CN115144950A - 光学组织三维结构化表面及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种至少在部分表面区域中被三维结构化的工件的布置结构，其至少具有施加在结构化工件表面上方和/或下方的装饰物、以及至少一个照明源，所述装饰物包括至少一种涂覆材料，其中，以位置特定方式施加至工件的涂覆材料的量与工件的三维结构化表面在该位置处的高度相关，其中，三维结构化工件表面至少部分地是透明的，并且照明源布置成将光侧向地和/或在后部处和/或在前部处耦合到工件表面中。此外，本发明涉及一种用于对三维表面结构化工件进行涂覆的方法以及用于使三维表面结构化工件功能化的布置结构在运输工具的装饰物中的用途。

Description

光学组织三维结构化表面及其生产方法
技术领域
本发明涉及至少在部分表面区域中被三维结构化的工件的布置结构，至少具有施加在结构化工件表面上方和/或下方的装饰物以及至少一个照明源，所述装饰物包括至少一种涂覆材料，其中，以特定位置方式施加至工件的涂覆材料的量与工件的在该位置处的三维结构化表面的高度相关，其中，三维结构化工件表面至少部分地是透明的，并且照明源布置成将光侧向地和/或在后部处和/或在前部处耦合到工件表面中。此外，本发明涉及一种用于涂覆三维表面结构化工件的方法以及一种用于使三维表面结构化工件功能化的布置结构在运输工具的装饰物中的用途。
背景技术
操作员与系统界面之间的直观交互当今被许多用户认为是非常好的。虽然在过去用户的关注点通常是系统的基本功能，但由于电子和机械的快速发展，该关注点已经发生了变化。如今，系统在原理上发挥作用已被认为是理所当然的；相反，重要的是，不仅可以由受过训练和受过指导的专业人员实现与系统的成功交互，而且可以简单地完成，最好是在没有进一步先验知识的情况下直观地完成。用户期望的变化特别地影响复杂系统，比如对运输工具的子系统的控制，这些子系统应该完成各种不同的目的。例如，除了纯粹的驾驶，气候条件、娱乐和通信也应该是易于控制的，而不需要车辆驾驶员的大量注意力。
为了便于直观可控，该技术已经提出了多种不同的视觉、听觉和触觉系统反馈，所有这些意在为用户提供更简单且更可靠的操作。
例如，US 9 766 390 B2提供了能够通过图案设计来实现具有所需形状的光学图像的光学元件、以及使用该光学元件的照明设备，该光学元件包括：设置在基底基板的第一表面上的三维效果形成部分；以及以与三维效果形成部分层叠的形式设置的多重效果形成部分，三维效果形成部分具有在第一表面上沿第一方向连续布置的多个主图案，并且每个主图案具有倾斜表面，所述倾斜表面具有相对于第一表面的倾斜度，其中，多个主图案通过借助于从倾斜表面沿第一表面方向的折射或反射来引导第一入射光线而实现第一路径的线形光线，多个效果形成部分依次布置在与第一方向相交的第二方向上并具有多个光学图案。
EP1535244B1公开了用于从结构化表面、主体或空间生成二维图像信息、特别是用于具有三维外观的表面、主体或空间的二维再现的方法，该方法包括以下方法步骤：借助于二维扫描仪扫描表面、主体或空间以生成二维图像信息(二维数据)；以及借助于三维扫描仪扫描表面、主体或空间以生成三维图像信息(三维数据)，根据预定规则将二维数据和三维数据链接起来，以便对由此获得的图像进行刻意的绘图放大和二维表示，其中，在绘图放大期间，以生成或放大组合数据的三维外观的方式向二维数据添加三维数据或进一步处理的三维数据作为附加图像信息，其特征在于，通过三维扫描仪执行彩色图像信息和深度信息的混合或链接。根据从三维数据获得的距离矩阵的信息和深度信息以使得彩色图像信息相对于亮度和/或颜色值和/或饱和度进行调制的方式执行，三维数据被表示为黑色/白色图像，并且绘图放大通过将彩色图像和黑白图像的亮度值相乘来执行。
EP2 770 493 A2描述了一种具有三维(3D)片材的广告展示设备，该广告展示设备包括：基板；背光单元，该背光单元设置在基板上并发出光；以及三维片材，该三维片材设置在背光单元上以通过从背光单元发出的光显示三维图像。
从现有技术已知的这种解决方案可以提供进一步的改进潜力。这尤其是指借助于这些结构的可切换的突出显示和调平以及相关的改进且方便的用户可检测性和可操作性来对三维表面结构进行特定情况标记。
发明内容
因此，本发明的目的是至少部分地克服现有技术已知的缺点。特别地，本发明的目的是提供一种布置结构，该布置结构允许改进型光学结构，其适配要求并且因此改进了用户对表面的可操作性。此外，本发明的目的是提供一种布置结构，该布置结构可以通过能够主动且快速改变光学特性而用作可适配的人机界面。
