(57)【要約】  ３Ｄインクジェット印刷システムおよび方法が開示される。３Ｄインクジェット印刷システムは、印刷されるべき製品を把持し移動させるように構成された多自由度ロボットと、印刷されるべき製品の表面上に導電性インクを放出するように構成されたインクジェットプリントヘッドとを備える。製品の表面は、３Ｄ表面領域を含み、３Ｄインクジェット印刷システムは、製品の３Ｄ表面領域に第１の導電パターンを印刷するように構成される。ロボットは、印刷の間、インクジェットプリントヘッドを、常に、製品の現在印刷されている目標表面領域に対して実質的に垂直にした状態で、製品がインクジェットプリントヘッドを基準にして所定の空間経路に沿って移動するように製品の位置および姿勢を調節するように構成される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
印刷されるべき製品を把持し移動させるように構成された多自由度ロボットと、
印刷されるべき前記製品の表面上に導電性インクを放出するように構成されたインクジェットプリントヘッドと
を備える３Ｄインクジェット印刷システムであって、
前記製品の前記表面が、３Ｄ表面領域を含み、前記３Ｄインクジェット印刷システムが、前記製品の前記３Ｄ表面領域に第１の導電パターンを印刷するように構成され、
前記ロボットは、印刷の間、前記インクジェットプリントヘッドを、常に、前記製品の現在印刷されている目標表面領域に対して実質的に垂直にした状態で、前記製品が前記インクジェットプリントヘッドを基準にして所定の空間経路に沿って移動するように前記製品の位置および姿勢を調節するように構成される、
３Ｄインクジェット印刷システム。
【請求項２】
前記インクジェットプリントヘッドが、印刷の間静止している、
請求項１に記載の３Ｄインクジェット印刷システム。
【請求項３】
前記インクジェットプリントヘッドが、互いに垂直である第１の方向、第２の方向、および第３の方向のうちの少なくとも１つの方向に移動可能である、
請求項１に記載の３Ｄインクジェット印刷システム。
【請求項４】
印刷の間、前記インクジェット印刷ヘッドの軸と、前記製品の前記現在印刷されている目標表面領域の法線との間の角度が、０〜３０度の範囲にある、
請求項１に記載の３Ｄインクジェット印刷システム。
【請求項５】
前記ロボットが、互いに垂直である第１の方向、第２の方向、および第３の方向に移動可能であり、
前記ロボットが、前記第１の方向の軸、前記第２の方向の軸、および前記第３の方向の軸のまわりに回転可能である、
請求項１に記載の３Ｄインクジェット印刷システム。
【請求項６】
前記導電性インクが、前記インクジェットプリントヘッドから遠く離れているインク供給デバイスからパイプを通して前記インクジェットプリントヘッドまで送出される、
請求項１に記載の３Ｄインクジェット印刷システム。
【請求項７】
前記製品を直接把持するように構成された把持部が、前記ロボットの先端エフェクタに装着される、
請求項１に記載の３Ｄインクジェット印刷システム。
【請求項８】
前記製品を固定するように構成され、前記ロボットの先端エフェクタに接続デバイスによって接続された固定デバイスをさらに含む、
請求項１に記載の３Ｄインクジェット印刷システム。
【請求項９】
前記第１の導電パターンが、前記製品の前記３Ｄ表面領域に印刷される点、曲線、または３Ｄ表面を含む、
請求項１に記載の３Ｄインクジェット印刷システム。
【請求項１０】
前記ロボットは、前記製品の前記３Ｄ表面領域に前記第１の導電パターンを印刷する間、前記インクジェット印刷ヘッドのノズルの中心軸と前記３Ｄ表面領域の法線との間の角度が０〜３０度の範囲にあるように前記製品の前記姿勢を調節するように構成される、
請求項１に記載の３Ｄインクジェット印刷システム。
【請求項１１】
前記製品の前記表面が、２Ｄ表面領域をさらに含み、
前記３Ｄインクジェット印刷システムが、さらに、前記製品の前記２Ｄ表面領域に第２の導電パターンを印刷するように構成される、
請求項１に記載の３Ｄインクジェット印刷システム。
【請求項１２】
前記第２の導電パターンが、前記製品の前記２Ｄ表面領域に印刷される点、直線、曲線、または２Ｄ面を含む、
請求項１１に記載の３Ｄインクジェット印刷システム。
【請求項１３】
前記インクジェットプリントヘッドのインク噴射周波数および／またはインク噴射流量が前記ロボットの移動速度と合致するように構成され、その結果、前記印刷された第１の導電パターンおよび／または前記印刷された第２の導電パターンが同等の厚さを有する、
請求項１１に記載の３Ｄインクジェット印刷システム。
【請求項１４】
