CN114423617A - 用于将导电图案施加到表面的打印机 - Google Patents

用于将导电图案施加到表面的打印机 Download PDF

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CN114423617A CN202080065797.7A CN202080065797A CN114423617A CN 114423617 A CN114423617 A CN 114423617A CN 202080065797 A CN202080065797 A CN 202080065797A CN 114423617 A CN114423617 A CN 114423617A
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Abstract

本发明涉及一种打印机，其被配置为使用导电油墨进行打印以将导电图案施加到表面，该打印机包括用于在表面上移动打印机的轮式结构和用于将导电油墨层施加到表面的转印单元。为了提供具有获得精细公差的能力的准确打印，转印单元包括打印滚筒，该打印滚筒可绕打印滚筒轴线旋转并限定通过打印滚筒的旋转而在第一区域和第二区域之间移动的打印滚筒周边，其中打印滚筒周边在第一区域中接纳导电油墨，而在第二区域将油墨转印到表面。

Description

用于将导电图案施加到表面的打印机
技术领域
本公开涉及一种用于将导电图案施加到表面的打印机。
背景技术
由例如钢或混凝土制成的各种结构都覆盖有涂层***，该涂层***包括一层或多层“固化涂层”。固化涂层可用于不同目的，即防止大气退化(腐蚀、褪色、紫外线引起的退化等)、减少污垢、耐磨性、防止反射、阻燃或只是提供美观的外观。
在理想条件下，涂层***表现出预定的预期特性，例如特定水平的防止空气、水或腐蚀性物质进入的保护，因此它保持结构的预期状态。随着时间的推移，涂层中的裂纹、退化或各种缺陷会降低预期效果，因此经常需要定期维护或修复。
传感器有时用于监测结构或施加到结构上的涂层的退化，或用于监测受保护表面的退化或失效以及机械缺陷或内部应力。根据所需的精度和关注的退化类型，应用不同的原则。对于腐蚀感测目的，腐蚀试样、电阻、电流或电压或者电化学阻抗谱(EIS)是现有技术的示例。
已知的监测原理通常使用一个或多个呈由基板承载的导电电极形式的感测元件。基板通常是不导电的。基板可以是承载感测元件的聚合物材料片，将其与感测元件一起放置在涂层结构中、涂层结构上或涂层结构附近，并且例如通过测量重量损失、电阻、电流或电压或者电阻抗谱来进行监测。
监测的质量决定了可预测性，从而确定了所获得的测量结果反映涂层物体状况的程度。质量取决于不同方面，尤其是感测元件的类型、感测元件的位置和感测原理。
感测元件的变化，例如电极的不均匀形状和尺寸，可能导致信号变化和监测质量下降。
发明内容
本公开的实施例的目的是提高监测质量。进一步的目的是改进将电极施加到表面的过程。进一步的目的是增加在各种环境和各种取向上的可用性。
根据这些和其它目的，在第一方面，本公开提供一种打印机，其被配置为使用导电油墨进行打印以将导电图案施加到表面，该打印机包括用于在表面上移动打印机的轮式结构和用于将导电油墨层施加到表面的转印单元。转印单元包括打印滚筒，该打印滚筒可绕打印滚筒轴线旋转并限定了通过打印滚筒的旋转而在第一区域和第二区域之间运动的打印滚筒周边，其中打印滚筒周边在第一区域中接纳导电油墨，而在第二区域将油墨转印到表面。
由于轮式结构和转印单元之间的组合，轮滚动和导电油墨的施加都是通过元件相对于表面的旋转来进行的，这提供了具有获得精细公差的能力的精确打印。这在打印用于感测目的的电极时是必不可少的，并且这是获得更准确地感测结构或应用于结构的涂层的状况的关键。
打印机被配置为用导电油墨进行打印，这在本文中意味着打印机包括导电油墨的供应装置。导电油墨可以是包含银的油墨，例如呈银颗粒或银纳米线的形式，或者其可以包含例如呈炭黑、石墨烯、石墨、碳或纳米管形式的碳。此外，油墨可以基于锌并且可以包含锌薄片或氧化锌，其可以基于金并且包含金颗粒，其可以基于钛并且包含钛颗粒，其可以基于铝并且包含铝颗粒，其可以基于钼并且包含钼颗粒，其可以基于钨并且包含氧化钨。油墨可能含有离子液体。此外，油墨可以是任何上述油墨类型的混合物。
在油墨中包含导电颗粒的情况下，与例如喷墨喷嘴相反，当使用滚筒时，颗粒可以更容易地连接并形成布置在油墨中的导电颗粒的连续路径。如果使用了喷墨喷嘴，由于导电颗粒或微粒的尺寸，非常细的导电颗粒可能会堵塞喷嘴。如果喷嘴尺寸很小，颗粒可能无法连接，从而导致导电性中断，那么使用喷射打印机需要权衡取舍。如果喷嘴尺寸较大，则点可能会弄脏，从而导致传感器短路或颗粒之间的接触水平降低，如果使用非常粗的颗粒，则可能会获得良好的接触，但公差较低。图11示出了由喷墨打印机打印的导电图案，并示出了喷墨打印机形成的点如何使图案不那么精确，边缘更多缺陷，不均匀程度更高。尽管用肉眼看起来图案清晰漂亮，但在显微镜下观察时可以清楚地看到线条并不精确。在最坏的情况下，图案被分成几个未连接部分，从而破坏了电气连接。