该目的通过涉及根据本发明的布置结构、根据本发明的制造方法以及根据本发明的布置结构的用途的独立权利要求的特征来解决。本发明的优选实施方式在从属权利要求、说明书或附图中指出，由此在从属权利要求、说明书或附图中描述或示出的进一步特征可以单独或以任何组合的方式构成本发明的目标，只要上下文没有明确表明相反内容即可。
根据本发明，至少在部分表面区域中被三维结构化的工件的布置结构至少包括施加在结构化工件表面上方和/或下方的装饰物以及至少一个照明源，其中，装饰物包括至少一种涂覆材料，以位置特定方式施加至工件的涂覆材料的量与工件的三维结构化表面在该位置处的高度相关，三维结构化工件表面至少部分是透光的，并且照明源被设定为将光侧向地和/或在后部处和/或在前部处耦合到工件表面中。
惊人地，已发现可以经由根据本发明的布置结构提供三维表面结构化工件，与现有技术的功能化表面相比，所述三维表面结构化工件为工件表面的潜在用户提供视觉上明显结构化的表面轮廓。对用户有光学和触觉反馈的协同效应，可以更快地捕捉和结构化工件的表面结构。通过目标涂层与照明相结合，工件的表面的各个区域以可清晰分离的方式突出显示，并且改进的可感知性防止操作错误。此外，改进的可感知性还使用户立即清楚地知道在表面的哪些点处可以预期进一步的表面功能。此外，根据本发明的布置结构还可以提供一种允许以改进的方式向用户提供视觉反馈的系统。由于三维表面结构的特殊突出显示，可以显示和查询更多的动作选项，这是现有技术解决方案无法做到的。特别地，根据本发明的设计还可以提高工件表面上的可检测空间分辨率，这使得在电子系统的期望反馈的情况下进一步促进可操作性。总之，这种布置结构产生更直观的系统，该系统允许以较低的注意力水平操作甚至复杂的设备。当需要来自用户的进一步触觉输入、例如呈与开关交互的形式的触觉输入时，这种布置结构也可以特别有利地使用。在这些情况下，可以将开关表面的定义设计得更容易察觉，从而降低操作错误的风险。此外，有利的是，利用根据本发明的布置结构，可以主动地使表面的光学特性适配环境情况。例如，根据环境亮度，该布置结构的不同照明强度最初可以确保始终良好的可检测性。此外，可以主动控制包含在三维结构化表面中的信息的清晰度。后者可以包括例如在表面结构首先在光学上“隐藏”并且仅在需要时突出显示的事实。信息的这种“可切换性”可以适于变化的环境和输入情况，这显著提高了用户的清晰度和可用性。有趣地，已经表明的是，根据本发明的布置结构的这些特征对于具有用于监测驾驶情况的大量传感器系统的现代运输工具特别有利，因为使用根据本发明的布置结构，由车辆检测到的驾驶情况可以进一步快速且有效地传达给运输工具的用户。此外，本发明允许根据情况显示或隐藏集成在表面中的控制元件，而不必为此使用相应的显示器。因此，大大提高了用户的清晰度和可操作性。现有技术通常将显示器用于此类应用，但是这些在重量、功耗和稳健性方面是不利的。
根据本发明的布置结构包括至少在局部区域中具有三维表面结构的工件。本发明的基础是具有表面的工件，其中，该表面不是平坦的而是具有凸起和凹陷。凸起和凹陷可以形成图案，例如通过凸起和凹陷之间的规则布置结构或不规则的表面结构而形成图案。工件上的表面结构具有一定的延伸度使得工件上的表面结构可以在视觉和触觉上被感知。仅具有表面粗糙度的工件不是本发明含义内的表面结构化工件。可以根据本发明使用的表面结构化工件可以例如被视为具有不平坦表面但具有规则或不规则结构的薄膜或片材、例如由于薄膜的部分机械或热成型而具有不平坦表面但具有规则或不规则结构的薄膜或片材。表面不必在整个区域上结构化。一定比例的表面被结构化就是足够的。该结构化部分不包括诸如机械开关等的单独结构。表面可以是平坦的，或者该表面可以具有单曲率或多曲率。
此外，三维表面结构化工件具有施加在结构化工件表面上方和/或下方的装饰物。三维表面结构化工件的特征还在于在工件表面的上方、下方或两侧都具有装饰物。指示“下方”和“上方”指代可能的施加情况。使用结构化箔作为工件的示例，这意味着面向潜在用户的表面侧被称为“顶侧”。箔的背离用户的表面侧是“底侧”。工件的顶侧、底侧或顶侧和底侧两者由此具有装饰物意义上的另外的图案。装饰物是工件的图案或有意装饰品。装饰物包括至少一种涂覆材料。额外施加的图案或装饰物的有意装饰品因此通常可以经由施加至少一种涂覆材料来实现。然而，也可以借助于烧蚀工艺来实现装饰物，其中，首先在整个表面上施加颜色，然后至少部分地再次局部选择性地去除该颜色。
