用于产生具有光学零件的照明器元件的3d打印方法
阅读说明：本技术 用于产生具有光学零件的照明器元件的3d打印方法 (3D printing method for producing illuminator elements with optical parts ) 是由 R·维梅尔 于 2020-10-27 设计创作，主要内容包括：用于产生具有光学零件的照明器元件的3D打印方法。本发明涉及一种用于产生照明器元件(9)的3D打印方法,所述照明器元件包括用于控制光的具有由光学材料制成的光学器件本体(2)的至少一个光学零件(1),其中光影响材料另外还在3D打印由所述光学材料制成的光学器件本体(2)期间以局部定义的方式打印,以便在所打印的光学器件本体(2)中形成至少一个局部定义的光影响区(3)。本发明还涉及根据本发明所述的3D打印方法产生的光学零件(1),以及涉及包括根据本发明的光学零件(1)的照明器(10),以及涉及用于发射光的发光体(7)。(3D printing method for producing illuminator elements with optical parts. The invention relates to a 3D printing method for producing a luminaire element (9) comprising at least one optical part (1) for controlling light having an optics body (2) made of an optical material, wherein the light-influencing material is additionally printed in a locally defined manner during 3D printing of the optics body (2) made of the optical material, so as to form at least one locally defined light-influencing zone (3) in the printed optics body (2). The invention also relates to an optical part (1) produced according to the 3D printing method of the invention, and to an illuminator (10) comprising an optical part (1) according to the invention, and to a light emitter (7) for emitting light.)
技术领域
本发明涉及一种用于产生具有光学零件的照明器元件的3D打印方法，涉及一种利用该方法产生的照明器元件，并且涉及一种配备有该照明器元件的照明器。
背景技术
光学零件或光学器件是从现有技术中充分已知的，且基本上满足光控制的目的。出于各种原因，将光转换材料或其它光影响材料(light-influencing material)引入到适当的光学零件或光学器件中可能是有利的。例如，这些材料在用于借助于例如注塑成型方法产生光学零件的光学材料中混合，并且然后在产生光学零件之后以不明确的分布存在于光学零件中。在这种情况下，光转换物质以相应的无序分布布置在形成为容积本体(volumebody)的光学零件中。适当转换材料(磷酸盐)的目标是例如有意地将引入到光学器件中的光从一个波长转换成定义的不同波长，并因此引起针对性波长变化、波长偏移或颜色变化。例如，波长变化或波长偏移或由光学器件(例如，由于其几何形状)导致的颜色变化也可被产生或校正。其他光影响材料可导致其他光影响特性；例如，散射的粒子可导致引导通过光学器件的光的光散射。
发明内容
