CN108474527B - 可定制的3d打印照明设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了被配置为提供照明设备的光束(1001)的照明设备(1000)，该照明设备(1000)包括：(a)具有第一窗口侧(101)和第二窗口侧(102)的透光窗口(100)；(b)包括反射器空腔(210)的反射器(200)，该反射器空腔(210)包括第一反射器空腔侧(201)、反射器空腔出射侧(202)，将所述第一反射器空腔侧(201)和所述反射器空腔出射侧(202)桥接的反射器空腔壁(205)，其中该反射器空腔壁(205)包括光反射材料，其中该反射器空腔壁(205)包括3D打印的腔壁(1205)；其中该第一窗口侧(101)的至少一部分被配置为在该反射器空腔出射侧(202)处的反射器空腔出射窗口(220)；(c)光源(10)，其被配置在该第一反射器空腔侧(201)处并且被配置为在所述反射器空腔(210)内提供光源光(11)；和(d)光束修整元件(300)，其被配置在该反射器空腔(210)内的第一窗口侧(201)处，其中该光束修整元件(300)包括3D打印的光束修整元件(1300)。

Description

可定制的3D打印照明设备
技术领域
本发明涉及一种用于制造照明设备的方法。
背景技术
熔融沉积成型(FDM)是本领域已知的。例如，EP0833237描述了一种装置，其整合有以预定模式沿“X”、“Y”和“Z”轴相对于彼此移动的可移动分配头和基座部件，以通过对以受控速率从分配头排出到该基座部件的材料进行构建来创建三维物体，所述可移动分配头被提供有在预定温度发生固化的材料的供应。该装置优选地在采用计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助(CAM)软件的过程中由计算机所驱动，以生成用于该分配头和基座部件在材料分配时的受控移动的驱动信号。三维物体可以通过沉积固化材料的重复层直至形状形成而产生。可以采用诸如自硬蜡、热塑性树脂、熔融金属、两部分环氧树脂、泡沫塑料和玻璃之类的材料，它们在固化时以充分的粘合而贴附到先前层。每个层基座由先前层所限定，并且每个层的厚度由分配头的尖端定位在前一层上方的高度所限定和紧密控制。
发明内容
筒灯(downlight)(或下照灯(downlighter))在诸如门厅或走廊之类的“局限空间”中使用，其中墙壁和/或地板的照亮是同等重要的并且通常应当被仔细地加以平衡。尤其地，当前照明系统的缺陷在于，目前所安装的下照型灯具(下照灯)具有(基本上)对称的光分布(但是许多空间并不是对称的)。另外，下照灯所具有的光分布针对空间的具体特性的可定制性非常有限，或者甚至是不可定制的。此外，建筑物的结构以及因此空间的尺寸和形状常常是完全特有的，但是所安装的照明却是“标准的”。
因此，本发明的一个方面是提供一种可替代的照明构思，其优选地进一步至少部分缓解了以上所描述的一种或多种缺点，并且尤其可以允许对以下的照明设备进行相对自由的设计，该照明设备针对要利用该照明设备进行(部分)照亮的空间进行适配。
本文提出了使用3D打印来制造形成光束的元件。
本发明提供了一种照明设备，其尤其被配置为提供一束照明设备光(在本文也被称作“波束”或“光束”)，该照明设备包括：(a)具有第一窗口侧和第二窗口侧的透光窗口(窗口)；(b)包括反射器空腔(空腔)的反射器，该反射器空腔包括第一反射器空腔侧、反射器空腔出射侧，将所述第一反射器空腔侧和所述反射器空腔出射侧桥接的反射器空腔壁，其中该反射器空腔壁包括光反射材料，其中该反射器空腔壁包括3D打印的腔壁；其中该第一窗口侧的至少一部分被配置为在该反射器空腔出射侧处的反射器空腔出射窗口；(c)光源，其被配置在该第一反射器空腔侧处并且被配置为在所述反射器空腔内提供光源光；和光束修整元件(“光束修整器”或“修整器”)，其尤其被配置在该反射器空腔内的第一窗口侧处，其中该光束修整元件包括3D打印的光束修整元件。
筒灯的3D打印提供了特有的设计以及定制机会。现在，人们能够设计几乎自由形式的光强分布并且创建出与新的或经装修的建筑物的特有架构相适应的外观和感觉。它还提供了对现有照明系统(例如，基于TL或其它常规光源的系统)进行改装的机会。这意味着可能完全由3D打印的照明系统来再现常规灯具的光强分布。本发明描述了构造定做照明设备——特别是筒灯——的过程。所描述的技术和实施例并不局限于筒灯，而是也可以应用于例如办公室照明和高顶棚照明。高顶棚灯被设计为用于非常高(大约8m以及更高)的区域中以为开放区域提供良好分布且均一的光照。在高顶棚情况下所使用的特定考虑是其是否能够照射地板，或者工作平面以及其是否能够照射垂直表面。利用本发明，同样可以生成非对称的光束。该照明设备可以完全针对空间中的具体位置进行定做从而照亮该空间或者其具体部分。因此，该照明设备是可定制的。
该照明设备被配置为提供照明设备光束。该光束从反射器空腔出射窗口进行传播。该光束的形状可以至少部分由反射器空腔所确定。该光束的形状可以进一步至少部分由光束修整元件所确定。另外，该光束的形状可以至少部分由第二光束修整元件所确定，所述第二光束修整元件可选地被反射器空腔出射窗口所包括。如以上所指示的，该光束可以具有对称或非对称的强度分布。因此，在实施例中，照明设备的光束具有等于或小于一个的对称平面。该照明设备的光谱分布可以基本上等于光源光，尽管可选地至少部分光源光可以利用发光材料进行转换(也参见下文)和/或光源光的光谱分布的一部分可以利用光学滤波器(滤色器)进行阻挡(也参见下文)。
