CN110621477A - 使用填充有金属涂覆玻璃或云母颗粒的聚合物3d打印反射器以及由此可获得的反射器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于3D打印3D物品(10)的方法，该方法包括：提供可3D打印材料(201)的细丝(320)；以及在打印阶段期间打印所述可3D打印材料(201)，以提供包括3D打印材料(202)的所述3D物品(10)，其中可3D打印材料(201)还包括颗粒(410)，其中颗粒(410)包括玻璃和云母中的一者或多者，其中颗粒(410)具有涂层(412)，其中涂层包括金属涂层和金属氧化物涂层中的一者或多者，并且其中颗粒(410)具有最长尺寸(A1)，该最长尺寸(A1)具有选自10μm‑2mm的范围的最长尺寸长度(L1)，并且其中颗粒具有至少10的纵横比。

Description

使用填充有金属涂覆玻璃或云母颗粒的聚合物3D打印反射器 以及由此可获得的反射器
技术领域
本发明涉及一种用于通过3D打印制作反射器的方法。本发明还涉及利用所述方法可获得的3D(打印)反射器。此外，本发明涉及包括这种3D(打印)反射器的照明系统。此外，本发明还涉及(用于在这种方法中使用的)可3D打印材料。
背景技术
在基质材料中使用闪光剂是本领域已知的。例如，US2001/0011779描述了用于制造共挤出聚合物多层光学膜的方法和装置。多层光学膜具有在整个多层光学堆叠中具有特定层厚度和规定层厚度梯度的两种或更多种材料的层的有序排列。所描述的方法和装置允许改进对光学膜的个体层厚度、层厚度梯度、折射率、层间粘附和表面特性的控制。所描述的方法和装置可用于制造在紫外光谱、可见光谱和红外光谱的不同部分上光学有效的干涉偏振器、反射镜和着色膜。
发明内容
在接下来的10-20年内，数字制造将越来越多地改变全球制造业的本质。数字制造的方面之一是3D打印。当前，已经开发了许多不同的技术以便使用诸如陶瓷、金属和聚合物的各种材料来生产各种3D打印物体。3D打印还可以被用于生产模具，然后该模具可以被用于复制物体。
出于制造模具的目的，已经建议了多喷射技术的使用。该技术利用可光聚合材料的逐层沉积，可光聚合材料在每次沉积后被固化以形成固体结构。尽管该技术产生光滑的表面，但是可光固化的材料不是非常稳定，并且它们还具有相对低的热导率，这对于注塑成型应用是有用的。
最广泛使用的增材制造技术是被称为熔融沉积成型(FDM)的工艺。熔融沉积成型(FDM)是一种通常地用于成型、原型设计和生产应用的增材制造技术。FDM根据“增材”原理通过以层的方式铺设材料来工作；塑料细丝或金属线从线圈松开，并且提供材料以生产部件。可能地，(例如，针对热塑性塑料)细丝在铺设之前被熔化并且被挤出。FDM是一种快速原型设计技术。针对FDM的其他术语是“熔融细丝制造”(FFF)或“细丝3D打印”(FDP)，这些术语被认为等同于FDM。通常，FDM打印机使用热塑性细丝，该热塑性细丝被加热到其熔点，然后被挤出，逐层地(或者实际上细丝接细丝地)来创建三维物体。FDM打印机相对快速，并且可以被用于打印复杂的物体。
FDM打印机相对快速，成本低，并且可以被用于打印复杂的3D物体。这种打印机被用于使用各种聚合物来打印各种形状。该技术还在LED灯具的生产和照明解决方案中被进一步地开发。
在3D打印中结合镜面反射元件对于产生各种各样的装饰效果是令人感兴趣的。另一方面，镜面反射3D打印可以用于LED灯具的功能性反射器设计中。然而，镜面(反射镜)效应在FDM 3D打印技术中是困难的。使用结合在打印细丝中的铝薄片的实验产生具有低反射率的亮灰色/灰色材料。此外，当然可以在3D打印项中包括非3D打印光学元件。然而，这可能使产品复杂化，并且不允许使用3D打印自由度和机会应用到光学元件。此外，其他光学效果(例如，闪耀或金属外观)也可能是所期望的。
因此，本发明的一个方面是提供一种备选的光学元件，特别是(镜面)反射器，其优选地进一步至少部分地消除了如上所描述的缺陷中的一个或多个缺陷。此外，本发明的一个方面是提供一种备选的照明系统，该照明系统包括这种光学元件(特别是反射器)，该照明系统优选地进一步至少部分地消除了如上所描述的缺陷中的一个或多个缺陷。此外，本发明的一个方面是提供一种用于提供这种光学元件(特别是反射器)的方法，其优选地进一步至少部分地消除了如上所描述的缺陷中的一个或多个缺陷。此外，本发明的一个方面是提供一种备选的可3D打印材料。本发明的目的可以是克服或改善现有技术的至少一个缺点，或者提供有用的备选方案。
因此，在第一方面中，本发明提供一种通过3D打印制造反射器的方法，该方法包括提供可3D打印材料的细丝并且在打印阶段期间(在基板上)打印所述可3D打印材料，以提供包括3D打印材料的所述反射器，其中可3D打印材料还包括颗粒，其中颗粒包括玻璃和云母中的一者或多者，其中在特定实施例中颗粒具有涂层，其中涂层包括金属涂层和金属氧化物涂层中的一者或多者，并且其中颗粒特别地具有最长尺寸(A1)，该最长尺寸(A1)具有选自10μm-2mm的范围的最长尺寸长度(L1)，并且其中颗粒特别地具有至少10的纵横比，其中涂层包括光反射材料，并且其中可3D打印材料包括对光透明的聚合物材料。