此处使用的术语“轮式结构”是指打印机例如通过与表面的摩擦相互作用而在表面上进行的任何类型的运动。示例包括通过轮、皮带或类似结构在表面上滚动，或通过球形辊等在表面上滚动，或通常以任何类型的滚动结构在表面上滚动。轮式结构可以包括用于实现运动的动力驱动装置，例如为电动马达等的形式。在一个实施例中，轮式结构由四个具有高摩擦外周边的轮构成，该外周边例如由软橡胶或类似材料制成。轮由电动马达驱动，优选地，至少两个或所有四个轮以相同的转速驱动。
转印单元包括打印滚筒，该打印滚筒限定了通过打印滚筒的旋转在第一区域和第二区域之间运动的打印滚筒周边。在第一区域，打印滚筒周边接纳导电油墨，而在第二区域，打印滚筒周边将油墨转印到表面。打印滚筒的周边可以优选地由具有第一孔隙率、第一弹性模量、第一摩擦系数和第一硬度计硬度的聚合物材料制成。打印滚筒可以由橡胶如Viton(Viton是FKM的品牌)制成，例如高度交联的型号。硬度可以为肖氏50-95，例如肖氏65，以避免任何变形。
打印滚筒可以由电动马达驱动，例如由与驱动轮式结构相同的电动马达驱动，或由单独的电动马达驱动。打印机中使用的电动马达例如可以是经ATEX认证的马达，例如无刷电机。
使用打印滚筒来转印导电油墨能够相对于重力以不同角度进行打印，因此提高了打印机在不平坦表面和不同倾斜度上的可用性。为了进一步提高在不平坦表面上打印的能力，打印滚筒可以具有比转印滚筒显著更高的弹性[(打印滚筒的伸长率(x103 psi)：0.1至1.5(0.7到10.3MPa.))。打印滚筒的摩擦系数在静态摩擦对钢的情况下可以在0.57-0.77的范围内，在动态摩擦对钢的情况下可以在0.24-0.42的范围内。第一硬度计硬度可以在肖氏50至95的范围内。
打印滚筒可以包括在打印滚筒周边的3维图案。该图案限定了导电图案。
打印机还可以包括转印滚筒，该转印滚筒布置成绕转印滚筒轴线旋转，例如与打印滚筒同步地旋转。转印滚筒轴线可以平行于打印滚筒轴线。转印滚筒具有在第三区域和第四区域之间移动的外转印滚筒周边，第四区域浸没在包含导电油墨的池中，第三区域与打印滚筒的第一区域连通以将油墨从转印滚筒转印到打印滚筒。转印滚筒能够在不同的倾斜度下精确地添加导电油墨，并进一步提高在不同条件(包括外部、在具有不同纹理和倾斜度的表面上等)下进行精细公差的打印能力。
转印滚筒可以在转印滚筒周边包括3维图案。该图案限定了转印到打印滚筒上的导电图案。
打印滚筒上或转印滚筒上的3维打印图案可以限定在长圆形方向上延伸的细长导体。轮式结构可以包括轮，所述轮布置成使打印机沿长圆形方向或与长圆形方向垂直的方向移动。相对于细长导体的长圆形方向的特定移动方向能够实现高打印精度并因此降低打印图案的公差。
提及第三区域与第一区域连通意味着转印滚筒周边和打印滚筒周边彼此足够靠近以供油墨转印。在一个实施例中，周边是直接接触的。
转印滚筒的周边可以优选地由非聚合物材料制成，例如具有第二孔隙率、第二弹性模量、第二摩擦系数和第二硬度计硬度的陶瓷材料，该第二硬度计硬度比第一硬度计硬度高，例如在氧化铁或钨的硬度计硬度范围内。孔隙率可以在1.5-50微米的范围内，例如为25微米。
转印滚筒可以由电动马达驱动，例如由与驱动打印滚筒和/或轮式结构相同的电动马达驱动，或由单独的电动马达驱动。打印机中使用的电动马达例如可以是经ATEX认证的马达，例如无刷电机。
使用转印滚筒将导电油墨转印到打印滚筒上，可以相对于重力以不同的角度进行打印，并提高了打印滚筒上施加的油墨层厚度的精确度。因此，其进一步提高了打印机在非常精确地施加导电图案方面的可用性，并且与打印滚筒相结合，其也能够在不平坦的表面和不同的倾斜度上进行精确施加。为了进一步提高打印精确图案的能力，第一弹性可以高于第二弹性，这意味着打印滚筒周边比转印滚筒周边更容易弹性变形。第一摩擦系数可以高于第二摩擦系数，这意味着在打印滚筒周边上的摩擦比在转印滚筒周边上的摩擦高。第二孔隙率可以高于第一孔隙率，这意味着转印滚筒周边比打印滚筒周边在其结构上更多孔和开口。第二硬度计硬度可以高于第一硬度计硬度，这意味着转印滚筒周边比打印滚筒周边更硬。
刮刀可以布置成在第三和第四区域之间从转印滚筒周边刮去油墨，从而提供更均匀的层厚度。
打印机可以包括第一距离调节装置，该第一距离调节装置被配置为限定表面和打印滚筒周边之间的距离。
第一距离调节装置可以被布置成改变轮式结构和打印滚筒之间的距离。具体地，第一距离调节装置可以使打印滚筒能够相对于轮式结构使打印机在其上移动的表面提升和降低。因此，第一距离调节装置可以使打印滚筒相对于轮式结构沿特定方向移动，这里称为向上方向。