如下文将进一步阐述的，为了生产该照明设备，窗口被用作对3D打印反射器空腔和/或光束修整元件的支撑件。被用作支撑件的该窗口是透光窗口。因此，窗口材料被选择为允许透射至少部分可见光。
该窗口(材料)可以包括从由透射型有机材料所组成的群组中选择的一种或多种材料，诸如从由以下各项所组成的群组中选择：PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PC(聚碳酸酯)、聚甲基丙烯酸酯(PMA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(Plexiglas或Perspex)、乙酸丁酸纤维素(CAB)、硅树脂、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)(在一个实施例中包括(PETG)(乙二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PDMS(聚二甲基硅氧烷)和COC(环烯烃共聚物)。特别地，该窗口可以包括芳香族聚酯或者其共聚物，诸如例如PC(聚碳酸酯)、聚(甲基)丙烯酸甲酯(P(M)MA)、聚乙交酯或聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚己二酸乙二醇酯(PEA)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)、聚羟基丁酸酯(PHB)、聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸)(PHBV)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)；特别地，该窗口可以包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。因此，该窗口特别地是聚合物窗口。然而，在(其它)实施例中，窗口材料可以包括无机材料。优选的无机材料从由玻璃、(熔融)石英、透光陶瓷材料和硅树脂(silicone)所组成的群组中选择。而且，可以应用包括无机和有机部分的混合材料。特别优选地是PMMA、PET和透明PC或者玻璃。特别地，该窗口对于光源的光而言基本上是透明的。
该窗口可以是平板的。在又其它的实施例中，该窗口可以是自支撑箔片(foil)。在又另外的实施例中，该窗口包括不同材料的层压结构。例如，在实施例中，可以应用具有例如0.3-0.5mm厚度的刚性光学薄膜。而且，可以使用层压在厚板上的薄光学薄膜。也可以应用两个或更多个这样的实施例的组合。
因此，可见光谱的至少一部分可以从基本上在该窗口的上游的空腔侧透射通过该窗口至该窗口下游的外部。术语“上游”和“下游”涉及到相对于来自发光器件(这里特别是光源)的光的传播的事项或特征，其中相对于来自发光器件的光束内的第一位置，该光束内更靠近于发光器件的第二位置为“上游”，而该光束内更远离发光器件的第三位置为“下游”。
该透光窗口尤其可以具有从0.1-20mm的范围所选择的厚度，诸如处于0.2-10mm的范围内，尤其如处于1-5mm的范围内。可选地，该厚度可以在窗口上有所不同。
该透光窗口或者至少其一部分因此成为了反射器空腔出射窗口。因此，第一窗口侧的至少一部分被配置作为处于反射器空腔出射侧的反射器空腔出射窗口。因此，特别地，该第一窗口侧是平面的。然而，在实施例中，也可以将可3D打印材料打印在非平面的第一窗口侧(和/或第二窗口侧)上。其上没有可3D打印材料被打印的第二窗口侧并不一定是平面的。然而，在实施例中，第二窗口侧(也)可以是平面的。在具体实施例中，两个窗口侧都可以是平面的。
该光束修整元件可以被3D打印在该第二窗口侧或第一窗口侧。术语“光束修整元件”还可以是指多个(不同的)光束修整元件。因此，术语光束修整元件也可以被印刷在第一窗口侧和第二窗口侧。然而，在具体实施例中，光束修整元件被打印在第一窗口侧，该第一窗口侧是与打印空腔的相同侧。因此，光束修整元件特别地被配置在第一窗口侧。特别地，光束修整元件是(FDM)3D打印的光束修整元件。
该照明设备进一步包括反射器。该反射器包括反射器空腔。该反射器空腔特别地由反射器空腔壁所定义，所述反射器空腔壁特别地将布置有光源的第一反射器空腔侧和布置有窗口的反射器空腔出射侧进行桥接。因此，该反射器空腔基本上可以由反射器空腔壁和反射器空腔出射窗口所定义。该透光窗口特别地被配置为在反射器空腔出射侧封闭该反射器空腔。由此，该透光窗口的至少一部分被配置作为反射器空腔出射窗口。
该反射器空腔原则上可以具有基本上任何形状，因为该照明设备可以被配置为提供对称光束或非对称光束。因此，该反射器空腔可以具有从由圆形、椭圆形、三角形、正方形、矩形、五边形、六边形和八边形组成的群组中选择的横截面。然而，该横截面也可以具有另一种对称性或者(基本上)没有对称性。在具体实施例中，该反射器空腔具有等于或小于一个的对称平面。另外，该横截面的形状可以在空腔的长度上有所变化。因此，随着从第一反射器空腔侧到第二反射器空腔侧的距离增加，不仅该横截面的尺寸将会增大，而且可选地该横截面的形状可能发生变化。显然，本发明也可以被用来提供具有高度对称性的反射器空腔。在实施例中，例如，反射器空腔可以被配置为具有如圆锥或喇叭形状的基本上对称锥形的锥形反射器。特备地，反射器空腔的横截面从第一反射器空腔侧向反射器空腔出射侧增大。