前記インクジェットプリントヘッドが、異なるサイズをもつ導電パターンを印刷するように構成された異なる分解能のインクジェットプリントヘッドを含み、および／または
前記インクジェットプリントヘッドが、異なる材料の導電性インクを放出するように構成されたインクジェットプリントヘッドを含む、
請求項１に記載の３Ｄインクジェット印刷システム。
【請求項１５】
Ｓ１００：印刷されるべき製品の理想的な３Ｄデジタルモデルを構築するステップと、
Ｓ２００：前記構築された理想的な３Ｄデジタルモデルに基づいて前記製品の表面に印刷されるべき導電パターンのパラメータを得るステップと、
Ｓ３００：前記導電パターンの前記得られたパラメータに基づいて前記導電パターンのための印刷経路を計画するステップと、
Ｓ４００：前記計画された印刷経路に基づいてロボットおよびインクジェットプリントヘッドの作業パラメータを計算するステップと、
Ｓ５００：前記計算された作業パラメータに基づいて、前記ロボットおよび前記インクジェットプリントヘッドを操作して前記導電パターンを印刷するステップと、
Ｓ６００：前記製品の前記表面に印刷された前記導電パターンの印刷品質をモニタし、前記印刷品質が事前設定要件を満たすように前記作業パラメータをリアルタイムで調節するステップと
を含む３Ｄインクジェット印刷方法であって、
前記製品の前記表面が、３Ｄ表面領域を含み、前記導電パターンが、前記製品の前記３Ｄ表面領域に印刷される第１の導電パターンを含み、
前記ロボットは、印刷の間、前記インクジェットプリントヘッドを、常に、前記製品の現在印刷されている目標表面領域に対して実質的に垂直にした状態で、前記製品が前記インクジェットプリントヘッドを基準にして前記計画された印刷経路に沿って移動するように前記製品の位置および姿勢を調節する、
３Ｄインクジェット印刷方法。
【請求項１６】
前記インクジェットプリントヘッドが、印刷の間静止している、
請求項１５に記載の３Ｄインクジェット印刷方法。
【請求項１７】
前記インクジェットプリントヘッドが、互いに垂直である第１の方向、第２の方向、および第３の方向のうちの少なくとも１つの方向に移動可能である、
請求項１５に記載の３Ｄインクジェット印刷方法。
【請求項１８】
印刷の間、前記インクジェット印刷ヘッドの軸と、前記製品の前記現在印刷されている目標表面領域の法線との間の角度が、０〜３０度の範囲にある、
請求項１５に記載の３Ｄインクジェット印刷方法。
【請求項１９】
前記導電パターンの前記パラメータが、前記導電パターンの形状、サイズ、位置、および配向を含む、
請求項１５に記載の３Ｄインクジェット印刷方法。
【請求項２０】
前記ロボットの前記作業パラメータが、前記ロボットの運動パラメータおよび動的パラメータを含み、
前記インクジェットプリントヘッドの前記作業パラメータが、インク噴射周波数、インク噴射流量、インク温度、およびインクジェット圧力を含む、
請求項１５に記載の３Ｄインクジェット印刷方法。
【請求項２１】
前記ステップＳ６００が、
Ｓ６１０：前記印刷された製品を３Ｄスキャナでスキャンし、前記印刷された製品の実際の３Ｄデジタルモデルを構築するステップと、
Ｓ６２０：前記印刷された製品の前記実際の３Ｄデジタルモデルと前記製品の前記理想的な３Ｄデジタルモデルとを比較するステップと、
Ｓ６３０：前記実際の３Ｄデジタルモデルと前記理想的な３Ｄデジタルモデルとの間の差が事前設定閾値以下であるかどうかを決定し、そうでない場合、前記差が前記事前設定閾値以下になるまで前記作業パラメータをリアルタイムで調節するステップと、
を含む、
請求項１５に記載の３Ｄインクジェット印刷方法。
【請求項２２】
前記作業パラメータは、前記印刷品質が前記事前設定要件を満たすまで閉ループフィードバック制御アルゴリズムによって調節される、
請求項２１に記載の３Ｄインクジェット印刷方法。
【請求項２３】
前記インクジェットプリントヘッドの前記作業パラメータを制御して前記ロボットの前記作業パラメータと合致させ、その結果、前記製品に印刷された前記導電パターンが同等の厚さを有する、
請求項２２に記載の３Ｄインクジェット印刷方法。
【請求項２４】
前記ロボットが、互いに垂直である第１の方向、第２の方向、および第３の方向に移動可能であり、
前記ロボットが、前記第１の方向の軸、前記第２の方向の軸、および前記第３の方向の軸のまわりに回転可能である、
請求項１５に記載の３Ｄインクジェット印刷方法。
【請求項２５】
前記第１の導電パターンが、前記製品の前記３Ｄ表面領域に印刷される点、曲線、または３Ｄ表面を含む、
請求項１５に記載の３Ｄインクジェット印刷方法。
【請求項２６】