在一个实施例中，包含打印滚筒且可选地包含转印滚筒的转印单元可相对于轮式结构绕与打印滚筒轴线和转印滚筒轴线平行的铰链轴线旋转，并且该旋转由第一距离调节装置来实现。第一距离调节装置可以具体地被配置为精细地调节打印滚筒在表面上方的高度。为此目的，打印滚筒轴线和转印滚筒轴线中的至少一个可以在铰链轴线和第一距离调节装置之间，并且从铰链轴线到打印滚筒轴线的距离可以优选地至少与从打印滚筒轴线到第一距离调节装置的距离相同。
第一距离调节装置可以包括用于自动操作的高度调节马达。第一距离调节装置还可以包括高度传感器，该高度传感器用于确定打印滚筒和表面之间的距离，并且被配置为操作高度调节马达。高度传感器可以包括光学传感器，例如激光器，或者其可以确定打印滚筒和表面之间的电势并且基于该电势控制高度调节马达。
打印机可以包括第二距离调节装置，该第二距离调节装置被配置为限定打印滚筒周边和转印滚筒周边之间的距离。在一个实施例中，第一距离调节包括两个调节结构，一个用于使转印滚筒轴线的一端相对于打印滚筒轴线移动，一个用于使转印滚筒轴线的相对端相对于打印滚筒轴线移动。这不仅能够调节打印滚筒周边和转印滚筒周边之间的距离，而且能够调节转印滚筒轴线和打印滚筒轴线之间的角度，从而调节轴线之间的平行度。
打印机可以包括第三距离调节装置，该第三距离调节装置被配置为用于限定刮刀和转印滚筒周边之间的距离，从而允许调节导电油墨的层厚度。在一个实施例中，第三距离调节包括两个调节结构，一个用于使刮刀的一端相对于转印滚筒周边移动，一个用于使刮刀的相对端相对于转印滚筒周边移动。这不仅能够调节油墨层的厚度，而且能够调节油墨层的均匀度，即厚度从打印导电图案的一侧到导电图案的相对侧的恒定程度。
打印机还可包括用于在打印机和表面之间建立吸引力的磁性或气动吸引装置。这通过防止打印机从表面提升来实现更精确的打印，因此在打印导电图案时进一步促进期望的精度。此外，其还可以在相对于重力沿不同方向取向的物品上进行打印。具体地，打印滚筒与磁性或气动吸引装置的结合，可以实现多取向和高精度，可选的转印滚筒进一步改善了打印机的这一方面。
当在钢表面上打印时，磁性吸引装置可能是一种可能的解决方案，并且可以包括布置在轮式结构的每个轮或辊附近的磁体。磁性吸引装置可以包括磁体高度调节，该磁体高度调节能够调节从每个磁体到表面的距离。这使得调节能够在期望的吸引力和不平坦的表面之间实现最佳的平衡。在一个实施例中，磁性吸引装置由电磁体提供，从而能够对吸引力进行电调节。
气动吸引可以由压力泵提供，该压力泵被配置为抽空打印机和表面之间的一个或多个空间。可以基于空间中的压力对泵进行电控制，从而调节吸引力。
由于在各种环境和各种取向上的可用性是一个方面，因此减少对打印机取向的重力影响可能是一个优势。为此目的，打印机的质心点和几何中心点之间的距离可以小于打印滚筒轴线和转印滚筒轴线之间的距离。这将减少打印机在使用时根据重力影响改变取向的趋势。具体地，打印机的质心点与几何中心点之间的距离可以小于打印滚筒轴线与转印滚筒轴线之间的距离的50％。
转印单元可以作为一个部件从轮式结构中移除。这将允许更换转印单元，例如用被配置为用于另一导电图案的转印单元进行快速更换。这样，由于可以针对一个导电图案专门配置转印单元，因此可以进一步提高精度和质量。
打印滚筒可以包括限定导电图案的前述3维图案。此外，打印滚筒可以包括参考标记。打印滚筒可以由打印控制器控制，该打印控制器被配置为基于参考标记调节打印滚筒的位置。具体地，打印控制器可以被配置为将一个打印的导电图案相对于另一个导电图案定位在特定位置，例如，通过重置施加第一图案的参考标记并且通过在下一个图案的预定参考位置处重置参考标记并随后施加后续图案，来定位成彼此相距特定距离。
轮式结构可以包括一组轮，每个轮可绕旋转轴线旋转，并且其中每个轮可以关于与旋转轴线垂直的倾斜轴线倾斜。轮的倾斜可以增加在曲面上使用打印机的能力，例如在管道的外表面上，等等。
打印机可以包括指示轮关于倾斜轴线的倾斜程度的指示标记，并且打印机可以包括通过将每个轮设定为特定角度(例如垂直于表面)来自动地补偿曲面的自动调节装置。
打印机可以包括控制***，该控制***被配置为使打印机在可控路径中移动。控制***可以包括在中央处理单元(CPU)中，该中央处理单元(CPU)可以是可编程的，用于执行预定的运动序列。控制***可以控制轮式结构、打印滚筒的旋转、转印滚筒的旋转以及高度调节或距离调节装置之一中的至少一种。
除了CPU和控制***之外，该设备还可以包括用户输入装置，该用户输入装置被配置为使用户能够指定以下各项中的至少一项：轮式结构的特定速度、打印滚筒在表面上方的特定高度、转印滚筒和打印滚筒之间的特定距离、以及刮刀和转印滚筒之间的特定距离。
