(57)【要約】      （修正有）【課題】物体向けプリンタで印刷する直前の数種類の表面事前処理を自動化するシステムを提供する。【解決手段】表面処理システムは、物体１２０をホルダ１１６内に固定するよう構成されるホルダ１１６、および、複数の表面処理デバイスを含む。各表面処理デバイスは、物体の表面をホルダ内で、複数の表面処理デバイスにおける他の表面処理デバイスの各々とは異なる方法で処理するよう構成される。コントローラ１４０は、表面処理デバイスを互いに独立的に操作し、それにより、デバイスの全部より少数が物体表面を処理するよう操作され得る。したがって、表面処理システムは、物体向けプリンタによる印刷のための広範な材料を処理することが可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体をホルダ内に固定するよう構成される前記ホルダと、
複数の表面処理デバイスであって、各表面処理デバイスは、前記物体の表面を前記ホルダ内で、前記複数の表面処理デバイスにおける他の表面処理デバイスの各々とは異なる方法で、他の表面処理デバイスとは独立して処理するよう構成される、複数の表面処理デバイスと、
前記複数の表面処理デバイスにおける各表面処理デバイスと動作可能に接続されるコントローラであって、前記コントローラは、前記複数の表面処理デバイスにおける他の表面処理デバイスとは独立して各表面処理デバイスを操作し、前記複数の表面処理デバイスにおける前記表面処理デバイスの全部または全部より少数を操作して前記物体の前記表面を処理するよう構成される、コントローラと、
を備える、物体表面処理システム。
【請求項２】
前記ホルダが搭載される支持部材と、
前記ホルダと動作可能に接続されるアクチュエータと、
前記アクチュエータと動作可能に接続される前記コントローラであって、前記コントローラは、前記アクチュエータを操作して、前記ホルダを前記支持部材に沿って前記複数の表面処理デバイスの反対側の位置へ移動させ、前記複数の表面処理デバイスにおける各表面処理デバイスが前記物体の前記表面を処理し得るようにするよう、さらに構成される、コントローラと、
をさらに備える、請求項１に記載の物体表面処理システム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記アクチュエータを操作して、前記ホルダを前記支持部材の周囲で回転させるよう、さらに構成される、請求項２に記載の物体表面処理システム。
【請求項４】
前記複数の表面処理デバイスが搭載される支持部材と、
前記複数の表面処理デバイスと動作可能に接続されるアクチュエータと、
前記アクチュエータと動作可能に接続される前記コントローラであって、前記コントローラは、前記アクチュエータを操作して、前記複数の表面処理デバイスを前記支持部材に沿って前記ホルダにおける前記物体の反対側の位置へ移動させ、前記複数の表面処理デバイスにおける各表面処理デバイスが前記物体の前記表面を処理し得るようにするよう、さらに構成される、コントローラと、
をさらに備える、請求項３に記載の物体表面処理システム。
【請求項５】
前記コントローラと動作可能に接続されるデータ入力デバイスと、
前記データ入力デバイスからデータを受信し、前記アクチュエータを操作し、前記複数の表面処理デバイスを前記データ入力デバイスから受信された前記データを参照して操作するよう、さらに構成される、前記コントローラと、
をさらに備える、請求項４に記載の物体表面処理システム。
【請求項６】
物体を前記ホルダ内に固定するよう構成されるホルダと、
複数の表面処理デバイスであって、各表面処理デバイスは、前記物体の表面を前記ホルダ内で、前記複数の表面処理デバイスにおける他の表面処理デバイスの各々とは異なる方法で処理するよう構成される、複数の表面処理デバイスと、
前記複数の表面処理デバイスにおける各表面処理デバイスと動作可能に接続されるコントローラであって、前記コントローラは、各表面処理デバイスを前記複数の表面処理デバイスにおける他の表面処理デバイスとは独立して操作し、前記複数の表面処理デバイスにおける前記表面処理デバイスの全部または全部より少数を操作して前記物体の前記表面を処理するよう構成される、コントローラと、