前記製品の前記３Ｄ表面領域に前記第１の導電パターンを印刷する間、前記ロボットは、前記インクジェット印刷ヘッドのノズル（２１０）の中心軸と前記３Ｄ表面領域の法線との間の角度が０〜３０度の範囲にあるように前記製品の前記姿勢を調節する、
請求項１５に記載の３Ｄインクジェット印刷方法。
【請求項２７】
前記製品の前記表面が、２Ｄ表面領域をさらに含み、
前記導電パターンが、前記製品の前記２Ｄ表面領域に印刷される第２の導電パターンをさらに含む、
請求項１５に記載の３Ｄインクジェット印刷方法。
【請求項２８】
前記第２の導電パターンが、前記製品の前記２Ｄ表面領域に印刷される点、直線、曲線、または２Ｄ面を含む、
請求項２７に記載の３Ｄインクジェット印刷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は、２０１４年１２月１９日に中国国家知識産権局に出願された中国特許出願第２０１４１０８０４６３４．２号の利益を主張し、その開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明の実施形態は、３Ｄインクジェット印刷システムおよび方法に関し、より詳細には、製品の複雑な表面に導電パターンを印刷することができる３Ｄインクジェット印刷システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
エレクトロニクス製造業では、しばしば、電気製品の表面に導電パターンを印刷する、例えば、回路基板に導電トレースを印刷する必要がある。一般に、インクジェットプリントヘッドを使用して導電性インク（または導電性接着剤もしくは導体性ペーストという）を電気製品の表面に放出し、それにより、電気製品の表面に導電パターンを形成する。
【０００４】
先行技術では、インクジェット印刷システムは、一般に、水平移動機構と、インクジェットプリントヘッドとを備える。インクジェットプリントヘッドは、水平移動機構に装着され、水平面において互いに垂直なＸ方向およびＹ方向に沿って水平移動機構と一緒に移動する。
【０００５】
先行技術では、インクジェットプリントヘッドは、互いに垂直なＸ方向およびＹ方向に沿ってしか移動することができないので、インクジェット印刷システムは、単に、電気製品の平坦な表面に導電パターンを印刷するように構成されており、電気製品の複雑な表面（３Ｄ表面領域を含む）に導電パターンを印刷するように構成されていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の問題および欠点の少なくとも１つの態様を克服するかまたは緩和するためになされた。
【０００７】
本発明の目的は、製品の３Ｄ表面に導電パターンを印刷することができる３Ｄインクジェット印刷システムおよび方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、３Ｄインクジェット印刷システムが提供され、３Ｄインクジェット印刷システムは、印刷されるべき製品を把持し移動させるように構成された多自由度ロボット（ｍｕｌｔｉ−ｆｒｅｅｄｏｍ  ｒｏｂｏｔ）と、印刷されるべき製品の表面上に導電性インクを放出するように構成されたインクジェットプリントヘッドとを備える。製品の表面は、３Ｄ表面領域を含み、３Ｄインクジェット印刷システムは、製品の３Ｄ表面領域に第１の導電パターンを印刷するように構成される。ロボットは、印刷の間、インクジェットプリントヘッドを、常に、製品の現在印刷されている目標表面領域に対して実質的に垂直にした状態で、製品がインクジェットプリントヘッドを基準にして所定の空間経路に沿って移動するように製品の位置および姿勢を調節するように構成される。
【０００９】
本発明の例示的な実施形態によれば、インクジェットプリントヘッドは、印刷の間静止している。
【００１０】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、インクジェットプリントヘッドは、互いに垂直である第１の方向、第２の方向、および第３の方向のうちの少なくとも１つの方向に移動可能である。
【００１１】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、印刷の間、インクジェット印刷ヘッドの軸と、製品の現在印刷されている目標表面領域の法線との間の角度は、０〜３０度の範囲にある。
【００１２】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、ロボットは、互いに垂直である第１の方向、第２の方向、および第３の方向に移動可能であり、ロボットは、第１の方向の軸、第２の方向の軸、および第３の方向の軸のまわりに回転可能である。
