阅读说明：本技术 用于印刷三维成形结构的3d丝网印刷系统 (3D screen printing system for printing three-dimensional shaped structures ) 是由 S·瓦西奇 M·恩格尔 F·普拉琪 H·赖尼施 于 2018-11-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于在诸如印刷电路板、晶片、太阳能电池、载体基底、印刷台、载体板、烧结板等这样的基板上印刷三维成形结构的印刷系统(1),该印刷系统具有至少一个印刷装置(2),该印刷装置具有印刷头(8),该印刷头具有刮板装置(9)和配属于该刮板装置(9)的、用于接纳印刷丝网(11)的丝网收纳件(10)。配置有丝网供应装置(25),其具有至少一个用于存放多个印刷丝网(11)的丝网仓(3)和一个输送装置(4),该输送装置用于将印刷丝网(11)从丝网仓(3)输送到丝网收纳件(10)和从丝网收纳件(10)输送到丝网仓(3)。(The invention relates to a printing system (1) for printing three-dimensionally shaped structures on substrates such as printed circuit boards, wafers, solar cells, carrier substrates, printing tables, carrier plates, sinter plates, etc., having at least one printing device (2) having a printing head (8) which has a squeegee device (9) and a screen receiver (10) assigned to the squeegee device (9) for receiving a printing screen (11). A screen supply (25) is provided, which has at least one screen magazine (3) for storing a plurality of printing screens (11) and a transport device (4) for transporting the printing screens (11) from the screen magazine (3) to the screen receptacles (10) and from the screen receptacles (10) to the screen magazine (3).)

用于印刷三维成形结构的3D丝网印刷系统

技术领域

本发明涉及一种用于在基板、特别是电路板、晶片、太阳能电池、载体基底、印刷台、载体板、烧结板等上印刷三维成形结构的印刷系统，该印刷系统具有至少一个印刷装置，该印刷装置具有印刷头，该印刷头具有刮板装置和配属于刮板装置的、用于接收印刷丝网的丝网收纳件。本发明特别是涉及一种用于印刷三维成形结构的3D丝网印刷系统。

背景技术

从现有技术中已知前述类型的印刷系统。3D打印技术正变得越来越受欢迎，因为其可以在短时间内低成本地制成复杂的三维结构，这样的印刷技术不仅限于样板，而且同时还用于制造成品。据此要使用不同的技术。在此，通常使用激光设备来逐层地形成塑料结构。为了由金属材料制成导电结构，已知的是还要进行丝网印刷工艺。为此，将可流动形式的印刷物质施加在印刷丝网上，该印刷材料通过刮板装置的刮板穿过丝网被压在基板上。此外，由公开文献DE202013004745U1还已知一种用于建立三维丝网印刷的设备。

本发明的目的在于提供一种改进的印刷系统，通过该印刷系统可以容易且迅速地制造复杂的三维结构。

本发明的目的通过一种具有权利要求1所述特征的印刷系统来实现。该系统的优点在于能够制造复杂的三维结构，而不需要多个印刷装置，并且不需要将承载该结构的基板从一个印刷装置中取出并***到另一印刷装置中以形成完整的结构。

由此缩短了制造时间并且节省了资源、特别是还节省了制造所需的空间。根据本发明，这通过以下方式实现：印刷系统具有丝网供应装置，该丝网供应装置具有用于存放多个印刷丝网的丝网仓和输送装置，该输送装置用于一方面将印刷丝网从丝网收纳件输送到丝网仓，另一方面将选择的印刷丝网从丝网仓输送到丝网收纳件。因此，印刷装置能够从丝网仓中选择不同的印刷丝网并将基于它进行印刷过程，从而可以利用不同设计的印刷丝网以简单的形式和方式通过相同的印刷装置来印刷不同的且高度复杂的三维结构。为此，借助于输送装置，例如首先将所选择的印刷丝网从丝网仓中取出，布置在丝网收纳件中并进行第一印刷过程。随后，将印刷丝网从丝网收纳件中取出并再次供应给丝网仓，从而在第二步骤中，输送装置将第二印刷丝网从丝网仓中取出并布置在丝网收纳件中。随后的第二印刷过程施加在第二印刷层上，该第二印刷层例如由于印刷丝网的设计而与第一印刷层不同，从而形成三维成形结构。在此，印刷层的数量可以自由选择，并且其高度也可以变化。当然，也可以用同一印刷丝网直接相继地执行两个或更多个印刷过程。

为了在印刷过程期间使印刷丝网与基板之间的距离尽可能地小，优选地，承载着基板的印刷台和/或印刷头是高度可调的，以便能够改变印刷丝网与印刷台之间的距离。因此，通过在每个印刷过程之后增大高度，能够以简单的方式使印刷层彼此层叠。