该布置结构包括至少一个照明源，其中，照明源布置成使得光可以侧向地和/或从后部和/或从前部耦合到工件表面中。除了设置有装饰物的表面结构化工件之外，根据本发明的布置结构还包括至少一个照明源。本发明意义上的照明源是能够发出一种或更多种波长的光的电子设备。经由引入的光，可以以受控方式改变表面的光学特性，这形成了用于表面的可感知的、光学无定形特性的控制元件。可能的照明源包括灯泡、卤素灯或LED。照明源发出光并且光被引导到工件表面中或被引导到工件表面上。例如，通过利用来自照明源的光从后方或从前方照射工件表面，可以将光耦合到工件表面中。然而，来自照明源的光也可以侧向地输入到工件表面中。在结构化箔的情况下，侧向耦合到工件表面中意味着光不是被引导到箔上，而是被引导到箔中。通过使光耦合，总是对环境光做出额外贡献。入射环境光对工件表面的纯照明不符合将光耦合到工件表面中的特性。
以特定位置方式施加至工件的涂覆材料的量与工件的三维结构化表面在该位置处的高度相关。施加于工件的装饰物不满足工件的纯粹光学装饰物的目的，而是源于工件本身的直接功能特性。后者是通过以下事实来实现的：该位置处的涂覆材料的特定位置施加量不是任意选择的，而是作为工件在该位置处的高度或换言之为厚度的函数产生的。三维结构化表面的高度由工件该位置处的高度或凹陷的布置结构而产生。如果例如工件在该位置处的表面使得在用户方向上形成峰，则在工件的该位置处按比例施加更多的涂覆材料。如果工件的该点处有凹陷，则在该点处施加的涂覆材料较少。工件的高度可以在数学上获得，例如经由该点处的表面高度与工件的平均高度之间的差值在数学上获得。表面点高于工件的平均高度或厚度越高，在该点处施加的材料越多；如果高度低于工件的平均高度或厚度，则施加较少材料或不施加材料。这种对表面高度的标准化可以在整个工件上进行，也可以仅在工件的所需涂层区域上进行。
三维结构化工件表面至少部分是透明的。在这方面，并非所有材料都适于根据本发明的布置结构。工件本身必须由至少部分透光的材料组成。如果工件对于波长大于或等于380nm且小于或等于780nm的IR、UV或可见光的透射率大于或等于10％、进一步优选地大于或等于25％、进一步优选地大于或等于40％，则工件表面或工件是部分透光的。
在该布置结构的优选实施方式内，装饰物可以至少部分地包括至少两种不同的涂覆材料，其中，以位置特定方式施加至结构化工件的一种涂覆材料的量与工件的三维结构表面在该位置处的高度相关，并且该位置处的其他涂覆材料的量与第一涂覆材料的量成反比。除了仅使用一种涂覆材料之外，还发现通过使用两种不同的涂覆材料实现改进的可操作性，从而特别适于使工件的表面突出显示和功能化。通过这种使用，可以更有效地实现涂层和突出显示工件的表面结构的功能效果。为了达到改进的效果，两种涂覆材料以它们的特定部位量反比例地施加。这例如意味着，在工件表面的最大高度处，仅存在一种涂覆材料，而另一种涂覆材料的施加量为零。然后，在工件表面的最小高度处，其他涂覆材料相应地以其最大量施加并且第一涂覆材料的施加量为零。表面结构化工件的其他高度涂覆有两种材料，其中，第一涂覆材料和第二涂覆材料的交替组合物作为高度的函数被施加。不同的涂覆材料可以例如是不同的颜色或通常具有可控特性比如吸收或透射的涂覆材料。
在该布置结构的优选实施方式中，工件的制成材料可以由选自由聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酰甲基亚胺、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、玻璃或其至少两种材料的组合组成的组，并且工件的厚度可以大于等于1.5mm且小于或等于2cm。为了实现工件表面的特别合适的光学结构化，已发现由上述聚合物或陶瓷组成或包括上述聚合物或陶瓷的工件是特别合适的。这些材料的光学和机械性能使得在指定厚度范围内提供机械稳定的工件，这也提供了必要的光学性能以提高可用性。进一步优选地，工件的厚度可以大于或等于2mm且小于或等于1.5cm，进一步优选地大于或等于5mm且小于或等于1.25cm。优选地，由这些材料制成的工件可以是结构化的、例如热成型或其他结构化的薄膜或片材的形式。
