DE102017008130A1 - Process for the production of optical components and optical component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils, wobei das optische Bauteil wenigstens einen ersten Bereich mit einem transparenten Material und wenigstens einen zweiten Bereich mit einem nicht-transparenten Material aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der erste Bereich und der zweite Bereich zumindest im Wesentlichen simultan hergestellt werden, wobei das Bauteil schichtweise, insbesondere aus einem schmelzflüssigen Kunststoff innerhalb eines additiven Fertigungsverfahrens, insbesondere Fused Deposition Modeling (FDM), Fused Layer Modeling (FLM) und/oder Fused Filament Fabrication (FFF), hergestellt und/oder aufgebaut wird. The invention relates to methods for producing an optical component, wherein the optical component has at least one first region with a transparent material and at least one second region with a non-transparent material. According to the invention, the first region and the second region are produced at least substantially simultaneously, the component being produced in layers, in particular from a molten plastic within an additive manufacturing process, in particular fused deposition modeling (FDM), fused-layer modeling (FLM) and / or or Fused Filament Fabrication (FFF), manufactured and / or constructed.
Description
Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der generativen Fertigungsverfahren bzw. der additiven Fertigung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils, wobei das optische Bauteil wenigstens einen ersten Bereich mit einem transparenten Material und wenigstens einen zweiten Bereich mit einem nicht-transparenten Material aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein optisches Bauteil mit wenigstens einem ersten Bereich mit einem transparenten Material und wenigstens einem zweiten Bereich mit einem nicht-transparenten Material.The invention relates to the technical field of additive manufacturing processes or additive manufacturing. In particular, the invention relates to a method for producing an optical component, wherein the optical component has at least one first region with a transparent material and at least one second region with a non-transparent material. Furthermore, the invention relates to an optical component having at least a first region with a transparent material and at least one second region with a non-transparent material.
In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter Transparenz die Fähigkeit des Materials verstanden, elektromagnetische Wellen hindurchzulassen, das heißt Transmission zuzulassen. Die Transparenz des ersten Bereichs kennzeichnet dabei die Lichtdurchlässigkeit des ersten Bereichs, so dass Licht zumindest teilweise durch den ersten Bereich transmittierbar ist. Unter Lichtdurchlässigkeit ist auch die Transluzenz, also die partielle Lichtdurchlässigkeit eines Körpers, zu verstehen. Transluzente Materialien können grundsätzlich zwar auch nicht transparent sein, im vorliegenden Fall sind jedoch auch transluzente Materialien im Sinne der vorliegenden Erfindung als „transparente“ Materialien anzusehen.In the context of the present invention, the term transparency is understood to mean the ability of the material to transmit electromagnetic waves, that is, to allow transmission. The transparency of the first region characterizes the light transmittance of the first region, so that light can be transmitted at least partially through the first region. By translucency is also the translucency, ie the partial translucency of a body to understand. Although translucent materials may in principle also not be transparent, in the present case also translucent materials in the context of the present invention are to be regarded as "transparent" materials.
Das nicht-transparente Material ist demzufolge lichtundurchlässig und/oder opak. Die Opazität bezeichnet dabei das Gegenteil der Transluzenz und/oder der Transparenz, demgemäß also die mangelnde Durchsichtigkeit bzw. die mangelnde Lichtdurchlässigkeit. Demzufolge ist der erste Bereich lichtdurchlässig und der zweite Bereich lichtundurchlässig. Als lichtdurchlässige Stoffe bzw. Materialien können sowohl durchsichtige Stoffe als auch durchscheinende Stoffe und/oder Materialien angesehen werden. Lichtundurchlässige Stoffe bzw. Materialien hingegen sind undurchsichtige Stoffe bzw. Materialien. Eine Absorption und eine Reflexion des auf das Material bzw. auf den ersten Bereich und den zweiten Bereich auftreffenden Lichtes ist letztlich sowohl für die lichtdurchlässigen als auch für lichtundurchlässigen Körper bzw. Bereiche vorgesehen. Das Hindurchführen des Lichtes ist jedoch nur bei einem lichtdurchlässigen Körper bzw. Material gewährleistet, wobei das Licht im lichtdurchlässigen Körper gestreut und in unterschiedliche Richtungen gelenkt werden kann.The non-transparent material is therefore opaque and / or opaque. The opacity refers to the opposite of the translucency and / or the transparency, hence the lack of transparency or the lack of translucency. As a result, the first region is translucent and the second region is opaque. As translucent substances or materials both transparent substances and translucent substances and / or materials can be considered. Opaque materials or materials, however, are opaque substances or materials. Absorption and reflection of the light impinging on the material or on the first region and the second region is ultimately provided both for the light-permeable and for light-impermeable bodies or regions. However, the passage of light is ensured only in a light-transmissive body or material, wherein the light can be scattered in the light-transmissive body and directed in different directions.
