本文进行了三维喷绘系统的运动及喷墨控制研究，为文化创意产品由最初创意灵感到创作设计乃至最终产品成形提供一体化快速实现方法。研究成果可用于 3D 打印产品，例如酒瓶、笔筒、杯子等表面个性化图案打印，能够极大地减少文化创意产品生产成本，有利于推动 3D 打印技术在文化创意产业广泛应用，促进新型三维高附加值文化创意产品的市场发展与繁荣。研究成果能够用于饮料瓶、酒瓶等快消品的表面可变信息打印，具有巨大的市场前景。本研究是数字印刷与时俱进发展的结果，可以促进人们由传统印刷向数字印刷行业发展；通过采用绿色环保材料，可达到保护自然资源的目标，属于一项环境友好型科学技术，将会创造较高的社会效益。
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第二章 三维喷绘系统总体设计
2.1 系统设计需求分析
在三维喷绘系统中，喷墨头与承印物在空间中通过复合运动的方式实现在三维物体表面的色彩喷绘，三维喷绘系统包括运动系统和喷墨系统。因此三维喷绘系统的设计主要满足两方面的需求：一是承印物与喷墨头的相对运动方式要满足三维喷绘的运动要求；二是选择的喷墨技术和设计的喷墨系统要适用于三维喷绘。非正交的五轴加工中心整体结构紧凑、操作灵活、刚性较好。这些特殊结构的五轴机床，都是为适应某类产品的加工要求开发的。三维喷绘中，承印物有各种复杂的形状，并且体积较小、重量较轻。因此双旋转台的五轴运动形式更适合用于三维喷绘当中，运动形式如图 2.2.3 所示。
2.2 系统整体方案的设计
整个系统由喷墨系统和运动系统组成。喷墨系统主要有供墨系统、负压系统、喷墨控制系统和喷头组成，主要实现与上位机之间的数据通信、喷头时序控制和喷墨功能。运动系统主要有运动控制卡、伺服电机和运动平台组成，主要实现上位机与各轴电机的数据通信、位置反馈信号的调节和对运动平台的控制。设计的三维喷绘系统示意图如图 2.2.2 所示。三维喷绘系统设计为上下结构形式，上方为三维喷绘工作台，下方为控制柜。控制柜分为上下两层，上层为运动系统的控制驱动，下层为墨桶墨泵。防止墨的泄露污染控制驱动，将其摆放在最下一层。第三章 运动控制系统的研究.....17
3.1 运动控制系统的硬件实现... 173.2 控制系统的软件实现........... 22
3.3 指数加减速控制研究........... 28
3.4 本章小结............. 32
第四章 喷墨系统的设计研究............33
4.1 供墨系统的设计 33
4.2 喷墨装置的设计 36
4.3 负压系统的研究 38
4.4 喷墨控制系统.... 39
4.5 喷墨试验验证.... 43
4.6 本章小结............. 49
第五章 结论与展望..........50
5.1 结论.. 50
5.2 展望... 51
第四章 喷墨系统的设计研究
4.1 供墨系统的设计
供墨系统提供的负压值大小对喷绘系统的喷墨质量有直接影响，供墨系统能否提供恒定的负压将直接影响喷绘的精度。三维喷绘过程中，由于喷墨头在 Z轴方向加速度的存在，喷墨头的墨滴负压会有一定变化，会导致喷绘过程墨滴大小变化对喷墨质量造成影响。供墨系统在设计过程中遵循以下原则：（1）为避免运动过程中墨盒内部压力的急剧变化，墨盒内墨水储量要小。（2）墨盒内墨水量要保持在一个稳定的状态从而减少墨水对喷墨头的压力变化。因此供墨系统需要能够监测墨盒中墨水的多少，根据墨盒中的液位状态来及时决定墨泵的启停。（3）过滤器必须保证进入喷墨头的墨水颗粒大小满足喷墨头的使用要求，过滤器的材料不能与喷墨介质发生化学反应。对供墨系统的机理研究，设计出了一套适用于三维喷绘的供墨系统，原理如图 4.1.2 所示。4.2 喷墨装置的设计
喷墨过程中，喷墨头需要做 Z 轴方向的上下运动，为得到良好的喷墨效果，墨管内墨水压力与负压系统提供的压力应保持恒定。因此墨盒、气瓶与喷墨头的相对位置应保证不变。设计一喷墨装置将三者集成到里面，使三者做同步运动。墨盒要高于喷头的头部，高度差用来保证墨水在重力作用下顺利流出，防止喷墨不流畅。因此设计一 L 型板筋，先将气瓶与墨盒并列排布固定于一 L 型板筋上，再将板筋与盒子通过板筋上的槽与盒子上的孔固定。板筋上的槽结构可以来调节墨盒相对于喷头的高度。喷墨装置的内部正面布置情况如图 4.2.1 所示。......
5.1 结论
本研究在创意产品需求量日益增加，创意产品表面彩色化得到广泛关注，三维喷绘研究处于初级阶段的背景下，为解决三维喷绘的技术问题，调研分析了三维喷绘的研究现状和发展趋势，提出了一种三维喷绘系统的设计与研究思路，主要研究成果如下：（1）对三维喷绘系统进行总体设计，明确了系统的设计需求：喷墨头与承印物的相对运动方式要满足三维喷绘的运动要求；喷墨技术的选择和喷墨系统的设计适用于三维喷绘。根据系统的设计需求，选择了可以满足运动要求的五轴运动形式。比较各运动形式的优缺点，最终选用了适用于加工复杂、小型、轻型零件的双旋转台的运动形式。
5.2 展望
本文完成了三维喷绘系统的运动和喷墨控制等研究工作，为三维喷绘的深入研究提供基础。由于三维喷绘是多学科交叉的前沿性研究，仍需要后续对路径优化、沉积距离与图文信息等内容做深入研究以取得进一步突破。
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参考文献（略）