を備える、物体表面処理システム。
【請求項７】
前記複数の表面処理デバイスが搭載される支持部材と、
前記複数の表面処理デバイスと動作可能に接続されるアクチュエータと、
前記アクチュエータと動作可能に接続される前記コントローラであって、前記コントローラは、前記アクチュエータを操作して、前記複数の表面処理デバイスを前記支持部材に沿って前記ホルダにおける前記物体の反対側の位置へ移動させ、前記複数の表面処理デバイスにおける各表面処理デバイスが前記物体の前記表面を処理し得るようにするよう、さらに構成される、コントローラと、
をさらに備える、請求項６に記載の物体表面処理システム。
【請求項８】
前記ホルダが搭載される支持部材と、
前記ホルダと動作可能に接続されるアクチュエータと、
前記アクチュエータと動作可能に接続される前記コントローラであって、前記コントローラは、前記アクチュエータを操作して、前記ホルダを前記支持部材に沿って前記複数の表面処理デバイスの反対側の位置へ移動させ、前記複数の表面処理デバイスにおける各表面処理デバイスが前記物体の前記表面を処理し得るようにするよう、さらに構成される、コントローラと、
をさらに備える、請求項７に記載の物体表面処理システム。
【請求項９】
前記コントローラは、前記アクチュエータを操作して、前記ホルダを前記支持部材の周囲で回転させるよう、さらに構成される、請求項８に記載の物体表面処理システム。
【請求項１０】
前記コントローラと動作可能に接続されるデータ入力デバイスと、
前記データ入力デバイスからデータを受信し、前記アクチュエータを操作し、前記複数の表面処理デバイスを前記データ入力デバイスから受信された前記データを参照して操作するよう、さらに構成されるコントローラと、
をさらに備える、請求項９に記載の物体表面処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はプリンタに関し、より具体的には、印刷に備えて表面を準備するために三次元（３Ｄ）物体の表面を処理するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
テキストおよび図形を複数の色で３Ｄ物体の表面上へ直接的に印刷し得るプリンタが、開発されてきた。物体向け（ＤＴＯ）プリンタとして知られている、これらのプリンタにより、少数の物体に、たとえ単一の物体であったとしても、印刷可能となる。これらのプリンタは、印刷されていない物体が留め置かれ、後にカスタマイズされた外観を物体へ提供するために印刷され得る小売環境において、特に有利である。この適応性により、様々なスポーツで使用される様々な種類のボールなど、印刷されていない物体の在庫は、その場所に留め置かれた後に特定チームのロゴが印刷され得る。結果として、特定のロゴまたは色彩設計を伴う物体の在庫は必要とならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
物体をＤＴＯプリンタで印刷することに関する課題の１つは、金属、プラスチック、繊維など、３Ｄ物体を作製するために使用される多種多様な材料である。これらの異なる材料は、対応する広範な表面エネルギーを有する。これらの材料のうちの多くの表面エネルギーは、これらの表面上のインク画像の接着性および耐久性に悪影響を与える。これらの材料の一部は、耐久性のある印刷のために表面エネルギーを向上させるよう、数種類の表面事前処理が必要である。典型的な表面処理プロセスは、以下を含むが、それらに限定されない：（１）洗剤または溶剤を使用する一般的な洗浄；（２）サンディング、サンドブラスティング、プラズマエッチングなどを使用するテクスチャリング；（３）低圧プラズマ照射またはプラズマエッチング；（４）コロナ、化学コロナ、吹き付けアーク、プラズマジェット、および、吹き付けイオンプロセスなどの大気圧プラズマ処理；（５）化学プライマーの塗布；および、（６）表面の火炎処理。
【０００４】