Des Weiteren lassen sich optische Bauteile in das Gebiet der technischen Optik einordnen. Bei einem optischen Bauteil wird die technische Funktion des Bauteils im Hinblick auf seine optischen Eigenschaften genutzt. Im vorliegenden Fall weist das optische Bauteil sowohl transparente als auch nicht-transparente Abschnitte auf. Der technische Nutzen des optischen Bauteils zeigt sich bei Bestrahlung mit Licht. Beispielsweise kann ein optisches Bauteil im Bereich bzw. innerhalb und/oder zum Aufbau eines optischen Sensors verwendet werden. Die Anwendungsmöglichkeiten von optischen Sensoren sind, ebenso wie die Einsatzmöglichkeiten von optischen Bauteilen, sehr vielfältig. So sind binäre optische Sensoren bekannt, die auf einer Unterbrechung des Lichts basieren. Beispielhaft seien hier die Lichtschranke, das heißt die Einweg- und Reflexionslichtschranke, und das Lichtgitter, insbesondere zur Füllstandsmessung (Füllstandsmelder), genannt. Binäre optische Sensoren können auch auf der Streuung des Lichts basieren, dies wird beispielsweise bei Rauchmeldern genutzt. Analoge bzw. digitale optische Sensoren hingegen basieren auf der Dämpfung des Lichts. Dabei können unterschiedliche Lichtquellen zur spektralen Analyse bzw. zur Analyse des Absorptionsspektrums eines Gases bzw. einer Flüssigkeit genutzt werden. Darüber hinaus kann auch zur Messung von dynamischen Vorgängen das Phänomen genutzt werden, dass sich der geführte Lichtweg durch äußere Kräfte verändern kann, so dass ein analoger Sensor als Kraftsensor, Beschleunigungssensor sowie Vibrationssensor dienen kann.Furthermore, optical components can be classified in the field of technical optics. With an optical component, the technical function of the component is exploited with regard to its optical properties. In the present case, the optical component has both transparent and non-transparent sections. The technical benefit of the optical component is shown by irradiation with light. For example, an optical component can be used in the region or within and / or for the construction of an optical sensor. The applications of optical sensors, as well as the possible applications of optical components, are very diverse. Thus, binary optical sensors are known which are based on an interruption of the light. By way of example, the light barrier, ie the one-way and reflection light barrier, and the light grid, in particular for level measurement (level indicator), may be mentioned here. Binary optical sensors can also be based on the scattering of light, this is used for example in smoke detectors. Analogue or digital optical sensors, on the other hand, are based on the attenuation of the light. Different light sources can be used for the spectral analysis or for the analysis of the absorption spectrum of a gas or a liquid. In addition, the phenomenon can be used for the measurement of dynamic processes, that the guided light path can change by external forces, so that an analog sensor can serve as a force sensor, acceleration sensor and vibration sensor.
Des Weiteren können optische Bauteile innerhalb von dreidimensionalen Objekten eingesetzt werden, wobei das Zusammenwirken eines lichtundurchlässigen und eines lichtdurchlässigen Bereichs - eines transparenten und eines nicht-transparenten Bereichs innerhalb des optischen Bauteils - genutzt wird, sei es zur Umsetzung von unterschiedlichen äußeren Erscheinungsformen (Design, Licht- und/oder Farbgestaltung) oder zur Realisierung von unterschiedlichen technischen Eigenschaften im Hinblick auf die Lichtdurchlässigkeit.Furthermore, optical components can be used within three-dimensional objects, wherein the interaction of an opaque and a translucent area - a transparent and a non-transparent area within the optical component - is used, either to implement different external manifestations (design, light - and / or color design) or for the realization of different technical properties in terms of light transmission.
Der Begriff „additive Fertigung“ (englisch: Additive Manufacturing [AM]) ist ein Oberbegriff für verschiedene Verfahren, bei denen sowohl schnell als auch kostengünstig Modelle, Muster, Prototypen sowie Werkzeuge und Endprodukte hergestellt bzw. gefertigt werden. Die Herstellung erfolgt dabei unter Verwendung von rechnerinternen Datenmodellen aus formlosem und/oder formneutralem Material mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse. Dabei erfolgt eine „Urformgebung“ des Werkstückes innerhalb des Fertigungsverfahrens in Abhängigkeit des dem Werkstück zugrundeliegenden Modells. Für ein einzelnes, konkretes Erzeugnis sind keine speziellen Werkzeuge erforderlich, die vorab auf die Geometrie des zu erzeugenden Erzeugnis bzw. Werkstück abgestimmt werden müssen. Dies unterscheidet die generative Fertigung von vielen weiteren Fertigungsverfahren, wie z. B. Gussformen, wobei die weiteren Fertigungsverfahren bereits eine auf das herzustellende Werkstück abgestimmte Fertigungslinie aufweisen. Bei der additiven Fertigung hingegen können unterschiedlichste Formen und Strukturen des Werkstückes unter Verwendung ein und derselben Vorrichtung hergestellt werden, wobei die Vorrichtung zur Herstellung eines anders geformten Werkstückes nicht umgerüstet werden muss.The term "additive manufacturing" (AM) is a generic term for various processes in which models, samples, prototypes as well as tools and end products are manufactured and manufactured both quickly and cost-effectively. The production takes place using computer-internal data models of informal and / or shape-neutral material by means of chemical and / or physical processes. In this case, a "primary shaping" of the workpiece takes place within the production method as a function of the model underlying the workpiece. For a single, concrete product no special tools are required, which must be adjusted in advance to the geometry of the product or workpiece to be produced. This distinguishes the generative manufacturing of many other manufacturing processes, such. B. casting molds, the other manufacturing processes already have a matched to the workpiece to be produced production line. In additive manufacturing, however, a wide variety of shapes and forms can be used Structures of the workpiece are produced using one and the same device, wherein the device for producing a differently shaped workpiece does not need to be converted.
Ein in der Praxis häufig genutzter Begriff innerhalb der additiven Fertigung ist die Bezeichnung „3D-Druck“, wobei bereits durch die Namensgebung verdeutlicht wird, dass das herzustellende Werkstück sozusagen schichtweise „gedruckt“ wird und eine dreidimensionale Struktur aufweist. Beim 3D-Drucken werden dabei die dreidimensionalen Werkstücke schichtweise aufgebaut. Der Aufbau erfolgt computergesteuert, wobei ein oder eine Mehrzahl von Werkstoffen bzw. Materialien, die in flüssiger und/oder fester Form vorliegen, verwendet werden können. Dabei können feste Werkstoffe bzw. Materialien aufgeschmolzen werden, beispielsweise in einem sogenannten Extrusionsprozess. Ein Auftrag der Schichten kann in einem schmelzflüssigen Zustand der Materialien erfolgen. Beim Aufbau des Werkstückes treten demgemäß sowohl Härtungs- und/oder Schmelzprozesse auf. Typischerweise werden beim 3D-Drucken Kunststoffe, Kunstharze und/oder Keramiken verwendet.A term frequently used in practice within additive manufacturing is the term "3D printing", whereby it is already made clear by the naming that the workpiece to be produced is "printed" in layers, as it were, and has a three-dimensional structure. In 3D printing, the three-dimensional workpieces are built up layer by layer. The structure is computer controlled, wherein one or a plurality of materials or materials that are present in liquid and / or solid form can be used. In this case, solid materials or materials can be melted, for example in a so-called extrusion process. An application of the layers can take place in a molten state of the materials. During the construction of the workpiece, both hardening and / or melting processes occur accordingly. Typically, 3D printing uses plastics, resins, and / or ceramics.
