(57)【要約】      （修正有）【課題】３次元印刷おけるオブジェクトのホルダ。【解決手段】機構上に、印刷するための３次元オブジェクトを保持する汎用オブジェクト保持機構１５０は、真空ボックスに往復可能に接続された吸引カップ１６２の配列を使用して水平位置にある間にステージプラテンからオブジェクトを取得し、次いでオブジェクトがプリントヘッドを通過する動きのために垂直位置に旋回する。真空ボックス１５１に接続されたプレナムはバルブ制御され、真空ボックスへの低流量でオブジェクトを取得し、次いで高流量のパルスによりボールバルブを有する非シール性吸引カップすべてを閉じる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底板と前記底板内の開口部とを含む真空ボックスと、
前記底板に取り付けられ、前記底板の前記開口部と一直線になるように、中に開口部を有するロックプレートと、
前記真空ボックスおよび前記ロックプレート内の前記開口部内で摺動するように適合された摺動自在に調節可能なチューブであって、前記摺動自在に調節可能なチューブの一端に取り付けられた変形可能な吸引カップを含む、前記摺動自在に調節可能なチューブの吸引配列と、
ばねの一端が前記吸引カップに寄りかかった状態で、前記摺動自在に調節可能なチューブの吸引配列の各々を囲むばねと
を含む、３次元印刷システムのためのオブジェクトホルダ。
【請求項２】
前記キャップは、オブジェクトに接触していないとき、および前記ばねのそれぞれの他端が前記ロックプレートに寄りかかっているとき、前記底板に寄りかかる、請求項１に記載のオブジェクトホルダ。
【請求項３】
前記キャップの各々が、前記キャップの中に開口部を含む、請求項２に記載のオブジェクトホルダ。
【請求項４】
前記摺動自在に調節可能なチューブの配列の各々が、前記摺動自在に調節可能なチューブの上端に位置するボールを含む、請求項３に記載のオブジェクトホルダ。
【請求項５】
前記ロックプレートが、前記記摺動自在に調節可能なチューブの配列が前記真空ボックス内に延在するときに前記記摺動自在に調節可能なチューブの配列を安定化させるために使用される適合指状突起を含む、請求項１に記載のオブジェクトホルダ。
【請求項６】
オブジェクトに接触して付着するように構成され、中空チューブの第１端部に取り付けられた吸引カップの配列と、
前記中空チューブの各々を囲むばねと、
前記中空チューブの各々の第２端部を取り囲む、キャップの中に開口部を有するキャップと、
前記中空チューブの各々の内に支持可能に配置されたボールと、
前記吸引カップの配列を前記オブジェクトに取り付けるために前記吸引カップの配列に前記中空チューブを介して真空圧を加えるための真空源と、
を含む、その上に、印刷するための３次元オブジェクトを保持するための装置。
【請求項７】
前記真空源に接続され、底板と、前記底板に取り付けられたロックプレートとを含む前記真空ボックスとを含み、前記中空チューブの各々の前記第２端部を取り囲む前記キャップは、前記中空チューブが第１の位置に伸張するときに、前記底板の上面に載る、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記ロックプレートは、オブジェクトとの接触により前記中空チューブが前記真空ボックス内に押し込まれるとき、前記中空チューブを安定させる適合指状突起を含む、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記吸引カップの配列は、オブジェクトを捕捉する第１の位置と前記オブジェクト上に配置される印刷のための第２の位置との間で旋回するように適合される、請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
前記中空チューブの各々を囲む前記ばねは、前記ロックプレートに対向して配置される一端と、前記吸引カップに対向して配置される他端とを有する、請求項６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、３次元（３Ｄ）オブジェクトに印刷するためのシステムに関し、より詳細には、非製造環境において一般的なオブジェクトを保持するように適合された装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
商業用物品印刷は、通常、物品の製造中に行われる。たとえば、ボールの外殻には、ボールが完成して膨張させる前にパターンまたはロゴが印刷される。その結果、製品をカスタマイズする流通サイトなどの非製造施設、たとえば、潜在的な製品顧客が複数のプロチームチームまたは大学チームをサポートする場所では、様々なチームのロゴを有する製品の在庫を維持する必要がある。在庫を維持するために、ロゴごとに正しい数の製品を注文することは問題になる。