本文所述的方法提供3D打印反射器。因此，在另一方面，本发明还提供了通过本文所述的方法可获得的3D打印反射器。因此，在又一方面，本发明还提供了包括3D打印材料的3D打印反射器，其中3D打印材料包括热塑性材料，该热塑性材料包括颗粒，其中颗粒包括玻璃和云母中的一者或多者，其中颗粒特别地具有涂层，其中在特定实施例中，涂层包括金属涂层和金属氧化物涂层中的一者或多者，并且其中颗粒特别地具有最长尺寸(A1)，该最长尺寸(A1)具有选自10μm-2mm的范围的最长尺寸长度(L1)，并且其中在特定实施方式中，颗粒具有至少10的纵横比。如上所述，这种3D打印反射器可以用本文所述的方法获得。
此外，在一方面，本发明提供了一种可3D打印材料，该可3D打印材料包括其中嵌入有颗粒的(热塑性)聚合物，其中颗粒包括玻璃和云母中的一者或多者，其中颗粒特别地具有涂层，其中在实施例中，涂层包括金属涂层和金属氧化物涂层中的一者或多者。特别地，颗粒具有最长尺寸，该最长尺寸具有选自10μm-2mm的范围的最长尺寸长度，并且其中颗粒具有至少10的纵横比。不同的颗粒可以具有不同的尺寸。因此，特别地本文所指示的尺寸是指尺寸的平均值，特别是在颗粒总数上的平均值(还参见下文)。因此，在实施例中，可3D打印材料包括嵌入其中的颗粒材料。
利用这种方法，提供在3D打印物品上的、或者实际上与这种3D打印物品集成在一起的反射表面(特别是镜面反射镜)是可能的。因此，本发明允许在3D打印物体上具有金属外观的(镜面)反射(装饰性)表面。利用这种方法，还可以提供具有闪耀或金属状表面的产品。本发明的另一特征在于，由此获得的3D打印产品具有这种外观，即，由于类反射镜的效果或闪耀效果，可以用3D打印(特别是FDM打印)获得的粗糙罗纹表面的可见性似乎被抑制。
如上所指示，本发明因此提供了一种方法，该方法包括：提供可3D打印材料的细丝，并且在打印阶段期间在基板上打印所述可3D打印材料，以提供所述3D物品。特别地有资格作为可3D打印材料的材料可以选自由以下材料组成的组：金属、玻璃、热塑性聚合物、硅酮等。特别地，可3D打印材料包括(热塑性)聚合物，该(热塑性)聚合物选自由以下材料组成的组：ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)、尼龙(或聚酰胺)、乙酸盐(或纤维素)、PLA(聚乳酸)、对苯二甲酸酯(诸如PET聚对苯二甲酸乙二醇酯)、丙烯酸(聚甲基丙烯酸酯、有机玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA)、聚丙烯(polypropylene)(或聚丙烯(polypropene))、聚苯乙烯(PS)、PE(诸如发泡高冲击聚乙烯(Polythene)(或聚乙烯(polyethene))、低密度(LDPE)高密度(HDPE))、PVC(聚氯乙烯(polyvinyl chloride))聚氯乙烯(polychloroethene)等。可选地，可3D打印材料包括选自由以下材料组成的组的可3D打印材料：尿素甲醛、聚酯树脂、环氧树脂、三聚氰胺甲醛、聚碳酸酯(PC)、橡胶等。可选地，可3D打印材料包括选自由以下材料组成的组的可3D打印材料：聚砜、聚醚砜、聚苯砜、酰亚胺(例如聚醚酰亚胺)等。特别地，可打印材料本身是光透射的，更特别是光学透明的。PPMA、PC、无定形PET、PS和它们中两种或更多种的共聚酯是合适的聚合物。因此，可以应用至少部分透射可见光的聚合物材料。例如，聚合物材料对于光是透明的(假设颗粒(还)不是可用的)。
本文中，术语“可3D打印材料”还可以被指示为“可打印材料”。术语“聚合物材料”在实施例中可以指代不同聚合物的混合物，但是在实施例中还可以指代具有不同聚合物链长的大体单一的聚合物类型。因此，术语“聚合物材料”或“聚合物”可以指代单一类型的聚合物，而且还可以指代多种不同的聚合物。术语“可打印材料”可以指代单一类型的可打印材料，而且还可以指代多种不同的可打印材料。术语“打印材料”可以指单一类型的打印材料，而且还可以指代多种不同的打印材料。
因此，术语“可3D打印材料”还可以指代两种或更多种材料的组合。通常，这些(聚合物)材料具有玻璃化转变温度Tg和/或熔化温度Tm。在可3D打印材料离开喷嘴之前，该可3D打印材料将由3D打印机加热到一温度，该温度为至少玻璃化转变温度，并且通常为至少熔化温度。因此，在特定的实施例中，可3D打印材料包括具有玻璃化转变温度(Tg)和/或熔点(Tm)的热塑性聚合物，并且打印机头动作包括：将可3D打印材料加热到高于玻璃化转变温度，并且如果该可3D打印材料是半结晶聚合物则加热到高于熔化温度。在又一实施例中，可3D打印材料包括具有熔点(Tm)的(热塑性)聚合物，并且打印机头动作包括：将要被沉积在接收器物品上的可3D打印材料加热到至少熔点的温度。玻璃化转变温度通常与熔化温度不同。熔化是在结晶聚合物中发生的转变。当聚合物链脱离其晶体结构并且变成无序液体时，熔化发生。玻璃化转变是无定形聚合物发生的转变；即，即使聚合物处于固态，聚合物的链也不会以有序的晶体布置，而是以任何方式散布。聚合物可以是无定形的，通常具有玻璃化转变温度而不具有熔化温度，或者聚合物可以是(半)结晶的，通常具有玻璃化转变温度和熔化温度二者，其中通常后者大于前者。