此外，优选地将输送装置布置在印刷台上或布置在承载印刷台的或配属于印刷台的壳体上。因此，在第一种实施方式中，输送装置被布置在印刷装置上，特别是被布置在印刷台或印刷头上，或者被布置在印刷装置的壳体上。优选地，输送装置被布置在印刷装置上。由此，用于使印刷丝网移动的操控器以及致动器均设置在印刷装置自身上。这样做的优点在于：例如可以在不干扰印刷装置的运行的情况下更换丝网仓。印刷装置因此也可以访问不同的印刷仓。为此，印刷系统优选具有多个印刷仓。由此增加了不同印刷丝网的多样性。

根据本发明的一种替代的实施方式，输送装置被布置在丝网仓上。因此，输送装置可以随丝网仓一起行进。由此使得印刷装置自身能够节省空间地构成。另外还具有以下优点：即，现有的印刷装置也能够随后通过丝网仓来补充有输送装置，从而使得已有的丝网印刷装置也能够实现自动化的丝网更换。

根据本发明的另一种实施方式，优选地，输送装置被布置在丝网支承件与印刷台之间并且与它们分开地构造。因此，输送装置既与印刷装置分离，也与丝网仓分离，并且与这两者共同作用。由此可以使印刷系统特别容易地适应不同的安装空间条件。

根据本发明的一种优选的扩展方案，输送装置具有至少一个可运动的、特别是多关节的臂，用于分别输送印刷丝网。这样的臂也被称为机器人臂，该臂将确保将印刷丝网简单且有针对性从丝网仓输送到印刷头或者从印刷头输送到丝网仓。特别是可以通过这种可运动的臂来操作多个丝网仓。还可以考虑使用该输送装置来操作多个印刷装置以进行丝网更换。

根据本发明的一种优选的扩展方案，丝网仓具有多个彼此叠置的丝网支承件，用于接收各个印刷丝网。因此，印刷丝网在丝网仓中是被保持在印刷支承件中。通过将丝网支承件彼此叠置或者说堆叠，可以实现有利的空间利用。

优选地，丝网仓具有至少一个推移装置，用于推移丝网支承件或者将印刷丝网从丝网支承件之一中推出。通过推移装置，可以使印刷丝网至少前进到使得输送装置可以抓取印刷丝网并将其供应给印刷装置的程度。通过推移装置可以实现：通过输送装置更容易地从相关的丝网支承件中取出所选择的印刷丝网。替代地，输送装置仅从所选择的丝网支承件中取出印刷丝网。

根据本发明的一种优选的扩展方案，输送装置具有用于使丝网支承件在高度上移动的升降装置。由此例如实现了：通过使丝网支承件在高度上相应地移动，使得输送装置总是在相同的高度上从印刷仓中取出印刷丝网，通过在该高度上的方式。由此可以特别有利地保护存储在丝网仓中的印刷丝网。特别地，丝网仓具有壳体，该壳体至少基本上封闭并且具有至少一个取出开口，通过该取出开口，可以使相应选择的印刷丝网通过推移装置被推动或者通过输送装置被直接取出。在此，取出开口优选仅略大于待取出的印刷丝网之一，从而使得进入丝网仓内部空间的通道特别小，由此有利地防止了位于丝网支承件中的丝网被污染。

根据一种优选的扩展方案，推移装置被设计为将所选择的印刷丝网从丝网支承件之一移动到丝网收纳件中，和/或反过来。特别是结合前述的升降装置，输送装置可以例如首先将所选择的印刷丝网移动到取出高度，随后通过推移装置将其直接输送到印刷装置的丝网收纳件。优选地，印刷装置同样具有推移装置，或者输送装置的推移装置也被设计为拉动装置，借助该拉动装置可以将位于丝网收纳件中的印刷丝网带回到丝网仓中。由此可以完全省去可移动的输送臂。