【００１３】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、導電性インクは、インクジェットプリントヘッドから遠く離れているインク供給デバイスからパイプを通してインクジェットプリントヘッドまで送出される。
【００１４】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、製品を直接把持するように構成された把持部が、ロボットの先端エフェクタに装着される。
【００１５】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、３Ｄインクジェット印刷システムは、固定デバイスをさらに含み、固定デバイスは、製品を固定するように構成され、ロボットの先端エフェクタに接続デバイスによって接続される。
【００１６】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、第１の導電パターンは、製品の３Ｄ表面領域に印刷される点、曲線、または３Ｄ表面を含む。
【００１７】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、ロボットは、製品の３Ｄ表面領域に第１の導電パターンを印刷する間、インクジェット印刷ヘッドのノズルの中心軸と３Ｄ表面領域の法線との間の角度が０〜３０度の範囲にあるように製品の姿勢を調節するように構成される。
【００１８】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、製品の表面は、２Ｄ表面領域をさらに含み、３Ｄインクジェット印刷システムは、さらに、製品の２Ｄ表面領域に第２の導電パターンを印刷するように構成される。
【００１９】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、第２の導電パターンは、製品の２Ｄ表面領域に印刷される点、直線、曲線、または２Ｄ面を含む。
【００２０】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、インクジェットプリントヘッドのインク噴射周波数および／またはインク噴射流量が、ロボットの移動速度と合致するように構成され、その結果、印刷された第１の導電パターンおよび／または印刷された第２の導電パターンが同等の厚さを有する。
【００２１】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、インクジェットプリントヘッドは、異なるサイズをもつ導電パターンを印刷するように構成された異なる分解能のインクジェットプリントヘッドを含み、および／またはインクジェットプリントヘッドは、異なる材料の導電性インクを放出するように構成されたインクジェットプリントヘッドを含む。
【００２２】
本発明の一態様によれば、３Ｄインクジェット印刷方法が提供され、３Ｄインクジェット印刷方法は、
Ｓ１００：印刷されるべき製品の理想的な３Ｄデジタルモデルを構築するステップと、
Ｓ２００：構築された理想的な３Ｄデジタルモデルに基づいて製品の表面に印刷すべき導電パターンのパラメータを得るステップと、
Ｓ３００：導電パターンの得られたパラメータに基づいて導電パターンのための印刷経路を計画するステップと、
Ｓ４００：計画された印刷経路に基づいてロボットおよびインクジェットプリントヘッドの作業パラメータを計算するステップと、
Ｓ５００：計算された作業パラメータに基づいて、ロボットおよびインクジェットプリントヘッドを操作して導電パターンを印刷するステップと、
Ｓ６００：製品の表面に印刷された導電パターンの印刷品質をモニタし、印刷品質が事前設定要件を満たすように作業パラメータをリアルタイムで調節するステップとを含む。
製品の表面は、３Ｄ表面領域を含み、導電パターンは、製品の３Ｄ表面領域に印刷される第１の導電パターンを含む。
ロボットは、印刷の間、インクジェットプリントヘッドを、常に、製品の現在印刷されている目標表面領域に対して実質的に垂直にした状態で、製品が、インクジェットプリントヘッドを基準にして、計画された印刷経路に沿って移動するように製品の位置および姿勢を調節する。
【００２３】
本発明の例示的な実施形態によれば、インクジェットプリントヘッドは、印刷の間静止している。
【００２４】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、インクジェットプリントヘッドは、互いに垂直である第１の方向、第２の方向、および第３の方向のうちの少なくとも１つの方向に移動可能である。