Der 3D-Druck kann dabei aus verfahrenstechnischer Sichtweise in unterschiedliche Verfahrensprinzipien eingeteilt werden. So sind beispielsweise das Freiraumverfahren, das Flüssigmaterialverfahren, das Pulverbettverfahren und andere Schichtbauverfahren bekannt.The 3D printing can be divided from procedural point of view into different process principles. For example, the free space method, the liquid material method, the powder bed method and other layer construction methods are known.
Zu den Freiraumverfahren ist das Fused Deposition Modeling (FDM), auch Fused Filament Fabrication (FFF) genannt, zugehörig, wobei beim FDM-Verfahrens ein schmelzflüssiger Kunststoff verwendet wird.Free space methods include Fused Deposition Modeling (FDM), also known as Fused Filament Fabrication (FFF), which uses a molten plastic in the FDM process.
Generative Verfahren können letztlich zu unterschiedlichsten Zwecken eingesetzt werden, da sie eine hohe Flexibilisierung hinsichtlich der Form des Werkstückes aufweisen. Das produzierte Bauteil kann dabei in der Losgröße
Innerhalb der 3D-Fertigungstechnologie sind eine Vielzahl von Möglichkeiten und Potentialen vorhanden, die derzeit in der Forschung und der Industrie diskutiert werden. Gerade in Zeiten der Industrie 4.0 - das heißt der Verzahnung der industriellen Produktion mit der modernen Informations- und Kommunikationstechnik - ist eine computergestützte Entwicklung und Umsetzung der Fertigung von Bauteilen ein wichtiger Stützpfeiler hinsichtlich einer modernen, zukunftsorientieren und effizienten Produktion.Within 3D manufacturing technology there are a multitude of possibilities and potentials that are currently being discussed in research and industry. Especially in times of Industry 4.0 - that is, the interlocking of industrial production with modern information and communication technology - a computer-aided development and implementation of the manufacturing of components is an important pillar in terms of a modern, future-oriented and efficient production.
Eine hohe Individualität hinsichtlich der herzustellenden Werkstücke kann unter Verwendung derselben Vorrichtung zur Herstellung der Werkstücke erreicht werden, da lediglich eine Vorgabe der grundsätzlichen Form des Werkstücks innerhalb eines computergestützten Modells (CAD) erfolgen muss.A high degree of individuality with regard to the workpieces to be produced can be achieved using the same device for producing the workpieces, since only a specification of the basic shape of the workpiece must be made within a computer-aided model (CAD).
Ein besonders wichtiges Fertigungsverfahren im Bereich des Rapid Prototypings ist das Fused Deposition Modeling (FDM) (zu Deutsch: Schmelzschichtung). Beim Fused Deposition Modeling wird ein Werkstück schichtweise aus einem schmelzfähigen bzw. schmelzflüssigen Kunststoff aufgebaut. Innerhalb des FDM-Verfahrens kann ein Kunststofffilament in einer Extrusionsdüse aufgeschmolzen und strangweise abgelegt werden. Weiterhin ist es im Bereich der FDM-Technologie bekannt, das Material in Form von Schmelztröpfchen aufzubringen.A particularly important production method in the field of rapid prototyping is fused deposition modeling (FDM). In fused deposition modeling, a workpiece is built up layer by layer from a meltable or molten plastic. Within the FDM process, a plastic filament can be melted in an extrusion die and placed in strands. Furthermore, it is known in the field of FDM technology to apply the material in the form of melt droplets.
Das herzustellende Werkstück bzw. Bauteil wird dabei schichtweise, beispielsweise unter Verwendung eines Rasters, auf eine Fläche bzw. auf einen Träger aufgetragen, wobei diese Tragfläche bzw. die erste Schicht als Auflagefläche für die weiteren Schichten dient.In this case, the workpiece or component to be produced is applied in layers, for example using a grid, to a surface or to a carrier, this bearing surface or the first layer serving as a support surface for the further layers.
Nach dem Extrudieren erhärtet sich das Material durch Abkühlung an der gewünschten Position in der jeweiligen Schicht. Das herzustellende Bauteil wird dabei nun derart aufgebaut, dass jeweils zeilenweise eine Schicht bzw. eine Ebene mittels einer Extrusionsdüse abgefahren und ausgehend von dieser Ebene so gesehen übereinander schichtweise die Form des Bauteils erzeugt wird, beispielsweise durch das Ablegen von Strängen und/oder Schmelztröpfchen in den jeweiligen Schichten.After extrusion, the material hardens by cooling at the desired position in the respective layer. The component to be produced is then constructed in such a way that in each case one layer or plane is traversed by means of an extrusion die and, starting from this plane, one above the other, the shape of the component is produced in layers, for example by depositing strands and / or melt droplets into the respective layers.
Eine Schichtdicke liegt je nach Anwendungsfall zwischen 0,025 und 1,25 mm. Sowohl Vollkörper als auch Hohlkörper können mit dem Fused Deposition Modeling (FDM) oder Fused Filament Fabrication-Verfahren hergestellt werden.Depending on the application, a layer thickness is between 0.025 and 1.25 mm. Both solid and hollow bodies can be produced by Fused Deposition Modeling (FDM) or Fused Filament Fabrication.