可以使用的材料的特定示例是透明材料，其可以例如选自由以下材料组成的组：聚碳酸酯(PC)、无定形聚酰胺(PA)、无定形PET、聚苯乙烯(PS)、PET、PMMA等、以及它们中的两种或更多种的共聚物(例如共聚酯)。它们还可以包含染料，其可以可选地发光以获得增强的效果。
可打印材料特别地被打印在接收器物品上。特别地，接收器物品可以是构建平台或可以被构建平台所包括。接收器物品还可以在3D打印期间被加热。然而，接收器物品还可以在3D打印期间被冷却。
短语“在接收器物品上打印”和类似短语特别地包括：直接在接收器物品上打印，或在接收器物品上的涂覆层上打印，或在先前在接收器物品上所打印的3D打印材料上打印。术语“接收器物品”可以指代打印平台、打印床、基板、支撑件、构建板或构建平台等。还可以使用术语“基板”来代替术语“接收器物品”。短语“在接收器物品上打印”和类似短语特别地还包括在以下项上的分离基板上打印，或在由以下项所包括的分离基板上打印：打印平台、打印床、支撑件、构建板或构建平台等。因此，短语“在基板上打印”和类似短语特别地包括：直接在基板上打印，或在基板上的涂覆层上打印，或在先前在基板上所打印的3D打印材料上打印。在下文中，进一步使用术语基板，其可以指代打印平台、打印床、基板、支撑件、构建板或构建平台等，或在所列举项上的、或被所列举项所包括的分离基板。下面还进一步讨论了特定的(单独的)基板。
在又一实施例中，除本文中针对它们的反射功能所描述的颗粒之外，层还可以包括其他类型的颗粒。该层中这些颗粒的重量百分比特别地小于20wt.％(诸如，小于10wt.％)，以便保持所需的反射率。
如上所述，可3D打印材料以及因此3D打印材料包括颗粒材料。颗粒材料包括云母颗粒和/或玻璃颗粒。颗粒可以是多分散的。
如上所述，颗粒具有大于1(特别是至少2，诸如至少5)的纵横比。然而，甚至更特别地，纵横比至少为10，诸如甚至更特别地至少为20，如在10-10,000的范围内。这意味着存在最长尺寸，该最长尺寸具有最长尺寸长度，其与厚度具有至少10的纵横比(长度/厚度)。
因此，在实施例中，使用具有最长尺寸(A1)以及短轴线(A2)的颗粒，最长尺寸(A1)具有最长尺寸长度(L1)，短轴线(A2)具有短轴线长度(L2)，其中最长尺寸长度(L1)和短轴线长度(L2)具有大于1(诸如，至少2，如在5-10,000的范围内)的第一纵横比。特别地，如上所述，纵横比至少为10。
特别地，本文中所指示的纵横比或本文中所指示的尺寸(诸如最长尺寸等)是指颗粒总数的平均。因此，术语“平均”特别指的是数量平均。如上所述，颗粒可以是多分散的。
特别地，颗粒具有最长的轴线或最长的尺寸以及最短的轴线或短轴线，其具有的纵横比大于1，特别是至少2，诸如至少5，诸如在5-10,000的范围内，如甚至更特别地至少10，诸如在10-10,000的范围内，如至少20，诸如在20-1,000的范围内。
在实施例中，颗粒具有选自10μm-10mm的范围(诸如20μm-5mm，特别是50μm-2mm，甚至更特别地选自20μm-1mm的范围)的最长尺寸长度(L1)。特别地，颗粒具有最长尺寸(A1)，该最长尺寸(A1)具有选自10μm-2mm的范围的最长尺寸长度(L1)，甚至更特别地选自20μm-1mm的范围。
颗粒可以具有片状结构，即具有远大于最大厚度的最大宽度和最大长度的颗粒，诸如特别地至少5(例如至少10，诸如在10-10,000的范围内)的最大长度和最大厚度的第一纵横比，和/或特别地至少5(诸如在10-10,000的范围内)的最大宽度与最大高度的第二纵横比。
此外，在实施例中，颗粒可以具有最大长度与最大宽度的第三纵横比，该第三纵横比特别地大于1，诸如更特别地至少2，诸如至少5，如至少10，诸如在10-10,000的范围内(参见下文进一步描述)。因此，在实施例中，颗粒是薄片。
如上所示，纵横比是指包括可选的颗粒的涂层的颗粒。短语“颗粒的涂层”是指个体颗粒上的涂层，即包围单个颗粒的涂层。因此，还可以使用术语“颗粒涂层”。涂层可以完全包围颗粒或者仅包围颗粒的一部分。颗粒总数的子集的颗粒可以包括颗粒涂层，并且颗粒总数的另一个子集可以不包括颗粒涂层。此外，上文所指示的纵横比可以指具有不同纵横比的多个颗粒。因此，颗粒可以是基本上相同的，但是涂层中的颗粒还可以相互不同，诸如颗粒的两个或更多个子集，其中在子集中，颗粒基本上相同。