在一个实施例中，控制***包含与导电油墨的固化时间相关的信息或被配置为接收与导电油墨的固化时间相关的信息，并基于移动速度和固化时间之间的编程比率来限定轮式结构的速度。
在一个实施例中，控制***包含与导电图案的几何形状相关的信息或者被配置为接收与导电图案的几何形状相关的信息，例如高度、宽度等，并基于一个或多个这样的尺寸和移动速度之间的编程比率来限定轮式结构的速度。
固化装置可以包括在打印机中，用于施加能量以固化第二区域处的油墨。这种装置可以包括用于传输光、热能和/或振动的装置，或者用于共洗脱固化剂的装置等，并且其可以布置在表面处，例如包括在打印滚筒中。在一个实施例中，打印滚筒是透明的或半透明的并且包括光源，该光源例如具有高UV透射率并且被配置为通过位于第二区域的部分发射光。
打印机可以包括用于导电油墨的存储器，例如为允许快速更换油墨的可更换盒的形式，例如用于重新填充打印机或用于从一种类型的导电油墨转换到另一种类型的导电油墨。
导电油墨可以是液体或糊状物质，其粘度允许其通过打印滚筒铺展在表面上并在表面上固化。
形成在打印滚筒周边上的3维打印图案可以至少限定第一传感器和第二传感器，例如为第一电极和第二电极的形式。如果打印图案构成电极，则可以限定第一电极和第二电极，使得它们彼此分离。打印滚筒可以例如包括限定打印图案的可移除橡胶带，该橡胶带沿周向缠绕在打印滚筒的周边表面上。
打印机可以包括打印质量检查***，该打印质量检查***被配置为在线控制打印的导电图案。如果图案由彼此分离的两个电极构成，则打印质量检查***可以被配置为在线控制第一电极和第二电极之间的距离是否在预定阈值内。在一个实施例中，打印质量检查***包括照相机和CPU，CPU被编程以分析来自照相机的图像，并且将该图像与参考图像进行比较并基于该比较生成错误代码。在另一个实施例中，质量检查结构包括万用表，该万用表被布置成与由打印机打印的导电图案通信电信号。检查结构还可包括CPU，CPU被编程为分析来自万用表的信号，并且将该信号与参考信号进行比较并基于该比较生成错误代码。
马达、控制***、加热器、灯、电磁体或其它动力设备的能量可以由电池提供，例如锂离子电池。
打印机可以包括外封装，仅在第二区域留下开口以允许将导电油墨转印到表面。打印机还可以包括加压装置，用于对封装加压，从而防止灰尘或其它颗粒的侵入，灰尘或其它颗粒可能会降低打印机打印的导电图案的质量。该压力可以进一步防止***性气体的侵入，从而实现例如在危险区域中的安全操作。
在第二方面，本公开提供了一种通过使用根据第一方面的打印机将导电油墨图案施加到表面的方法。根据该方法，分离的第一电极和第二电极由导电油墨形成，所述导电油墨通过打印滚筒转印到所述表面。
油墨可以被固化并且由打印机测试第一电极与第二电极的分离。
在第三方面，本发明提供一种导电图案，包括第一电极和第二电极，第一电极和第二电极彼此分离，并且所述图案由根据第一方面的打印机施加。
本发明还提供了一种包括所述导电图案的涂层结构。涂层结构包括具有基部表面的基部，该基部表面被涂层保护。
基部可以例如是由钢、碳纤维、复合材料或混凝土制成的物品，例如船、管道、压力容器、压载舱或储罐、桥梁、风力叶片、飞机、汽车或任何类似的结构的一部分，涂层***通常用于防止退化或改善外观。由此可见，当传感器用于监测腐蚀情况时，基部为诸如钢等的易腐蚀材料。
本公开可以具体涉及传统检查困难且昂贵的结构。这尤其适用于难以进入的结构。
在一个实施例中，涂层结构是储罐或压载舱或部分或完全浸没的结构，例如船舶或半潜式石油钻井平台。当需要压载时，由于水或水蒸气(通常是海水)的存在，水箱内部通常容易腐蚀。主动监测罐和压载舱的成本很高，因为它们难以接近并且在检查期间必须停止运行。部分或完全浸没结构的示例包括船舶(包括但不限于船只、远洋客轮、油轮、集装箱船和其它所有类型的货船、潜艇和海军舰艇)、海上石油设施、海上风力发电设施和海底管道。
涂层可由任何类型的涂层等构成，特别是用于钢或混凝土的一种或两种组分的涂层，例如用于减少水扩散的涂层***。后者例如用于管道保护或船舶压载水舱中的保护是众所周知的。
涂层可包含形成粘合剂的树脂基质材料，例如丙烯酸聚合物、醇酸聚合物或环氧聚合物。例如，涂层可以包含以下粘合剂：丙烯酸、环氧树脂、聚天冬氨酸、聚氨酯、聚硅氧烷、醇酸树脂、硅酸锌、硅树脂、聚脲混合技术：环氧树脂/丙烯酸、环氧树脂/硅氧烷、环氧树脂/硅酸锌。
涂层可包含颜料，例如提供颜色或构成填充材料。可以考虑任何颜色的颜料，例如黄色、橙色、红色、紫罗兰色、棕色、蓝色、绿色或黑色，它们是官方颜料编号***的一部分，例如描述为颜料白xxx(x＝1至999)，颜料黄xxx(x＝1至999)，颜料橙(x＝1至999)，颜料红xxx(x＝1至999)，颜料棕(x＝1至999)，颜料紫(x＝1至999)，颜料绿(x＝1至999)，颜料蓝PB(x＝1至999)，颜料黑(x＝1至999)等。