该反射器空腔(因此)特别地被配置为对来自光源光的光束进行整形(也参见下文)。因此，该反射器空腔壁包括光反射材料。
因此，在实施例中，被用来构建空腔壁的壁材料被选择为实质上的白色。因此，在实施例中，所使用的聚合物材料(特别是热塑材料)可以包括反光添加剂。该反光添加剂例如可以从由以下所组成的群组中进行选择：锑白(三氧化二锑(Sb203)、硫酸钡(PW5))、纯铅白((PW1)：碱性碳酸铅(PbC03)2·Pb(OH)2)、钛白((PW6)：二氧化钛(TiO2))、锌白((PW4)：氧化锌(ZnO))，等等。可以应用从例如由以下所组成的群组中选择的可以被用作光反射材料的其它白色颜料：MgO、钛酸锶、碳酸钙等。另外，还可以应用自然材料，诸如粉末化的蛋壳。也可以应用两种或更多种反光添加剂的组合。特别地，TiO2可以是相关的。
在又其它的实施例中，该反射器空腔壁可以包括透光聚合物材料(没有颜料添加剂)。因此，该反射器空腔壁对于可见光的一部分而言可以是透射性的。在实施例中，该透光聚合物材料可以基本上是透明的。在又其它的实施例中，该透光聚合物材料可以是半透明的。然而，由于光源光在反射器壁的反射，该反射器空腔可以具有其光束整形功能。
在又另外的实施例中，可以应用包括反光添加剂的透光聚合物材料。这样的实施例可以提供最佳的光学特性，因为这样的反射器壁可以是基本上为白色的。
在又其它的实施例中，该反射器壁可以包括半晶体聚合物(这里指半结晶的聚合物)。例如，反射器壁可以包括从由聚酯、聚亚苯基和聚苯乙烯组成的群组中选择的半晶体类型的一种或多种聚合物。特别地，可以应用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。这样的半晶体聚合物在晶体化时可以从基本上透明变为半透明(并且具有反射特性)。
该照明设备进一步包括光源。在具体实施例中，该光源包括固态(LED)光源(诸如LED或激光二极管)。术语“光源”也可以涉及到多个光源，诸如2-20个(固态)LED光源。因此，术语LED也可以是指多个LED。来自光源的光特别地沿从第一反射器空腔侧向反射器空腔出射侧的方向传播。
特别地，光源被配置为提供可见光。术语“可见”、“可见光”或“可见发射”是指具有大约380-780nm范围内的波长的光。光源可以被配置为提供白色光或有色光。该照明设备可以包括多个光源，以及被配置为控制该多个光源所生成的光源光的色温和颜色中的一种或多种的控制系统。
该光源和反射器特别地被配置为提供光源的光束。该光束可以进一步由光束修整元件进行修整，(因此)所述光束修整元件特别地被配置在反射器空腔内的第一窗口侧。反射器空腔出射窗口下游的光在本文特别地被指示为“照明设备光”或“照明设备光束”。
光束修整元件对从反射器空腔逸出的光进行修整。光束的修整可以涉及一种或多种光分布以及(从在反射器空腔出射侧的反射器空腔逸出的光的)的光谱分布。
在前者的实施例中，光束的形状被(进一步)调谐，即，该反射器可以具有光束整形效果并且该光束修整元件进一步对光束进行整形。因此，在实施例中，该光束修整元件包括光束整形元件。例如，该光束修整元件可以被用来减少眩光。因此，在实施例中，该光束修整元件包括眩光消减元件。因此，该光束修整元件例如可以减少从照明设备以特定方向逸出的光的数量。
在后者的实施例中，可替换地或附加地，该光束修整元件还对于从照明设备所逸出的光的谱分布有所影响。例如，光束修整元件可以包括一个或多个光学滤波器以及发光材料。前者可以被用来阻挡部分可见光谱；后者则可以被用来将光源光的一部分转换为另一波长的(可见)光。因此，在实施例中，该光束修整元件包括被配置为将光源光的至少一部分转换为发光材料光的发光材料。
该光束修整元件可以包括一种或多种结构，如3D打印的层、3D打印的点、3D打印的线条，3D打印的区域，等等。
该反射器空腔出射侧可以具有反射器空腔出射面积。特别地，该反射器空腔出射窗口可以被光束修整元件所覆盖的面积小于(整个)反射器空腔出射面积。特别地，反射器空腔出射窗口的1-80％的范围可以被光束修整元件所占据，诸如1-50％，特别是2-40％，诸如5-20％。如以上所指示的，术语“光束修整元件”也可以是指多个光束修整元件。所指示的面积百分比是指被(多个)光束修整元件所占据的总面积。因此，光源和反射器空腔所生成的光束的至少一部分可以透射通过反射器空腔出射窗口被传送而基本上不被光束修整器所修整。
除了(3D打印的)光束修整器之外，可选地可以有第二光束修整器或第二光束修整元件，其可以被窗口的第一窗口侧和/或第二窗口侧所包括。可选地，该第二窗口侧可以包括一个或多个第二光束整形元件。例如，该第二窗口侧可以包括一个或多个棱柱状结构、菲涅耳(Fresnel)透镜等。因此，在实施例中，第一窗口侧和第二窗口侧中的一个或多个包括第二光束整形元件。特别地，仅第二窗口侧可以包括这样可选的第二光束整形元件，或者没有窗口侧包括这样的第二光束整形元件。这些第二光束整形元件是非3D打印的。例如，可以将包括第二光束整形元件的箔片应用于第二窗口侧。