为了限定颗粒的最长尺寸和一个短轴线或多个短轴线，在本文中可以使用具有包围颗粒的最小体积的(虚拟)长方体的轴线。主轴线和短轴线被限定为垂直于长方体的面，最长尺寸具有最长尺寸长度(L1)，短轴线具有短轴线长度(L2)，并且另一或另外的轴线(正交轴线)具有另外的轴线长度(L3)。因此，最长尺寸可以特别地涉及颗粒的长度，短轴线可以特别地涉及颗粒的厚度或高度，并且另外的轴线可以特别地指颗粒的宽度。
特别地L1>L2，进一步地，特别地L3>L2。本文中针对L1/L2给出的比率还可以应用于L3/L2的比率。L1和L3可以是相同的或者可以不同，但是在特定实施例中L1和L3中的每个单独地特别地比L2大至少5倍，例如比L2大至少10倍。此外，本文中针对最长尺寸长度给出的尺寸因此还可以适用于另外的轴线的长度，但是如上所述，可以单独地选择这些轴线的长度。根据(虚拟)长方体的定义以及本文所指示的尺寸，定义了基本上扁平的颗粒，如薄片。
因此，在实施例中，最长尺寸、短轴线和另外的轴线限定了具有包围颗粒的最小体积的长方体，其中另外的轴线具有另外的轴线长度(L3)，其中另外的轴线长度(L3)和短轴线长度(L2)具有至少为5(诸如，至少10)的第二纵横比(L3/L2)。
此外，颗粒可以相互不同。例如，颗粒可以具有最长尺寸、短轴线(和另外的轴线)中的一个或多个的尺寸的分布。因此，平均来说，颗粒将具有如本文所述的尺寸。例如，至少50wt.％的颗粒符合本文所指示的尺寸(包括比率)，诸如至少75wt.％，如至少85wt.％。如本领域已知的，颗粒还可以具有用d50指示的有效直径。因此，这种直径可以变化，因为可以存在颗粒尺寸的分布。
因此，在实施例中，至少50wt.％的颗粒(诸如至少75wt.％，如至少85wt.％)具有最长尺寸，该最长尺寸具有长度(L1)，该长度(L1)选自10μm-10mm的范围，诸如20μm-5mm，特别地50μm-2mm，甚至更特别地选自20μm-2mm的范围。
此外，在实施例中，至少50wt.％的颗粒(诸如至少75wt.％，如至少85wt.％)具有短轴线长度(L2)，该短轴线长度(L2)选自5nm-10μm的范围，如至少20nm，诸如在20nm-500nm的范围内。
此外，在实施例中，至少50wt.％的颗粒(诸如至少75wt.％，如至少85wt.％)具有另外的轴线，该另外的轴线具有另外的轴线长度(L3)，该另外的轴线长度(L3)选自1μm-500μm的范围，诸如2μm-100μm。
在又一实施例中，对于至少50wt.％的颗粒(诸如至少75wt.％，如至少85wt.％)，对于(至少50wt.％的)每个颗粒应用用于L1、L2和L3的所有这些条件。
在特定实施例中，颗粒的质量中值重量(或更多)具有最长的尺寸，该最长尺寸具有长度(L1)，该长度(L1)选自1μm-10mm的范围，诸如5μm-5mm，特别是10μm-2mm，甚至更特别地选自20μm-1mm的范围。在又一特定实施例中，颗粒的质量中值重量(或更多)具有短轴线长度(L2)，该短轴线长度(L2)选自5nm-10μm的范围，如至少20nm，诸如在20nm-500nm的范围内。在另外的特定实施例中，颗粒的质量中值重量(或更多)具有另外的轴线，该另外的轴线具有另外的轴线长度(L3)，该另外的轴线长度(L3)选自1μm-500μm的范围，诸如2μm-100μm。在又一实施例中，颗粒的质量中值重量(或更多)符合L1、L2和L3的所有这些条件。
对于具有如基本上是圆柱形形状的片状形状的形状的颗粒，最长尺寸和另外的轴线可以基本上具有相同的尺寸，即L1≈L3。
如本文所述，薄片可以具有任何形状。具有高纵横比的颗粒的示例是玉米片颗粒。玉米片颗粒是具有粗糙边缘和玉米片状外观的高纵
横比薄片。玉米片颗粒可以具有在10-1.000的范围内的纵横比。
在特定的实施例中，颗粒可以不规则地成形。
在特定的实施例中，颗粒可以包括碎玻璃片(具有本文定义的尺寸)
颗粒可以是云母颗粒或玻璃颗粒，特别是具有涂层的云母颗粒或玻璃颗粒。在特定的实施例中，颗粒包括具有涂层的玻璃颗粒。似乎这种颗粒具有比金属薄片更好的性质，诸如在反射方面，特别是镜面反射。这种颗粒倾向于提供相对较高的漫反射。
然而，特别是玻璃或云母颗粒(特别是玻璃颗粒)可以具有包括金属涂层和金属氧化物涂层中的一者或多者。金属涂层可以例如选自铝、银、金等。金属氧化物涂层可以例如包括氧化锡、氧化钛等。
因此，在特定实施例中，颗粒包括玻璃薄片。在进一步的特定实施例中，颗粒包括银或铝涂覆的玻璃颗粒。与银涂覆的玻璃相比，铝涂覆的玻璃可以是优选的，因为铝的耐腐蚀性优异且比银好得多。铝具有通过钝化现象来抵抗腐蚀的能力。
在特定的实施例中，还可以使用不同类型的颗粒的组合。
在特定实施例中，可3D打印材料(并且因此3D打印材料)包括以下各项中的一者或多者：聚碳酸酯(PC)、(无定形)聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)等以及它们中的两种或更多种的共聚物(例如共聚酯)。