此类颜料的示例是：氧化锌、含锌磷酸盐和多磷酸盐、氧化铁、含铝磷酸盐、硼酸锌、石墨、氧化炭黑、包覆云母、荧光颜料、氧化亚铜、铝浆颜料(漂浮型和非漂浮型)、金属颜料、锌粉、有机珠光颜料、聚磷酸铵、彩色硅砂、聚丙烯酸/碳酸钙、偶氮、酞菁和蒽醌衍生物(有机颜料)、二氧化钛(氧化钛(IV))等。
例如，涂层可以包含以下填料：碳酸盐，例如：碳酸钙、方解石、白云石(＝钙/碳酸镁)、硅酸镁/碳酸盐、聚碳酸酯。还包括混合物、煅烧等级和表面处理等级。硅酸盐，例如：硅酸铝(高岭土、瓷土)、硅酸镁(滑石、滑石/绿泥石)、硅酸铝钾(石膏石、微光)、硅酸铝钾钠(霞石正长岩)、硅酸钙(硅灰石)、硅酸铝(膨润土)、叶绿石硅酸盐(云母)。氧化物：石英、硅藻土等二氧化硅，氧化钙、氧化铝、氧化铁、云母氧化铁等金属氧化物。氢氧化物/水合物，例如：氢氧化铝、三水合铝、硫酸盐：硫酸钡。其它填料：偏硼酸钡、碳化硅、珍珠岩(火山玻璃)、玻璃球(实心和空心)、玻璃片、玻璃和硅酸盐纤维、有机纤维、聚偏二氯乙烯丙烯腈、聚苯乙烯丙烯酸酯。
还包括上述填料的混合物以及天然、合成、煅烧或表面处理的等级。
涂层***可以包括若干层固化涂层，例如包括底漆，例如施加到基部表面的防腐蚀底漆。基部表面最初可以通过例如喷砂进行处理。在一层或多层底漆之上，涂层可包括一层或多层中间涂层(例如促进粘附的涂层)和/或一层或多层顶部涂层。例如，顶部涂层可以包括一层或多层的污垢控制表面涂层***，该***特别适用于海洋结构。此外，可以在顶部涂层下施加一层或多层粘结涂层。
防腐底漆可以例如是环氧型防腐底漆，并且其可以是含锌或无锌底漆。粘结涂层也可以是环氧树脂、硅树脂或聚氨酯基粘结涂层。污垢控制表面涂层***可以例如包括一个或多个防污涂层或硅氧烷***，其中硅氧烷***可以包括相似或不同层的硅氧烷涂层***。
电极可以布置在这些不同层的涂层之间，并因此嵌入涂层***中。
在一个实施例中，打印机将打印的导电图案直接施加在基部的未涂覆表面上，随后施加涂层并使该涂层固化。
在另一个实施例中，打印的导电图案由打印机施加在一层固化涂层的顶部上。通过将电极材料例如作为由导电油墨制成的打印图案施加在第一固化涂层上，然后接下来施加第二涂层以形成第二固化涂层，可以在两个固化涂层之间嵌入电极。通过这种方式，电极可以布置在不同类型的涂层之间。
附图说明
在下文中，将参考附图对本发明实施例作进一步详细说明，其中：
图1示出了打印机的透视图；
图2示出了打印机和转印单元的俯视图；
图3a-c示出了拆开成两个主要部件的打印机；
图4示出了打印机打印的两个电极图案的示例；
图5-9示出了电极图案的进一步示例；
图10a和10b示出了具有涂层和传感器的结构，传感器例如通过在一层固化涂层上进行打印而嵌入涂层中或者打印在基部表面上并随后用另一个涂层覆盖打印图案而嵌入涂层中；和
图11示出了由喷墨打印机制作的参考图案的显微镜照片。
具体实施方式
应该理解的是，详细描述和具体示例，虽然表明了本发明的实施例，但仅作为说明给出，因为从该详细描述，在本发明的精神和范围内的各种变化和修改对于本领域技术人员来说将变得明显。
图1示出了用于将导电图案施加到表面的打印机1，并且图2示出了从上方看的打印机。打印机1包括带有轮3的轮式结构2，用于在表面4上移动打印机。打印机还包括转印单元5，其可释放地布置在轮式结构中，使得其可以从轮式结构中移除。
相对于图3b(轮式结构)和图3c(转印单元)进一步详细解释转印单元5，并且转印单元包括打印滚筒(在图1和2中不可见)。打印滚筒可以绕图1和2中用虚线6(仅图2)所示的打印滚筒轴线旋转。打印滚筒具有外周边，其被配置为接纳导电油墨并转印油墨以在表面4上形成导电图案。打印机还包括布置成绕虚线7(仅图2)所示的转印滚筒轴线旋转的转印滚筒。转印滚筒具有周边，该周边被配置为接纳来自贮存器的导电油墨并将油墨转印到打印滚筒的周边。
打印机包括用于使打印滚筒和转印滚筒旋转的马达8和齿轮单元9，以及用于使轮3旋转的马达10和齿轮单元11。
单独的隔室12包含用于控制打印机的马达的CPU。隔室12还包括用于独立操作和供电的电池以及允许用户交互的用户接口13。
转印单元5与表面4之间的距离可以通过调节手柄14来调节，该调节手柄将转印单元5相对于轮式结构2进行升降。打印滚筒与转印滚筒之间的距离，即打印滚筒轴线与转印滚筒轴线之间的距离，可以通过手柄15进行调节。
图3a-3c示出了拆解成两个主要部件的打印机，即轮式结构2和转印单元3。轮式结构承载转印单元和电子部件，电子部件包括电池、用户接口和控制***。
图3a示出了与图1相比从相对侧看的轮式结构2。轮式结构包括隔室12。轮式结构包括铰链结构31，该铰链结构被配置为接纳转印单元5的协作铰链结构32(参见图3b)，并允许转印单元5相对于轮式结构2旋转。轮式结构2的轮3绕轴33旋转，该轴优选地平行于转印滚筒轴线7和打印滚筒轴线6。