此外，优选地将丝网仓布置在印刷装置上。由此，丝网仓形成印刷装置的一部分，并且可以整体上随同印刷装置行进。由此可以实现印刷系统的一特别紧凑的单元。

替代地，丝网仓优选地被布置在印刷台附近并且与印刷台间隔开。由此，其形成自己的单元，并且可以与印刷台分开输送和组装。

此外，优选地，输送装置具有至少一个用于保持和输送印刷丝网的可操控的抓持器，特别是在输送臂的自由端部上。由此使得相应的印刷丝网能够通过输送装置可靠地移动。

此外，优选地，丝网仓具有调节装置，用于对丝网支承件中的印刷丝网进行空气调节或调整。调节装置特别是被设计为，对印刷丝网进行空气调节或调节，使得残留在印刷丝网上的印刷丝网残留物不会变干并且可以在稍后的印刷过程中被重新使用。由此，在成功的印刷过程之后不需要清洁印刷丝网。由此，在制造三维结构时，一方面节省了材料资源，另一方面节省了时间。调节装置特别是还包括丝网仓的前述的壳体或者用于确保在丝网仓中产生的气候保持不变的附加的壳体。优选地，壳体的取出开口可以由封闭元件来封闭，从而使得调节特别持久地进行并且保持用于调节的能量消耗低。在此，为了进行空气调节，调节装置优选地包括具有加热和/或冷却装置的空调系统以及空气加湿器和/或除湿器，通过它们可以为位于印刷仓中的丝网设置最佳的气候。如果印刷系统具有多个丝网仓，则这些丝网仓可以被相同地设计，或者特别是在调节方面被不同地设计，由此例如将一个丝网仓优化以用于对由第一种材料形成的印刷物质的调节，并将另一个丝网仓的机构优化以用于对由另一种材料形成的印刷物质的优化。

印刷系统优选具有多个相同的和/或不同的印刷丝网，这些印刷丝网可以根据应用通过输送装置来选择并供应给印刷装置。因此，例如也可以存在两个相同的印刷丝网，但是它们被施加不同的材料用于印刷物质。通过调节丝网仓，相应的印刷丝网是长时间地还是仅短时间地保留在丝网支承件中已不再重要，从而能够整体上安全且低成本地确保优化的资源消耗以及优化的时间分配和三维结构的自动制造。

附图说明

下面将参照附图更详细地阐述本发明。为此：

图1以简化图示出了一种有利的印刷系统，

图2以简化图示出了印刷系统的丝网仓，

图3以俯视图示出了印刷系统的一实施例，和

图4以俯视图示出了印刷系统的另一实施例。

具体实施方式

图1以简化的侧视图示出了印刷系统1，其具有印刷装置2、丝网仓3以及输送装置4。

印刷装置2具有印刷台5，该印刷台5可以通过升降装置6在高度上调节，如双箭头7所示。印刷台5配属有具有刮板装置9的印刷头8。除了此处未详细示出的刮板以外，刮板装置9还具有丝网收纳件10，在其中可以布置印刷丝网11。为此，丝网收纳件10例如被构造为插接式收纳件，如图1所示，印刷丝网11可以特别是侧向地或水平地***到该插接式收纳件中。替代地，丝网收纳件10被设计为，使得印刷丝网11能够***其中。可选地，丝网收纳件10具有可操控的夹紧元件12，借助于该夹紧元件可以将印刷丝网11夹紧在丝网收纳件10中，从而在刮板装置9的刮板在印刷丝网11上运动的印刷过程中，印刷丝网11的取向和位置不变。

丝网仓3具有壳体13，并且在本发明中是与印刷装置2间隔开地布置。多个丝网支承件14在壳体13中彼此叠置或者彼此堆叠。丝网支承件14例如像丝网收纳件10那样地设计，并且可选地还具有夹紧元件12。在每个丝网支承件14中可以布置印刷丝网11。壳体13基本上是封闭的，然而在特别是面向印刷装置2的一侧具有取出开口15，印刷丝网11可以通过该取出开口进入壳体13中或从中取出。

输送装置4被设计用于移动印刷丝网11。根据本实施例，输送装置具有多关节的输送臂16，该输送臂在其自由端上承载有抓持器17。抓持器17被设计为例如气动地或机械地工作，以便抓取单个印刷丝网11。输送装置4被布置在印刷装置2与丝网仓3之间，使得输送臂16既可以到达对应于取出开口15的印刷丝网11，又可以到达铺设在丝网收纳件10中的印刷丝网11。根据本实施例，取出开口15几乎在丝网仓3的整个高度上延伸，在此，输送臂16被设计为，其能够到达每个丝网支承件14或位于各个丝网支承件中的印刷丝网。为此，输送装置4可选地配备有自己的升降装置18，以便增加抓持器17的运动自由度。输送装置4与丝网仓3一起形成用于印刷装置2的丝网供应装置25。

优选的印刷系统1的功能设计如下。为了印刷三维成形的结构，首先操控输送装置4，以从丝网仓3中取出特定的印刷丝网11，并将其供应给丝网收纳件10。印刷丝网11通过夹紧元件12被锁定在丝网收纳件10中。随后，将由所选择的材料制成的印刷物质、特别是印刷浆料施加于印刷丝网11，并使刮板装置9的刮板在印刷丝网11上移动，从而使印刷物质穿过印刷丝网11被印刷在印刷台上。在此可以考虑，将印刷物质直接施加在印刷台5上，或者施加在布置于印刷台5上的基板19上，该基板例如可以被设计为载体基底，或者还可以设计为电路板、晶片等。印刷丝网11为此具有局部的丝网开口，该丝网开口对应于待印刷结构的期望的第一层。在此，可以将许多这样的结构加工到印刷丝网11中，从而也可以在一次印刷操作中同时在基板19和/或印刷台5上并排产生多个部件或结构元件/结构。