在特定实施例中，相对于可3D打印材料(包括颗粒)的总重量，可3D打印材料包括多达40wt.％。甚至更特别地，相对于颗粒的可3D打印材料的总重量，可3D打印材料包括在0.5wt.％-10wt.％的范围内，更特别是相对于颗粒的可3D打印材料的总重量，可3D打印材料包括在1wt.％-5wt.％的范围内。因此，在实施例中，相对于可3D打印材料(或打印材料，参见下文)的总重量，颗粒可多达40wt.％，诸如0.5wt.％-10wt.％。在较高百分比的情况下，可3D打印可能难以处理，并且在较低百分比的情况下，光学效应可能被认为太小。
因此，相对于3D打印材料的总重量，3D打印材料包括多达40wt.％的颗粒。甚至更特别地，相对于3D打印材料的总重量，3D打印材料包括在0.5wt.％-10wt.％的颗粒的范围内，甚至更特别地相对于3D打印材料(包括颗粒)的总重量，3D打印材料包括在1wt.％-5wt.％的颗粒的范围内。
在特定的实施例中，还可以包括着色剂诸如染料以及发光染料以获得增强的效果。
此外，本发明涉及可用于执行本文中所描述的方法的软件产品。
(用本文描述的方法)获得的3D打印物品本身可以是功能性的。例如，3D打印物品可以是准直器。3D打印物品是反射器。这样获得的3D物品可以(备选地)被用于装饰或艺术目的。3D打印物品可以包括功能部件或被提供有功能部件。特别地，功能部件可以选自由光学部件、电学部件和磁性部件组成的组。术语“光学部件”特别地指代具有光学功能的部件，诸如反射镜、光源(如LED)等。术语“电学部件”可以例如指代集成电路、PCB、电池、驱动器，还可以指代光源(因为光源可以被视为光学部件和电学部件)等。术语“磁性部件”可以例如指代磁性连接器、线圈等。备选地或附加地，功能部件可以包括热学部件(例如，其被配置为冷却或加热电学部件)。因此，功能部件可以被配置为生成热量或清除热量等。
然而，在特定方面中，3D打印物品可以被提供为反射器。在这种实施例中，所使用的基板具有反射器的形状，已经首先在该反射器上提供层，并且之后在该层上已经提供了3D打印材料。因此，本发明还提供了一种反射器，该反射器包括反射表面(特别是镜面反射表面)，其中反射器包括如本文所定义的3D打印物品，并且其中反射表面的至少一部分由3D打印物品提供。
因此，在本发明的方法的特定实施例中，基板具有反射器的形状，其具有弯曲面、刻面和被配置成相对于彼此成角度的面中的一者或多者。
如上所述，在实施例中，反射表面包括弯曲面、刻面和被配置成相对于彼此成角度的面中的一者或多者。在实施例中，反射器是准直器或抛物面反射器。因此，反射器的类型包括但不限于椭圆形反射器(例如，用于会聚射线)、抛物线形反射器(例如用于制作平行射线)、双曲线形反射器(用于发散射线)等。
反射器还可以用在照明系统中。因此，在又一方面中，本发明提供一种照明系统，该照明系统包括：(a)光源，其被配置为产生光源光；以及(b)如本文中所定义的反射器，其被配置为(镜面)反射所述光源光的至少一部分。
返回到3D打印过程，3D打印机可以用来提供本文所描述的3D打印物品。因此，在又一方面中，本发明还提供一种熔融沉积成型3D打印机，其包括：(a)打印机头，其包括打印机喷嘴；以及(b)细丝提供设备，其被配置为向打印机头提供包括可3D打印材料的细丝，其中熔融沉积成型3D打印机被配置为向基板提供所述可3D打印材料。
简称术语“3D打印机”、“FDM打印机”或“打印机”可以用于代替术语“熔融沉积成型(FDM)3D打印机”。打印机喷嘴还可以被指示为“喷嘴”，有时还可以被指示为“挤出器喷嘴”。
附图说明
现在将仅通过示例的方式，参考所附的示意图来描述本发明的实施例，在所附的示意图中，对应的附图标记指示对应的部件，并且其中：
图1a-图1b示意性地描绘了3D打印机的一些一般方面；
图2a-图2d示意性地描绘了可在本文中使用的颗粒(诸如薄片)的一些方面；以及
图3a-图3d示意性地描绘了一些应用(包括3D打印物品)。
示意图不一定按比例绘制。
特定实施方式
图1a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指示功能单元，其被配置为进行3D打印，特别是FDM 3D打印；该附图标记还可以指示3D打印阶段单元。此处，仅示意性地描绘了用于提供3D打印材料的打印机头，诸如FDM3D打印机头。附图标记501指示打印机头。本发明的3D打印机可以特别地包括多个打印机头，但是其他实施例也是可能的。附图标记502指示打印机喷嘴。本发明的3D打印机可以特别地包括多个打印机喷嘴，但是其他实施例也是可能的。附图标记320指示可打印的可3D打印材料的细丝(诸如如上所指示的)。为了清楚起见，并未描绘3D打印机的所有特征，而是仅描绘了与本发明特别相关的那些特征(还进一步参见下文)。