调节手柄14被配置为通过将转印单元的一个端部相对于轮式结构升降以使得转印单元绕铰链结构31转动，来调节表面与打印滚筒之间的距离。在所公开的实施例中，调节手柄是手动操作的螺杆，但诸如步进马达之类的马达也可以用于打印单元与表面之间的距离的马达控制调节。手柄14由此构成第一距离调节装置，用于改变轮式结构行驶的表面与打印滚筒周边之间的距离，并且因此可以用于确定打印滚筒周边上的3维图案与其上限定导电图案的表面之间的间隙。
图3b示出了转印单元5，其包括可绕打印滚筒轴线6旋转的打印滚筒35和布置成绕转印滚筒轴线7旋转的转印滚筒。
转印滚筒具有外转印滚筒36，该外转印滚筒具有在第三区域和第四区域之间运动的周边。在第四区域处，转印滚筒周边接纳来自池37的导电油墨。打印滚筒和转印滚筒的转速由齿轮38同步。
打印滚筒轴线与转印滚筒轴线之间的距离可通过手柄15进行调节。在所公开的实施例中，调节手柄15是手动操作的螺杆，但诸如步进马达之类的马达也可以用于打印单元与转印单元之间的距离的马达控制调节。
在被导电油墨润湿的情况下，转印滚筒周边从第四区域运动到第三区域，在第三区域，油墨被转印到打印滚筒周边。该区域表示打印滚筒周边的第一区域。转印的油墨在打印滚筒周边上运动到打印滚筒周边的第二区域，在该第二区域，油墨被转印到用于限定导电图案的表面。打印滚筒包括限定导电图案的3维图案。
如图3a-c所示，转印单元可以从轮式结构上完全移除，并通过调节螺杆14保持就位。转印单元包括刮刀39，该刮刀布置成在第三和第四区域之间从转印滚筒周边36刮掉油墨。刮刀形成池37的壁。
3维打印图案40形成在转印滚筒周边36上。打印图案限定了沿与打印机移动方向(即由轮3的布局限定的行驶方向)垂直的长圆形方向延伸的细长导体。在其它实施例中，长圆形方向平行于由轮3限定的移动方向。
作为从轮式结构移除转印单元的替代方案，可以仅移除打印滚筒，或可选地，仅移除打印滚筒的表面层。在一个实施例中，打印滚筒包括具有图案的橡胶带，该图案限定了打印图案并且被周向地缠绕在周边表面上。可以通过更换橡胶带来更换打印图案。
第一距离调节装置改变轮式结构的表面与打印滚筒周边之间的距离，并且因此可以用于确定打印滚筒周边上的3维图案与其上限定导电图案的表面之间的间隙。
图4示出了由图1-3中所示的打印机制作的打印图案。在这种情况下，图案由打印滚筒的形状限定。该图案限定了第一组电极421，包括作为交错导体的第一和第二电极422、423，并且第二组电极424限定了作为交错导体的第三和第四电极425、426。
每个图案通过总线结构427用线材连接到供电和信号传送CPU单元(未示出)。总线结构也使用打印机进行打印。
图5示出了四个不同的传感器，每个传感器包括2个电极，即2电极图案。这种类型的传感器适用于例如通过EIS检测涂层退化、腐蚀和水检测。传感器a和b形成具有交错梳齿的梳状图案。梳齿的数量和间距可能会有所不同。传感器c形成长圆形平行线。线之间的间距可能会有所不同。传感器d形成板状电极，其布置在可以变化的距离处。板可以在涂层的不同层中，例如施加在不同涂层之间。可以在板之间施加或不施加绝缘层。
图6示出了5个不同的传感器，每个传感器包括一个单一电极，即1电极图案。1电极图案适用于例如通过检测由电极的部分或完全中断引起的电导率变化来检测裂纹。
传感器b、d和e是一维长传感器。其可以例如从几厘米到几米。其适用于裂纹检测，其中涂层中的裂纹可能会破坏电极，从而从电极的一端到电极的相对端产生非常显著的电阻增加。
传感器a和c是包括一个单一电极的二维传感器，它们适用于区域映射，例如从0.1平方米到几平方米。这种类型的传感器特别适用于应力和应变检测。
1电极图案传感器可以与2电极图案组合以获得涂层不同方面的组合感测，尤其是水含量、腐蚀或涂层退化。
图7示出了具有适合于进行应力感测的曲折形状的1电极图案的特定实施例。图8和图9示出了适用于退化、水检测、腐蚀检测和裂纹的2电极图案，所有这些都在一个传感器中。三个电极连接点可以获得组合阻抗和电阻，仅由两条单独的线形成三个电极。
图10a和10b示出了具有监测能力的涂层结构101。涂层结构包括例如由钢制成的基部102。基部具有由涂层104保护的基部表面103。涂层在基部界面105处与基部表面连接，并且涂层沿箭头106所示的厚度方向延伸，从而形成涂层的厚度。涂层形成背离基部102的外涂层表面107。
包括四个电极108、109、1010、1011的传感器嵌入涂层中或打印在基部的表面上。恒电位仪1012通过将信号引入传感器并从传感器读取输出信号来与传感器通信AC信号。恒电位仪形成I/O设备。I/O设备可以与传感器的电极有线连接，或者，如图1所示，其可以与电极进行无线通信。无线通信使传感器能够完全嵌入涂层中，从而提供更稳固的***。
