国民经济行业分类号：
C4350 | C3874 | C4090 | C3879
当前申请(专利权)人地址：
德国勒沃库森 (NRW,K,Rheinisch-Bergischer Kreis)
发明人：
林飞 | 凌建刚 | 王伊芳 | 王成成 | 西罗·皮埃尔马缇奥
摘要：
本实用新型涉及一种具有三维纹理光影效应的结构体，包括透光基板和在透光基板表面上形成的三维纹理层，三维纹理层为由至少两个亚层构成的层状结构，所述亚层为网格状结构，包括呈空心格形状的单元结构，空心格由格栅及其围绕的中空部分组成，每个空心格格的最大长度为0.01mm‑30mm，三维纹理层的高度为0.1‑50mm。具有该结构体的部件，在背光时，能够实现定制的或特殊的光影效果，其可应用于汽车工业、电子电气与家电行业等诸多领域。
技术问题语段：
当前的解决方案难以满足多样化的需求，成本较高，无法实现个性化部件的生产，且需要制备新的注塑成型模具，因此需要开发出一种具有定制的或特殊的光影效果的部件。
技术功效语段：
本实用新型的技术效果在于通过空心格的设计，实现了柔和的、有光晕的、深浅不一的光影效果，并且通过多层中空网格栅的设计，可以获得单一的或者多个深浅不一、拥有大致轮廓的独立的或相连接的图案。
权利要求：
1.一种具有三维纹理光影效应的结构体，
其特征在于，包括
透光基板；以及
在透光基板表面上形成的三维纹理层，其为由至少两个亚层上下叠置构成的层状结构，所述各亚层为网格状结构，包括呈空心格形状的单元结构，所述空心格由格栅及其围绕的中空部分组成，相邻空心格共用格栅，按单元结构计，每个空心格的最大长度在0.01mm-30mm之间，
三维纹理层的高度，即，从三维纹理层几何构型的最高处至透光基板表面的最大垂直距离，在0.1-50mm之间。
2.根据权利要求1所述的结构体，其特征在于，透光基板呈平坦表面、曲面或折面的形状。
3.根据权利要求2所述的结构体，其特征在于，透光基板呈曲面的形状。
4.根据权利要求1所述的结构体，其特征在于，三维纹理层由三个亚层或更多个亚层构成。
5.根据权利要求1所述的结构体，其特征在于，所述亚层中的一个亚层或多个亚层分别是一体的，或各亚层各自分为两个或更多个部分，在分为两个或更多个部分的情况下，每个部分是独立的。
6.根据权利要求1所述的结构体，其特征在于，所述亚层中的一个亚层或多个亚层为规则的环形。
7.根据权利要求1所述的结构体，其特征在于，每个亚层的层高在0.1-1mm范围内。
8.根据权利要求1所述的结构体，其特征在于，每个亚层中，空心格形状为选自圆形、菱形、正方形、长方形、三角形、梯形、多边形、伞形、扇形、喇叭形、弯月形、唇形、五角星形、心形中的一种或者多种。
9.根据权利要求2所述的结构体，其特征在于，从俯视的角度，三维纹理层是下宽上窄或上下一样大小的立体几何构型，其中俯视是指将结构体水平放置，透光基板在下，三维纹理层在上，从三维纹理层方向垂直看向透光基板方向。
10.根据权利要求3所述的结构体，其特征在于，从俯视的角度看来，三维纹理层是上宽下窄或上下一样大小的立体几何构型，其中俯视是指将结构体水平放置，透光基板在下，三维纹理层在上，从三维纹理层方向垂直看向透光基板方向。
技术领域：
[0001]本实用新型涉及一种结构体，更具体地，涉及一种具有三维纹理光影效应的结构体。具有该结构体的部件，在背光时，能够实现定制的或特殊的光影效果，其可应用于汽车工业、电子电气与家电行业等诸多领域。
背景技术：
[0002]目前，汽车或电子电气产品中，越来越多地使用具有背光效果的精密部件或具有定制光影效果的部件。当前的解决方案大多难以满足多样化的需求，且成本较高，不可能以合理的成本实现个性化部件的生产。此外，当前的解决方案需要制备新的注塑成型模具，因此成本仍旧是一大问题。
[0003]专利US10363710公开了一种通过增材制造工艺制备均匀光学元件的方法。该方法通过使用漫射器将来自光源的光图案照射到可光聚合液态树脂上，由此均匀地聚合每一层，从而得到光学元件。