3D打印机500被配置为通过在接收器物品550上沉积多个细丝320来生成3D物品10，在实施例中，接收器物品550可以至少暂时地被冷却，其中每个细丝20包括诸如具有熔点Tm的可3D打印材料。3D打印机500被配置为在打印机喷嘴502的上游加热细丝材料。这可以例如使用包括有挤出和/或加热功能中的一个或多个功能的设备来完成。这种设备用附图标记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502之前的时间)。打印机头501可以(因此)包括液化器或加热器。附图标记201指示可打印材料。当被沉积时，该材料被指示为(3D)打印材料，该(3D)打印材料用附图标记202来指示。
附图标记572指示线轴或辊，该线轴或辊具有特别地以线的形式的材料。3D打印机500将其转变成在接收器物品上的或在已经沉积的打印材料上的细丝或纤维320。一般地，相对于打印机头的上游的细丝直径，喷嘴的下游的细丝直径减小。因此，打印机喷嘴有时(还)被指示为挤出器喷嘴。进行细丝靠细丝布置和细丝上细丝布置，可以形成3D物品10。附图标记575指示细丝提供设备，此处特别地包括线轴或辊以及驱动器轮，其用附图标记576来指示。
附图标记A指示纵向轴线或细丝轴线。
附图标记C示意性地描绘了控制系统，诸如特别地温度控制系统，其被配置为控制接收器物品550的温度。控制系统C可以包括加热器，该加热器能够将接收器物品550加热到至少50℃的温度，但是特别地直到约350℃的范围，诸如至少200℃。
图1b以3D形式示意性地、更详细地描绘了在构造中的3D物品10的打印。此处，在该示意图中，在单个平面中细丝320的端部是非互连的，但是实际上在实施例中可以是互连的。
因此，图1a-图1b示意性地描绘了熔融沉积成型3D打印机500的一些方面，其包括：(a)第一打印机头501，其包括打印机喷嘴502；(b)细丝提供设备575，其被配置为向第一打印机头501提供包括可3D打印材料201的细丝320；以及可选地(c)接收器物品550。在图1a-图1b中，第一或第二可打印材料或第一或第二打印材料用通用的标记可打印材料201和打印材料202来指示。
图2a-2d示意性地描绘了颗粒410的一些方面。一些颗粒410具有最长尺寸A1以及短轴线A2，该最长尺寸A1具有最长尺寸长度L1，该短轴线A2具有短轴线长度L2。如从附图可见，最长尺寸长度L1和短轴线长度L2具有大于1的第一纵横比。图2a示意性地描绘了3D的颗粒410，其中颗粒410具有长度、高度和宽度，其中颗粒(或薄片)基本上具有细长形状。因此，颗粒可以具有另外的(短或主)轴线，在本文中其被指示为另外的轴线A3。基本上，颗粒410是细长的薄颗粒，即L2<L1，特别地L2<<L1，并且L2<L3，特别地L2<<L3。L1可以例如选自1μm-500μm的范围；同样地，L3可以是这样。L2可以例如选自0.1μm-10μm的范围。L3也可以例如选自0.1μm-10μm的范围。然而，L2和/或L3还可以更长，诸如直到5mm，诸如直到1mm，如直到100μm。
图2b示意性地描绘了具有较不规则形状的颗粒(诸如碎玻璃片)，其具有包围颗粒的虚拟最小长方体。
注意，符号“L1”、“L2”和“L3”以及“A1”、“A2”和“A3”仅用于指示轴线及它们的长度，并且数字仅用于区分轴线。此外，注意颗粒基本上不是椭圆形或长方体。颗粒可以具有至少最长尺寸远长于一个短轴线或多个短轴线的任何形状，并且该形状可以基本上是平坦的。特别地，使用相对规则地形成的颗粒，即包围颗粒的假想最小长方体的剩余体积较小，诸如小于总体积的50％，如小于25％。
图2c在截面图中示意性地描绘了包括涂层412的颗粒410。涂层包括光反射材料。例如，涂层可以包括(白色)金属氧化物。在其他实施例中，涂层可以基本上由金属组成，诸如Ag涂层。在其他实施例中，涂层可以仅在颗粒的大表面中的一者或两者上，而不在颗粒的薄侧表面上。光反射材料可以优选地具有至少80％的反射率。更优选地，光反射材料可以具有至少85％的反射率。最优选地，光反射材料可以具有至少88％的反射率，例如90％或95％。例如，铝充当可见光的良好反射器(大约92％)。
图2d示意性地描绘了相对不规则形状的颗粒。所使用的颗粒材料可以包括例如小的碎玻璃片。因此，嵌入在可3D打印材料中或嵌入在3D打印材料中的颗粒材料可以包括宽的颗粒尺寸分布。
图3a示意性地描绘了照明系统1000，包括：a)光源1010，被配置为产生光源光1011；以及b)如上面所定义的反射器1，被配置为反射所述光源光1011的至少一部分。
在又一实施例中，(多个)反射器形基板可以产生具有10度、25度和40度的半高全宽的反射器。在一个实施例中，反射器形的支撑件因此可以具有平滑反射器的形状和平滑度(参见例如图3b)。在另一实施例中，反射器形的台可以具有刻面反射器的形状和平滑度。刻面可以具有大于16mm2的面积，诸如在16mm2-1600mm2的范围内。然而，刻面还可以更小，诸如在1mm2-16mm2的范围内，或者甚至更小，诸如在0.01mm2-1 mm2的范围内。这种精细刻面或结构提供了更平滑的梁。