尤其地，该第二光束修整器可以包括微光学元件，诸如具有多达50μm范围内的高度和/或其它尺寸的元件，所述尺寸诸如在1-40μm的范围内，诸如在5-20μm的范围内。因此，这些尺寸可以适用于高度、宽度、长度和间距中的一个或多个，特别地至少是长度和宽度中的一个或多个以及高度。如果如棱柱状结构或菲涅耳透镜这样的微光学结构能够在第一窗口侧使用的话，3D打印机能够在这些结构上打印出这样的小型元件，第一窗口侧对于可能至少为100μm或者至少200μm厚——诸如在0.1-1mm的范围内——的细丝而言基本上是平坦的。
当然，该照明设备可以包括另外的光学器件，其被配置在窗口的下游。
如以上所指示的，该透射窗口被配置为反射器空腔出射窗口。然而，该透射窗口也是该照明设备——或者更特别地该光束修整元件和反射器空腔——在其上被3D打印的支撑件。
在接下来的10-20年，数字化制造将日益改变全球制造业的面貌。数字化制造的一个方面是3D打印。目前，已经研发出许多不同的技术以便使用诸如陶瓷、金属和聚合物之类的各种材料生产出各种3D打印物体。3D打印也能够在生产模具时使用，所述模具随后能够被用于复制物体。
出于制作模具的目的，提出了使用聚合物喷射(polyjet)技术。该技术利用了可光聚合材料的逐层沉积，所述材料在每次沉积之后固化从而形成固态结构。虽然该技术生产出了平滑的表面，但是光学可固化材料并非十分稳定，并且它们还具有相对低的导热性，而不能用于注射成型应用。
最为广泛使用的增材制造技术是被称作熔融沉积成型(FDM)的工艺。熔融沉积成型(FDM)是一种被普遍用于建模、原型设计和生产应用的增材制造技术。FDM通过按层对材料进行放样而以“增添式”原理进行工作；塑料丝或金属线从线圈中被解开并且供应材料来生产部件。(例如对于热塑性材料而言)细丝可能在被放样之前被熔化并挤出。FDM是一种快速的原型设计技术。FDM的另一个术语是“熔丝加工”(FFF)。在本文中使用术语“细丝3D打印”(FDP)，其被认为是等同于FDM或FFF。通常，FDM打印机使用热塑细丝，其被加热至(或高于)其熔点并且随后被逐层(或者实际上细丝接着细丝地)挤出从而形成三维物体。FDM打印机相对快速并且能够被用于打印复杂物体。
因此，在一个方面，本发明提供了一种生产照明设备的方法，该方法包括(a)提供具有第一窗口侧和第二窗口侧的透光窗口；(b)将包括光反射材料的反射器空腔壁3D打印至第一窗口侧，以提供反射器空腔，该反射器空腔包括第一反射器空腔侧、反射器空腔出射侧，所述反射器空腔壁将所述第一反射器空腔侧和所述反射器空腔出射侧进行桥接；并且在该第一窗口侧3D打印光束修整元件，以在反射器空腔内提供所述光束修整元件；和(c)在该第一反射器空腔侧提供光源，第一光源被配置为在所述反射器空腔内提供光源光。
用于该目的的一种非常好的3D打印方法是FDM打印方法。因此，在实施例中，该方法包括熔融沉积成型3D打印反射器空腔壁和/或熔融沉积成型3D打印光束修整元件。因此，特别地，在实施例中，该反射器空腔壁包括熔融沉积成型3D打印的空腔壁和/或该光束修整元件包括熔融沉积成型3D打印的光束修整元件。
该反射器空腔壁和光束修整元件可以被逐个打印，其中通常首先打印光束修整元件。然而，当使用具有多个打印头的3D打印机时，该反射器空腔壁和光束修整元件也可以基本上同时打印，即二者都被逐层构建。注意到，光束修整元件一般仅占据空腔中相对小的体积，诸如等于或小于空腔体积的10％，特别是等于或小于空腔体积的10％，诸如等于或小于空腔体积的2％，例如大约体积的0.001％或更多，如体积的至少0.01％。
反射器空腔壁和光束修整元件基本上可以由聚合物材料所构成。聚合物材料可以被熔化至熔点或高于熔点，并且以这种方式被打印在支撑件上或被构建的3D打印项上。
打印之前的聚合物材料可以被表示为“可打印材料”或“可3D打印材料”，而打印后的聚合物材料则将被表示为经打印材料或“经3D打印材料”。可3D打印材料在其离开喷嘴之前将被3D打印机加热至至少玻璃化转变温度，并且通常至少为熔化温度。本文的术语“聚合物”可以是指均聚物或杂聚物。另外，术语“聚合物”在本文可以是指交替共聚物、周期共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚体等之中的一种或多种。术语“聚合物”可以是指支化聚合物或非支化聚合物。再进一步地，术语“聚合物”可以是指芳族聚合物或脂肪族聚合物等。
在具体实施例中，第一聚合物包括从由聚酯构成的群组中所选择的一种或多种聚合物，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)以及它们的共聚物，聚苯硫醚(PPS)、间规聚苯乙烯(sPS)等。在其它实施例中，第一聚合物包括从由聚酯、聚乙烯、聚亚苯基和聚苯乙烯等所构成的群组中所选择的一种或多种聚合物。在又另外的实施例中，第一聚合物包括从由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)所构成的群组中所选择的一种或多种聚合物。特别适宜的似乎是聚对苯二甲酸乙二醇酯。因此，在更为具体的实施例中，第一聚合物包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。另外，第一聚合物可以包括一个或多个之前所提到的聚合物的共聚物。在实施例中，可以应用PLA(聚乳酸)、ABS、PET和PC中的一种或多种。另外，如以上所指出的，聚合物材料特别地可以进一步包括无机和/或有机(白色)颜料(反射添加剂)。