【０００３】
非製造店でこれらの問題に対処する１つの方法は、印刷されていないバージョンの製品を保管し、配布場所でパターンやロゴを印刷することである。３次元オブジェクトに画像コンテンツを適用するために、２次元（２Ｄ）メディア印刷技術のような既知の印刷技術を適応させることは困難であろう。印刷される表面は、比較的平坦な２次元表面としてプリントヘッドに提示されなければならないので、物品の部分をプリントヘッドに平行な平面として提示するために、オブジェクトを慎重に操作しなければならない。
【０００４】
これを達成する「オブジェクトに直接印刷するシステム」が、２０１６年５月２５日に出願され、Ｗａｙｎｅ  Ａ．  Ｂｕｃｈａｒ等による「３次元（３Ｄ）オブジェクトへの印刷システム（代理人番号２０１５０７４７ＵＳ０１）」と題する、同時係属かつ共通の譲受人に譲渡された米国特許出願第１５／１６３，８８０号に開示されている。この印刷システムは、２Ｄ配列に配置され、マーキング材料を射出するように構成された各々のプリントヘッドと、プリントヘッドの２次元配列によって形成された平面に平行に配置された支持部材と、前記支持部材に移動可能に取り付けられた部材と、移動可能に取り付けられた部材に動作可能に接続されたアクチュエータであって、前記移動可能に取り付けられた部材を前記支持部材に沿って移動させることを可能にするアクチュエータと、前記移動可能に取り付けられた部材に取り付けられるように構成されたオブジェクトホルダであって、前記移動可能に取り付けられた部材が前記支持部材に沿って移動するとき、前記オブジェクトホルダが前記プリントヘッドの配列を通過できるオブジェクトホルダと、前記複数のプリントヘッドおよび前記アクチュエータに動作可能に接続されたコントローラであって、前記オブジェクトホルダがプリントヘッドの配列を通過するように前記アクチュエータを動作させ、前記オブジェクトホルダが前記プリントヘッドの配列を通過する際に、マーキング材料をオブジェクトホルダに保持されたオブジェクト上に排出するように前記複数のプリントヘッドを動作させるように構成されたコントローラとを含む。
【０００５】
この手法の問題点は、印刷される各部品に固有の部品ホルダが必要であることである。部品ホルダは現在、機械加工された金属製のブラケットで、各ホルダに機械加工された専用の位置決め機能と固定機能を備えている。これは、オペレータがエンドユーザによってもたらされる一般的なオブジェクトに印刷する能力を制限する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この欠点に対処するために、多くの種類のオブジェクトのための汎用ホルダが開示されている。汎用ホルダは、印刷されるオブジェクトを取得して保持するための吸引カップの配列を含む。オブジェクトは、吸引カップが部品を獲得するためのプラットフォーム上に最初にステージされている。ステージプレートにより、繰返し再ロードと新しい部品の迅速な取得が可能になる。選択的な吸引カップおよび少なくとも１つのバルブは真空ボックスをプレナムに接続して、真空ボックスへの低流量の真空の適用がオブジェクトを獲得するのを可能にし、その後、高流量のパルスが、少なくとも１つのバルブにより、非シール性チューブが装着された吸引カップすべてを閉じるのを可能にする。吸引カップは、オブジェクト全体に適合するように構成されている。次いで、ロックプレートを所定の位置に移動させて、チューブを適所に固定する。
【０００７】
３次元オブジェクト上に画像を印刷する印刷システムの前述の態様および他の特徴は、添付図面に関連して以下の記述において説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、オブジェクト捕捉位置に吸引配列を含む汎用オブジェクトホルダによって保持された３次元オブジェクト上に印刷するように構成された例示的な部分ブロック印刷システム１００を示す。
【図２】図２は、吸引配列を印刷を受ける位置に配置した、図１の例示的な部分ブロック印刷システム１００を示す。
【図３】図３は、高密度の吸引チューブ配列を含む図１の汎用オブジェクトホルダを示す。
【図４】図４は、図３に示す吸引配列に使用される吸引チューブの断面の詳細を示す。
【図５】図５は、真空ボックス内に配置された吸引チューブを示す断面図である。
【図６】図６は、印刷対象オブジェクトを取得する図５の吸引配列を示す。
【図７】図７は、真空した後に吸引スティックを堅くするロックプレートの底面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本実施形態の一般的な理解のために、図面を参照する。図面において、同様の参照番号は同様の要素を示すために全体を通して使用されている。