Auskragende Bauteile bzw. Komponenten der Bauteile können durch zusätzliche Stützkonstruktionen, beispielsweise aus Pappe oder Polystyrol, hergestellt werden. Die Stützstruktur dient bis zur Aushärtung des Materials zur Stützung und demgemäß zur Gewährleistung der gewünschten dreidimensionalen Form bzw. des Aufbaus des Bauteils bzw. Werkstücks.Projecting components or components of the components can be produced by additional support structures, for example made of cardboard or polystyrene. The support structure is used to support the material to the support and thus to ensure the desired three-dimensional shape or the structure of the component or workpiece.
Im Stand der Technik ist es bekannt, den opaken Bereich des optischen Bauteils zu drucken. Sofern beispielsweise ein lichtdurchlässiger bzw. lichtleitender Bereich in dem Bauteil gewünscht ist, so ist dieser nachträglich in das Bauteil einzuarbeiten und/oder einzubringen. Diese nachträgliche Einführung eines optisch leitenden Bereichs, beispielsweise zur Umsetzung von optischen Sensoren, ist sowohl aufwendig, kostenintensiv als auch unflexibel. Folglich sind Einschränkungen im Hinblick auf die geometrische, sensortechnische und mechanische Umsetzung von optischen Bauteilen vorhanden.It is known in the art to print the opaque area of the optical component. If, for example, a translucent or photoconductive region is desired in the component, then it is subsequently incorporated into the component and / or incorporated. This subsequent introduction of an optically conductive region, for example for the implementation of optical sensors, is both complicated, cost-intensive and inflexible. Consequently, there are limitations with regard to the geometrical, sensor technology and mechanical conversion of optical components.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, die vorgenannten Nachteile im Stand der Technik zu vermeiden oder aber zumindest im Wesentlichen zu reduzieren.The object of the present invention is therefore to avoid the aforementioned disadvantages in the prior art or at least substantially reduce it.
Die vorgenannte Aufgabe ist bei einem Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils der eingangs genannten Art zumindest im Wesentlichen dadurch gelöst, dass der erste Bereich und der zweite Bereich zumindest im Wesentlichen simultan hergestellt werden, wobei das optische Bauteil, insbesondere aus einem schmelzflüssigen Kunststoff innerhalb eines additiven Fertigungsverfahrens, insbesondere Fused Deposition Modeling (FDM), Fused Layer Modeling (FLM) und/oder Fused Filament Fabrication (FFF), hergestellt und/oder aufgebaut wird.The above object is achieved in a method for producing an optical component of the type mentioned at least substantially in that the first region and the second region are made at least substantially simultaneously, wherein the optical component, in particular of a molten plastic within an additive Manufacturing process, in particular Fused Deposition Modeling (FDM), Fused Layer Modeling (FLM) and / or Fused Filament Fabrication (FFF), manufactured and / or built.
Im Stand der Technik mangelt es gänzlich an Vorschlägen bzw. Lösungsansätzen, inwiefern Materialien, die andere optische Eigenschaften, beispielsweise einen anderen Brechungsindex, innerhalb eines optischen Bauteils gedruckt werden können. Durch das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich dies nun ermöglichen. In the prior art, there is a total lack of proposals or solutions as to the extent to which materials which have different optical properties, for example a different refractive index, can be printed within an optical component. This can now be made possible by the method according to the invention.
Demzufolge wird gleichzeitig die optisch leitende bzw. lichtdurchlässige Struktur, das heißt der erste Bereich, und der nicht optisch leitende bzw. lichtundurchlässige zweite Bereich hergestellt. Dabei versteht es sich letztlich, dass der erste Bereich mit einem anderen Herstellungsverfahren als der zweite Bereich aufgebracht werden kann.Accordingly, at the same time the optically conductive or translucent structure, that is the first region, and the non-optically opaque second region are produced. In the end, it goes without saying that the first area can be applied using a different manufacturing method than the second area.
Der schichtweise Aufbau des optischen Bauteils liegt insbesondere aufgrund der Verwendung eines additiven Fertigungsverfahrens vor. Anders als bei der Koextrusion können die artgleichen oder fremdartigen Kunststoffschmelzen des ersten und des zweiten Bereichs nicht vor dem Verlassen der Extrusionsdüse zusammengeführt werden, sondern sie werden unabhängig voneinander abgelegt bzw. aufgebracht. Dabei kann der erste Bereich an den zweiten Bereich angrenzen, insbesondere wobei der erste Bereich zumindest an eine das optische Bauteil begrenzende Wandung angrenzt. Durch die gleichzeitige Herstellung des ersten und des zweiten Bereichs in einem 3D-Druckverfahren lassen sich sowohl kostengünstig als auch mit einer hohen Produktionsgeschwindigkeit optische Bauteile herstellen. Eine aufwendige nachträgliche Applikation des ersten, transparenten bzw. lichtdurchlässigen Bereichs in das optische Bauteil kann durch das gleichzeitige Aufbringen des Materials des ersten und des zweiten Bereichs vermieden werden. Demzufolge können Produktionskosten sowie Anlagenkosten eingespart werden, da ein aufwendiges Nachbearbeiten zur Umsetzung des ersten Bereichs in dem optischen Bauteil und damit zur Gewährleistung der optischen Funktionalität des optischen Bauteils erfindungsgemäß vermieden werden kann.The layered structure of the optical component is present in particular due to the use of an additive manufacturing process. Unlike coextrusion, the like or foreign plastic melts of the first and second regions can not be merged before leaving the extrusion die, but are deposited independently. In this case, the first region adjoins the second region, in particular wherein the first region adjoins at least one wall bounding the optical component. The simultaneous production of the first and the second area in a 3D printing process makes it possible to manufacture optical components both inexpensively and at a high production speed. A complicated subsequent application of the first, transparent or translucent area in the optical component can be avoided by the simultaneous application of the material of the first and the second region. As a result, production costs and system costs can be saved, since elaborate reworking to implement the first region in the optical component and thus to ensure the optical functionality of the optical component can be avoided according to the invention.