現在のところ、ＤＴＯプリンタを有する多くの施設では、印刷の前に物体を手動で処理している。ハンドバフ研磨およびイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）拭き取りのみを必要とする物体は、手動処理に適しているが、低圧プラズマ室における多大な照射時間など、より複雑な処理を必要とする他の物体は適していない。他の物体は、最適な結果を達成するために一連の異なる種類の表面処理を必要とする場合がある。例えば、一部の物体は、物体をハンドバフ研磨した後にＩＰＡ拭き取りを施し、続いて表面の火炎処理を行うことにより、印刷のために最適に準備される。表面処理の有用な寿命は可変であり、処理される材料、材料を処理するために使用されるプロセス、および、物体が保存される環境に依存して、数分から月単位までに及ぶ。一般的な経験則によると、インクを取り込んで材料を湿らせ付着させるために積極的な処理を施すほど、処理の持続時間は短くなる。したがって、広範な材料を成功裏に処理し、人的ばらつき、および、化学物質への暴露を削減するために表面処理手順を自動化し、印刷の直前に物体を処理するシステムが、有用であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
物体表面処理システムは、物体の表面エネルギーを高めてＤＴＯプリンタでの物体の印刷を改善するために複数の表面処理を提供する。システムは、物体をホルダ内に固定するよう構成されるホルダおよび複数の表面処理デバイスを含み、各表面処理デバイスは、複数の表面処理デバイスにおける他の表面処理デバイスの各々とは異なる方法で、物体の表面をホルダ内で処理するよう構成される。
【０００６】
物体表面処理システムの別の実施形態は、広範な材料から作製される物体の表面エネルギーが、プリンタによる印刷の直前に高められるようにする。システムは、物体をホルダ内に固定するよう構成されるホルダおよび複数の表面処理デバイスを含み、各表面処理デバイスは、複数の表面処理デバイスにおける他の表面処理デバイスの各々とは異なる方法で、物体の表面をホルダ内で処理するよう構成される。
【０００７】
物体の表面エネルギーを高めてＤＴＯプリンタでの物体の印刷を改善するために複数の表面処理を提供する物体表面処理システムの前述の態様および他の特徴が、添付の図と関連して以下の記載において説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、物体が印刷される前に複数の表面処理を複数の種類の物体材料に施すよう構成されるシステムの模式図である。
【図２】図２は、図１のシステムにより行われ得るフロー図である。
【図３】図３は、図１のシステムと統合されたプリンタのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書においてデバイスの詳細と共に開示されるデバイスの環境の一般的な理解のために、図が参照される。図において、同様の参照番号は同様の要素を指す。
【００１０】
本明細書において使用される場合、「プリンタ」という単語は、１つ以上のマーキング材料を用いて媒体または物体上に画像を生成する任意の装置を包含する。本明細書において使用される場合、「プロセス方向」（Ｐ）という用語は、少なくとも１つの印字ヘッドを有するプリンタを経由する、または、複数の表面処理デバイスを有する表面処理システムを経由する、物体の移動の方向を指す。本明細書において使用される場合、「クロスプロセス」方向（ＣＰ）という用語は、プロセス方向と垂直を成す軸を指す。本明細書において使用される場合、「表面処理」という単語は、表面上のインクの湿潤性および耐久性を改善するために材料の表面エネルギーを高める任意のプロセスを意味する。
【００１１】