[0004]专利US20200173616A1公开了一种LED照明元件的制备方法，所述 LED照明元件是由聚碳酸酯树脂组合物制成的半透明制品，该制品还包括着色剂、炭黑、光学添加剂和任选的白色颜料。通过与一个或多个 RGB-LED组合，该制品在日间存在深光泽效果，而在夜间可以实现不同的色彩效果，因此可作为日/夜设计的照明元件使用。
[0005]上述方法均无法在合理成本内，实现在背光或照明时产生复杂的定制化光影效果。因此，针对这一市场需求，急需开发出一种具有定制的或特殊的光影效果的部件。
发明内容：
[0006]本实用新型的目的在于提供一种具有三维纹理光影效应的结构体，以解决上述背景技术中的问题。
[0007]本实用新型提供一种具有三维纹理光影效应的结构体，包括
[0008]透光基板；以及
[0009]在透光基板表面上形成的三维纹理层，其为由至少两个亚层上下叠置构成的层状结构，所述各亚层为网格状结构，包括呈空心格形状的单元结构，所述空心格由格栅及其围绕的中空部分组成，相邻空心格共用格栅，按单元结构计，每个空心格的最大长度在0.01mm-30mm之间，
[0010]三维纹理层的高度，即，从三维纹理层几何构型的最高处至透光基板表面的最大垂直距离，在0.1-50mm之间。
[0011]采用本实用新型的具有三维纹理光影效应的结构体作为照明元件的组成部分时，光线透过中空网格栅的中空部分，也即空心格的空心部分，在光的衍射、折射、漫射等作用下，透射出柔和又有光晕的光区域。特别是空心格形状不同，会造成不同的光线感受，比如柔和度、光线深浅、光晕大小、光线均匀度等。此外，该结构体具有适用于自动化设计、生产的优点。
具体实施方式：
[0016]本实用新型提供一种具有三维纹理光影效应的结构体，其包括
[0017]透光基板；以及
[0018]在透光基板表面上形成的三维纹理层，其为由至少两个亚层上下叠置构成的层状结构，所述各亚层为网格状结构，包括呈空心格形状的单元结构，所述空心格由格栅及其围绕的中空部分组成，相邻空心格共用格栅，按单元结构计，每个空心格的最大长度在0.01mm-30mm之间，
[0019]三维纹理层的高度，即，从三维纹理层几何构型的最高处至透光基板表面的最大垂直距离，在0.1-50mm之间。
[0020]在本实用新型中，“亚层上下叠置构成的层状结构”，是为了方便起见，参照“三维纹理层--透光基板”为“上-下”位置关系作的说明。可以理解的是，本实用新型具有三维纹理光影效应的结构体在实际使用中，其整体位置的取向可以作变换，例如“三维纹理层--透光基板”可以为水平方向，此时，各亚层的关系即为沿水平方向叠置。但是，应当理解，“亚层上下叠置构成的层状结构”包括了以各种不同整体位置的取向使用的本实用新型具有三维纹理光影效应的结构体。“叠置”可为任何方式，可以存在或不存在粘结关系。
[0021]下面详细介绍本实用新型结构体具体构造、制备、用途及其优点。
[0022]透光基板
[0023]透光基板可采用任何现有技术已有的透光板，或者由现有技术中任何材料制成，只要其透光率不小于0.5％即可。例如可以使用半透明塑料(例半透明聚碳酸酯材料)、玻璃板，其厚度不限。
[0024]因此，本实用新型中，透光基板指透光率不小于0.5％的基板。
[0025]透光基板可为任何形状，例如，其可为平坦的或为曲面的，也可为折面的。当透光基板为曲面时，曲面上的点到光源的距离差异可以更小，能实现更均匀的光影效果。优选地，透光基板为标准球面，光源位于球心，球面上每个点到光源的距离一致。
[0026]本实用新型涉及的透光基板优选由热塑性材料制成。透光基板可由半透明或透明塑料树脂或其混合物制成，所述塑料树脂包含但不限于聚碳酸酯(PC)材料，且任选地包括颜色颜料。
[0027]三维纹理层
[0028]1.结构
[0029]三维纹理层在透光基板上形成。
[0030]三维纹理层为由一个、两个、三个或更多个亚层上下叠置构成的层状结构。每个亚层例如均可通过3D(三维)打印形成，也可由其他可能的方式形成(例如传统的印刷方式、涂布方式等)。优选地，三维纹理层包括两个或更多个亚层。更优选地，三维纹理层包括三个或更多个亚层。