在该布置结构的优选方面中，工件在工件表面上的平均透射率可以在大于或等于380nm且小于或等于750nm、大于或等于15％且小于或等于100％的波长范围内。为了获得与角度无关且均匀突出显示的表面结构，从而获得显著提高的可操作性，已证明可见光的透射位于上述指定的透射范围内是有利的。较低的透射值不是优选的，因为这可能导致表面结构的突出显示不足。此外，上述波长范围内的透射率可以大于或等于25％且小于或等于100％、进一步优选地大于或等于50％且小于或等于100％。工件的透射率可以通过对结构化的未涂覆工件进行简单的透射率测量来确定。进一步优选地，所述照明源可以发出波长大于或等于405nm的光。
优选地，工件材料的折射率可以大于或等于1.2且小于或等于1.59。为了实现工件表面的涂层的最均匀且与角度无关的效果，已发现未涂覆工件具有上述范围内的折射率是有利的。在该折射率范围内，可以产生非常具体的光学表面缺陷，使得表面高度和凹陷的差异明显更好。
在该布置结构的另一优选特征中，带纹理且未装饰的工件表面的最大凸起与平均工件厚度的比率(其表示为从工件的背面开始计算的最大厚度除以平均工件厚度)可以大于或等于1.1且小于或等于3。为了获得尽可能均匀且与视角无关的效果，已发现工件的表面结构位于该限制范围内是有利的。这意味着与平均工件厚度相比，通过表面结构化可实现的高度和凹陷受到限制。这避免了工件表面上过高的峰或过深的谷。该比率是通过平均工件厚度获得的，例如用于生产的薄膜或片材的厚度，以及表面结构化之后片材的最大可实现延伸度、即厚度。对于后一个参数，当然不是在该点处施加的工件的厚度，而是在该点处实现的工件的挠度。例如，如果对1mm厚的片材进行热成型，并在一个点处产生3mm高的突起，则得到的结果是该比率为3。在进一步优选的实施方式中，除了或独立于高度关系，三维纹理表面的浮雕的最大深度可以大于或等于承载件片材的层厚度的2％且小于或等于层厚度的50％。进一步优选地，该比率可以大于或等于1.25且小于或等于2.5、进一步优选地大于或等于1.5且小于或等于2。在这些尺寸范围内，在纹理表面中可以产生非常明显的视觉差异。
在该布置结构的优选实施方式内，照明源可以设定成将光从后方和侧面耦合到工件中。为了提高使表面结构化的光学感知能力，已证明利用来自两个不同方向的光照射工件是特别有利的。在这种情况下，光从工件的背侧、即背离潜在用户的一侧耦合进来，并且还侧向地耦合到工件中。例如，可以通过使用具有两个光导的光源或通过使用两个不同的光源来实现从两个不同方向的这种光耦合。可以在工件的四个侧表面中的每个侧表面中进行到工件的侧面中的耦合。
在该布置结构的优选实施方式中，该装置可以另外包括控制单元和检测单元，其中，检测单元布置成检测对该布置结构的接近并向控制单元输出相应的信号，并且控制单元布置成根据检测单元的输出信号控制光的耦合。为了特别有效地突出显示工件的表面结构，已经发现有利的是，用户对表面的角度相关观察被包括在结构化的突出显示中。为此，例如检测单元可以检测对工件表面的接近并且将接近方向传输给控制单元。控制单元根据信号确定接近工件表面的接近方向并且根据接近方向控制一个或多个照明源的强度。通过该实施方式，例如，从右侧、从左侧或从前面的接近可以触发根据本发明的布置结构中的一个或多个照明源的不同切换图案或强度分布。检测单元和控制单元也可以以时间分辨的方式跟踪接近，使得根据检测到的接近方向和距离切换不同的照明程序。例如，单个光源的强度分量或其他光源的分量可以根据具体的接近情况而随时间变化。
在该布置结构的优选实施方式中，该布置结构可以具有至少两个不同的照明源，其中，两个照明源可以通过控制单元在其光学特性上彼此无关地被控制。特别地，通过使用至少两个照明源，工件的光学特性可以通过根据本发明的布置结构产生特别大的变化，其中，表面结构化的可感知性的降低和选定的三维形状区域的特定突出显示可能特别大。这尤其可以增加表面的可用性。
在该布置结构的优选方面中，涂覆材料可以选自具有彩色颜料的可固化液体、带有金属颗粒的可固化液体、可固化漆、或其至少两种材料的组合。为了获得工件表面的三维结构的最持久且特别简洁的突出显示，上述涂覆剂已被证明是特别合适的。液体可以例如以彩色液体、即具有有机或无机彩色颜料的溶剂的形式使用，或者以具有无机金属颗粒的溶剂或糊剂的形式使用。在该上下文中，术语“可固化”是指液体优选地包含能够彼此发生化学反应、交联的物质。这些可以例如是下述单体：所述单体在外部刺激、例如呈辐射或加热的形式的外部刺激或通过溶剂的纯蒸发而进行的外部刺激的基础上相互反应以形成较大的聚合物。通过这种机制，施加的液体可以永久地固定在施加部位处。