I/O设备与计算机单元1013通信电信号，并且计算机单元被配置为从来自传感器的电信号导出涂层的状况、基部的状况或基部界面的状况。
在图10a中，电极嵌入涂层中。这是通过在基部的表面施加一层涂层、在固化涂层上打印电极、并在固化涂层和电极上施加另一层涂层来实现的。两层涂层之间的界面由水平虚线表示。
在图10b中，在施加涂层之前将电极打印在基部的表面上。
编号的实施例列表
1.一种打印机(1)，用于将导电图案施加到表面(4)，该打印机包括用于在表面上移动打印机的轮式结构(2)和用于将导电油墨层施加到表面的转印单元(5)，其中转印单元(5)包括打印滚筒(35)，该打印滚筒能够绕打印滚筒轴线(6)旋转并限定了通过打印滚筒的旋转在第一区域和第二区域之间运动的外打印滚筒周边，其中打印滚筒周边在第一区域中接纳导电油墨并且在第二区域中将油墨转印到表面。
2.根据实施例1所述的打印机，其中转印单元(5)包括布置成绕转印滚筒轴线(7)旋转的转印滚筒(36)，该转印滚筒限定在第三区域和第四区域之间运动的转印滚筒周边，第四区域被包含导电油墨的池(37)润湿，并且第三区域与打印滚筒的第一区域连通以将油墨从转印滚筒(36)转印到打印滚筒(35)。
3.根据实施例2所述的打印机，其还包括刮刀(39)，该刮刀被布置成在第三区域和第四区域之间从转印滚筒周边刮掉油墨。
4.根据前述实施例中任一项所述的打印机，其包括被配置为限定表面与打印滚筒周边之间的距离的第一距离调节装置(14)。
5.根据实施例4所述的打印机，其中第一距离调节装置(14)被布置成用以改变轮式结构与打印滚筒之间的距离。
6.根据实施例2-5中任一项所述的打印机，其包括第二距离调节装置(15)，该第二距离调节装置被配置为限定打印滚筒周边和转印滚筒周边之间的距离。
7.根据实施例2-6中任一项所述的打印机，其包括第三距离调节装置，该第三距离调节装置被配置为用于限定刮刀和转印滚筒周边之间的距离。
8.根据前述实施例中任一项所述的打印机，其包括用于在打印机和表面之间产生吸引力的磁性或气动吸引装置。
9.根据实施例2-8中任一项所述的打印机，其中打印机的质心点与几何中心点之间的距离小于打印滚筒轴线与转印滚筒轴线之间的距离。
10.根据前述实施例中任一项所述的打印机，其中转印单元作为一个部件能够从轮式结构中移除。
11.根据前述实施例中任一项所述的打印机，其中打印滚筒包括参考标记，并且其中打印滚筒的旋转由打印控制器控制，该打印控制器被配置为基于参考标记调节打印滚筒的位置。
12.根据前述实施例中任一项所述的打印机，其中轮式结构包括一组轮，每个轮都能够绕旋转轴线旋转，并且其中每个轮能够关于与旋转轴线垂直的倾斜轴线倾斜。
13.根据实施例12所述的打印机，其包括指示轮关于倾斜轴线的倾斜程度的指示标记。
14.根据前述实施例中任一项所述的打印机，其还包括控制***，该控制***被配置为使打印机在可控路径中移动。
15.根据前述实施例中任一项所述的打印机，其还包括控制***，该控制***被配置为单独地控制轮中的至少一个轮的旋转速度。
16.根据前述实施例中任一项所述的打印机，其包括被配置为在第二区域处固化油墨的固化装置。
17.根据前述实施例中任一项所述的打印机，其包括导电油墨。
18.根据前述实施例中任一项所述的打印机，其包括在转印滚筒和打印滚筒周边中的至少一个上形成的3维打印图案。
19.根据实施例18所述的打印机，其中3维打印图案至少限定第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极被限定为使得它们彼此分离。
20.根据实施例18或19中的任一项所述的打印机，其中3维打印图案限定了在长圆形方向上延伸的细长导体，并且其中轮式结构包括被布置成使打印机在长圆形方向上移动的轮。
21.根据实施例18或19中的任一项所述的打印机，其中3维打印图案限定了在长圆形方向上延伸的细长导体，并且其中轮式结构包括被布置成使打印机在与长圆形方向垂直的方向上移动的轮。
22.根据实施例19-21中任一项所述的打印机，其包括施加结构，该施加结构被配置为用导电油墨填充3维打印图案。
23.根据实施例22所述的打印机，其中施加结构被配置为用液态导电油墨填充3维打印图案。
24.根据实施例18-23所述的打印机，其中打印滚筒包括限定了打印图案的可移除橡胶带，该橡胶带绕打印滚筒的周边表面沿周向缠绕。
25.根据实施例18-24所述的打印机，其包括打印质量检查***，该打印质量检查***被配置为在线控制第一电极是否与第二电极分离。
26.根据实施例25所述的打印机，其中打印质量检查***被配置为在线控制第一电极和第二电极之间的距离是否在预定阈值内。
27.根据实施例23-26中任一项所述的打印机，其中打印质量检查***包括照相机或万用表。
28.根据实施例2-27中任一项所述的打印机，其中打印滚筒周边由第一材料制成，并且转印滚筒周边由不同的第二材料制成。
