[發明專利]一種3D曲面電噴印圖案化設備及方法

有效

• 申請號: 201710485691.2
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107297892B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 尹周平;陳建魁;劉強強;王一新
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B29C64/112
• 分類號: B29C64/112;B29C64/20;B29C64/393;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 梁鵬;曹葆青

1.一種3D曲面電噴印圖案化設備，該設備包括工作臺、上下料模塊、電噴印模塊、視覺模塊和固化模塊，其特征在于：

所述工作臺呈現多工位轉盤的形式，其通過自身的旋轉來執行各工位的切換，這些工位依次包括曲面的定位裝夾工位、曲面的高度測量工位、多個電噴印和預固化工位，以及質量檢測工位；此外，各個工位上均配備有用于夾持曲面的夾具，并且各個工位均可相互獨立地執行相關操作；

所述上下料模塊設置在所述多工位轉盤的一側，其包括末端配備有真空吸盤的機械臂，并用于將待作業的曲面周期性地予以吸附，并轉移至各個工位或者從其移出；

所述電噴印模塊包括多套噴印頭，這些噴印頭對應于各個所述電噴印和預固化工位而一一設立，并且各個噴印頭分別具備XYZ三軸方向上的移動自由度，以及沿著多工位轉盤的徑向自由度，由此調節與曲面之間的相對位置；

所述視覺模塊包括定位相機、測量相機、檢測相機、基板觀測相機和射流觀測相機，其中該定位相機安裝于所述定位裝夾工位的上方，并用于觀測及確定曲面在所述夾具上的正確安裝位置；該測量相機安裝于所述高度測量工位的上方，用于實時測量曲面的高度特征信息，然后以此指導所述噴印頭的運動，以便確保其噴嘴與曲面之間實現恒定的高度，并據此選用噴嘴來組合成所需線陣；該檢測相機安裝于所述質量檢測工位的上方，并用于對曲面上的噴印質量執行檢測；此外，該基板觀測相機與各個所述噴印頭的噴嘴保持平行地安裝并隨之一同運動，并用于在執行電噴印之前執行視覺定位以確定噴印的初始位置，同時在整個噴印過程中拍攝已形成的圖案；該射流觀測相機用于對所述噴印頭所噴射的墨滴體積執行圖像在線拍攝及測量；

所述固化模塊包括預固化裝置和終固化裝置，其中各個預固化裝置對應于各個所述噴印頭而設置且隨之一同運動，并用于在所述噴印頭完成每次噴印之后，對曲面進行一次預固化操作；該終固化裝置則設置在所述多工位轉盤的一側，并用于對曲面上的整體圖案執行最后的完全固化。

2.如權利要求1所述的3D曲面電噴印圖案化設備，其特征在于，所述噴印頭各自包括噴嘴、設置在該噴嘴下方且接地的環形電極、用于在所述噴嘴與所述環形電極之間產生電場的高壓發生器，以及存儲有油墨且與所述噴嘴保持連通的噴印容器；在工作時，在電場力的誘導作用下，油墨在所述噴嘴的頂端形成泰勒錐，液滴繼續從該泰勒錐的頂端射出并在電場力的作用下破碎成大量的小液滴，進而實現對曲面的圖案化操作。

3.如權利要求2所述的3D曲面電噴印圖案化設備，其特征在于，所述噴印頭的噴嘴為單噴嘴或者由多個小噴嘴共同構成的陣列化噴嘴；當采用陣列化噴嘴的形式時，各個小噴嘴以一定的高度差進行排列，并呈以下狀態來執行噴射：被選用的小噴嘴底端在豎直平面投影所在曲線被設定為與待噴印的曲面截線之間保持基本共形。

4.如權利要求1-3任意一項所述的3D曲面電噴印圖案化設備，其特征在于，各個所述噴印頭配備有相同或不同材料的油墨，并用于執行曲面不同區域的噴印，由此實現多層復雜圖案的電噴印。