Dabei versteht es sich letztlich, dass bei der gleichzeitigen Herstellung des ersten und des zweiten Bereichs nicht gewährleistet sein muss, dass einzelne Schichten des ersten und des zweiten Bereichs gemeinsam und gleichzeitig hergestellt werden müssen. So kann der zweite Bereich eine höhere Anzahl an Schichten bzw. Schichtfolgen als der erste Bereich aufweisen. Die schichtweise Herstellung des ersten und des zweiten Bereichs kann dabei unabhängig voneinander erfolgen, wobei jedoch gleichzeitig der erste und der zweite Bereich in dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden.In the end, it is understood that in the simultaneous production of the first and the second region, it is not necessary to ensure that individual layers of the first and second regions must be produced jointly and simultaneously. Thus, the second region may have a higher number of layers than the first region. The layered production of the first and the second region can be carried out independently of each other, but at the same time the first and the second region are produced in the process according to the invention.
Eine drastische Erhöhung der Flexibilität innerhalb des 3D-Druckens kann durch das Drucken von optischen Bauteilen in einem erfindungsgemäßen Verfahren gewährleistet werden. Die Flexibilität zeigt sich sowohl hinsichtlich der mechanischen Form bzw. dem Aufbau des optischen Bauteils als auch durch die Integration von unterschiedlichen optischen Eigenschaften innerhalb von verschiedenen Bereichen des Bauteils. Die Herstellung von unterschiedlichen Prototypen und/oder optischen Bauteilen mit einer Losgröße
Gerade im Bereich der flexiblen Fertigung von optischen Sensoren bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, die in dem optischen Sensor eingesetzten, gegebenenfalls optischen, Komponenten bzw. die eingesetzten optischen Bauteile individuell an die Kundenwünsche und/oder an die jeweiligen Anforderungen anzupassen, wobei durch das 3D-Drucken ein sehr hoher Grad der Anpassbarkeit des optischen Bauteils gegeben ist.Especially in the field of flexible production of optical sensors method of the invention offers the advantage of the optionally used in the optical sensor, optical components or the optical components used to individually adapt to customer requirements and / or to the particular requirements, with the 3D Printing is given a very high degree of adaptability of the optical component.
Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils, wobei innerhalb des transparenten ersten Bereichs des Bauteils ein nicht-transparenter Abschnitt bzw. ein nicht-transparentes Objekt vorgesehen ist. Beispielhaft sei an dieser Stelle der Beschleunigungssensor genannt, der eine seismische Masse, eingekapselt bzw. eingefasst in einem optischen Bauteil, aufweisen kann, wobei eine Auslenkung der seismischen Masse bei Vibration ermöglicht wird. Demzufolge kann durch das erfindungsgemäße Verfahren die in dem optischen Bauteil eingekapselte seismische Masse gleichzeitig mit den restlichen Komponenten des optischen Bauteils hergestellt werden.Particularly advantageous is the inventive method for producing an optical component, wherein within the transparent first region of the component, a non-transparent portion or a non-transparent object is provided. As an example, let's take a look at the Called an acceleration sensor, which may have a seismic mass encapsulated in an optical component, wherein a deflection of the seismic mass is made possible during vibration. Accordingly, by the method according to the invention, the seismic mass encapsulated in the optical component can be produced simultaneously with the remaining components of the optical component.
Folglich ermöglicht die Erfindung die Herstellung von optischen Bauteilen zur Verwendung innerhalb von optischen Sensoren, wobei die optischen Bauteile mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt werden können. Durch die zusätzliche Applikation der Dioden, das heißt der Leuchtdiode und der Fotodiode, kann ein optischer Sensor zur Verfügung gestellt werden. Eine Leuchtdiode und/oder eine Laserdiode ist dabei der sogenannte Lichtsender und als Lichtempfänger kann eine Fotodiode und/oder ein lichtempfindlicher Widerstand dienen. Dabei wertet der Empfänger, das heißt beispielsweise die Fotodiode, des optischen Sensors die Intensität, die Farbe und/oder die Laufzeit des vom Lichtsenders empfangenen Lichtes aus. Das Licht kann dabei erfindungsgemäß durch das optische Bauteil, das heißt im vorliegenden Fall zumindest durch den ersten Bereich des optischen Bauteils, geführt bzw. geleitet werden.Consequently, the invention enables the production of optical components for use within optical sensors, wherein the optical components can be manufactured by means of a 3D printing process. The additional application of the diodes, that is, the light emitting diode and the photodiode, an optical sensor can be provided. A light emitting diode and / or a laser diode is the so-called light emitter and as a light receiver can serve a photodiode and / or a photosensitive resistor. In this case, the receiver, that is to say, for example, the photodiode, of the optical sensor evaluates the intensity, the color and / or the transit time of the light received by the light transmitter. According to the invention, the light can be guided or guided through the optical component, that is to say in the present case at least through the first region of the optical component.