在该布置结构的另一优选特征中，装饰物可以包括至少两种不同涂覆材料，所述涂覆材料具有根据HSV色轮的不同颜色，至少两种位置敏感施加的颜色在HSV色轮上在至少75％的印刷区域上围成大于或等于170°且小于或等于190°的角度或者具有相差至少30个百分点的亮度值。为了能够特别显著地突出显示三维表面结构，已证明特别适合使用基于互补色的两种不同涂覆剂。用于涂覆的颜色溶液因此例如在HSV色环或其圆柱形表示上具有彼此相反的颜色。对两种涂覆材料在色环上的对应坐标表示的确定是本领域技术人员已知的。亮度值的差异还意在包括使用实际“无色”但互补的、即黑色/白色的涂覆材料进行打印。
在该布置结构的另一优选实施方式中，装饰物可以包括具有不同反射率和/或吸收特性的至少两种涂覆材料，其中，至少两种位置敏感施加的涂覆材料在光吸收方面具有大于或等于50％的范围为280nm至780nm的整体差异。除了借助于选定颜色来区分可以使用的两种涂覆材料外，还可以通过选择在光吸收方面不同的涂覆材料来实现特别有效地突出显示三维表面结构。可以借助于简单的吸收测量、例如使用UV-V仪器在上述波长范围内确定整体光吸收。进一步优选地，彩色颜料的选择可以根据从照明源耦合进来的辐射来进行，并且可以调整成使得耦合的辐射被尽可能地放大或尽可能地由彩色颜料减少。
在该布置结构的优选方面中，装饰物可以施加至工件的背侧表面，其中，涂层的厚度大于或等于0.01mm且小于或等于3mm。为了最大程度地突出工件的三维表面的表面结构，并且为了实现尽可能与角度无关的效果，上述涂覆材料干燥之后的厚度已发现是特别合适的。优选地，涂层的厚度可以大于或等于0.05mm且小于或等于2mm、进一步优选地大于或等于0.02mm且小于或等于0.2mm。优选地，可以在两种涂覆材料的装饰物下方施加另外的涂层。进一步优选地，该另外的涂层可以由选自具有彩色颜料的固化液体/具有金属颗粒的固化液体或来自该组的至少两种组分的组合的涂覆材料组成，其中，涂层的厚度至少对应于高度相关的位置敏感涂层。
在另一优选实施方式中，三维表面结构化工件的位置相关高度可以设计成至少在局部区域中是可变地可控的。为了向潜在的操作者特别说明表面结构，已经证明特别有利的是，表面结构、在此特别是高度可以例如经由控制单元来改变。特别地，这意味着可以在某些局部区域中改变表面的高度。此外，这可能意味着在表面的某些局部区域中可以改变所述布置结构的残余应力，使得例如可以经由电感应的局部变形来调节材料的折射率。基于这样一个事实，即所施加的涂覆材料的比例的偏差通过该位置处的可变高度来实现，可以通过可变高度实现一次与涂覆材料的一致和一次与涂覆材料的不协调。因此，该实施方式能够特别地仅暂时地突出显示表面结构并且特别地便于开关或按钮的操作。
在该布置结构的优选实施方式中，工件表面可以至少部分地是单曲面或双曲面，并且一个或两个曲率中的曲率可以大于或等于0.001mm且小于或等于0.5mm。弯曲表面通常被理解为只有通过展开才能转换为欧几里得平面的那些表面。这些表面的特征在于下述事实：凹曲率和/或凸曲率仅存在于纵向方向或横向方向上，并且可以为平面的每个点描述一条直线，该直线垂直于曲率走向。这些工件至少部分地具有非平面表面。因此，工件表面表现出高度差异和表面坡度的差异。由于高度差异和由于表面的坡度，工件的表面是弯曲的。工件还可以具有部分双向弯曲的表面。如果表面的一部分在数学意义上具有在至少两个不同方向上的曲率，则表面在本发明的意义上是双向弯曲的。即使对于工件的这些困难的表面几何形状，根据本发明的布置结构也可以帮助提高可操作性。这同样适用于表面区域的突出显示，例如在即将发生碰撞的情况下。表面的在表面上的限定点处的曲率可以通过对表面曲线应用切线来确定。用于此的数学程序是本领域技术人员已知的。进一步优选地，曲率半径可以大于或等于5mm且小于或等于50cm、并且进一步优选地大于或等于1cm且小于或等于5cm和20cm。
在该布置结构的另一优选实施方式中，表面结构化的平均粗糙度值可以小于1.2。特别地利用这些平均粗糙度值，可以通过根据本发明的布置结构实现工件的表面结构的特别有利的突出显示。
此外，根据本发明的是一种借助于喷墨工艺来涂覆三维表面结构化工件的方法，该方法至少包括以下方法步骤：
a)提供三维表面结构化工件；
b)借助于喷墨工艺对工件进行位置敏感印刷，其特征在于，至少部分地将至少两种不同的涂覆材料施加至工件表面或施加至工件表面下方，以位置特定方式施加至工件的一种涂覆材料的量与工件的三维结构化表面在该位置处的高度相关，并且该位置处的其他涂覆材料的量与第一涂覆材料的量成反比。