目前本发明的任务是：为具有光学零件的照明器元件提供一种生产方法，通过该生产方法可以简单方式在光学零件的光学器件本体中定义和针对性地提供光影响材料，诸如颜色转换材料；以及提供相应地产生的照明器元件和配备有该照明器元件以及设置有以简单方式相应定义的特性的照明器。
根据第一方面，本发明因此涉及一种用于产生照明器元件的3D打印方法。所述照明器元件包括用于控制光的具有由光学材料制成的光学器件本体的至少一个光学零件。在3D打印由所述光学材料制成的光学器件本体期间，还以局部定义的方式打印光影响材料，以便在所打印的光学器件本体中形成至少一个局部定义的光影响区。这样，产生照明器元件。
通过使用用于产生具有光学零件的照明器元件的3D打印方法，借助于本发明第一次可以以针对性方式在光学器件本体中也通过打印光影响材料来提供这些材料。因此，可以在形成光学器件本体的容积本体中在空间上选择性地布置光影响材料，因此形成照明器元件。使用3D打印方法，即使在复杂的光学器件中，也因此可以在定义的位置处引入光影响材料。因此，产生了具有局部适应于相应应用的集成光影响区的照明器元件和/或光学系统。以此方式，产生了具有光学零件的照明器元件，所述光学零件例如还以空间分辨的方式改变光谱或者在精确定位处不同地影响光。取决于使用的光影响材料，光因此可以例如以空间分辨的方式转换成期望的颜色，或者(例如，LED的或色差引起的)颜色误差可以在容积本体中被校正。除了光控制功能之外，具有光学零件或光学系统(例如，LED透镜)的照明器元件因此还可以实现影响光的功能，例如，校正颜色或调适光颜色。取决于光影响材料，光也可以自然地以另一种方式被光学影响；例如被散射。总的来说，根据本发明的方法因此用于产生与具有相当功能的光学部件的常规照明器元件相比具有较高光质量的光学零件的照明器元件。
可以以局部定义的方式打印光影响材料，以便在所打印的光学器件本体中形成若干局部定义的光影响区。在这方面，如3D打印方法基本上可能的那样，可以在任何位置处提供光影响材料，并且因此可以在光学器件本体中形成或设置任何数量的光影响区。由于局部定义地设置光影响区，这使得进一步优化照明器元件或光学零件。
所述光影响区可用相同的光影响材料打印或至少部分地用不同的光影响材料打印或者包括两者。这样，可以根据需要在光学零件中提供适当定义的光影响材料，并因此进一步在光学上作为整体优化照明器元件或光学器件。
所述光影响材料可包括例如光转换材料、无机荧光物质、有机荧光物质、量子点(下面也称作“QD”)和/或光散射材料。利用前四个，可生成针对性光转换以生成不同颜色的光，以便以针对性方式实现颜色校正或光颜色的调适。因此，光的波长或其光谱也可改变或移位；颜色范围恒定或者变化。利用光散射材料，可以在光学零件的定义位置或区域处实现定义的光散射，以便进一步改善照明器元件或其光学零件的光学功能。
所述至少一个光影响区可以定义的层厚度和/或定义的形状打印。所述至少一个光影响区还可以一层或多层打印。因此，可以以不仅关于其位置还具体地关于其形状和层厚度以及层结构或层组成的定义的方式设置光影响区，并且照明器元件或光学系统可因此被设计成被进一步优化。
所述至少一个光影响区可以这样的方式形成在所述光学器件本体中，使得其在所述照明器元件或其光学零件与发光体一起使用以引导所述发光体的光以定义的方式通过所述光学零件或其光学器件本体时引起对光的(定义的)影响。例如，此对光的优选定义的影响可以是或可以引起光的波长变化、波长偏移、光谱变化和/或光谱偏移，改变或不改变光的颜色范围。对光的优选定义的影响也可以是或可以引起光的颜色变化。对光的影响可以优选地是对光的局部影响，该影响可以基于局部定义地设置光影响区以局部定义的方式实施。
光学器件本体可以光学零件具有至少一个定义的光学区的方式打印。例如，定义的光学区可以是定义的光学结构和/或轮廓和/或腔。在这方面，光学器件本体可被设计成如需要的那样复杂。这是3D打印方法的特别巨大的优点。所述定义的光学区可以优选地以这样的方式设置，使得其在所述照明器元件或其光学零件与发光体一起使用以引导所述发光体的光以定义的方式通过和/或离开所述光学器件本体时与至少一个光影响区光学配合。在这方面，光学区和光影响区可以局部地并且因此也可以光学地设置，以便以针对性和精确的方式设置照明器元件和/或光学零件及其光影响功能。