【００１０】
図１は、３次元オブジェクト上に印刷するように構成された例示的な印刷システム１００を示す。印刷システム１００は、プリントヘッド１０４の配列と、支持部材１０８と、支持部材１０８に移動可能に取り付けられ、図１の矢印８の方向および図２の矢印９の方向に移動する部材１１２と、移動可能に取り付けられた部材１１２に旋回可能に取り付けられ、矢印１１３の方向に回転してオブジェクトをピックアップするように構成された汎用オブジェクトホルダ１５０とを含む。図２に示すように、図１では、プリントヘッド１０４の配列は２次元配列に配置されており、図では６×１配列であるが、他の配列構成も使用できる。各プリントヘッドは、マーキング材料（図示せず）の供給部に流体接続され、供給部から受け取ったマーキング材料を排出するように構成される。プリントヘッドのいくつかは同じ電源に接続することができる。または、各プリントヘッドをそれぞれの供給部に接続して、各プリントヘッドが異なるマーキング材料を排出できる。
【００１１】
支持部材１０８は、プリントヘッドの配列によって形成される平面に平行に配置され、図に示すように、支持部材１０８の一端が支持部材の他端よりも高い重力ポテンシャルになるように配向されている。この配向により、印刷システム１００が、プリントヘッドの配列を水平方向に向ける別の実施形態よりも小さい実装面積を有することを可能にし、支持部材、移動可能に取り付けられた部材、およびオブジェクトホルダを構成して、オブジェクトホルダがオブジェクトを水平に配置されたプリントヘッドを通過することを可能にするので、プリントヘッドはマーキング材料をオブジェクト上に下方に排出することができる。
【００１２】
部材１１２は、支持部材１０８に移動可能に取り付けられ、部材が支持部材に沿って双方向に摺動することを可能にする。図１において、汎用オブジェクトホルダ１５０は、部材１１２によって、従来の手段により、ステージプラテン１３０に平行な第１の位置またはオブジェクト取得位置に回転する。オブジェクト１２２は、取得のためにステージプラテン１３０上に位置決めされている。図２に示すように、オブジェクト１２２が取得され、吸引配列１５０は、矢印１１４の方向に、部材１１２に対して第２の位置に回転する。そして部材１１２は、プーリおよびベルトまたはスクリュー駆動を使用して、従来の手段によって、プリントヘッド１０４の配列の長さ寸法に沿ってオブジェクト１２２を移動させる。
【００１３】
図１に示すシステム構成は多くの面で特に有利である。１つには、上述したように、プリントヘッド１０４の配列および支持部材１０８の垂直構成は、システム１００が配列および支持部材の水平方向に構成されたシステムよりも小さい実装面積を有することを可能にする。システムのより小さな実装面積により、システム１００を単一のキャビネット内に収容し、非製造店に設置することを可能にする。一旦設置されると、以下でさらに説明するように、汎用または一般的なオブジェクトホルダをシステムと共に使用して、印刷されるまで外観が一般的な様々な商品を印刷することができる。
【００１４】
ここで、本開示にもどると、図３の包括的または汎用オブジェクトホルダ１５０は高密度の吸引チューブ１６０を有する吸引配列１５０を含む。吸引配列１５０は、一旦オブジェクトが取得されると、吸引チューブを安定させるために、その底部に取り付けられたロックプレート１５３を有する真空ボックス１５１を含む。吸引チューブ１６０は、取得されるオブジェクトに取り付けられ、真空ボックス１５１から伸張するように適合され、オブジェクトと係合するように、その最外端に取り付けられた蛇腹と吸引カップ１６２を有する。蛇腹状の特徴は、吸引カップの表面が、吸引チューブに垂直でないオブジェクトの輪郭に対して変形して自己整合することを可能にする。図示の例では、真空ボックス１５１は、ボトルキャップまたはペンのような小さなオブジェクトから約２００×２００ｍｍのはるかに大きなオブジェクトを保持することができる直径１０ｍｍの吸引カップ１６２の１４×１４の配列を含む。可変密度および可変の直径により、より大きく離れた吸引カップで囲まれた真空ボックスの中央に小さな密集した吸引カップを有するようにも使用できる。
【００１５】