根据本发明的该方法可以特别适于表面结构化工件的进一步功能化。通过该方法可以特别地强调工件的表面结构化，并创造了特别简单的可操作性的进一步可能性。后者尤其可以由功能化的、例如通过触敏开关和/或电容性表面区域而功能化的表面产生，触敏开关和/或电容性表面区域被设计成对来自用户的机械或触觉输入是位置敏感的。各个表面区域的改进的界定性允许使操作错误最小化。
根据本发明的方法是借助于喷墨印刷来涂覆三维表面结构化工件的方法。涂覆材料可以借助于数字涂层工艺比如喷墨工艺施加至结构化表面。基本原理基于打印/涂覆头与待涂覆表面之间的相对运动。然后可以通过从打印头喷射涂覆液体来直接对后者进行涂覆。
在方法步骤a)中，提供三维表面结构化工件。三维工件是至少部分地具有非平面表面的工件。因此，工件表面表现出高度差异和表面坡度的差异。此外，除了位置相关的高度差异之外，工件的表面还可以在一个或多个方向上弯曲。
在方法步骤b)中，使用喷墨工艺以位置敏感方式印刷工件。术语“工件的位置敏感印刷”意味着施加至工件的特定表面点的涂覆剂的量在工件上可能不是恒定的，而是可变的。特别是，这并不意味着将一种或更多种涂覆剂以恒定的量施加至工件的所有表面点。
位置敏感印刷利用至少两种不同的涂覆材料至少部分地在工件表面上方或下方进行，以位置特定方式施加至工件的一种涂覆材料的量与工件的三维结构化表面在该位置处的高度相关，并且该位置处的其他涂覆材料的量与第一涂覆材料的量成反比。该要求已经在根据本发明的布置结构的上下文中讨论过，并且将参考根据本发明的布置结构的优点。
在该方法的优选实施方式中，表面的涂覆可以这样进行，即，当使用涂覆设备时，仅对表面的下述局部区域进行涂覆，在所述局部区域上，涂覆设备的一部分的边缘离开平面地投影到涂覆设备的布置结构L·B上的表面，其中，垂直于涂覆设备的运动矢量的L法线和B表示涂覆设备的涂覆喷嘴在表面上的最大投影距离，可以由满足以下条件的椭圆连接：在正交于涂覆仪器的运动矢量的平面中的椭圆：
Figure BDA0003570181580000091
以及垂直于涂覆仪器的运动矢量的椭圆：
Figure BDA0003570181580000092
其中，1<k<30且
Figure BDA0003570181580000093
在该实施方案中，已经令人惊讶地表明，特别是二维弯曲表面区域可以被高质量地涂覆并且通过根据本发明的方法获得表面结构的特别清晰的表示。
在该方法的另一优选实施方式中，可以选择涂覆设备在待涂覆的局部区域上的轨迹和涂覆过程期间对涂覆设备的控制，使得涂覆剂在整个待涂覆的局部区域上的冲击速度位于限定的速度范围内。与其他方法相比，这种设计已被证明特别适用于异形三维表面，例如经由关于涂覆头至表面的限定的最大和最小距离的严格公差范围。借助于该边界条件，在复杂的表面几何形状上执行高质量涂覆所需的参数比如液滴尺寸、涂覆剂的粘度和从涂覆喷嘴喷射之后产生的脉冲速度可以以很有针对性的方式确定。以此方式，例如产生具有显著改善的表面感觉的更均匀的涂层。
在该方法的优选变型中，工件的涂覆可以通过从相对于工件表面沿一条或多条路径移动的打印头喷射至少一种涂覆剂来完成，其中，仅对工件的下述表面点进行涂覆：所述表面点的法向量
Figure BDA0003570181580000094
与工件区域的包络曲线上同一点的法向量
Figure BDA0003570181580000095
相关，包络曲线垂直于打印头的运动方向延伸并在所考虑的点两侧大于或等于1cm的距离上连接其法向量满足以下数学关系的表面纹理的周围最大值：
Figure BDA0003570181580000101
在该方法的该优选实施方式中，确保在工件表面具有特别有挑战性的结构的情况下，仅能够借助于喷墨工艺以必要的层厚度可再现地涂覆的表面区域被涂覆。这种设计可以避免涂覆错误并有助于特别适合突出显示工件表面。
此外，根据本发明，提供将根据本发明所述的、用于使三维表面结构化工件功能化的布置结构在交通工具或运输工具的装饰物区域中的用途。根据本发明的布置结构可以特别有助于促进交通工具或运输工具中复杂电气系统的操作。通过工件的表面结构的可感知性的可实现的增强，特别是信息或开关元件可以以特别有效的方式突出显示，由此特别是位置相关的影响和操作者的影响也可以通过光源的布置结构来补偿。由于工件表面的改进的结构化，可以有效地防止操作错误。本发明意义上的交通工具特别地包括机动车辆、飞行器或轨道车辆以及电动车辆。运输工具可以包括例如飞行器、公共汽车或当地公共交通的交通工具。装饰物区域优选出现在交通工具内部，由此交通工具驾驶舱的区域中的表面尤其可以受益于根据本发明的布置结构的使用。在使用的优选实施方式的范围内，该布置结构可以特别地用于延续在交通工具和运输工具的可见区域中的其他布置结构上描绘的设计主题。