【００２５】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、印刷の間、インクジェット印刷ヘッドの軸と、製品の現在印刷されている目標表面領域の法線との間の角度は、０〜３０度の範囲にある。
【００２６】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、導電パターンのパラメータは、導電パターンの形状、サイズ、位置、および配向を含む。
【００２７】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、ロボットの作業パラメータは、ロボットの運動パラメータおよび動的パラメータを含み、インクジェットプリントヘッドの作業パラメータは、インク噴射周波数、インク噴射流量、インク温度、およびインクジェット圧力を含む。
【００２８】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、ステップＳ６００は、
Ｓ６１０：印刷された製品を３Ｄスキャナでスキャンし、印刷された製品の実際の３Ｄデジタルモデルを構築するステップと、
Ｓ６２０：印刷された製品の実際の３Ｄデジタルモデルと製品の理想的な３Ｄデジタルモデルとを比較するステップと、
Ｓ６３０：実際の３Ｄデジタルモデルと理想的な３Ｄデジタルモデルとの間の差が事前設定閾値以下であるかどうかを決定し、そうでない場合、差が事前設定閾値以下になるまで作業パラメータをリアルタイムで調節するステップと、
を含む。
【００２９】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、作業パラメータは、印刷品質が事前設定要件を満たすまで閉ループフィードバック制御アルゴリズムによって調節される。
【００３０】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、インクジェットプリントヘッドの作業パラメータを制御してロボットの作業パラメータと合致させ、その結果、製品に印刷された導電パターンは同等の厚さを有する。
【００３１】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、ロボットは、互いに垂直である第１の方向、第２の方向、および第３の方向に移動可能であり、ロボットは、第１の方向の軸、第２の方向の軸、および第３の方向の軸のまわりに回転可能である。
【００３２】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、第１の導電パターンは、製品の３Ｄ表面領域に印刷される点、曲線、または３Ｄ表面を含む。
【００３３】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、製品の３Ｄ表面領域に第１の導電パターンを印刷する間、ロボットは、インクジェット印刷ヘッドのノズルの中心軸と３Ｄ表面領域の法線との間の角度が０〜３０度の範囲にあるように製品の姿勢を調節する。
【００３４】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、製品の表面は、２Ｄ表面領域をさらに含み、導電パターンは、製品の２Ｄ表面領域に印刷される第２の導電パターンをさらに含む。
【００３５】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、第２の導電パターンは、製品の２Ｄ表面領域に印刷される点、直線、曲線、または２Ｄ面を含む。
【００３６】
本発明の実施形態による３Ｄインクジェット印刷システムおよび方法において、多自由度ロボットは、製品を把持し、印刷の間、インクジェットプリントヘッドを、常に、製品の現在印刷されている目標表面領域に対して実質的に垂直にした状態で、製品がインクジェットプリントヘッドを基準にして所定の空間経路に沿って移動するように製品の位置および姿勢を調節する。このようにして、製品の３Ｄ表面領域に導電パターンを印刷することができる。
【００３７】
本発明の上述および他の特徴は、添付図面を参照しながら本発明の例示的な実施形態を詳細に説明することによってより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の例示的な実施形態による３Ｄインクジェット印刷システムの図解斜視図である。
【図２】図１に示した３Ｄインクジェット印刷システムの部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本開示の例示的な実施形態を、添付図面を参照しながら以下で詳細に説明する。同様の参照番号は同様の要素を指す。しかしながら、本開示は、多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書に記載した実施形態に限定されると解釈されるべきでなく、むしろ、本開示を徹底的で完全なものにし、当業者に本開示の概念を十分に伝えるために、これらの実施形態は提供される。