Innerhalb des Herstellungsverfahrens erfolgt die Urformgebung des optischen Bauteils, wobei die Formgebung bevorzugt zumindest im Wesentlichen nicht mehr verändert werden muss. Beim Druckverfahren selbst können sowohl eine optische Funktionalität als auch eine mechanische Funktionalität bereitgestellt werden, wobei gleichzeitig mehrere Werkstoffe und/oder Materialien verarbeitet werden können, im vorliegenden Fall wenigstens zwei Materialien. Die Materialien unterscheiden sich dabei hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften, können sich aber auch durch weitere Eigenschaften voneinander unterscheiden. Dies erhöht die Flexibilität hinsichtlich der unterschiedlichen Anwendungsfälle signifikant.Within the manufacturing process, the original shaping of the optical component takes place, wherein the shape preferably at least substantially does not have to be changed. In the printing process itself, both an optical functionality and a mechanical functionality can be provided, wherein at the same time a plurality of materials and / or materials can be processed, in the present case at least two materials. The materials differ in terms of their optical properties, but can also differ from each other by other properties. This significantly increases the flexibility with regard to the different applications.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Material des ersten Bereichs extrudiert. Vorzugsweise erfolgt eine Extrusion mittels einer ersten Extrusionsdüse, beispielsweise eine Ringdüse. Durch die Extrusion kann das Material des ersten Bereichs in einem schmelzflüssigen Zustand bereitgestellt bzw. zur Verfügung gestellt werden und zum Aufbau des optischen Bauteils dienen. Das Material des zweiten Bereichs wird bevorzugt ebenfalls extrudiert, wobei zur Extrusion eine zweite Extrusionsdüse verwendet werden kann. Dabei versteht es sich, dass die Extrusionsdüsen, insbesondere die erste und die zweite Extrusionsdüse, sich unabhängig voneinander bewegen können, wobei die Düsen beweglich in alle Raumrichtungen, demgemäß in die X- und/oder Y- und/oder Z-Richtung, ausgebildet sein können. Ein Auftrag des Materials des ersten und/oder des zweiten Bereichs über die Extrusionsdüsen kann dabei derart vorgesehen sein, dass die Extrusionsdüsen jeweils einzelne Schichten bzw. Schichtlagen des Bauteils abfahren bzw. abrastern. Dabei erfolgt die Extrusion des Materials des ersten und des zweiten Bereichs gemeinsam, wobei jedoch nicht zwingender Weise vorgesehen sein muss, dass das Material der ersten und des zweiten Bereichs gleichzeitig in derselben Schicht bzw. Ebene aufgetragen wird. Letztlich versteht es sich, dass die Extrusionsdüsen sich voneinander unterscheidende Geschwindigkeiten aufweisen und/oder sich hinsichtlich ihrer Materialdurchsatzleistung unterscheiden können. Ebenfalls können unterschiedliche Fertigungsverfahren für den ersten und den zweiten Bereich vorgesehen sein, so kann das Material des zweiten Bereichs in Form von (Schmelz-) Tröpfchen oder extrudierten und/oder aufschäumendem Granulat aufgebracht werden.In a preferred embodiment of the method, the material of the first region is extruded. Preferably, extrusion takes place by means of a first extrusion die, for example an annular die. By extrusion, the material of the first region may be provided in a molten state, and may be used to construct the optical device. The material of the second region is preferably also extruded, wherein a second extrusion die may be used for extrusion. It is understood that the extrusion nozzles, in particular the first and the second extrusion die, can move independently of one another, the nozzles being designed to be movable in all spatial directions, accordingly in the X and / or Y and / or Z direction can. An application of the material of the first and / or of the second region via the extrusion nozzles can be provided in such a way that the extrusion nozzles each scan or scan individual layers or layer layers of the component. In this case, the extrusion of the material of the first and of the second region takes place together, but it is not absolutely necessary to provide for the material of the first and of the second region to be applied simultaneously in the same layer or plane. Ultimately, it is understood that the extrusion dies may have different speeds from each other and / or may differ in material throughput. Likewise, different manufacturing methods for the first and the second area may be provided, the material of the second area may be applied in the form of (melt) droplets or extruded and / or foaming granules.
Erfindungsgemäß können die Materialien des ersten und/oder des zweiten Bereichs unterschiedliche thermische und/oder optische und/oder mechanische Eigenschaften aufweisen. Insbesondere konnte die Verarbeitbarkeit bzw. die Verwendung von Materialien bzw. Werkstoffen mit unterschiedlichen Schmelztemperaturen in durchgeführten Versuchen gezeigt werden. Dabei unterschieden sich die Schmelztemperaturen signifikant. So hat die Differenz der Schmelztemperatur mehr als 10 °C, bevorzugt mehr als 20 °C, weiter bevorzugt von 20 °C bis 300 °C, weiter bevorzugt zumindest im Wesentlichen zwischen 30 °C und 70 °C betragen.According to the invention, the materials of the first and / or the second region may have different thermal and / or optical and / or mechanical properties. In particular, the processability or the use of materials or materials with different melting temperatures could be shown in experiments carried out. The melting temperatures differed significantly. Thus, the difference in the melting temperature has more than 10 ° C, preferably more than 20 ° C, more preferably from 20 ° C to 300 ° C, more preferably at least substantially between 30 ° C and 70 ° C.