[0031]所述亚层也可以称为中空网格栅，是由三维纹理层材料构成的网状结构，其由单元结构空心格形成，作为单元结构的空心格连续排布，形成亚层整体。
[0032]空心格由格栅及其围绕的中空部分组成，其可以是封闭或开放的，即格栅围绕中空部分的所有周边(封闭)；或者格栅围绕中空部分的部分周边，中空部分的其他周边无格栅包围。按单元结构计，每个空心格的最大长度在0.01mm-30mm之间。本文中，空心格的最大长度即最大维度，其定义为空心格周边中两点之间的最大距离，例如，如果空心格为圆形，则其最大长度为其直径；如果为正方形，则其最大长度为对角线；如果为菱形，则最大长度为最长的那根对角线。如果空心格是开放的，则其最大长度为按空心格已有格栅的延长线确定的封闭空心格确定；如果按空心格已有格栅的延长线无法确定封闭的空心格，则按其所有相邻封闭空心格的最大长度计。
[0033]空心格形状可举例为圆形、菱形、正方形、长方形、三角形、梯形、多边形、伞形、扇形、喇叭形、弯月形、唇形、五角星形、心形等等。然而，空心格的形状不限于此。空心格可为任何形状。
[0034]中空网格栅中的三维纹理层材料(例如3D打印出的丝材)形成格栅。相邻空心格共用格栅。一般情况下，相邻两层，上层格栅一部分与下层格栅相接，其他部分可以悬空于下层空心格的中空部分之上。上层格栅也可以与下层格栅完全重合相接。格栅可以是任何形状的线，例如直线、曲线或折线。
[0035]三维纹理层与透光基板之间、亚层与亚层之间固定在一起，例如通过粘结结合在一起。
[0036]三维纹理层的高度，即，从三维纹理层几何构型的最高处垂直于透光基板的最大距离，在0.1-50mm之间，优选为2-35mm之间。本实用新型的三维纹理层的高度在整个三维纹理层范围内可以是固定的，也可以是变化的，因此会与光源发生复杂多样的相互作用。
[0037]格栅的高度(例如，在3D打印的情况下，为丝材的厚度)、空心格的形状和数量、亚层数量、每一个亚层中空网格栅的形状、三维纹理层的形状和厚度等，均可视需要在软件上进行设计，只要采用现有技术能够实现即可。例如，可以变化格栅的高度、空心格中空心部分的大小和形状、每一亚层的大小和形状以及高度、整个三维纹理层的高度、立体几何形状等。本实用新型的三维纹理层可以通过软件设计随意修改，因此增加了复杂纹理设计的可能性，保证了该技术的灵活性和完全自由性，以满足客户对不同视觉效果的需要。
[0038]本实用新型涉及的增材制造软件技术(3D打印)可采用熔融挤出技术，包括丝材熔融挤出(FFF)方法和小珠粒的固体自由成形制造方法，其中包括以下步骤：利用计算机3D设计软件进行三维纹理层数字建模，根据数字模型规划设置打印路径和打印参数，将设置好的路径和参数导入 3D打印机；进行打印。这些方法均为已知或者普通技术人员根据自己的知识做出相应的选择和安排。
[0039]下面结合附图具体说明本实用新型的一种结构体，但本实用新型不限于此。
[0040]图1-1为本实用新型一种结构体的俯视图。本文中的俯视，均是指将结构体水平放置，透光基板在下，三维纹理层在上，从三维纹理层方向垂直看向透光基板方向。该图所示的结构体中，三维纹理层由三个亚层构成 (参见下面的实施例1)。这三个亚层的面积逐层递减。第一个亚层(参见图1-2)，也就是离透光基板最近的一个亚层，范围是最大的。第二个亚层(参见图1-3)范围小于第一个亚层，第三个亚层(参见图1-4)范围小于第二个亚层。三个亚层的网状结构具有不同大小的六边形的空心格。
[0041]图2为图1-1结构体的侧视图。图中，标号1代表透光基板，标号2代表三维纹理层。图2中，三维纹理层在透光基板之上。三维纹理层中，第二个亚层在第一个亚层之上，第三个亚层在第二个亚层之上。三个亚层呈阶梯状。
[0042]图3-1为本实用新型另一种结构体的俯视图。该图所示的结构体中，三维纹理层由三个亚层(参见图3-2、3-3、3-4)构成。这三个亚层的面积相同。三个亚层的网状结构具有不同大小的正三角形的空心格(参见下面的实施例2)。
[0043]图4为图3-1结构体的侧视图。图中，标号1代表透光基板，标号2代表三维纹理层。图4中，三维纹理层在透光基板之上。三维纹理层中，三个亚层整体的大小一致。
