国民经济行业分类号：
C4350 | C3874 | C4090 | C3879
当前申请(专利权)人：
梅赛德斯-奔驰集团股份公司
原始申请(专利权)人：
梅赛德斯-奔驰集团股份公司
发明人：
J·T·G·西门 | M·拉尔斯 | C·F·R·戈普纳尔 | A·米勒森
摘要：
本发明涉及一种制造光导体(1)的方法，其中，所述光导体(1)的坯件(3)是通过增材制造形成的，并且后续用至少一个切削刀具(W)对所述坯件(3)进行精整加工。根据本发明，仅在至少一个不被预设为光线耦出部位(2)的区域中对所述坯件(3)进行精整加工。此外，本发明还涉及一种光导体(1)。
技术问题语段：
本发明涉及一种光导体的制造方法和一种光导体，其中通过设计凹陷部和刀具，实现在光线耦出部位无法对坯件表面进行精整加工，从而解决了现有技术中的技术问题。
技术功效语段：
本发明提供了一种改进的光导体制造方法和光导体，通过凹陷部和刀具的设计，确保在光线耦出部位的区域无法进行精整加工。
权利要求：
1.一种制造光导体(1)的方法，其中，通过增材制造形成所述光导体(1)的坯件(3)，其中，接下来用至少一个切削刀具(W)对所述坯件(3)进行精整加工，其中，仅在至少一个不被预设为光线耦出部位(2)的区域中对所述坯件(3)进行精整加工，其中，通过所述坯件(3)的增材制造在所述坯件(3)至少一个预设的区段上形成凹陷部(4)，并且为了精整加工所述坯件(3)使用至少一个切削刀具(W)，所述至少一个切削刀具设计为，使得所述坯件(3)在所述凹陷部(4)中的至少一个表面区段无法被用于精整加工坯件(3)的至少一个切削刀具(W)触及到。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，通过所述坯件(3)的增材制造在所述坯件(3)至少一个规定区段上形成所述凹陷部(4)，并且为了精整加工所述坯件(3)，使用至少一个切削刀具(W)，所述至少一个切削刀具设计为，使得所述凹陷部(4)的开口的长度和/或宽度和/或直径和/或净宽小于用于精整加工所述坯件(3)的所述至少一个切削刀具(W)的长度和/或宽度和/或直径和/或面积；以及/或者使得所述至少一个凹陷部(4)的深度大于用于精整加工所述坯件(3)的所述至少一个切削刀具(W)的高度。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，通过所述坯件(3)的增材制造形成具有恒定尺寸或者具有至少一个随凹陷部走向变化的尺寸的所述凹陷部(4)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，通过研磨和/或抛光对所述坯件(3)进行精整加工。
5.一种光导体(1)，所述光导体使用根据权利要求4所述的方法制造，该光导体具有至少一个通过研磨和/或抛光进行精整加工的区域和至少一个预设的光线耦出部位(2)，所述光线耦出部位具有只通过增材制造形成且位于通过增材制造形成的凹陷部(4)中的表面。
6.根据权利要求5所述的光导体(1)，
其特征在于，所述凹陷部(4)具有恒定的尺寸或者至少一个随凹陷部走向变化的尺寸。
技术领域：
[0001]本发明涉及一种光导体的制造方法和一种光导体。
背景技术：
[0002]如DE 10 2019 111 620中所述，现有技术水平中已知有一种设备和方法，能够用至少一种原材料增材制造一种三维物体。该设备具有一个控制装置，该装置可以根据该物体的三维数据计算出需要沉积的原材料层的打印路径。该设备还具有一个可以在多个自由度内移动的执行装置，该执行装置带有一个端部执行器和一个固定在端部执行器上的挤出机或者打印头，其中，执行装置和挤出机或者打印头与控制装置形成通信连接，以便根据计算出的打印路径，按照控制装置的要求，从挤出机或者打印头中逐层沉积原材料。执行装置至少能够在四个自由度内移动，其中，控制装置在考虑到轨迹距离、沉积层朝向和/或走势的情况下，根据模拟模型计算出打印路径，以确定该物体的部件特点。