附图说明
根据本发明的目的的进一步的优点和有利的实施方式通过附图示出并且在以下描述中进行说明。应当注意的是，附图仅是描述性的，而不意在限制本发明。
附图示出了：
图1是根据本发明的三维表面纹理工件和双色涂层的反面，其中，100％白色作为最终层；
图2是根据本发明的在背侧具有双色涂层而没有光耦合的图1所示的三维表面结构化工件的前侧；
图3是图1和图2的根据本发明涂覆的具有侧向光耦合的工件的前侧；
图4是图1至图3的根据本发明涂覆的随光源的侧向入射角的变化而变化的工件的前侧；
图5是图1至图4的根据本发明涂覆的其中光源的入射角随着从后侧入射的光而变化的工件的前侧。
具体实施方式
图1在反面上示出了三维纹理工件的反面。轮廓呈六边形蜂窝图案的形式，蜂窝的中心高于其他表面点。工件的材料是异形PMMA片材，蜂窝边缘中的透明部是3毫米厚，其在未涂覆时具有92％的透光率。得到了三维表面轮廓，其具有相对于工件的平均厚度的峰和谷。工件原本是不弯曲的，即，是平坦的。工件的反面首先经受根据本发明的使用两种颜色、黑色和白色进行的涂覆，其中，位置相关涂覆以灰色阴影施加。灰度级是作为涂覆件的位置函数获得的，工件在该点的高度代表灰度级的比例因子。工件表面的最高凸起处涂白漆，表面的最低凹陷处涂黑漆。剩余的表面点被赋予灰色阴影，其中，灰度值对应于高度。然后在该双色涂层的底侧上另外涂覆单色白色。双色涂层的层厚度在其最高凸起处为0.01mm。附加对比顶层的层厚度约为0.012mm。
图2示出了来自图1的工件从非结构化、平坦前侧观察的相应表面。由于工件的透明材料，已涂覆后侧是可见的。根据本发明，工件的后侧在白色顶部涂层上方、即朝向工件设置有黑色和白色两种互补色的涂层。三维表面轮廓涂覆成使得前侧(山)方向上的最大高度用纯白色可见，并且后侧方向上的最大凹陷用纯黑色(凹陷)可见。两者之间的高度水平使用两种颜色的组合以及相应的相关灰色阴影进行涂覆。得到的是没有进一步突出显示/功能化某些子区域或浮雕的相应高度水平的光学图像。
图3示出了图1和2的三维表面结构化工件，该三维表面结构化工件具有背面上根据本发明的双色涂层、顶层和由点光源额外耦合的白光。光从侧面耦合进来。表面在光耦合点处的三维轮廓被清晰地突出显示。凸起高度清晰突出，从而例如更容易感知和发现表面的高度和谷。这种突出显示使用户更容易识别和操作开关和按钮，并且可以通过控制耦合光的强度、入射方向和波长混合来主动地改变和控制对表面的感知。
图4还示出了与图1和图2中的工件相同的根据本发明的布置结构，其包括工件表面、背面的补充色涂层，通过点光源将白光额外地耦合到工件中。与图3相比，点光源的入射角发生了变化。光从侧面耦合到工件中。带纹理工件表面的高度水平被清晰地突出显示，光源的变化突出显示了显著变化的表面纹理。与图3相比，这一点尤为明显。通过单独改变光的入射角，例如可以在表面上显示具有多种功能或附加事件的开关和/或按钮，并在视觉上以可切换的方式突出/隐藏开关和/或按钮。
图5还示出了与图1至图2的工件相同的根据本发明的布置结构，其包括工件表面、背面的两种互补色的涂层，但是通过点光源将白光额外地耦合到工件中。与图3和图4相比，点光源的入射角发生了变化，光从后侧直接耦合到工件中。在该入射角下，浮雕的高度水平不那么突出。相反，在没有入射光的情况下难以看到的蜂窝浮雕的轮廓被清晰地强调。这种变化又允许在开关或按钮上显示不同的功能。这可以方便应用情况。特别地，功能区域可以特别地被突出显示和再次隐藏。应用情况的复杂性可以通过根据本发明的布置结构来具体地影响和控制。

Claims (14)

1.一种布置结构，其包括至少在部分表面区域中以三维方式结构化的工件，所述布置结构至少包括施加在所述工件的结构化表面上方和/或下方的装饰物以及至少一个照明源，其特征在于，所述装饰物至少部分地包括至少两种不同的涂覆材料，其中，以位置特定方式施加至所述结构化工件的一种涂覆材料的量与所述工件的三维结构化表面在该位置处的高度相关，并且该位置处的其他涂覆材料的量与第一涂覆材料的量成反比，其中，所述三维结构化工件表面至少部分是透明的，并且所述照明源设定成侧向地和/或在后部处和/或在前部处将光耦合到所述工件表面中。