図１は、複数の表面処理デバイスを操作して、物体が印刷される直前に複数の表面処理を複数種類の物体材料へ施すよう構成されるシステムの模式図である。システムは筐体１０４を含み、その中において、表面処理システム１０８はホルダ１１６により保持される物体１２０の表面を処理するよう構成される。図１において、物体１２０は水差しであるが、ホルダは他の種類の物体を固定するよう構成され得る。本明細書において使用される場合、「固定する」という単語は、物体が構造から解放されるまで物体を特定の配向に維持するよう構成される構造を意味する。筐体１０４は、システム１０８、ホルダ１１６、および、物体１２０を包囲し、物体の表面を処理するために使用される材料を包含する壁を含む。筐体１０４の１つの壁は、材料および蒸気を上塗り構造１３６からフィルタ１３２を介して引き出すために、その中にファン１２８が配置された換気口１２４を含む。したがって、使用される材料および材料により生成される蒸気は、物体１２０の周囲の空気から除去され、筐体１０４から排出される前にろ過される。システム１００は、表面処理を物体１２０へ施すよう独立的に操作される複数の表面処理デバイスを含む。本明細書において使用される場合、「独立的に操作される」という用語、または、それに相当する用語は、複数のデバイスの中のあるデバイスを操作する一方で、複数のデバイスの中の他のデバイスは操作されないことを意味する。
【００１２】
引き続き図１を参照すると、システム１０８は、火炎表面処理デバイス１５６用の可燃性材料ソース１４４、化学表面処理デバイス１６０用の多入力バルブ１４８、および、ガスプラズマ表面処理デバイス１６４用の多入力バルブ１５２、および、表面処理デバイスヘッド１７２を支持部材１７６に沿って移動させ物体１２０の位置を操るアクチュエータ１６８と、動作可能に接続されるコントローラ１４０を含む。火炎表面処理デバイス１５６、化学表面処理デバイス１６０、および、ガスプラズマ表面処理デバイス１６４は、表面処理デバイスヘッド１７２に統合され、支持部材１７６に沿って双方向プロセス方向Ｐと垂直を成すクロスプロセス方向Ｃ−Ｐに双方向に移動するためにアクチュエータを伴って構成される。この様々な表面処理デバイスの双方向の動きは、表面処理デバイスヘッド１７２に対して内部のアクチュエータを操作するコントローラ１４０により行われる。アクチュエータは、１対１の対応関係においてデバイスと動作可能に接続される。したがって、物体１２０がホルダ１１６内に固定された後、コントローラ１４０は、アクチュエータ１６８を操作して表面処理デバイスヘッド１７２を支持部材１７６に沿って双方向に移動させ、別のアクチュエータ１６８を操作して、ホルダ１１６および物体１２０を回転させて処理のために表面処理デバイスヘッド１７２へ様々な表面を提示し得る。さらに、コントローラ１４０が表面処理デバイスヘッド１７２と動作可能に接続され、火炎表面処理デバイス、化学表面処理デバイス、および、ガスプラズマ表面処理デバイスを互いに独立的に操作することにより、コントローラは、物体表面を処理するために表面処理デバイスの全部より少数を操作し得る。すなわち、コントローラは、物体の表面を処理するために、表面処理デバイスの全部、または、わずか１つを操作し得る。
【００１３】
図１に示されるように、可燃性ソース１４４は、火炎表面処理デバイス１５６と空気圧によって接続される。コントローラ１４０がデバイス１５６へのラインにおいてバルブ１４２を操作して開けることに応答して、加圧されたソース１４４からの可燃性流体またはガスが火炎処理デバイス１５６へ流れ、ここでデバイス１５６の点火装置が操作されて物体表面の処理のために火炎を形成する。火炎処理が完了すると、コントローラはバルブ１４２を閉めてデバイス１５６への可燃性物質の流れを終結させる。本明細書において使用される場合、「可燃性物質」という用語は、圧力下で流れ火炎を形成するよう発火するガスまたは流体を意味する。そのような材料は、例えば、プロパンおよび天然ガスを含む。
【００１４】