[0003]DE 10 2014 112 470 A1中描述了一种用于机动车的、带有发光外观面的装备件。该装备件包括一个支座、一层复合膜和一个光源。复合膜铺设在支座上，形成了装备件的可视面。复合膜具有一层光导层、一层散射层和两层涂漆层，使得由该光源产生的光束能够被耦入到该复合膜中，并且借助复合膜大面积地照亮装备件的可视面。
[0004]WO 2017/029281 A1公布了一种光学元件和一种使用该元件的照明系统。该光学元件包括具有正面、背面和周向边缘的光导体以及直接安装在光导体正面的光散射三维结构。该光散射三维结构的安装方式是部分遮盖光导体的正面。该光散射三维结构这样安装，使其可以散射与之相互作用的光线，从而使得至少有一部分散射光线在光导体的背面从光导体中射出。
[0005]GB 2580883 A中描述了一种发光设备。该发光设备包括一个利用三维打印技术制造的光导体和一个发光体。光导体具有多个区段，这些区段能够通过对光线进行反射、吸收和/或散射对入射光线施加影响。该装置具有数个容纳发光体的开口。发光体位于一个独立的外壳中，该外壳经过调整可以与光导体的边缘接合。该发光体包括一个或者多个发光二极管。该光导体包括能够反射或者散射的基层。
[0006]US2008/0266863 A1公布了一种至少有一个光源的超薄发光元件。一个光导元件有光导层，该光导层在至少一个表面的至少一个区段上具有大量彼此分开的精密光学表面起伏结构。每个表面起伏结构都具有基本的结构特点，其高度约为10微米或更小，每个侧向尺寸约为10微米或更小。每个表面起伏结构的数量、布置和尺寸，以及表面起伏结构的高度及侧向尺寸这些结构特点会有变化，以便为耦入光导元件中的光线达成所需的耦出调制度。
发明内容：
[0007]本发明的目的是提供一种相较于现有技术得到改进的、用于制造光导体的方法和一种相较于现有技术得到改进的光导体。
[0008]根据本发明，该目的通过一种具有权利要求1的特征的光导体制造方法和一种具有权利要求5的特征的光导体来实现。
[0009]本发明的有利的设计方案是从属权利要求的主题。
[0010]在一种根据本发明制造光导体(特别是用于车辆、车辆部件的光导体)的方法中，光导体的坯件是采用增材制造技术制成的，然后用至少一个切削刀具对坯件进行精整加工。这样的精整加工也被称作切削精整加工、切屑去除精整加工、材料去除精整加工或者机械精整加工。
[0011]根据本发明，坯件只在不作为光线耦出部位的至少一个区域中进行精整加工。特别地，该区域包括坯件的整个表面，尤其是至少包括整个周向表面，即坯件的侧面，但至少一个或者各个光线耦出部位的表面除外。也就是说，在未预设光线耦出部位的部位处对坯件进行精整加工，而在预设了一个光线耦出部位或者各个光线耦出部位的部位处则不会对坯件进行精整加工。
[0012]本发明所说的光导体，特别是用于车辆的、更特别地讲是用于车辆部件的光导体，就是采用这种方法制造的。根据本发明，该光导体具有至少一个进行了精整加工的区域，并且具有至少一个预设的光线耦出部位，该光线耦出部位具有仅采用增材制造技术形成的表面。特别地，进行了精整加工的区域包括光导体的整个表面，尤其至少包括整个周向表面，即光导体的侧面，但至少一个或者各个光线耦出部位的表面除外。
[0013]根据本发明的解决方案因此尤其可以通过对精整加工加以限制，从而在这种增材制造的光导体的表面上形成局部的粗糙度差异。正如下文还将描述的，这种限制主要通过坯件的采用增材制造技术形成的一个或多个预设的几何构型实现。