在又一实施例中，我们建议反射器形状的台，该台具有螺旋刻面反射器的形状和平滑度。期望紧密螺旋中的精细刻面以实现平滑的射束。在又一实施例中，我们建议反射器形状的台，该台具有混合反射器的形状和平滑度。它包括光源附近的刻面，以便获得没有“黑洞”的光束(参见图3c)。更远离光源，反射器可以不被刻面。在又一实施例中，我们建议反射器形的台，该台具有设计结构的形状和平滑度，该设计结构包括但不限于包括“纹理”、“桔皮”和“随机”设计。因此，基本上任何反射器1可以包括一个或多个3D部分，一个或多个3D部件包括本文描述的具有反射性质的3D物品10。因此，图3b-图3c中的反射器1的部分是3D打印的，并且包括3D物品10。
对于打印灯和灯具，我们建议使用放置在打印平台上的光滑反射器形状。可以通过例如喷涂将颗粒施加到光滑反射器形状上。随后，打印机可以在接收对准的颗粒的这种表面的顶部上打印(图3d)。
这里我们建议使用具有金属或金属氧化物涂层的玻璃薄片。这种玻璃薄片显示出镜面反射，并充当小反射镜。在此，我们建议使用具有金属、金属氧化物涂层的玻璃薄片。为了获得闪光效果，薄片具有20或更大的纵横比(尺寸/厚度)。薄片的平均尺寸在20μm-1mm的范围内。可以使薄片以多达40wt.％的浓度进入聚合物，诸如PC、PMMA和PET。主聚合物优选地为透明聚合物。还可以在不诱导散射的情况下与染料结合以维持闪光效果。还可以包括发光或吸收染料。
用PC作为可打印材料来打印几个示例，其中嵌入有玻璃薄片。玻璃薄片具有银涂层，厚度为约0.1μm。在示例中，颗粒的浓度为约4wt.％。颗粒具有的颗粒尺寸分别为20μm、60μm和100μm，厚度为约1μm。尽管使用银涂层，因此获得的产品具有金色外观。
本领域技术人员将理解本文中的术语“基本上”，诸如“基本上由...组成”。术语“基本上”还可以包括具有“全部地”、“完全地”、“所有的”等的实施例。因此，在实施例中，形容词“基本上”还可以被去除。在适用的情况下，术语“基本上”还可以涉及90％或更高，诸如95％或更高，特别地是99％或更高，甚至更特别地是99.5％或更高，包括100％。术语“包括”进一步包括在其中术语“包括”意指“由...组成”的实施例。术语“和/或”特别地涉及“和/或”之前和之后提到的物品中的一个或多个物品。例如，短语“物品1和/或物品2”以及类似的短语可以涉及物品1和物品2中的一个或多个物品。术语“包括”在一个实施例中可以指代“由...组成”，但是在另一实施例中还可以指代“至少包含所限定的种类和可选的一个或多个其他种类”。
此外，本说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等用于区分相似的元件，而不一定用于描述次序或时间顺序。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例能够以不同于本文描述或图示的其他顺序来操作。
特别地，在操作期间描述了本文中的设备。如本领域技术人员将清楚的那样，本发明不限于操作的方法或操作中的设备。
应当注意，上述实施例说明而不是限制本发明，并且在不脱离所附权利要求的范围的情况下，本领域技术人员将能够设计许多备选实施例。在权利要求中，放置在括号之间的任何附图标记不应被解读为对权利要求的限制。动词“包括”及其词形变化的使用不排除权利要求中所陈述的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。元件前的冠词“一”或“一个”不排除存在多个这种元件。本发明可以通过包括几个不同元件的硬件以及通过适当编程的计算机来实现。在列举有几个装置的设备权利要求中，这些装置中的几个装置可以由同一硬件来体现。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹的事实并不表明这些措施的组合不能被用于有利。
本发明进一步应用到一种设备，该设备包括本说明书中描述的和/或附图中示出的表征特征中的一个或多个特征。本发明还涉及一种方法或过程，其包括本说明书中描述的和/或附图中示出的表征特征中的一个或多个特征。
本专利中讨论的各个方面可以组合以便提供附加的优点。此外，本领域技术人员将理解，可以组合实施例，并且还可以组合多于两个的实施例。而且，特征中的一些特征可以形成一个或多个分案申请的基础。
不言而喻，第一(可打印或打印)材料和第二(可打印或打印)材料中的一者或多者可以包含诸如玻璃和纤维之类的填料，其对(多种)材料的Tg或Tm不具有(或不必具有)影响。

Claims (15)