所述光学零件可以是具有作为光学器件本体的透镜主体的透镜。原则上，所有可能类型的光学零件都是可设想的。具体地，透镜作为光学器件是特别优选的，因为它代表用于控制光的优选元件。
所述光学材料可为光学塑料或玻璃或另一光学材料。本发明不限于此，只要可以使用3D打印方法来使用该材料即可。
照明器元件还可以具有照明器主体，或者照明器的其他结构或光学元件/部件。照明器主体或任何其它元件/部件可以与光学零件或光学器件本体一起打印。照明器主体或其他元件/部件的材料可根据需要并根据其预期用途进行选择，只要它们可用于3D打印方法中即可。照明器元件的设计和功能因此不受限制。
例如，所称的按需喷墨(drop-on demand(DoD))方法可用作3D打印方法。在这种情况下，优选地可设想，为每种材料提供单独的材料喷嘴，使得一方面光学材料和另一方面每种光影响材料(以及如果需要，用于照明器主体和任何其它元件/部件的材料)可以被局部地施加，只要在每种情况下由单独的材料喷嘴施加，最好分散在基质中。以此方式，以特别简单的方式创建具有局部适应于相应应用的集成光转换物质的照明器元件或光学系统。自然，其他已知的3D打印方法或在未来产生的方法也是可设想的，并且被本发明包括作为可能的3D打印方法。
根据另一方面，本发明还涉及一种照明器元件，该照明器元件根据根据本发明的3D打印方法产生。以此方式产生的照明器元件包括具有由光学材料制成的光学器件本体的光学零件，其中至少一个局部定义的光影响区设置在光学器件本体中。这样的照明器元件或光学零件的优点已经在之前进行了详细描述，并且在这里同样适用。
可以在光学器件本体中设置若干局部定义的光影响区。光影响区可以包括相同或至少部分不同的光影响材料。所述光影响材料可以包括光转换材料、无机荧光物质、有机荧光物质、量子点(QD)和/或光散射材料。至少一个光影响区可以具有定义的层厚度和/或定义的形状。至少一个光影响区可以一层或多层打印或构造。所述至少一个光影响区可以这样的方式形成在所述光学元件中，使得其在所述照明器元件或光学零件与发光体一起使用以引导所述发光体的光以定义的方式通过所述光学器件本体时引起对光的影响，优选地对光的局部定义的影响。对光的影响可以是光的波长变化、波长偏移、光谱变化和/或光谱偏移，优选地改变或不改变光的颜色范围。对光的影响也可以是光的颜色变化。所述光学零件可包括至少一个定义的光学区，例如定义的光学结构和/或轮廓和/或腔，其中所述定义的光学区优选地以这样的方式设置，使得其在所述照明器元件或其光学零件与发光体一起使用以引导所述发光体的光以定义的方式通过和/或离开所述光学器件本体时与所述至少一个光影响区光学配合。所述光学零件可以是具有作为光学器件本体的透镜主体的透镜。所述光学材料可以为光学塑料或玻璃，或适合用于3D打印方法的任何其它光学材料。所述照明器元件可另外包括照明器主体，所述照明器主体与所述光学零件一起打印并且优选地与所述光学零件一体地形成。
上面描述的具有光学零件的照明器元件的特征的优点已经在关于3D打印方法的本发明的第一方面的实施例中进行了详细描述，并且同样适用于照明器元件或其光学零件，因此省去对应的重复，并且参考先前的实施例。
根据第三方面，本发明还涉及一种照明器(例如，探照灯或聚光灯)，其包括根据本发明的照明器元件和用于发射光的发光体。为了实现光控制，光至少部分地被引导通过光学零件，其中引导通过光学零件的光的至少一部分与至少一个光影响区光学配合。换句话说，发光体将光发射到照明器元件的光学零件中(例如，光学器件本体的优选定义的光耦合区中)，所述照明器元件基于光学器件本体的结构被相应地控制，而在入射到相应地局部定义的光影响区时也同时起作用，使得照明器元件或光学系统或光学零件的光学功能在光离开照明器元件或光学零件或光学器件本体之前被进一步优化，优选地通过光学结构以局部定义的方式被优化。