【００４０】
以下の詳細な記述では、説明のために、開示する実施形態を徹底して理解できるように多数の特定の細部を記載する。しかしながら、これらの特定の細部なしに、１つまたは複数の実施形態を実践できることは明らかであろう。他の例では、図面を簡単にするために、よく知られている構造およびデバイスは概略的に示している。
【００４１】
本発明の一般的概念によれば、３Ｄインクジェット印刷システムが提供される。この３Ｄインクジェット印刷システムは、印刷されるべき製品を把持し移動させるように構成された多自由度ロボットと、印刷されるべき製品の表面上に導電性インクを放出するように構成されたインクジェットプリントヘッドとを備える。製品の表面は、３Ｄ表面領域を含み、３Ｄインクジェット印刷システムは、製品の３Ｄ表面領域に第１の導電パターンを印刷するように構成される。ロボットは、印刷の間、インクジェットプリントヘッドを、常に、製品の現在印刷されている目標表面領域に対して実質的に垂直にした状態で、製品がインクジェットプリントヘッドを基準にして所定の空間経路に沿って移動するように製品の位置および姿勢を調節するように構成される。
【００４２】
図１は、本発明の例示的な実施形態による３Ｄインクジェット印刷システムの図解斜視図である。図２は、図１に示した３Ｄインクジェット印刷システムの部分拡大図である。
【００４３】
本発明の例示的な実施形態において、３Ｄインクジェット印刷システムが開示される。図１および図２に示すように、３Ｄインクジェット印刷システムは、主として、多自由度ロボット１００と、インクジェットプリントヘッド２００とを備える。多自由度ロボット１００は、印刷されるべき製品３００を把持し移動させるように構成される。インクジェットプリントヘッド２００は、印刷されるべき製品３００の表面上に導電性インクを放出するように構成される。
【００４４】
図２に明確に示すように、一実施形態では、製品３００の表面は、３Ｄ表面領域３１０を含み、３Ｄインクジェット印刷システムは、製品３００の３Ｄ表面領域３１０に第１の導電パターンを印刷するように構成される。
【００４５】
一実施形態では、ロボット１００は、印刷の間、インクジェットプリントヘッド２００を、常に、製品３００の現在印刷されている目標表面領域に対して実質的に垂直にした状態で、製品３００がインクジェットプリントヘッド２００を基準にして所定の空間経路に沿って移動するように製品３００の位置および姿勢を調節するように構成される。例えば、一実施形態では、印刷の間、インクジェット印刷ヘッド２００がインクを放出するインクジェット印刷ヘッド２００の軸Ｚと、製品３００の現在印刷されている目標表面領域の法線との間の角度が、０〜３０度の範囲にある。別の実施形態では、インクジェット印刷ヘッド２００の軸Ｚと、製品３００の現在印刷されている目標表面領域の法線との間の角度が、０〜１０度の範囲にある。
【００４６】
１つの例では、インクジェットプリントヘッド２００は、固定ブラケット（図示せず）に固定することができる。このようにして、印刷の間、インクジェットプリントヘッド２００は静止している。しかし、本発明はこれに限定されず、インクジェットプリントヘッドは、互いに垂直である第１の方向、第２の方向、および第３の方向のうちの少なくとも１つの方向に移動可能とすることができる。後者の場合には、印刷の間、インクジェットプリントヘッドは、第１の方向、第２の方向、および第３の方向のうちの少なくとも１つの方向に移動することができる。
【００４７】
図１に示すように、ロボット１００の基部は固定台座１０に装着される。一実施形態では、ロボット１００は、６つの自由を有する。すなわち、ロボット１００は、第１の方向、第２の方向、および第３の方向に移動可能であり、第１の方向の軸、第２の方向の軸、および第３の方向の軸のまわりに回転可能である。このようにして、印刷の間、ロボットは、制御命令に基づいて製品の位置および姿勢をリアルタイムで調節し、その結果、インクジェット印刷ヘッドは、製品の３Ｄ表面領域３１０に第１の導電パターンを印刷することができる。
【００４８】