因此，应用可打印的聚合物材料。
另外，同样如以上所指示的，聚合物材料可以包括光反射材料，特别是针对空腔壁而言。可替换地或附加地，聚合物材料可以包括颜料(本文也被指示为着色剂)和发光材料中的一种或多种，特别是针对光束修整元件而言。
特别地，在可用时，添加剂能够相对于聚合物材料的总重量以最多的10重量％来使用，诸如最多8重量％，如最多6重量％。当该添加剂包括着色剂时，含量可以小于1重量％，诸如0.001-0.1重量％。因此，当应用反射添加剂时，其质量分数特别地处于最多10％，诸如最多6％，如在0.001-1％的范围内，诸如0.01-1％，其余的特别地是聚合物材料。该聚合物材料特别地是热塑性材料。该添加剂可以包括有机添加剂和无机添加剂中的一种或多种。特别地，该添加剂包括无机添加剂。可替换地或附加地，该添加剂可以包括有机燃料。
如以上所指示的，为了促成该3D打印过程，当支撑件为平面时可能是有所帮助的。因此，在实施例中，第一窗口侧是平面的。
利用本文所描述的方法，还可能打印与窗口材料相似或者甚至(基本上)相同的材料。例如，窗口材料可以是PET，并且对于光束修整元件和空腔壁中的一种或多种而言，可打印材料也可以是PET。
因此，在又另外的实施例中，窗口材料和反射器空腔壁材料包括相同的聚合物材料。例如，基本上相同的聚合物材料的重量百分比可以为至少80重量％，诸如至少85重量％，如至少90重量％。例如，假设窗口包括100％的PET，反射器空腔壁材料包括95重量％的PET，则的95重量％的材料是相同的。当使用相似或相同的可打印材料时，各部件之间的粘附可以有所改善。
可替换地或附加地，光束修整元件包括光束修整元件材料，并且窗口材料和光束修整元件材料包括相同的聚合物材料。例如，基本上相同的聚合物材料的重量百分比可以为至少80重量％，诸如至少85重量％，如至少90重量％。例如，假设窗口包括100％的PET，光束修整元件材料包括98重量％的PET，则98重量的％的材料是相同的。当使用相似或相同的可打印材料时，各部件之间的粘附可以有所改善。
特别地，该窗口(因此)是非3D打印的物体。该窗口例如能够利用挤压、注射成型等获得。因此，在具体实施例中，第一窗口是非3D打印的第一窗口，其中该第一窗口包括窗口材料，其中该反射器空腔壁包括反射器空腔壁材料，并且其中该窗口材料和反射器空腔壁材料包括相同的聚合物材料。
该反射器空腔制造成具有第一开放空腔侧。光源可以被布置在其上游，被部分布置于其中，或者被布置于其中。例如，包括光源的单元可以旋入第一空腔侧处的开口中。利用3D打印过程，螺纹也可以被打印。光源可以被布置在诸如印刷电路板的支撑件上。
在打印阶段之前，可以首先执行设计阶段。这可能隐含基于特定空间中的所期望照明特性来定义用于这样的空间的特定照明设备。
术语空间例如可以涉及到待客区域(的一部分)，诸如餐厅、宾馆、诊所或医院等。术语“空间”也可以涉及到办公室、百货公司、仓库、影院、教堂、剧院、图书馆等(的一部分)。然而，术语“空间”还涉及到车辆中的作业空间(的一部分)，该作业空间诸如卡车驾驶室、飞机驾驶室、舰船(船只)驾驶室、汽车驾驶室、吊车驾驶室、如拖拉机的工程车的驾驶室，等等。术语“空间”还可以涉及到工作空间(的一部分)，该工作空间诸如办公室、(生产)车间、发电厂(如核电厂、燃气发电厂、煤电厂等)，等等。例如，术语“空间”还可以涉及到控制室、安全室等。
因此，在实施例中，该方法还可以包括针对空间定义一个或多个照明参数，并且依据该一个或多个照明参数来生产照明设备。
可以提供一种计算机程序产品，例如在计算机上加载时，其被使得能够实行如本文所限定的方法的一个或多个阶段，所述计算机包括智能电话、iPhone、膝上计算机等。在又一方面，本发明提供了一种存储这样的计算机程序产品的记录载体(或者数据载体，诸如USB棒、CD等)。因此，该计算机程序产品在计算机上运行时或者被加载到计算机中时导致或者能够导致本文所描述的方法。该方法可以包括利用便携式设备的相机拍摄将要在其中使用照明设备的空间的一张或多张照片，并且基于此定义该照明设备的特性，包括空腔壁的形状和尺寸和/或光束修整元件的形状和尺寸。可选地，该计算机程序产品可以进一步包括采购模块，由此可以预定所(定制)设计的照明设备。
尤其地，本发明可以被用于室内和室外LED照明系统。
附图说明
现在将仅通过示例，参考所附示意图来描述本发明的实施例，其中相对应的附图标记指示相对应的部分，并且其中：
图1示意性地描绘了如本文所描述的照明设备的实施例；
图2a-2b示意性地描绘了一些变形；
图3a-3c示意性地描绘了一些其他方面；
图4a-5d示意性地描绘了一些实施例以及能够利用其所获得的光分布；和
图6示意性地描绘了可以在本文所描述的用于生产照明设备的方法中使用的3D打印机的实施例。
示意图并不一定依比例绘制。
具体实施方式