1.一种用于通过3D打印制造反射器(10)的方法，所述方法包括：提供可3D打印材料(201)的细丝(320)；以及在打印阶段期间打印所述可3D打印材料(201)，以提供包括3D打印材料(202)的所述反射器(10)，其中所述可3D打印材料(201)还包括颗粒(410)，其中所述颗粒(410)包括玻璃和云母中的一者或多者，其中所述颗粒(410)具有涂层(412)，其中所述涂层包括金属涂层和金属氧化物涂层中的一者或多者，并且其中所述颗粒(410)具有最长尺寸(A1)，所述最长尺寸(A1)具有选自10μm-2mm的范围的最长尺寸长度(L1)，并且其中所述颗粒具有至少10的纵横比，其中所述涂层(412)包括光反射材料，并且其中所述可3D打印材料(201)包括对光透明的聚合物材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒(410)是片状的，所述片状颗粒具有选自20μm-1mm的范围的最长尺寸长度(L1)和至少20的纵横比。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述颗粒(410)包括云母薄片和玻璃薄片中的一者或多者。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述可3D打印材料(201)包括相对于所述可3D打印材料(201)的总重量的多达40wt.％的所述颗粒(410)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述可3D打印材料(201)包括相对于所述可3D打印材料(201)的总重量的在1wt.％-5wt.％的范围内的所述颗粒(410)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述可3D打印材料(201)包括以下各项的一者或多者：聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、以及它们中的两种或更多种的共聚物。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述颗粒(410)包括银或铝涂覆的云母或玻璃颗粒。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括：在所述打印阶段期间在基板(1550)上打印所述可3D打印材料(201)，其中所述基板(1550)具有反射器的形状，其中所述反射器具有以下各项中的一者或多者：弯曲面(1021)、刻面(1022)和被配置成相对于彼此成角度的面(1023)。
9.一种3D打印反射器(10)，所述3D打印反射器(10)能够通过根据权利要求1至8中任一项所述的方法能够获得，其中所述3D打印反射器(10)包括3D打印材料(202)，其中所述3D打印材料(202)包括热塑性材料，所述热塑性材料包括颗粒(410)，其中所述颗粒(410)包括玻璃和云母中的一者或多者，其中所述颗粒(410)具有涂层(412)，其中所述涂层(410)包括金属涂层和金属氧化物涂层中的一者或多者，并且其中所述颗粒(410)具有最长尺寸(A1)，所述最长尺寸(A1)具有选自10μm-2mm的范围的最长尺寸长度(L1)，并且其中所述颗粒具有至少10的纵横比。
10.根据权利要求9所述的3D打印反射器(10)，其中所述颗粒(410)具有选自20μm-1mm的范围的最长尺寸长度(L1)以及至少20的纵横比，并且其中所述可3D打印材料(201)包括相对于所述可3D打印材料(201)的总重量的多达40wt.％的所述颗粒(410)。
11.根据权利要求9和10中任一项所述的3D打印反射器(10)，其中所述可3D打印材料(201)包括相对于所述可3D打印材料(201)的总重量在1wt.％-5wt.％的范围内的所述颗粒(410)，并且其中所述可3D打印材料(201)包括以下各项中的一者或多者：聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、以及它们中的两种或更多种的共聚物。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的3D打印反射器(10)，其中所述颗粒(410)包括涂覆的云母薄片或涂覆的玻璃薄片中的一者或多者。
13.一种反射器(1)，包括镜面反射表面(2)，其中所述反射器(1)包括根据前述权利要求9至12中任一项所述的3D打印反射器(10)，并且其中所述反射表面(2)的至少一部分由所述3D打印反射器(10)提供。
14.一种照明系统(1000)，包括：(a)光源(1010)，所述光源(1010)被配置为产生光源光(1011)；以及(b)根据权利要求13所述的反射器(1)，所述反射器(1)被配置为反射所述光源光(1011)的至少一部分。
15.一种可3D打印材料(201)，所述可3D打印材料(201)用于在根据权利要求1至8中任一项所述的方法中使用，其中所述可3D打印材料(201)包括其中嵌入有颗粒(410)的聚合物，其中所述颗粒(410)包括玻璃和云母中的一者或多者，其中所述颗粒(410)具有涂层(412)，其中所述涂层包括金属涂层和金属氧化物涂层中的一者或多者，并且其中所述颗粒(410)具有最长尺寸(A1)，所述最长尺寸(A1)具有选自10μm-2mm的范围的最长尺寸长度(L1)，并且其中所述颗粒具有至少10的纵横比。
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