Des Weiteren ist bei einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass das Material des ersten und des zweiten Bereichs derart aufgebracht wird, dass der erste Bereich an den zweiten Bereich grenzt. Zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich bildet sich demgemäß ein Grenzbereich aus, der durch eine, insbesondere virtuelle, Grenzlinie definiert sein kann. Die Grenzlinie gibt dabei den - theoretischen - Übergang des ersten Bereichs zu dem zweiten Bereich an. Dabei kann vorgesehen sein, dass im Bereich des Grenzbereichs bzw. im Bereich der Grenzlinie zumindest im Wesentlichen kein Material des ersten und/oder zweiten Bereichs vorhanden ist. Bei dem Grenzbereich kann es sich also um einen Spalt bzw. eine Beabstandung handeln. Im Grenzbereich kann eine Wechselwirkung zwischen dem Material des ersten Bereichs und des zweiten Bereichs erfolgen. Dabei verbindet und/oder vernetzt und/oder verhakt sich das Material des ersten Bereichs zu dem Material des zweiten Bereichs, insbesondere aufgrund von Diffusionseffekten. Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung einer zumindest im Wesentlichen scharfen Grenzlinie bzw. eines Grenzbereichs mit einer geringen Dicke und/oder Breite und die Vermeidung jeglicher Wechselwirkung zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich, so dass sich in dem Grenzbereich keine Beeinflussung der optischen Eigenschaften, insbesondere der Lichtdurchlässigkeit bzw. Lichtundurchlässigkeit, des ersten und des zweiten Bereichs ergibt. Eine Vernetzung des Materials innerhalb des ersten und des zweiten Bereichs kann dabei hingegen besonders vorteilhaft zur Gewährleistung der optischen Funktionalität des optischen Bauteils bzw. in dem ersten Bereich zur Gewährleistung der Transparenz bzw. der Lichtdurchlässigkeit sein.Furthermore, in a further, preferred embodiment of the method, it is provided that the material of the first and the second region is applied in such a way that the first region adjoins the second region. Accordingly, a boundary region forms between the first and the second region, which boundary region can be defined by a, in particular virtual, boundary line. The boundary line indicates the - theoretical - transition of the first area to the second area. It can be provided that at least substantially no material of the first and / or second region is present in the region of the boundary region or in the region of the boundary line. The boundary region can therefore be a gap or a spacing. In the border region, an interaction between the material of the first region and the second region can take place. In this case, the material of the first region connects and / or crosslinks and / or hooks up to the material of the second region, in particular due to diffusion effects. Particularly advantageous is the formation of an at least substantially sharp boundary line or a boundary region with a small thickness and / or width and the avoidance of any interaction between the first and the second region, so that no influence on the optical properties, in particular the light transmission or opacity, of the first and the second region results in the boundary region. On the other hand, crosslinking of the material within the first and second regions can be particularly advantageous for ensuring the optical functionality of the optical component or in the first region for ensuring transparency or light transmission.
Zudem wird insbesondere die Vernetzung des ersten Bereichs und des zweiten Bereichs im Hinblick auf eine mechanische Stabilität des Bauteils benötigt. Vorzugsweise soll sich jedoch eine Vernetzung, insbesondere aufgrund von Diffusion, nicht nachteilig auf die Transmission von Licht in dem lichtdurchlässigen ersten Bereich bzw. auf die Opazität des lichtundurchlässigen zweiten Bereichs auswirken. Erfindungsgemäß kann dabei vorgesehen sein, dass in dem Grenzbereich zwar eine Vernetzung der Materialien zur Gewährleistung der mechanischen Stabilität erfolgt jedoch eine Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften des ersten Bereichs durch den zweiten Bereich, das heißt eine zumindest teilweise vorhandene Lichtdurchlässigkeit innerhalb des Grenzbereichs, zumindest weitestgehend vermieden wird. Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Abstand zwischen dem Material des ersten Bereichs und dem Material des zweiten Bereichs beim Herstellen derart gewählt wird, dass sich die vorgenannte mechanische Stabilität unter Berücksichtigung der bestmöglichen optischen Eigenschaften des ersten und des zweiten Bereichs ergibt.In addition, in particular the crosslinking of the first region and the second region is required with regard to a mechanical stability of the component. Preferably, however, crosslinking, especially due to diffusion, should not adversely affect the transmission of light in the translucent first region or opacity of the opaque second region, respectively. According to the invention, it may be provided that in the boundary region, although a crosslinking of the materials to ensure mechanical stability takes place, however, an impairment of the optical properties of the first region through the second region, that is an at least partially existing light transmission within the boundary region, at least largely avoided , Furthermore, it can be provided according to the invention that the distance between the material of the first region and the material of the second region during manufacture is selected such that the abovementioned mechanical stability results taking into account the best possible optical properties of the first and second regions.
Zusätzlich ist bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen, dass das Material des ersten Bereichs und/oder des zweiten Bereichs zumindest im Wesentlichen strangförmig aufgebracht wird. Dabei versteht es sich letztlich, dass das strangförmige Aufbringen des ersten und/oder des zweiten Bereichs mittels der Extrusionsdüsen durchgeführt werden kann. Dabei stellen die Extrusionsdüsen, beispielsweise eine Ringdüse, das Material derart zur Verfügung, dass sich eine Strangform des abzulegenden Materials ergeben kann.In addition, in a preferred embodiment of the method, it is provided that the material of the first region and / or of the second region is applied at least substantially in the form of a strand. It is ultimately understood that the strand-like application of the first and / or the second region can be carried out by means of the extrusion dies. In this case, the extrusion nozzles, for example an annular nozzle, provide the material in such a way that a strand shape of the material to be deposited can result.
Die einzelnen Schichten des optischen Bauteils können sich demgemäß aus einzelnen Strängen des ersten und/oder des zweiten Bereichs zusammensetzen. Dabei können sich die Stränge in dem ersten Bereich derart miteinander vernetzen, dass sich sowohl eine mechanische Verbindung als auch die optische Funktionalität ergibt, so dass im vorliegenden Fall die Lichtdurchlässigkeit in dem ersten Bereich sichergestellt werden kann.The individual layers of the optical component can accordingly be composed of individual strands of the first and / or the second region. In this case, the strands in the first region can crosslink to one another such that both a mechanical connection and the optical functionality result, so that in the present case the light transmission in the first region can be ensured.
Die Stränge des zweiten Bereichs vernetzen sich vorteilhafterweise derart, dass ebenfalls sowohl eine mechanische Festigkeit des gesamten optischen Bauteils als auch die Lichtundurchlässigkeit (die Nicht-Transparenz) erreicht wird. Letztlich kann auch in dem ersten und/oder dem zweiten Bereich das Material derart aufgebracht werden, dass sich beim Auftrag Stränge und/oder Schmelztröpfchen ergeben, wobei nicht nur die mechanische Stabilität, sondern auch die optische Funktionalität - die Transparenz des ersten Bereichs und die Opazität des zweiten Bereichs - umgesetzt werden kann.The strands of the second region advantageously crosslink such that both mechanical strength of the entire optical component and opacity (non-transparency) are also achieved. Finally, in the first and / or the second region, the material can be applied in such a way that strands and / or melt droplets result during the application, whereby not only the mechanical stability but also the optical functionality - the transparency of the first region and the opacity of the second area - can be implemented.