例如筒灯(downlight)的3D打印提供了特有设计和定制的机会。人们可以设计几乎自由形式的光强分布并且创建出与新的或经装修的建筑物的特有架构相适应的外观和感觉。它还提供了对现有照明系统(例如，基于TL或其它常规光源的系统)进行改装的机会。这意味着可能完全由3D打印的照明系统来精确地再现常规灯具的光强分布。本发明描述了制作定制照明设备——诸如筒灯——的过程。所描述的技术和实施例并不局限于筒灯，而是也可以应用于例如办公室照明和高顶棚照明(high-bay lighting)。本发明的焦点在于熔融沉积成型(FDM)，其也被称作熔丝加工(FFF)。
图1示意性地描绘了被配置为提供一束照明设备光1001的照明设备1000的实施例。照明设备1000包括透光窗口100、反射器200、光源10和光束修整元件300。
透光窗口100具有第一窗口侧101和第二窗口侧102。
反射器200包括反射器空腔210。反射器空腔210包括第一反射器空腔侧201、反射器空腔出射侧202，将所述第一反射器空腔侧201和所述反射器空腔出射侧202进行桥接的反射器空腔壁205。反射器空腔壁205包括光反射材料206。反射器空腔壁205包括3D打印的空腔壁1205。另外，第一窗口侧101的至少一部分被配置在反射器空腔出射侧202处的反射器空腔出射窗口220。
光源10被配置在第一反射器空腔侧201，并且被配置为在所述反射器空腔210内提供光源光11。以这种方式，可以利用反射器200对光束整形。光束修整元件300被配置在反射器空腔210内的第一窗口侧101。另外，光束修整元件300包括3D打印的光束修整元件1300。
附图标记17指示用于光源10的支撑件，诸如PCB。附图标记h指示窗口100的高度，诸如1-5mm。
这里，第一反射器空腔侧201和所述反射器空腔出射侧202利用虚线指示，因为这些侧面在示意性描绘的(多个)实施例中分别被支撑件17和窗口200所封闭。在示意性描绘的实施例中，支撑17的一侧和第一反射器空腔侧201在绘图中(在第一反射器空腔侧201的长度上)基本上是重合的；第二反射器空腔侧202和第一窗口侧101在绘图中(在第二反射器空腔侧202的长度)基本上是重合的。
这里，反射器空腔210可以基本上是对称的。根据光束修整元件300的配置，照明设备光1001的光束可以是对称或非对称的。
图2a-2b示意性地描绘了光束修整元件300的两种非限制性变化形式，其中在图2a中，光束修整元件300基本上由单件所构成(诸如单个层)，而在图2b中，光束修整元件300则基本上由诸如点或线的多件所构成。在这两个实施例中，光束修整元件300都被配置在第一窗口侧。光束修整元件300占据了第一面积A1。其余面积利用附图标记A2所指示。在图2a中，面积A1大约是总面积Al+A2的30％，所述总面积即空腔内的第一窗口侧的总面积。图2a可以例如示出作为光束修整元件300的眩光消减元件303。注意到，实际上，通常被配置在光束内的每个元件都将会具有光束修整效果。光束修整元件300的高度利用附图标记h1指示，并且特别地可以处于至少100μm的范围内，诸如在200μm-10mm的范围内，诸如500μm-5mm。
图2c示意性地描绘了光束修整元件300的实施例，其中光束修整元件300被配置为是非对称的。另外，作为示例，描绘了第二光束整形元件401，这里是多个第二光束整形元件401，诸如菲涅尔透镜。该第二光束整形元件401并不局限于非对称配置的光束修整元件300的具体实施例。非对称配置的光束修整元件300并不一定与第二光束整形元件401相结合；其它实施例也可以包括这种第二光束整形元件。另外，这里作为示例，第二光束整形元件被配置为窗口的第二侧，即下游侧。注意到，第二光束整形元件401可选地还可以被配置在第一窗口侧101，特别是在第二光束整形元件401包括具有最大50μm的高度h2以及最大50μm的宽度2的微型光学结构时。
图2d示意性地描绘了包括光束修整元件300的发光材料310。光源光11的至少一部分可以被转换为发光材料光311。
例如，可以应用以下特征：
(1)任意形状的平坦、刚性的透明光学板(PMMA、聚碳酸酯、玻璃)。该板可选地在板的一侧或两侧被提供以光学(微型)结构和/或纹理。该板的典型厚度范围为1-5mm。3D打印(FDM)可以产生并未出现在常规产品中的制品。出现在侧板上的光纹理防止了反射器中的直视；
(2)在(1)中所提到的光学板的一侧上3D打印处至少一个中空结构(白色、漫射材料)。该中空结构具有分别由封闭曲线r1(θ)和r2(θ)所表征的出射表面和进入表面。该3D中空结构由连接两条封闭曲线r1(θ)和r2(θ)的直壁(该光学板上方的高度h)所形成。两条曲线例如可以由超椭圆(参见下文)或“超级公式(superformula)”来描述。完整反射器能够由r1(θ)、r2(θ)和h所表征。r1(θ)的中心也可以关于r2(θ)的中心有所位移。在引入额外的封闭曲线r3(θ)时甚至会创建更多的设计自由度(图3c)；
(3)在该透明光学板的一部分上，优选地在该白色、中空结构被打印的相同一侧上，打印出光学结构。所打印的(多个)结构可以位于函数r1(θ)所给出的轮廓内。所打印结构可以是白色、漫射材料或者透明聚合物材料(PET、PC、PMMA)；
(4)单个固态光源，特别是LED(例如，板载芯片COB)或LED集群，被置于该中空结构的入口处。