[0014]根据本发明的解决方案所制造出的在光导体内传导耦入光导体的光线的光导体的工作原理基于的是全反射原理。要实现该全反射原理，光导体的表面必须足够光滑，但这样的表面通过增材制造无法实现。因此，接下来会按照所述的方式对通过增材制造制作的坯件进行精整加工，从而使坯件表面变得光滑，继而实现全反射。
[0015]增材制造后，光导体的坯件会有粗糙的表面，以致于耦入光导体的光线会发生漫散射，继而无法停留在光导体内。相反，在经过精整加工的、足够光滑的表面上，则不会发生漫散射，或者漫散射会显著减少，而是光线会发生镜面反射，因为借助足够光滑的表面能够满足全反射的条件，即全反射临界角的要求。因此，按照所述方式进行精整加工的光导体区域具有光滑的表面，并且不会有光线耦出，而未经精整加工的光导体的至少一个或各个光线耦出部位则仍保留由于增材制造形成的粗糙表面，在该粗糙表面上，耦入光导体的光线会通过漫散射从光导体耦出。
[0016]这样一来，通过根据本发明的解决方案，尤其可以方便地通过增材制造技术制造光导体。通过这种无需模具的制造方式，就可以避免传统的光导体注塑成型制造以及在此过程中所使用的昂贵的注塑模具所带来的高昂成本。因此，根据本发明的解决方案大大提高了性价比，使得即使是小批量的量化生产或者单件生产也能以经济可行的方式进行。
[0017]此外，由于生产成本与件数无关，根据本发明的解决方案在个性化方面也有很大的潜力。
[0018]通过根据本发明的解决方案，还能以非常简单的方式制造出复杂的光导体几何廓形，例如仿生结构、底切(Hinterschni t te)及其他复杂的几何廓形，这些几何廓形借助注塑成型无法实现或者只能以高昂的成本实现。
[0019]通过根据本发明的解决方案，尤其是在此过程中使用的增材制造技术，还可以通过多材料结构提高功能集成度，比如可以将光导体集成到一个部件中，例如一个装饰件中，特别是可以通过增材制造技术在该部件上或者与该部件一并生产光导体的坯件。这样一来，就可以减少带有光导体的部件所需的安装空间。由此也为设计提供了更大的自由度，例如可以实现进一步的照明创新，特别是车内照明方面。
[0020]得益于增材制造技术的多材料能力，同样也可以在结构方面实现带有彩色组件的光导体，以便实现诸如预设的颜色变化。
[0021]在所述解决方案中，为了耦出光线，至少一个或者各个光线耦出部位不需要具有制造工艺复杂且形状公差小的几何结构，尤其是棱镜/棱槽形式的几何结构，从而可以省去相应的开销以及由此产生的成本。
[0022]对于精整加工，在根据本发明的解决方案中，可以采用对边缘进行倒圆角的精整加工方法。根据本发明的解决方案，这种边缘
具体实施方式：
[0062]在所有附图中相互对应的部分都用相同的附图标记标示。
[0063]根据图1至图20，下文描述一种制造光导体1的方法，特别是图5至图20中运用该方法制造的光导体1的实施例。光导体1尤其是一种透明的或者至少是半透明的光导部件。
[0064]如图5所示，光导体1采用全反射的工作原理，因此能够将耦入到光导体1中的光线L沿着预定的几何廓形引导。例如，几何廓形可以通过此处未示出的、且光导体1安装在其上的部件预设。但正如图5所示，除了光导功能以外，大部分情况下同样也会在部件的特定部位上有针对性地将光线耦出至周围结构中。因此，光导体1最好具有至少一个光线耦出部位2，光线L会在该光线耦出部位又被耦出，在图5的例子中被漫射地耦出。
[0065]例如，为了为车辆实现特定的车内照明方案，目前通常采用注塑加工的光导体。然后为实现光耦出而设计有棱镜，这些棱镜使得全反射的临界角被针对性地中断，于是光线L被耦出。
[0066]在下文所述的解决方案中，描述了另外一种光线耦出方案以及另外一种相关的光导体1制作方法。该解决方案能够替代目前使用的解决方案，或者与之形成互补，且尤其适用于通过棱镜难以实现光线耦出的情形。