29.根据实施例2-28中任一项所述的打印机，其中打印滚筒周边具有第一弹性，转印滚筒周边具有第二弹性，所述第一弹性高于所述第二弹性。
30.根据实施例2-29中任一项所述的打印机，其中打印滚筒周边具有第一摩擦系数，转印滚筒周边具有第二摩擦系数，所述第一摩擦系数高于所述第二摩擦系数。
31.根据实施例2-30中任一项所述的打印机，其中打印滚筒周边具有第一孔隙率，转印滚筒周边具有第二孔隙率，所述第二孔隙率高于所述第一孔隙率。
32.根据实施例2-31中任一项所述的打印机，其中打印滚筒周边具有第一硬度计硬度，转印滚筒周边具有第二硬度计硬度，所述第二硬度计硬度高于所述第一硬度计硬度。
33.根据前述实施例中任一项所述的打印机，其中所述打印机不包括喷墨喷嘴。
34.根据前述实施例中任一项所述的打印机，其被配置为使用导电油墨进行打印。
35.一种使用根据实施例1-34中任一项所述的打印机将导电油墨的图案施加到表面的方法，其中分离的第一电极和第二电极由导电油墨形成，所述导电油墨通过打印滚筒转印到所述表面。
36.根据实施例35所述的方法，其中油墨被固化并且由打印机测试第一电极与第二电极的分离。
37.根据实施例35或36所述的方法，其中将油墨施加到基部的表面，随后通过涂层覆盖该基部的表面。
38.根据实施例35-37所述的方法，其中将油墨施加到已经施加在基部上的一层固化涂层的表面，并且其中所述一层固化涂层和油墨随后被涂层覆盖。
39.一种导电图案，其包括第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极彼此分离，并且所述图案由根据实施例1-34中任一项所述的打印机施加。

Claims (15)

1.一种被配置为使用导电油墨进行打印的打印机(1)，用于将导电图案施加到表面(4)，该打印机包括用于在表面上移动打印机的轮式结构(2)和用于将导电油墨层施加到表面的转印单元(5)，其中转印单元(5)包括打印滚筒(35)，该打印滚筒能够绕打印滚筒轴线(6)旋转并限定了通过打印滚筒的旋转在第一区域和第二区域之间运动的外打印滚筒周边，其中打印滚筒周边在第一区域中接纳导电油墨并且在第二区域中将油墨转印到表面。
2.根据权利要求1所述的打印机，其中转印单元(5)包括布置成绕转印滚筒轴线(7)旋转的转印滚筒(36)，该转印滚筒限定在第三区域和第四区域之间运动的转印滚筒周边，第四区域被包含导电油墨的池(37)润湿，并且第三区域与打印滚筒的第一区域连通以将油墨从转印滚筒(36)转印到打印滚筒(35)。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的打印机，其包括在转印滚筒和打印滚筒周边中的至少一个上形成的3维打印图案。
4.根据权利要求3所述的打印机，其中3维打印图案限定了在长圆形方向上延伸的细长导体，并且其中轮式结构包括被布置成使打印机在长圆形方向上或在垂直于长圆形方向的方向上移动的轮。
5.根据前述权利要求中任一项所述的打印机，其包括被配置为限定表面与打印滚筒周边之间的距离的第一距离调节装置(14)。
6.根据权利要求5所述的打印机，其中第一距离调节装置(14)被布置成用以改变轮式结构与打印滚筒之间的距离。
7.根据权利要求2-6中任一项所述的打印机，其包括第二距离调节装置(15)，该第二距离调节装置被配置为限定打印滚筒周边和转印滚筒周边之间的距离。
8.根据前述权利要求中任一项所述的打印机，其包括用于在打印机和表面之间产生吸引力的磁性或气动吸引装置。
9.根据权利要求2-8中任一项所述的打印机，其中打印机的质心点与几何中心点之间的距离小于打印滚筒轴线与转印滚筒轴线之间的距离。
10.根据前述权利要求中任一项所述的打印机，其中转印单元作为一个部件能够从轮式结构中移除。
11.根据前述权利要求中任一项所述的打印机，其中轮式结构包括一组轮，每个轮都能够绕旋转轴线旋转，并且其中每个轮能够关于与旋转轴线垂直的倾斜轴线倾斜。
12.根据权利要求2-11中任一项所述的打印机，其中打印滚筒周边由第一材料制成，并且转印滚筒周边由不同的第二材料制成。
13.根据权利要求2-12中任一项所述的打印机，其中打印滚筒周边具有第一弹性，转印滚筒周边具有第二弹性，所述第一弹性高于所述第二弹性。
14.根据权利要求2-13中任一项所述的打印机，其中打印滚筒周边具有第一摩擦系数，转印滚筒周边具有第二摩擦系数，所述第一摩擦系数高于所述第二摩擦系数。
15.一种使用根据权利要求1-14中任一项所述的打印机将导电油墨的图案施加到表面的方法，其中分离的第一电极和第二电极由导电油墨形成，所述导电油墨通过打印滚筒转印到所述表面。
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