图3a示意性地描绘了一个实施例。附图标记1030指示基本上封闭光源10和反射器200的外壳。反射器200的反射器空腔210的第一侧201可以利用r2(θ)来描述。反射器空腔210的第二侧202可以利用r1(θ)来描述。图3a示出了照明设备100的横截面视图。被定义为光源10(更具体地是其出射窗口)和反射器200的出射窗口——即第二侧202——之间的距离的高度利用附图标记h3来指示。
图3b示意性地描绘了照明设备的实施例的顶部视图。
图3c示意性地描绘了照明设备1000的又一实施例，其现在具有额外特征：利用r3(θ)所指示和描述的额外封闭曲线。
光束整形可以在LED(集群)被放在入口面积和出射面积所限定的锥形封壳(enclosure)中时实现。该封壳特别地由白色、高反射材料(无光泽或高光泽面漆)所制成。截取(cut-off)由如图3a和3c中所指示的角度φ所确定。截取角度φ可以作为θ的函数而变化。当入口表面面积比出口面积小时形成最锐利截取。通过考虑高度(h31和h32)以及函数r1(φ),r2(φ)…rn(φ)，能够定义处符合所有眩光规范(例如，均一眩光值；UGR)的最优光束。除了在全部方向形成截取，光束形状还可以被精细调谐(特别是在φ＝0度左右的强度)。这能够通过在光学板的一部分上打印出适当结构来实现。该打印可以具有任意形状的印记(其也可以由函数r(φ)所定义)。光束整形结构能够由(类似于反射器的)白色、漫射材料或者透明材料(例如，PC或PET)所制成。
“高光泽”、白色反射器材料似乎给出了最锐利的截取和最低的眩光。
所谓的“超椭圆”可以如下式子参数化地描述：
Figure BDA0001712253470000171
Figure BDA0001712253470000172
半径r因此为
Figure BDA0001712253470000173
0＜t＜2π
图4a-4d示意性地描绘了一种变形(图4a-4c)以及利用其所获得的光分布。图4a是前视图，图4b是侧视图，在底部具有诸如COB(板载芯片)的光源，并且图4c示意性地描绘了具有3D打印的光束修整元件的前面板，所述光束修整元件在这包括内部的多条白线(即，朝向光源)。图4d示出了眩光有所减弱的光分布。
在图4a-4c中，照明设备使用以下特征来定义：
(1)r1(φ)由超椭圆所定义(参见附录)。参数：n＝5，A＝B＝60mm
(2)r2(φ)是具有7.5mm半径的圆
(3)h＝60mm
(4)使用Luxeon COB 1203(Lumileds)，其具有9mm直径的发光表面(通量＝1200lm)
(5)在光学前面板(PMMA)的外侧施加纹理。该纹理根据高斯光分布(σ＝5度)对光进行散射
(6)正方形的波束整形结构尺度为35mm×35mm并且由在光学板内侧上打印的白色条纹所构成。该条纹具有0.5mm的宽度以及1mm的高度。该条纹在该区域上具有并不恒定的间距。所使用的材料是填充以TiO2颜料的PMMA。
使用以上所定义的参数来计算光强分布
Figure BDA0001712253470000181
图4d中的两个光强分布分别对应于x-z平面(曲线a)和y-z平面(曲线b)中的光强分布。获得所期望的“三角形整形(deltashaped)”，这带来了高度的照明均一性。对于该特定通量和出射面积而言，UGR数值为22.1。
图5a-5d示意性地描绘了一种变形(图5a-5c)以及利用其所获得的光分布。图5a是侧视图，在顶部具有诸如COB(板载芯片)的光源，图5b是侧视图，并且图5d——以截面图——示意性地描绘了具有3D打印在窗口内侧(即，朝向光源)的透镜结构的前面板或窗口。该透镜结构的宽度为1mm，曲率为(1/R)＝2，并且高度为0.2mm。该透镜结构在y方向伸展。图5d示出了眩光有所减弱的光分布。
在图5a-5c中，照明系统使用以下特征来定义：
(1)r1(φ)被定义为超椭圆(参见附录)。参数：n＝5，A＝B＝60mm
(2)r2(φ)是具有7.5mm半径的圆
(3)h＝60mm
(4)使用Luxeon COB 1203(Lumileds)，其具有9mm直径的发光表面(通量＝1200lm)
(5)在光学前面板(PMMA)的外侧施加以纹理。该纹理根据高斯光分布(σ＝5度)对光进行散射
(6)正方形的波束整形结构尺度为30mm×120mm并且由所打印的透明材料(PMMA)所构成。该打印的结构在图5a-5c中有所解释。
使用以上所定义的参数来计算光强分布
Figure BDA0001712253470000182
图5d中较大的双叶曲线和较小的变形圆形曲线是分别对应于x-z平面(曲线a)和y-z平面(曲线b)中的光强分布。透明材料的打印模式将带来高效的系统。
图6示意性地描绘了3D打印机的一些方面。附图标记500指示3D打印机。附图标记530指示被配置为3D打印，特别是FDM 3D打印的功能单元；该附图标记也可以指示3D打印阶段单元。这里，仅示意性地描绘了用于提供3D打印材料的打印头，诸如FDM 3D打印头。附图标记501指示该打印头。本发明的3D打印机特别地可以包括多个打印头，但是其它实施例也是可能的。附图标记502指示打印机喷嘴。本发明的3D打印机特别地可以包括多个打印机喷嘴，但是其它实施例也是可能的。附图标记320指示可3D打印材料的细丝(诸如以上所指示的)。为了清楚的原因，并未对3D打印机的所有特征进行描绘，仅描绘了与本发明特别相关的那些特征。3D打印机500被配置为通过在接收物体550上沉积多条细丝320而生成3D物体10，其中每条细丝20包括诸如具有熔点Tm的可3D打印材料。3D打印机被配置为加热打印机喷嘴502上游的细丝材料。这例如可以利用包括挤压和/或加热功能中的一种或多种的设备来实现。这样的设备利用附图标记573来指示，并且被布置在打印机喷嘴502的上游(即，在细丝材料离开打印机喷嘴前的时间)。附图标记572指示具有特别为线形式的材料的线轴。3D打印机500将此变换为细丝或纤维320。细丝接着细丝以及细丝叠放细丝地进行布置，可以形成中间3D物体110。