[0067]此处描述的另一种通过增材制造来制造光导体1的情况尤其如此，因为这种增材制造技术要求对光导体1的表面进行精整加工，以实现全反射。通过这样的后续的精整加工，部件边缘会进行倒圆角，从而存在就棱镜而言可实现的几何廓形的限制。
[0068]因此，下文所述的光耦出方法特别适用于增材制造的光导体1。通过该方法可以局部地设定应将光L耦出的部位，也就是说可以设定相应的光耦出部位2，并且该光耦出部位能够通过下文所述的光导体1的制造方法形成。
[0069]因此，通过下文所述的解决方法，可以在透明的或者至少是半透明的(特别是通过增材制造形成的)光导体1中在分别预设的光耦出部位2上有针对性地耦出光L，且无需在此使用对后续精整加工要求较高的几何廓形，特别是棱镜。
[0070]特别地，通过所述的解决方案，可以以简单且高性价比的方式运用增材制造技术制造这样的光导体1。否则，就必须付出更大的生产技术成本才能实现这一点。
[0071]另外，通过所述的解决方案还解决了增材制造的光导体1的另一个问题。由于一定程度上较大的体积散射，这样的光导体1会通过其侧面辐射光线L。与传统的注塑加工的光导体相比，这种情况会更强烈、也更不均匀。特别是辐射在纵向上呈指数级变化。而此处所述的解决方案同样也能够解决该问题，并且实现均匀的辐射。
[0072]如前文所述，此处所述的光导体1原则上采用全反射的工作原理。而为了实现这一原理，就必须存在足够光滑的表面。如图5所示，如果所使用的制造方法无法形成这样的表面，那么可以采用精整加工方法将表面处理平滑，从而实现全反射。在实现增材制造的光导体1时，通常需要进行这样的精整加工。这将在下文所述的解决方案中予以采用。
[0073]因此，制造光导体1的方法设计为，通过增材制造技术，例如通过感光聚合物喷射技术、立体光刻技术或者光投影方法，尤其是DLP(Digi tal Light Process ing，数字光处理技术)生产出图1至图4中示出的光导体1的坯件3，然后如图3和图4中通过示例且以非常简化的示意性方式所示，用至少一个切削刀具W对坯件3进行精整加工。
[0074]在实际增材制造步骤后，坯件3的表面非常粗糙，以至于光线L在此发生漫散射，从而无法留在光导体1内。而在加工过的足够光滑的表面上，则不会发生漫散射，或者漫散射会显著减少，而是光线L会发生镜面反射，因为通过足够光滑的表面能够满足全反射的条件，即全反射的临界角要求。
[0075]这样一来，光导体1的经过精整加工的部位相应地具有光滑的表面，即通过精整加工变得光滑的表面gO，且在该表面处不会耦出光线L，而光导体1的未经精整加工的部位则保留粗糙的表面rO，即通过坯件3的增材制造形成的粗糙表面rO，光线L在该表面处能够通过漫散射从光导体1中耦出。
[0076]因此，光导体1的制造方法设计为，仅在未预设为光线耦出部位2的至少一个区域中对坯件3进行精整加工。特别地，该区域包括坯件3的整个表面，尤其至少包括整个周向表面，即坯件3的侧面，但至少一个或者各个光线耦出部位2的表面除外。也就是说，在未预设光线耦出部位2的所有部位对坯件3进行精整加工，而在预设了光线耦出部位2或者各个光线耦出部位2的部位则不对坯件3进行精整加工。
[0077]为了通过特别简单且可靠的方式实现这一点，如图1至20所示，通过对坯件3进行增材制造，在坯件3的设计为光导体1的至少一个光线耦出部位2的至少一个预设的区段上，或者在坯件3的设计为光导体1的各个光线耦出部位2的各个预设的区段上，以这样的方式形成凹陷部4，并且为了对坯件3进行精整加工，使用至少一个切削刀具W，该刀具设计为，坯件的在凹槽4中的至少一个表面区段无法用至少一个用于精整加工坯件的切削刀具W触及到。