在产生第一印刷层之后，印刷台7例如通过升降装置6向下移动，并执行另一印刷过程，在该另一印刷过程中使用相同的印刷丝网11，以产生另一印刷层，该另一印刷层具有与第一印刷层相同的结构。可选地，使用其它的印刷丝网11之一来代替该相同的印刷丝网11。为此，输送臂16将位于丝网收纳件10中的印刷丝网11带入到丝网仓3中，即带入到那里的自由的丝网支承件14中。随后，输送臂16从另一丝网支承件14中取出另一丝网11，并将其供应给印刷装置2的丝网收纳件10。在随后的印刷过程中，例如产生造型与之前的印刷层不同的印刷层。利用这一原理，可以相叠地制造多个彼此不同的印刷层，由此也可以制造复杂的三维结构。在每个成功的印刷过程之后，将印刷台5降低一点，或者替代地使印刷头9升高一点。

根据图1的实施例，丝网支承件14是被固定地布置在壳体13中，而根据图2中以简化图示出的另一实施例，丝网支承件14可以在高度上在壳体13中移动，如双箭头20所示。为此，丝网支承件14可以借助于升降装置21沿着竖直轨道22移动。在这种情况下，壳体13的取出开口15大致居中地布置在壳体13中并且被构造为狭窄的，以至于仅一个印刷丝网11能够通过输送臂16从壳体13中取出或被引入到壳体中。可选地，取出开口15可以通过封闭元件26封闭。

如果要从丝网仓3中取出特定的印刷丝网11，则首先使丝网支承件14竖直地运动或移动，以使该印刷丝网11对应于取出开口15，并且可以由输送臂16取出。丝网仓3的壳体13基本上封闭设计的优点在于：在丝网仓3中存在能够改善印刷丝网11在丝网仓3中的保存的气候。可选地，在丝网仓3中还布置有调节装置23，其例如具有冷却装置或加热装置、空气加湿器和/或空气除湿器，以影响丝网仓3中的气候。特别是以这样的方式影响该气候：即，使得保留在相应的印刷丝网11上的印刷物质的残留物保持可流动。由此可以防止干燥。其优点在于，印刷丝网11也可以长时间地保存在丝网仓3中，而不必清洁它们。这使得印刷物质也可以被有意地留在相应的印刷丝网11上。因此，当填充印刷丝网11时，不必确保使用最大量，以避免由于随后的清洁而造成印刷物质作废或损失。替代于此地，一旦将印刷丝网11再次从丝网仓3中取出并作为另一印刷过程的基础，则再次使用印刷物质。当然，在图1所示的实施例中也可以设置调节装置23。

原则上，输送装置4可以完全集成在印刷装置2中，或者也可以完全集成在丝网仓3中。可选地，输送装置部分地由印刷装置形成并且部分地由丝网仓3形成。为此，丝网仓3具有例如推移装置24，如图2中的示例所示。推移装置24被布置在取出开口15的高度上，并且用于将位于取出开口15高度上的、带有印刷丝网11的丝网支承件14或者仅将印刷丝网11沿取出开口15的方向推移至如下的程度：即，印刷丝网11突出于壳体13之外，并由此可以特别容易地被输送臂16抓取。在此，输送臂16例如构造在印刷装置2上。

根据另一实施例，推移装置24被配置为，其将印刷丝网完全通过取出开口15一直移动到丝网收纳件10中。如果取出开口15和丝网收纳件10彼此对准，则这可以简单地且低成本地实现。适合的，印刷装置2具有相应的推移装置，该推移装置被设计为，在执行完印刷过程之后将印刷丝网11推回到丝网仓中并推入对应于取出开口15的丝网支承件中。

图3以俯视图示出了印刷系统1的一种有利的实施方式。在这种情况下，印刷装置2、丝网仓3和输送装置4构成一个单元。为此将丝网仓3直接布置在印刷装置2上，并将输送装置4布置在印刷装置2和/或丝网仓3上。随后，例如可以将基板从一侧供应给印刷装置并从另一侧移出，并且印刷丝网可以从另一侧排出，如图3所示。由此提供了一种特别紧凑的单元，该单元可以节省空间地使用。

图4示出了印刷系统1的另一实施例，其中，输送装置4与印刷装置2和丝网仓3分开地构造。在此根据本发明，如前所述地，围绕输送装置4设置多个印刷装置2和丝网仓3。在此，印刷装置2和丝网仓3位于围绕输送装置4的周向上，使得输送臂16可以操作所有丝网仓3和印刷装置2。由此，可以使用单一的输送装置4为多个印刷装置加载所选择的印刷丝网，并且不再为了使用而将印刷丝网带到丝网仓3中，以将其存储在那里。由此提供了一种高度复杂的三维印刷机，其确保了较短的生产时间且几乎没有废品。