[0044]2.光影效果
[0045]光线透过中空网格栅的中空部分，也即空心格的空心部分，在光的衍射、折射、漫射等光的作用下，经透光基板透射出柔和又有光晕的光区域。
[0046]空心格形状不同，会造成不同的光线感受，比如柔和度、光线深浅、光晕大小、光线均匀度等。
[0047]当三维纹理层只有一个亚层时，背光时，在光源照射下，能呈现出有光晕的柔和的且亮度大致均匀的光区域。
[0048]如果三维纹理层由两个大小不一的亚层构成，则背光下，在光源照射 (可从三维纹理向透光基板方向照射，也可反过来，从透光基板向三维纹理层方向照射)下，从结构体透出来的光会出现层次感，两层重叠部分更为昏暗更为柔和，光晕更大一些，其他区域较为明亮。这样，昏暗部分和明亮部分相互配合能够勾勒出不同的线条从而形成各种图案。如果本实用新型的结构体包括三个亚层，则能够实现至少三个光层次。层数越多，本实用新型能够实现的光的层次越多，光影效果就越复杂，也就可以实现越多的光影变化。这样，通过设计每一个亚层的形状和亚层的数量，能够在背光时在光源照射下产生具有图案的光影效果。本实用新型的结构体和各个角度、各种颜色的光源结合，可以实现各种各样的图案以及缤纷多彩的三维纹理光影效应。
[0049]对于每一个亚层的设计，可以有多种方式。例如，中空网格栅层可以是由空心格构成的一个整体，也可以分为两个或更多个部分，每个部分的空心格的大小和高度相同或不同，每个部分可以与其他部分完全不相连，在这种情况下各部分都是独立的；也可以与其他部分仅部分地相连，在这种情况下相连的两个部分空心格的大小和高度可以不同。在同一个亚层或同一个部分中的空心格的形状和高度可以进行变化。也可以将一个或更多个亚层设计成规则的或不规则的环形，实现环形的光影效果。亚层的高度也可以变化，比如同一亚层的高度可以是不均匀的，有的地方高一些，有的地方矮一些。在一些情况下，亚层的高度可设计在0.1-1mm范围内，在该范围内的层高可以实现理想的柔和的带光晕的光区域。
[0050]一般而言，在透光基板为平面的情况下，俯视来看，离透光基板越近的亚层，范围或面积越大，离透光基板越远的亚层，越小。在透光基板为曲面的情况下，也可以相反，即，离透光基板近的亚层，俯视来看，范围或面积较小，离透光基板远的亚层反而更大一些。特别地，俯视来看，一些层在另一些亚层范围之内。相应地，整体看来，俯视的角度，三维纹理层可以是下宽上窄或上下一样大小的立体几何构型，也可以是上宽下窄的立体几何形状，视需要而定。另外，俯视角度看，上层空心格可以在下层空心格之内，也可以在其范围之外，还可以与下层空心格相交。
[0051]3.材料
[0052]本实用新型涉及的三维纹理层可由热塑性高分子材料制成，换言之，三维纹理层材料可为热塑性高分子材料，例如，热塑性聚氨酯(TPU)丝材材料(例如，Covestro AD.GPU90A)。热塑性高分子材料包括但不限于聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚乳酸(PLA)或其共混物或其共聚物。优选地，三维纹理层由热塑性聚氨酯(TPU)材料制成。在制备本实用新型的结构体时，将作为三维纹理层材料的热塑性高分子材料通过增材制造软件技术打印在透光基板上，形成一定形状的立体几何部件。用于3D打印的材料，即三维纹理层材料，可以与透光基板材料相同，也可以是其他与透光基板材料相兼容的材料，两者之间必须具有良好的黏合性能，这保证了制品的连续稳定性，并允许在许多工业中使用。另外，三维纹理层材料可以是透明、半透明或不透明的。
[0053]具有三维纹理光影效应的结构体的制备
[0054]为制造具有三维纹理光影效应的结构体，获得具有特殊或定制的光影效果的部件，在透光基板上，施加已知的透明、半透明或者不透明的塑料树脂(例如，但不限于，聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰胺(PA)、热塑性聚氨酯(TPU)或它们的混合物)，成为为具有一定形状的立体几何部件。加工方式可以是注塑成型、挤出、层压等，优选注塑成型。塑料树脂可以是透明的、着色的或半透明的银白色或黑色。从该结构体背面(即三维纹理层一侧)照明，可以透射光，且当从背面用光源照射该结构体时，因为三维纹理层厚度的不同而会产生特殊的光影效果。