[0078]例如，通过坯件3的增材制造，在坯件3的设计为光导体1的至少一个光线耦出部位2的至少一个预设的区段上，或者坯件3的设计为光导体1的各个光线耦出部位2的各个预设的区段上，以这样的方式形成凹陷部4，并且使用例如至少一个切削刀具W对坯件3进行精整加工，该刀具设计为，相较于用于精整加工坯件3的至少一个切削刀具的尺寸，该至少一个凹陷部4的开口比之更小；特别地，相较于用于精整加工坯件3的至少一个切削刀具W的长度和/或宽度和/或直径和/或面积，该凹陷部4的开口的长度和/或宽度和/或直径和/或净宽比之更小；并且/或者相较于用于精整加工坯件3的至少一个切削刀具的高度，该至少一个凹陷部4的深度比之更大。
[0079]因此，光导体1的只采用增材制造技术形成的至少一个预设的光线耦出部位2或者各个预设的光线耦出部位2的表面位于通过增材制造形成的凹陷部4中。
[0080]由于通过凹陷部4的设计以及用于精整加工的刀具W的设计，确保了借助所使用的刀具W无法对坯件3的在至少一个或者各个预设为光线耦出部位2的区域中的表面进行精整加工，因此通过所述的解决方案，就可以以特别简单的方式仅在不被预设为光线耦出部位2的区域中对坯件3进行精整加工。因此，对于精整加工无需采取任何额外的预防措施，来确保不会对坯件3的位于预设的至少一个或者各个光线耦出部位2上的表面进行精整加工。通过坯件3的采用凹陷部4形式的一个或者多个预设的几何构型，可以实现对精整加工的限制；由此，借助于这种限制，所述的解决方案尤其可以在增材制造的光导体1的表面形成局部的粗糙度差异。
[0081]如图3和4中高度简化的示意图所示，在本方法的一种可能的实施例中，坯件3可以通过研磨、尤其是滚磨和/或抛光进行精整加工。因此，这里用于精整加工的至少一个切削刀具W被设计为至少一个砂轮和/或抛光轮，或者包括至少一个这样的砂轮和/或抛光轮。
[0082]因此，在光导体1上的至少一个精整加工区域是通过研磨和/或抛光进行精整加工的。
[0083]在这样的精整加工工艺(例如滚磨)中，通过刀具W、尤其是砂轮和/或抛光轮与工件(此处为光导体1的坯件3)之间的相对运动达成平滑的目的。按照上述方式，在这里所述的工艺中，只有坯件3的工件几何廓形的表面的如下区域是平滑的，刀具W、尤其是砂轮和/或抛光轮能够在该区域进行相应的滑移和滑过，也就是说能够沿着该区域滑动。由于在预设的至少一个或者各个光线耦出部位2上无法通过上述方式这样做，因此，在那里不会对光导体1的坯件3的表面进行精整加工。
[0084]因此，该技术解决方案有利地在于，增材制造的光导体1的坯件3具有如下几何廓形，该几何廓形使得当对坯件3进行精整加工时，在光导体1的坯件3的表面上的至少一个预设的部位处，即在至少一个预设的光线耦出部位2处，或者在多个这样的部位处，用于精整加工的至少一个刀具W(例如砂轮和/或抛光轮)无法起作用，以及/或者只能在有限的范围内起作用，并且通过该几何廓形及由其确定的增材制造形成的表面的局部粗糙度差异，能够有针对性地设定沿着光导体1的光耦出。
[0085]例如，至少一个或者各个凹陷部4可以设计为盲孔、凹槽、缺口或者其他凹陷部。如前文所述，该凹陷部是通过坯件3的增材制造形成的。在图1至图20中，示例性地示出了凹陷部4的不同形式。
[0086]在图1至图6中，凹陷部4构造为一种宽度和深度不变，且止于光导体1的一个端面区域中的纵向延伸凹槽。
[0087]在图7和图8中，凹陷部4构造为一种深度不变、宽度均匀增大，且止于光导体1的一个端面区域中的纵向延伸凹槽。由此，光线耦出部位2的表面在该端面的方向上会不断增大。
[0088]在图9和图10中，凹陷部4构造为一种深度不变、宽度增大得越来越快，且止于光导体1的一个端面区域中的纵向延伸凹槽。由此，光线耦出部位2的表面在该端面的方向上会不断增大。
[0089]在图11和图12中，构造了多个凹陷部4，此处为五个凹陷部4，这些凹陷部在横向上相邻排列，每个都构造为宽度和深度不变的、纵向延伸的细长凹槽，且止于光导体1一个端面区域中，其中中间的凹陷部4构造得最长，并且凹陷部4的长度沿横向向外递减，也就是说，最外