一実施形態では、第１の導電パターンは、製品３００の３Ｄ表面領域３１０に形成または印刷される点、曲線、または３Ｄ表面を含むことができる。図２に示すように、製品３００の３Ｄ表面領域３１０に第１の導電パターンを印刷する間、ロボット１００は、インクジェット印刷ヘッド２００のノズル２１０の中心軸Ｚが、常に、製品３００の現在印刷されている３Ｄ表面領域に対して実質的に垂直になるように、例えば、インクジェット印刷ヘッド２００のノズル２１０の軸Ｚと３Ｄ表面領域３１０の法線との間の角度が０〜３０度の範囲にあるように製品３００の姿勢を調節する。
【００４９】
図１および図２に示すように、導電性インクは、インクジェットプリントヘッド２００から遠く離れているインク供給デバイスからパイプ２２０を通してインクジェットプリントヘッド２００まで送出される。空間的に可能な場合、インク供給デバイスは、インクジェットプリントヘッド２００に設けることができる。
【００５０】
図１および図２に示すように、製品３００を把持するように構成された把持部１１０が、ロボット１００の先端エフェクタまたは先端アームに装着される。把持部１１０は、製品３００を直接把持するように構成された指型把持部とすることができる。
【００５１】
図示していないが、別の実施形態では、３Ｄインクジェット印刷システムは、製品３００を固定するように構成された固定デバイスを含むことができる。固定デバイスは、ロボット１００の先端エフェクタに接続デバイスによって接続することができる。このようにして、製品３００は、固定デバイスによってロボット１００の先端エフェクタに固定することができる。印刷の後、製品３００は、接続デバイスを固定デバイスから切り離すことによってロボット１００から取り外すことができる。
【００５２】
別の実施形態では、製品３００の表面は、２Ｄ表面領域をさらに含むことができ、３Ｄインクジェット印刷システムは、さらに、製品３００の２Ｄ表面領域に第２の導電パターンを印刷するように構成することができる。第２の導電パターンは、製品３００の２Ｄ表面領域に印刷される点、直線、曲線、または２Ｄ面を含むことができる。
【００５３】
別の実施形態では、インクジェットプリントヘッド２００のインク噴射周波数および／またはインク噴射流量をロボット１００の移動速度と合致させ、その結果、印刷された第１の導電パターンおよび／または印刷された第２の導電パターンは同等の厚さを有する。
【００５４】
別の実施形態では、インクジェットプリントヘッド２００は、異なるサイズをもつ導電パターンを印刷するように構成された異なる分解能をもつインクジェットプリントヘッドを含むことができる。例えば、より大きい幅をもつ導電トレースは、より大きいノズルをもつ低い分解能のインクジェットプリントヘッドで印刷することができ、より小さい幅をもつ導電トレースは、より小さいノズルをもつ高い分解能のインクジェットプリントヘッドで印刷することができる。このようにして、印刷の間、適切な分解能をもつインクジェットプリントヘッドが、印刷されるべき物体のパラメータに基づいて印刷作業を実行するように選択され、それによって、印刷の効率を改善することができる。
【００５５】
別の実施形態では、インクジェットプリントヘッド２００は、異なる種類の導電性インクを放出するように、例えば、異なる材料の導電性インクを放出するように構成されたインクジェットプリントヘッドを含むことができる。このようにして、インクジェットプリントヘッド２００は、異なる導電的性質をもつ導電パターンを製品の表面に印刷することができる。
【００５６】
以下、本発明の例示的な実施形態による３Ｄインクジェット印刷方法を図１および図２を参照しながら詳細に説明する。３Ｄインクジェット印刷方法は、主として、
Ｓ１００：印刷されるべき製品３００の理想的な３Ｄデジタルモデルを構築するステップと、
Ｓ２００：構築された理想的な３Ｄデジタルモデルに基づいて製品３００の表面に印刷されるべき導電パターンのパラメータを得るステップと、
Ｓ３００：導電パターンの得られたパラメータに基づいて導電パターンのための印刷経路を計画するステップと、
Ｓ４００：計画された印刷経路に基づいてロボット１００およびインクジェットプリントヘッド２００の作業パラメータを計算するステップと、
Ｓ５００：計算された作業パラメータに基づいて、ロボット１００およびインクジェットプリントヘッド２００を操作して導電パターンを印刷するステップと、
Ｓ６００：製品３００の表面に印刷された導電パターンの印刷品質をモニタし、印刷品質が事前設定要件を満たすように作業パラメータをリアルタイムで調節するステップと
を含む。
【００５７】
印刷の間、ロボット１００は、インクジェットプリントヘッド２００を、常に、製品３００の現在印刷されている目標表面領域に対して実質的に垂直にした状態で、製品３００が、インクジェットプリントヘッド２００を基準にして、計画された印刷経路に沿って移動するように製品３００の位置および姿勢を調節する。このようにして、ロボット１００は、製品３００の３Ｄ表面領域３１０に第１の導電パターンを印刷することができる。