[0055]为了获得光影效应，例如阴影、选择性光扩散，可以在部件表面应用不同的技术，如表面雕刻加工、涂布、印刷、贴膜、通过双色模具加工等。但是，假定所有这些方法的效果都相同，以最大程度降低成本，会致使这些方法失去灵活性。为了提高灵活性和功能性，可以使用增材制造软件技术，在每一层打印不同结构体，从而形成由软件设计生成的三维立体几何部件。增材制造软件技术是一种通过接收三维层面数据文件将其转换为指定三维打印工艺的加工路径并生成控制指令由此控制三维打印装备加工的软件技术。本文中，增材制造软件技术和3D打印同义使用。
[0056]特别地，本实用新型提供的结构体可采用增材制造软件技术通过以下步骤制备：
[0057]1.将丝线形式或其他形式的三维纹理层材料沉积在透光基板的表面使其与透光基板部分地或完全地连接，从而形成第一个亚层；
[0058]2.将丝线形式或其他形式的三维纹理层材料打印在第一个亚层上面，打印后，材料温度下降从而凝固，同时与第一个亚层结合(粘接)，这样形成第二个亚层；
[0059]依次类推，可在第二个亚层上打印三维纹理材料层形成第三个亚层。第四个亚层或其他亚层也以类似的方法制备。
[0060]用途
[0061]本实用新型的结构体可用于汽车工业、电子电气、家装家饰、家电等需要特殊光影效应的领域，例如台灯、壁灯、鞋、家居装饰物等。
[0062]优点
[0063]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
[0064]1.本实用新型的结构体，通过空心格的设计，可以实现柔和的、有光晕的、深浅不一的光影效果。
[0065]2.本实用新型的结构体，通过多层中空网格栅的设计，可获得单一的或者多个深浅不一、拥有大致轮廓的独立的或相连接的图案。
[0066]3.与各种角度、各种颜色的光源结合，可以实现各种各样、五彩缤纷的三维立体光影效应。
[0067]4.该结构体的结构特征使得其具有适用于自动化设计、生产(例如3D打印)的优点。
[0068]总体而言，本实用新型提供一种具有三维纹理光影效应的结构体，该结构体可实现特殊的光影效果。本实用新型以非限制性方式包括以下实施方案，其中实施方案2-10为优选实施方案。这些实施方案可以互相组合，这些组合也涵盖在本实用新型范围内，并且本实用新型不限于这些实施方案。
[0069]1.一种具有三维纹理光影效应的结构体，
[0070]其中，包括
[0071]透光基板；以及
[0072]在透光基板表面上形成的三维纹理层，其为由至少两个亚层上下叠置构成的层状结构，所述各亚层为网格状结构，包括呈空心格形状的单元结构，所述空心格由格栅及其围绕的中空部分组成，相邻空心格共用格栅，按单元结构计，每个空心格的最大长度在0.01mm-30mm之间，
[0073]三维纹理层的高度，即，从三维纹理层几何构型的最高处至透光基板表面的最大垂直距离，在0.1-50mm之间。
[0074]2.根据实施方案1所述的结构体，其中，透光基板呈平坦表面、曲面或折面的形状。
[0075]3.根据实施方案1-2中任一项所述的结构体，其中，透光基板呈曲面的形状。
[0076]4.根据实施方案1-3中任一项所述的结构体，其中，三维纹理层由三个亚层或更多个亚层构成。
[0077]5.根据实施方案1-4中任一项所述的结构体，其中，所述亚层中的一个亚层或多个亚层分别是一体的，或各亚层各自分为两个或更多个部分，在分为两个或更多个部分的情况下，每个部分是独立的。
[0078]6.根据实施方案1-5中任一项所述的结构体，其中，所述亚层中的一个亚层或多个亚层为规则的环形。
[0079]7.根据实施方案1-6中任一项所述的结构体，其中，每个亚层的层高在0.1-1mm范围内。
[0080]8.根据实施方案1-7中任一项所述的结构体，其中，每个亚层中，空心格形状为选自圆形、菱形、正方形、长方形、三角形、梯形、多边形、