所述发光体优选地包括LED发光体、常规发光体(例如，灯泡或卤素灯)，和/或激光器。所有常见的LED类型均可设想为LED发光体。例如，所述发光体可以是任何设计的LED芯片或LED模块。LED基质也可用作发光体。还可设想提供RGB LED或OLED作为发光体。可以任何方式控制发光体以产生不同的光输出特性(发射方向、发射位置、光颜色、亮度等)。
除了具有光学零件的照明器元件和发光体之外，根据本发明的照明器还可以具有照明器的所有可想到的特征，诸如电子器件(例如，驱动器电子器件)、包括例如壳体、布线、传感器、控制单元、覆盖物、密封件等的照明器主体。在这种情况下，照明器元件可以插入到或连接至例如单独设置的照明器主体中。然而，在3D打印方法中，照明器主体还可以至少部分地作为的照明器元件的一部分被打印，并且因此优选地与光学零件一体地形成。照明器元件因此可以优选地(至少部分地)包括照明器主体。单独地设置或一体地形成的照明器主体可以优选地承载或容纳发光体。
附图说明
下面基于附图的图式描述本发明的其它实施例和优点。示出为：
图1是根据本发明的第一示例性实施例的根据本发明的照明器的示意图，所述照明器具有根据根据本发明的方法产生的根据本发明的照明器元件，以及
图2是根据本发明的第二示例性实施例的根据本发明的照明器的示意图，所述照明器具有根据根据本发明的方法产生的根据本发明的照明器元件。
具体实施方式
图1和图2各自示出了具有根据本发明的照明器元件9的根据本发明的照明器10的示例性实施例，该照明器元件是根据根据本发明的3D打印方法产生的。
此处的照明器元件9包括光学零件1，该光学零件具有由光学材料制成的光学器件本体2。光学材料可以优选地为光学塑料或玻璃。可以3D打印方法打印的其他光学材料也是可设想的。
光学零件1优选地是如所示的透镜。在这种情况下，光学器件本体2形成透镜主体。光学器件本体2或透镜主体通常形成为容积本体。如图中可以看出，至少一个局部定义的光影响区3设置在光学器件本体2中。如可以从附图的示例性实施例中获得的，可以优选地设置若干局部定义的光影响区3。在示出的示例性实施例中，设置了总共二十五个局部定义的光影响区3。在该情况下，如图1和图2所示，光影响区3可以包括相同或至少部分不同的光影响材料。部分地，这具体地意味着一部分或一组光影响区3由第一光影响材料产生，第二部分或者第二组光影响区3由第二(不同)光影响材料产生，等等。在本示例性实施例中，光学器件本体2包括两组光影响区3，其通过示例示出为黑色圆圈(第1组；在这里为十八个光影响区3)和白色圆圈(第2组；在这里为七个光影响区3)。组的数量和组成组的光影响区3的数量自然不受本发明的限制。通过设置或布置光影响区3的不同部分或不同组，不仅可以以局部定义的方式设置光影响区3。还可以通过使用不同的光影响材料，根据所需的光影响功能形成和布置相应地局部定义的光影响区3。例如，因此可能可以精确地定位实现光学功能(即，容积本体中定义的空间布置)的光学容积本体2中不同类型和/或浓度的光影响材料，例如，转换物质，以便因此例如以定义的方式根据定位修改光谱，或者以局部定义的方式散射光或以定义的方式以另一方式影响光。
例如，在此情况下的光影响材料可以包括光转换材料、无机荧光物质、有机荧光物质和/或量子点(QD)，以便例如将光以局部定义的方式转换为期望的颜色，或例如校正容积本体中的(例如，LED的或色差引起的)颜色误差。替代地或另外地，可设想光影响材料包括光散射材料。以此方式，也可以以局部定义的方式在光学器件本体2中散射光。
至少一个光影响区3可以具有定义的层厚度和/或定义的形状。仅仅作为实例，这里示出了圆形或球形形状；其中，原则上可想到3D打印方法可能的任何形状和层厚度。这样，光影响区不仅可以局部定义的方式设置，而且还可以在定义的位置处以其形状和层厚度最佳地形成。此外，至少一个光影响区3可以一层或多层打印或构造。具体地，在多层结构的情况下，光影响区3可以以任何方式构造，并且如果需要，也可以(例如，根据通过3D打印方法得到的层结构)在层中用不同的材料或材料组合构造，以便实现对光的最佳影响。