多入力バルブ１４８は、化学表面処理材料の複数のソースおよびフラッシュ流体のソースと空気圧によって接続される。コントローラ１４０は、多入力バルブ１４８を操作し、化学表面処理材料のソースのうちの１つを化学表面処理デバイス１６０と独占的に結合する。本明細書において使用される場合、「化学表面処理デバイス」は、物質を放出することにより、物質が処理される物体の表面と接触して物体の表面エネルギーを向上させる任意のデバイスを意味する。そのようなデバイスは、例えば、ノズル、スプレーヘッド、塗布器、または、ブラシであり得る。本明細書において使用される場合、「独占的に結合する」という用語、または、それに相当する用語は、複数のソースの中のあるソースをデバイスと結合する一方で、複数のソースの中の残りのソースは、デバイスと直接的な流体連結にないことを意味する。アクチュエータ１６８がヘッド１７２を移動させ物体１２０を回転させる際に化学表面処理デバイス１６０を選択的に操作することにより、化学表面処理デバイス１６０から排出される化学物質は、物体表面の異なるエリアへ選択的に塗布され得る。１つ以上の化学物質が物体表面へ適切に塗布され、物体がヘッド１７２の反対側の位置から移動された後、コントローラは、多入力バルブ１４８を操作してフラッシュ流体のソースを化学表面処理デバイス１６０と結合する。フラッシュ流体は、デバイスにおける残留化学物質と共に、バルブ１４８およびデバイス１６０と接続されるラインにおける残留化学物質を除去する材料である。本明細書において使用される場合、「化学表面処理材料」は、材料の表面エネルギーを向上させる別の材料へ塗布される任意の物質を意味する。そのような材料は、例えば、どちらもイリノイ州シャンバーグのＩＮＸ  ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｋ  Ｃｏ．のＴｒｉａｎｇｌｅ  ｄｉｖｉｓｉｏｎから入手可能な、ＢｏｎｄＡｉｄ１およびＢｏｎｄＡｉｄ２  Ａｄｈｅｓｉｏｎ  Ｐｒｏｍｏｔｅｒｓ、および、ＦｕｊｉＦｉｌｍ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＧｒａｐｈｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ＤｉｖｉｓｉｏｎからのＺＥ６８０およびＺＥ１０００を含む。本明細書において使用される場合、「フラッシュ流体」は、化学表面処理材料を、デバイス１６０からと共にデバイス１６０へのラインから、成功裏に除去する任意の材料を指す。そのような流体は、例えば、水、アルコール、炭化水素などを含む。
【００１５】
多入力バルブ１５２は、物体の表面処理のためにプラズマを生成するのに有用なプラズマガスの複数のソースと空気圧によって接続される。コントローラ１４０は、多入力バルブ１５２を操作して、プラズマガスのソースのうちの１つをプラズマ表面処理デバイス１６４と独占的に結合する。本明細書において使用される場合、「プラズマ表面処理デバイス」は、電圧または電流をプラズマガスへ印加して、材料の表面エネルギーを向上させるプラズマを生成するデバイスを意味する。そのようなデバイスは、例えば、プラズマ発生器またはプラズマプローブであり得る。さらに、コントローラ１４０は、デバイス１６４における電圧または電流ソースを操作して、デバイスへ放出されるプラズマガスとプラズマを形成する。アクチュエータ１６８がヘッド１７２を移動させ物体１２０を回転させる際にプラズマ表面処理デバイス１６４を選択的に操作することにより、プラズマ表面処理デバイス１６４から排出されたプラズマは、物体表面の異なるエリアへ選択的に塗布され得る。１つ以上のプラズマが物体表面へ適切に塗布された後、コントローラは、多入力バルブ１５２を操作して、接続されたプラズマガスのソースをプラズマ表面処理デバイス１６４から切り離す。本明細書において使用される場合、「プラズマガス」は、電圧または電流の存在下でプラズマを生成する任意のガスを意味する。そのようなガスは、例えば、酸素、アルゴン、窒素、ハイドロフルオロカーボン、および、四塩化炭素を含む。
【００１６】
コントローラ１４０は、コントローラが異なる種類の表面処理を１つ以上の物体へ行えるよう、コントローラと動作可能に接続されるメモリに保存されるプログラム命令を伴って構成され得る。そのように構成されたコントローラは、図２に示されるプロセス２００を行い得る。図１に示されるシステム１００の１つの実施形態において本プロセスを行えるように、ユーザインタフェース１８２が提供され、それにより、ユーザは物体および物体が作製される材料を特定するコードを入力し得る。コードを入力する他の方法は、バーコードリーダまたは他の証印検出センサを含む。