【００５８】
上述の方法において、導電パターンのパラメータは、導電パターンの形状、サイズ、位置、および配向を含むことができる。
【００５９】
上述の方法において、ロボット１００の作業パラメータは、限定はしないが、ロボット１００の運動パラメータおよび動的パラメータを含むことができる。インクジェットプリントヘッド１００の作業パラメータは、限定はしないが、インク噴射周波数、インク噴射流量、インク温度、およびインク噴射圧力を含むことができる。
【００６０】
上述の方法において、ステップＳ６００は、
Ｓ６１０：印刷された製品３００を３Ｄスキャナでスキャンし、印刷された製品３００の実際の３Ｄデジタルモデルを構築するステップと、
Ｓ６２０：印刷された製品３００の実際の３Ｄデジタルモデルと製品３００の理想的な３Ｄデジタルモデルとを比較するステップと、
Ｓ６３０：Ｓ６２０における比較に基づいて、実際の３Ｄデジタルモデルと理想的な３Ｄデジタルモデルとの間の差が事前設定閾値以下であるかどうかを決定し、そうでない場合、差が事前設定閾値以下になるまで作業パラメータをリアルタイムで調節し、それによって、印刷品質に対する事前設定要件を満たすステップと、
を含むことができる。
【００６１】
上述の方法において、ロボットおよびインクジェットプリントヘッドの作業パラメータは、閉ループフィードバック制御アルゴリズム、例えば、一般的なＰＩＤ制御アルゴリズムまたはニューラルネットワーク制御アルゴリズムによって、印刷品質が事前設定要件を満たすまで調節することができる。
【００６２】
一実施形態では、インクジェットプリントヘッド２００の作業パラメータを制御してロボット１００の作業パラメータと合致させ、その結果、製品３００に印刷された導電パターンは同等の厚さを有することができる。
【００６３】
上述の方法において、図２に示すように、製品３００の３Ｄ表面領域３１０に第１の導電パターンを印刷する間、ロボット１００は、インクジェットプリントヘッド２００のノズル２１０の中心軸Ｚが、常に、製品３００の３Ｄ表面領域に対して実質的に垂直になるように、例えば、インクジェット印刷ヘッド２００のノズル２１０の中心軸Ｚと３Ｄ表面領域３１０の法線との間の角度が０〜３０度の範囲にあるように製品３００の姿勢を調節する。第１の導電パターンは、製品３００の３Ｄ表面領域３１０に印刷される点、曲線、または３Ｄ表面を含むことができる。
【００６４】
別の実施形態では、製品３００の表面は、２Ｄ表面領域をさらに含むことができ、３Ｄインクジェット印刷システムは、さらに、製品３００の２Ｄ表面領域に第２の導電パターンを印刷するように構成することができる。第２の導電パターンは、製品３００の２Ｄ表面領域に印刷される点、直線、曲線、または２Ｄ面を含むことができる。
【００６５】
一実施形態では、印刷された製品３００の実際の３Ｄデジタルモデルおよび製品３００の理想的な３Ｄデジタルモデルは、コンピュータ支援設計および製造ソフトウェア、例えば、ＣＡＤソフトウェアで構築することができる。
【００６６】
上述の実施形態は限定ではなく例示であることが意図されていることを当業者は理解すべきである。例えば、当業者は上述の実施形態に多くの修正を行うことができ、異なる実施形態で説明された様々な特徴は、構成または原理において矛盾することなく互いに自由に組み合わせることができる。
【００６７】
いくつかの例示的な実施形態が図示され説明されたが、本開示の原理および趣旨から逸脱することなくこれらの実施形態に様々な変更または修正を行うことができ、本開示の範囲は特許請求の範囲およびその均等物において定義されることを当業者は理解するであろう。
【００６８】
本明細書で使用するとき、単数形で挙げられ、単語「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」に続く要素は、排除が明確に述べられない限り、複数の前記要素またはステップを排除しないとして理解されるべきである。それに加えて、本発明の「１つの実施形態」への言及は、挙げられた特徴を同様に組み込んでいる追加の実施形態の存在を排除すると解釈されるものではない。その上、そうではないと明確に述べられない限り、特定の性質を有する１つの要素または複数の要素を「備える」または「有する」実施形態は、その性質を有していない追加のそのような要素を含むことができる。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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