図４は、ばね１６４によって囲まれたホーム位置または伸張位置にある中空吸引チューブアセンブリ１６８を示す。アセンブリ１６８は、剛性チューブ１６０と、その端部がチューブ１６０の溝（図示せず）内の保持リングによって接触する吸引カップ１６２と、保持リングの他の側と接触するばね１６４とを含む。反対側の端部において、吸引チューブ１６０は、その中に開口部１６５を有する上部キャップ部材１６６によって閉じている。ボール１６１は、キャップ部材１６６の下の吸引チューブ１６０の座部に載置され、必要な高流速の真空が吸引チューブを通して加えられたときに、キャップ部材１６６の下部の開口部をシールすることによって開口部１６５をシールするように構成される。図５に示すように、吸引チューブアセンブリ１６８は、１１．８ｐｓｉの低い負のゲージ圧に保持されたプレナム１５８に接続された密閉された真空ボックス１５１内に配置される。底板１５２が真空ボックスに取り付けられる。吸引チューブアセンブリ１６８は、空気穴１６５が底板１５２によって閉塞された状態で完全に伸張して示されている。吸引チューブアセンブリ１６８がオブジェクトによって押し上げられ、低流量で真空が適用されると、空気は吸引チューブの上部の穴から外に移動し、吸引カップ１６２がオブジェクトの周りでシールを開始する。大部分の吸引カップがオブジェクトに密閉された後、真空流量が増加して、移動する空気がシールされていない吸引チューブ内のボール１６１を持ち上げる。底板１５２から押し上げられて穴１６５を開封する吸引アセンブリ１６８は、オブジェクトへの部分的接触またはオブジェクト表面の溝またはテクスチャなどの多くの理由のためにオブジェクトに対してシールすることができない可能性がある。１つまたは２つの可変バルブ１５７は、真空ボックス１５１をプレナム１５８に接続して、真空ボックスへの低流量の真空の適用がオブジェクトを取得するのを可能にし、次いで高流量のパルスが、ボール１６１の動きにより、非シール性吸引カップすべてを閉じるのを可能にする。ボールは上部キャップ１６６に対してシールする。吸引カップ１６２は、蛇腹状に構成されており、吸引カップがオブジェクト表面に位置合わせできるようになっている。
【００１６】
実際、図６に示されるように、真空ボックス１５１および吸引配列１５０をオブジェクト１２２に対して押し下げることによって、オブジェクト１２２が取得されている。そうする際に、吸引カップ１６２はオブジェクト１２２に接触し、オブジェクトに位置合わせされる。吸引チューブアセンブリ１６８はその後、真空ボックス１５１が下降を続けると移動を停止する。吸引カップ１６２が図１のステージプラテンまたは整列プラテン１３０に対して所定の位置にあるとき、真空ボックス１５１は移動を停止する。吸引カップの大部分がオブジェクト１２２に密閉されるまで真空が低流量で加えられ、次いで真空流量が増加され、シールされていない吸引チューブのキャップ部材１６６に対して、移動空気が図４に示されるボール１６１を持ち上げる。ロックプレート１５３は、図７に明瞭に示されているように、真空が適用された後、各吸引チューブを堅くして、移動を防止する。ロックプレート１５３は、ロックプレート１５３全体に対してわずかに動くことができる適合指状突起１５６を含み、すべての部品の製造ばらつきを可能にする。ロックプレート全体が１つのアクチュエータで動かされ、すべてのチューブの位置を吸引ボックス１５１に対してロックする。ロックプレートは、吸引ボックス内に配置することによって、または別のセパレータプレートまたはブッシングなどを使用して、吸引チューブばね１６４から分離することができる。
【００１７】
要約すると、その上に印刷するための様々な３次元オブジェクトサイズを保持することは、オブジェクト上に印刷する装置のプリントヘッドを通過してオブジェクトを移動させる可動キャリッジに取り付けられたばね式吸引カップの配列を含む一般的なホルダによって達成される。一般的なホルダは、吸引カップに接続された真空プレナムと、吸引カップがオブジェクトを覆っていない場合に空気流を自己調整する少なくとも１つのバルブとを含む。配列は、キャリッジに枢動可能に取り付けられているので、オブジェクトの装填のために下方または水平に、印刷のために垂直に向けることができる。重力と可動データを使用して部品配置の再現性を保証するステージプラテンが提供される。キャリッジは、吸引カップの一部がオブジェクトと接触しない状態で、ばね負荷された吸引カップの配列をステージプラテン上のオブジェクトに接触させる。次いで、真空を適用して、オブジェクトを接触する吸引カップに付着させる。次いで、ロックプレートが作動して、ばねが備える自由度が除去される。その後、キャリッジは、配列をオブジェクトを持ち上げながら上方に移動させると同時に、配列およびオブジェクトを印刷するためのインクジェットの配列と平行な位置に旋回させる。印刷後、オブジェクトはステージプラテン上に戻され、吸引カップから解放され、キャリッジは吸引カップを上昇させて、オブジェクトのアンロードおよび再ロードを可能にする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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