或單獨地使用。
權利要求
1. 一種尤其是用于噴墨印刷機的具有多個印刷噴嘴的印刷頭，其特征在于，所述印刷頭具有多個相鄰的、分別具有至少一個印刷噴嘴(23)的印刷模塊(2)，其中，兩個相鄰的印刷模塊(2)相互間通過一至少在連接方向上、優(yōu)選在所有空間方向上為柔性的材料(1)和/或元件(1)連接。
2. 如權利要求l所述的印刷頭，其特征在于，由于連接各印刷模 塊材料的柔性，尤其在多個空間方向上能夠調整各印刷噴嘴(23)的 印刷流束相對于彼此的取向和/或各印刷噴嘴(23)相互間的距離。
3. 如上述權利要求中任一項所述的印刷頭，其特征在于，能夠將 相鄰的印刷噴嘴(23)的印刷流束調整為至少局部地相互會聚或發(fā)散 的。
4. 如上述權利要求中任一項所述的印刷頭，其特征在于，能夠至 少局部地垂直于印刷噴嘴(23 )排列的方向地調整相鄰的印刷噴嘴(23 ) 的印刷流束，尤其是能夠使印刷噴嘴(23)的取向繞印刷噴嘴列的縱 軸線(110)扭轉。
5. 如上述權利要求中任一項所述的印刷頭，其特征在于，所有的 印刷模塊(2)具有一共同的印刷介質輸送管道。
6. 如權利要求1至4中任一項所述的印刷頭，其特征在于，所有 的印刷模塊(2)具有相互分開的印刷介質輸送管道。
7. 如上述權利要求中任一項所述的印刷頭，其特征在于，將兩個 相鄰的印刷模塊(2 )之間的連接件設計成空心的，特別是要通過空心 的連接件將印刷介質輸送到印刷噴嘴(23)。
8. 如上述權利要求中任一項所述的印刷頭，其特征在于，所述柔 性的材料(1)是彈性體材料、尤其是橡膠、硅樹脂或丙烯酸類。
9. 如權利要求1至7中任一項所述的印刷頭，其特征在于，所述 柔性的元件(1)是彈簧元件。
10. 如權利要求1至7中任一項所述的印刷頭，其特征在于，所述柔性的材料(1)是能夠尤其是可逆地熱塑性變形的材料。
11. 如上述權利要求中任一項所述的印刷頭，其特征在于，各單個印刷噴嘴(23 )能夠在至少360度的角度范圍內繞一軸線(111， 112 ) 設置。
12. 如上述權利要求中任一項所述的印刷頭，其特征在于，各單 個印刷噴嘴(23)螺旋形地繞一軸線(110， 112)設置，尤其是其中 使印刷流束朝所述軸線(110， 112)或者離開所述軸線取向。
13. 如上述權利要求中任一項所述的印刷頭，其特征在于， 一印 刷噴嘴(23)具有一可控的閥。
14. 如上述權利要求中任一項所述的印刷頭，其特征在于，各印 刷模塊(2)可拆卸地組合在一由柔性的、尤其彈性體的材料制成的接 納裝置(1)中。
15. 如上述權利要求中任一項所述的印刷頭，其特征在于，所述 接納裝置(1)特別是完全由柔性材料、特別是以墊的形式構成，并且 具有多個、特別是在一條線中相互并排設置的開口 (la)，用于特別是 形狀鎖合地分別容納一個印刷模塊(2)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有多個印刷噴嘴的印刷頭、尤其是用于噴墨印刷機的印刷頭，所述印刷頭具有多個相鄰的、具有至少一個印刷噴嘴(23)的印刷模塊(2)，其中兩個相鄰的印刷模塊(2)相互間通過至少在一連接方向上、優(yōu)選在所有空間方向上為柔性的材料(1)和/或元件(1)連接。
文檔編號B41J2/505GK101439618SQ2008101777
公開日2009年5月27日 申請日期2008年11月20日 優(yōu)先權日2007年11月20日
發(fā)明者P·施密特 申請人:Kba-美創(chuàng)力公司