至少一个光影响区3可以这样的方式形成在光学器件本体2中，使得其在照明器元件9或其光学零件1与发光体7一起使用以引导发光体7的光通过光学器件本体2时引起对光的优选定义的影响。这可以优选地对光有局部定义的影响。在这种情况下，光影响可以是光的波长变化、波长偏移、光谱变化和/或光谱偏移，优选地改变或不改变光的颜色范围。对光的影响也可以是光的颜色变化。因此，可以具体地通过局部定义的并且优选地此外不同的光影响材料以及因此光影响区3来实现对光的影响。
光学零件1可以进一步包括至少一个定义的光学区4、5、6。这些光学区4、5、6具体地可是定义的光学结构和/或轮廓和/或腔。定义的光学区4、5、6优选地可以这样设置，使得其在照明器元件9或其光学零件1与发光体7一起使用以引导发光体7的光以定义的方式通过和/或离开光学器件本体2时与至少一个光影响区3光学配合。在本示例性实施例中，发光体7的光在此通过光进入区4引入到光学零件1中，可以通过光学零件1的侧壁5反射，例如，在此完全反射，以便最终以针对性方式通过光学零件1的光离开区6发射。在光通过光学零件1的路径上，光由于最佳设计的光学零件1而被最佳地光学影响和引导，以实现定义的光引导和以局部定义的方式定位的光影响区3；因此光引导和对光的影响最佳地或可以最佳地相互适应。
如在图中可以看出，也可以设置照明器主体8。如图1中所示，后者可以设置为照明器10的单独部分。照明器元件9根据图1仅包括光学零件1，然后可以例如刚性连接或可移动地联接到照明器主体8并且因此由其承载或容纳。还可设想，照明器主体8也借助于一种/所述3D打印方法打印。照明器主体8然后可以优选地与光学零件1一起打印；这些部件然后优选地彼此一体地形成为照明器元件9，如通过示例由图2所示。
根据本发明的照明器元件9和用于发射光的发光体7的组合形成根据本发明的照明器10。为了实现光控制，发光体7的光至少部分地被引导通过光学零件1，其中引导通过光学零件1的光的至少一部分与至少一个光影响区3光学配合。发光体7可优选地包括LED发光体和/或激光器和/或任何类型的另一种发光体；此处通过举例示出为LED模块。
如所述和图2所示的，照明器元件9可以包括照明器主体8，该照明器主体然后优先地承载或容纳发光体7。如所述和图1所示的，还可以设置单独的照明器主体8，其优先地承载或容纳照明器元件9(这里仅包括光学零件1)和发光体7。此外，照明器主体8还可以承载或容纳附加的照明器部件。除了具有光学零件1的照明器元件9和发光体7之外，根据本发明的照明器10因此还可以包括照明器的所有可想到的附加元件/部件，诸如电子器件(例如，驱动器电子器件)、布线、传感器、控制单元、覆盖物、反射器、密封件等。所有这些部件也都可以由照明器主体8(其是独立地或至少部分地一体地形成为照明器元件9的一部分)承载和/或容纳。
下文描述用于产生照明器元件9的根据本发明的3D打印方法，该照明器元件至少包括用于控制光的光学零件1，该光学零件具有由光学材料制成的光学器件本体2。在3D打印照明器元件9或由光学材料制成的光学器件本体2期间，也以局部定义的方式打印光影响材料，以便在打印的光学器件本体2中形成至少一个局部定义的光影响区3。光影响材料优选地还以局部定义的方式打印，使得在打印的光学器件本体2中形成若干局部定义的光影响区3，如可从根据图1和图2的光学零件1获得的(这里通过示例以白色圆圈和黑色圆圈示出)。
如所示的，光影响区3可以优选地用相同的光影响材料打印或至少部分地用不同的光影响材料打印，或者包括两者。
如已经描述的，光影响材料可以包括光转换材料、无机荧光物质、有机荧光物质、量子点(QD)和/或光散射材料。
至少一个或所有的光影响区3可以定义的层厚度和/或定义的形状打印。至少一个光影响区3可以另外以一层或多层打印。所有这些都可以通过3D打印方法实现，所述3D打印方法通常可以通过以带点的层或逐层或二维施加材料进行构造来生成具体定义的材料结构，其中，对大多数复杂结构也可以用高精度得以实现。