【００１７】
図２を参照すると、プロセス２００は、コントローラが、物体のために入力されたコードをコントローラと接続されたメモリに保存されているコードと比較することで、開始される（ブロック２０４）。コードがメモリに保存されているコードと一致する場合、コントローラは、物体の物理的な構成および物体へ施す１つ以上の処理に関して、データを取得する（ブロック２０８）。一致しない場合、プロセスは例外処理を行い（ブロック２０６）、入力されたコードに対応する保存コードの欠落に対処する。コントローラは、上述されたようにシステム１０４を操作して、少なくとも１つの処理を物体表面の少なくとも１つのエリアへ施す（ブロック２１２）。この処理は、物体の１つ以上の同一エリアへ施される複数の処理、または、物体の異なるエリアへ施される複数の処理を含み得る。物体の表面処理が完了すると（ブロック２１４）、コントローラは、物体が印刷のために準備されている旨を示す信号を生成する（ブロック２１６）。この信号は、ユーザインタフェース１８２のディスプレイまたはアナンシエータ、または、システム状況を示す他の既知のデバイスを起動し得る。処理された物体がシステム１０４を離れた後、コントローラは任意の化学表面処理が行われたか判定する（ブロック２２０）。行われた場合、コントローラは多入力バルブ１４８を操作して、化学表面処理デバイス１６０へのラインおよびデバイスを洗い流す（ブロック２２４）。その後、コントローラは、システム１０４が別の物体の処理のために準備されている旨を示す信号を生成する（ブロック２２８）。
【００１８】
図３は、印刷システム３０８を表面処理システム１０４と統合するプリンタ３００のブロック図である。このプリンタにおいて、ホルダ１１６は、支持部材３０４に沿って移動するように搭載され、コントローラ１４０は、アクチュエータ１６８を操作してホルダを部材に沿って移動させる。このプリンタにおいて、支持部材は、システム１０４の外へ延び、システム１０４の中への移動のために物体がホルダに搭載され得る初期位置にホルダ１１６を配置する。物体がシステム１０４の中へ移動された後、システムは前述のように操作されて物体の表面を処理する。物体の表面処理が完了すると、コントローラはアクチュエータ１６８を操作して、物体をシステム１０４から印刷システム３０８の中へ直接的に運ぶ。本明細書において使用される場合、「直接的に運ぶ」という用語は、表面処理システムから印刷システムへ、表面処理システム内に物体を固定するために使用されるホルダから物体を外すことなく物体を移動させることを意味する。印刷システム３０８は、処理された物体が入ってきたことを検出し、プリンタを操作して物体の処理された表面上にマーキング材料を排出し物体上にインク画像を形成するコントローラを有するＤＴＯプリンタである。印刷システム３０８は、物体をホルダ１１６から外し、印刷された物体をプリンタから排出する。部材３０４は少なくとも２つのホルダと共に構成され、処理された物体が印刷され得るようにする一方で、未処理の物体にシステム１０４における処理プロセスのうちの少なくとも１つを施す。部材３０４が少なくとも３つのホルダ１１６を含む場合、システム１０４およびプリンタ３００の印刷システム３０８は、限定数の類似の物体を処理および印刷するために連続的に動作するよう構成される。これは、未処理の物体がホルダ１１６内に配置され得る一方で、別の未処理の物体がシステム１０４内で処理され、処理された物体が印刷システム３０８において印刷され、アクチュエータ１６８の操作によりホルダ１１６が処理システム１０４の下位の供給位置へ移動する一方で、他の２つのホルダ１１６は処理システムおよび印刷システムの中へ移動されるからである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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