本文中诸如“基本上构成”中的术语“基本上”将被本领域技术人员所理解。该术语“基本上”也可以包括具有“整体”、“完全”、“全部”等的实施例。因此，在实施例中也可以去除形容词基本上。在可应用的情况下，术语“基本上”也可以是指90％或更高，诸如95％或更高，特别是99％或更高，甚至更特别地为99.5％或更高，包括100％。术语“包括”也包含其中该术语“包括”表示“由…所构成”的实施例。术语“和/或”特别地涉及到“和/或”之前和之后所提到的一个或多个事项。例如，短语“事项1和/或事项2”以及类似短语可以是指事项1和事项2中的一个或多个。术语“包括”可以在一个实施例中指代“由…所构成”，但是也以在另一个实施例中也指代“至少包含所定义的种类以及可选地一个或多个其它种类”。
此外，说明书和权利要求中的术语第一、第二、第三等被用于在类似要素之间进行区分，而并非必然表述顺序或按时间前后记载的顺序。所要理解的是，这样使用的术语在适当环境中是可互换的，并且这里所描述的本发明实施例能够以不同于这里所描述和图示的顺序进行操作。
这里的设备尤其地在操作期间进行描述。如对本领域技术人员而言清楚的是，本发明并不局限于操作方法或操作中的设备。
应当注意的是，以上所提到的实施例对本发明进行说明而非限制，并且本领域技术人员将能够在设计出许多可替换实施例而并不背离所附权利要求的范围。在权利要求中，置于括号之间的任意附图标记都不应当被理解为对权利要求进行限制。使用动词“包括”及其连词并不排除权利要求中所记述的那些要素和步骤之外的要素或步骤的存在。要素之前的冠词“一个”(“a”或“an”)并不排除存在多个这样的要素。本发明可以利用包括若干离散部件的硬件来实施，并且利用适当编程的计算机来实施。在列出若干器件的设备中，这些器件中的若干器件可以由一个且相同的硬件事项来实现。某些措施在互相不同的从属权利要求中进行引用的事实并非表示无法对这些措施的组合形式加以利用。
本发明进一步适用于包括在说明书中所描述和/或在附图中所示出的一个或多个表征特征的设备。本发明进一步涉及到包括在说明书中所描述和/或在附图中所示出的一个或多个表征特征的方法或过程。
该专利中所讨论的各个方面能够被组合以便提供另外的优势。另外，本领域技术人员将会理解的是，实施例能够组合并且多于两个的实施例能够被组合。此外，一些特征能够形成一个或多个分案申请的基础。

Claims (10)

1.一种生产照明设备(1000)的方法，该方法包括：
-提供具有第一窗口侧(101)和第二窗口侧(102)的透光窗口(100)；
-将包括光反射材料(206)的反射器空腔壁(205)3D打印至所述第一窗口侧(101)，以提供反射器空腔(210)，所述反射器空腔(210)包括第一反射器空腔侧(201)、反射器空腔出射侧(202)，反射器空腔壁(205)将所述第一反射器空腔侧(201)和所述反射器空腔出射侧(202)进行桥接；并且在所述第一窗口侧(201)3D打印光束修整元件(300)，以将所述光束修整元件(300)提供在所述反射器空腔(210)内；和
-在所述第一反射器空腔侧(201)提供光源(10)，所述光源(10)被配置为在所述反射器空腔(210)内提供光源光(11)。
2.根据权利要求1所述的方法，包括熔融沉积成型3D打印所述反射器空腔壁(205)以及熔融沉积成型3D打印所述光束修整元件(300)。
3.根据之前任一项权利要求所述的方法，其中所述第一窗口侧(101)是平面的。
4.根据之前任一项权利要求所述的方法，其中所述透光窗口(100)是非3D打印的第一窗口，其中所述透光窗口(100)包括窗口材料(125)，其中所述反射器空腔壁(205)包括反射器空腔壁材料(225)，并且其中所述窗口材料(125)和所述反射器空腔壁材料(225)包括相同的聚合物材料。
5.根据之前任一项权利要求所述的方法，进一步包括针对空间定义一个或多个照明参数并且根据所述一个或多个照明参数生产所述照明设备(1000)的步骤。
6.根据之前任一项权利要求所述的方法，其中所述光束修整元件(300)包括光束整形元件(301)。
7.根据之前任一项权利要求所述的方法，其中所述光束修整元件(300)包括眩光消减元件(303)。
8.根据之前任一项权利要求所述的方法，其中所述光束修整元件(300)包括被配置为将所述光源光(11)的至少一部分转换为发光材料光(311)的发光材料(310)。
9.根据之前任一项权利要求所述的方法，其中所述光源(10)包括固态光源。
10.根据之前任一项权利要求所述的方法，其中所述反射器空腔(210)具有等于或小于一个的对称平面。
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