至少一个光影响区3可以这样的方式形成在光学器件本体2中，使得其在照明器元件9或其光学零件1与发光体7一起使用以引导发光体7的光以定义的方式通过光学器件本体2时引起对光的优选定义的影响，并且优选地对光的局部定义的影响。对光的影响可以是或可以引起光的波长变化、波长偏移、光谱变化和/或光谱偏移，优选地改变或不改变光的颜色范围。对光的影响也可以是或可以引起光的颜色变化。
光学器件本体2还可以优选地以使得光学零件1包括至少一个定义的光学区4、5、6(例如，定义的光学结构和/或轮廓和/或腔)的方式打印，其中定义的光学区4、5、6优选地以这样的方式设置，使得其在照明器元件9或其光学零件1与发光体7一起使用以引导发光体7的光以定义的方式通过和/或离开光学器件本体2时与至少一个光影响区3光学配合。
光学零件1可为透镜或形成为具有作为光学器件本体2的透镜主体的透镜。
光学材料可为光学塑料或玻璃，或特别适合用于3D打印方法的其它光学材料。
照明器元件9可以另外包括照明器主体8，该照明器主体优选地与光学零件1或光学器件本体2一起打印。照明器元件9的这些部件然后优选地彼此一体地形成。照明器10的其他元件/部件也可以用一种/所述3D打印方法打印，并且优选地还形成照明器元件9的整体部分。
例如，所称的按需喷墨(DoD)方法可用作3D打印方法。为此目的，优选的是为每种材料(即，每种光学材料)和每种光影响材料(以及如果需要，每种照明器主体材料)提供单独的材料喷嘴。借助于相应的材料喷嘴以局部定义的方式施加相应的材料，使得可以产生光学器件本体2的(以及如果需要，照明器主体8的)定义的结构，同时集成的光影响材料可以以适于相应应用的局部定义的方式同时提供或并入到光学零件1中，并且因此可以形成局部定义的光影响区3。这自然也可以用任何其他3D打印方法实现，使得本发明不限于任何特定的3D打印方法。
本发明不受前述示例性实例的限制，只要其被以下权利要求书的主题覆盖即可。用于产生照明器元件9的任何已知3D打印方法是可特别想到的，所述照明器元件包括用于控制光的具有由光学材料制成的光学器件本体2的至少一个光学零件1。作为光学零件1，用于控制光的每一个可能的光学零件都是可想到的，例如特别是透镜和其他光学元件。光学器件本体2特别地形成为容积本体，所述容积本体可具有简单(例如，对称或旋转对称)形状，或甚至任何复杂结构或形状，例如，如菲涅耳透镜的情况。光学器件本体2的设计不受本发明的限制，且其可具有任何形状，如已经描述的。照明器元件9可以仅(整体地)包括光学零件1，或也可包括其他部件，例如照明器主体8和其他结构或光学(照明器)部件。基本上可以3D打印方法打印的所有可想到的光学材料都可用作光学材料。这同样适用于也被打印的其他部件(优选地作为照明器元件9的一部分)的材料。适用于影响光并且另外可用于3D打印方法的任何光影响材料也是可设想的。光影响区3的数量、形状、集中度、层厚度等不受本发明的限制。要不同地使用的材料的数量，以及这里的光学材料以及特别地光影响材料和附加部件(特别是照明器元件9)的材料也不受本发明的限制。取决于所需的规格，对于每种材料的相同或不同的材料喷嘴也可以根据需要用于3D打印，如3D打印方法优选的那样。鉴于根据本发明的照明器，本发明也不限于特定的发光体或特定类型的发光体。因此，任何可想到的发光体可自然用作发光体7。LED和激光器在此是特别优选的，原因具体是，使用光影响材料以及优选地使用光转换材料(磷光体)对它们是特别优选的，并且具体地，对光的定义的影响(例如，光的波长变化、波长偏移、光谱变化和/或光谱偏移、颜色变化和/或光散射)可以在此有效地用于针对性的光输出，并且还用于校正不期望的颜色偏差。示例性实施例的特征可以任何方式彼此组合并且彼此交换。
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