2.根据权利要求1所述的布置结构，其中，所述工件的制成材料选自由聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酰甲基酰亚胺、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、玻璃、或其至少两种材料的组合组成的组，并且所述工件的厚度大于或等于1.5mm且小于等于2cm。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的布置结构，其中，在大于或等于380nm且小于或等于750nm的波长范围内，在所述工件表面上平均的所述工件的透射率大于或等于15％且小于或等于100％。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的布置结构，其中，带纹理且未装饰的工件表面的最大凸起与平均工件厚度的比率大于或等于1.1且小于或等于3，其中所述比率表示为从所述工件的背面开始计算的最大厚度除以所述平均工件厚度。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的布置结构，其中，所述照明源适于将光从后方和侧向地耦合到所述工件中。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的布置结构，其中，所述布置结构还包括控制单元和检测单元，其中，所述检测单元适于检测对所述布置结构的接近并且向所述控制单元输出相应的信号，并且所述控制单元适于根据所述检测单元的输出信号控制光的耦合。
7.根据权利要求6所述的布置结构，其中，所述布置结构包括至少两个不同的照明源，其中，经由所述控制装置以彼此独立的方式控制所述两个照明源的光学特性。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的布置结构，其中，所述涂覆材料选自由具有彩色颜料的可固化液体、具有金属颗粒的可固化液体、可固化漆、或其至少两种材料的组合组成的组。
9.根据权利要求2至9中的任一项所述的布置结构，其中，所述装饰物包括至少两种不同的涂覆材料，所述至少两种不同的涂覆材料具有根据HSV色轮的不同颜色，其中，至少两种位置敏感施加的颜色在所述HSV色轮上在至少75％的印刷区域上包括大于或等于170°且小于或等于190°的角度或者具有相差至少30个百分点的亮度值。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的布置结构，其中，所述装饰物包括在可见光波长范围内具有不同反射率和/或吸收特性的至少两种涂覆材料，其中，所述位置敏感施加的涂覆材料中的至少两者在光吸收方面具有大于或等于50％的范围为280nm至780nm的光吸收整体差异。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的布置结构，其中，所述工件表面至少部分地是单曲面或双曲面，并且一个或两个曲率中的曲率大于或等于0.001mm且小于或等于0.5mm。
12.一种利用喷墨工艺对三维表面结构化工件进行涂层的方法，至少包括以下方法步骤：
a)提供三维表面结构化工件；
b)借助于喷墨工艺对所述工件进行位置敏感印刷，其特征在于，至少部分地将至少两种不同的涂覆材料施加至工件表面上方或下方，以位置特定方式施加至所述工件的一种涂覆材料的量与所述工件的三维结构化表面在该位置处的高度相关，并且该位置处的其他涂覆材料的量与第一涂覆材料的量成反比。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述工件的涂覆通过从相对于所述工件表面沿一条或更多条路径移动的打印头喷射至少一种涂覆剂来完成，其中，仅对所述工件的下述表面点进行涂覆：所述表面点的法向量
Figure FDA0003570181570000021
与工件区域的包络曲线上同一点的法向量
Figure FDA0003570181570000022
相关，所述包络曲线垂直于所述打印头的移动方向延伸并在所考虑的点两侧大于或等于1cm的距离上连接其法向量满足以下数学关系的表面纹理的周围最大值：
Figure FDA0003570181570000023
14.根据权利要求1至11中的任一项所述的用于使三维表面结构化工件功能化的布置结构在交通工具或运输工具的装饰物中的用途。
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