Das Aufbringen des Materials des ersten und/oder des zweiten Bereichs kann dabei derart erfolgen, dass sich einzelne Stränge des Materials in dem ersten und/oder dem zweiten Bereich ergeben, wobei der Strang, insbesondere in seinem schmelzflüssigen Zustand, aufgebracht bzw. abgelegt wird. Insbesondere wenn die Stränge aufeinander und/oder nebeneinander abgelegt werden, können sie sich, insbesondere aufgrund des schmelzflüssigen Zustandes, miteinander verbinden bzw. vernetzen.The application of the material of the first and / or the second region can be effected in such a way that individual strands of the material result in the first and / or the second region, the strand being applied or deposited, in particular in its molten state. In particular, when the strands are placed on each other and / or next to each other, they can, in particular due to the molten state, connect or network with each other.
Das Aufbringen erfolgt vorzugsweise derart, dass die Stränge in den ersten und/oder den zweiten Bereich zumindest im Wesentlichen eine elliptische Querschnittsform aufweisen. Unter einer elliptischen Querschnittsform ist auch eine mögliche zumindest im Wesentlichen kreisförmige Querschnittsform der Stränge zu verstehen. Da sich die Stränge über die Breite und/oder Dicke des optischen Bauteils erstrecken, ergibt sich insbesondere eine zylinderförmige Ausgestaltung der Stränge. Bei Bestrahlung des optischen Bauteils mit Licht kann somit das Licht in dem ersten Bereich durch die lichtdurchlässigen bzw. transparenten Stränge geführt werden, wobei der Verlauf der Stränge gezielt zur Lichtführung innerhalb des ersten Bereichs eingesetzt werden kann. Das Licht trifft dabei auf das Bauteil und kann durch einen Lichteinleitungsbereich dem ersten Bereich zur Verfügung gestellt werden. Dabei kann sich das Licht bis zu einem Lichtausleitungsbereich ausbreiten oder innerhalb des ersten Bereichs in dem optischen Bauteil enden, insbesondere wenn kein Lichtausleitungsbereich vorgesehen ist.The application preferably takes place in such a way that the strands in the first and / or the second region have at least substantially an elliptical cross-sectional shape. Under an elliptical cross-sectional shape is also a possible at least substantially circular cross-sectional shape of the strands to understand. Since the strands extend over the width and / or thickness of the optical component, a cylindrical configuration of the strands results in particular. Upon irradiation of the optical component with light, the light in the first region can thus be guided through the transparent or transparent strands, with the course of the strands being able to be used specifically for guiding light within the first region. The light strikes the component and can be made available to the first area by means of a light introduction area. In this case, the light can propagate to a Lichtausleitungsbereich or terminate within the first region in the optical component, in particular when no Lichtausleitungsbereich is provided.
Im Übrigen ist bei Versuchen festgestellt worden, dass der erste Bereich derart aufgebaut sein kann, dass wenigstens zwei Stränge in dem ersten Bereich unterschiedliche transparente Materialien aufweisen. Dabei können sich die transparenten Materialien der Stränge hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften voneinander unterscheiden, wobei die Stränge einen anderen Brechungsindex aufweisen können. Dabei versteht es sich letztlich, dass diese wenigstens zwei Stränge nicht in einer Ebene angeordnet sein müssen und/oder durch dieselbe Extrusionsdüse aufgetragen werden können. Durch die Verwendung von Strängen mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften innerhalb des ersten Bereichs des optischen Bauteils kann eine gezielte Beeinflussung der Lichtführung durch das optische Bauteil erreicht werden. So können beispielsweise bestimmte Wellenlängen des Lichtes durch spezielle Stränge des ersten Bereichs geführt werden und/oder eine unterschiedliche Intensität des Lichtes in dem ersten Bereich in den einzelnen Strängen, die sich voneinander durch unterschiedliche Materialien unterscheiden, gewährleistet werden.Incidentally, it has been found in experiments that the first region may be constructed such that at least two strands in the first region have different transparent materials. In this case, the transparent materials of the strands may differ from each other in terms of their optical properties, wherein the strands may have a different refractive index. It is ultimately understood that these at least two strands need not be arranged in one plane and / or can be applied by the same extrusion die. By using strands with different optical properties within the first region of the optical component, a targeted influencing of the light guide can be achieved by the optical component. For example, certain wavelengths of light may be passed through specific strands of the first region and / or a different intensity of light in the first region in the individual strands, which differ from one another by different materials, can be ensured.
Darüber hinaus ist bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des Erfindungsgedankens der schichtweise Aufbau des optischen Bauteils derart hergestellt und/oder aufgebaut, dass die Stränge in den jeweiligen Schichten bzw. Schichtlagen des ersten Bereichs und/oder des zweiten Bereichs beabstandet zueinander aufgebracht und/oder angeordnet werden. Über den Abstand zwischen den Strängen in einer Schicht des ersten und/oder des zweiten Bereichs erfolgt eine Vernetzung der Stränge zum einen aufgrund von Diffusionseffekten zwischen den Molekülen und/oder Polymerketten des Materials des ersten und/oder des zweiten Bereichs und/oder zum anderen aufgrund der Verbindung der Stränge. Die Stränge können sich nach dem Aufbringen ausdehnen, insbesondere aufgrund ihres schmelzflüssigen Zustandes, und sich über den Abstand bzw. die Beabstandung zu einem unmittelbar benachbarten Strang, neben dem sie aufgebracht worden sind, hinaus erstrecken bzw. in den herstellungsgemäßen Abstand im ausgehärteten Zustand hineinragen.In addition, in a further preferred embodiment variant of the inventive concept, the layered structure of the optical component is produced and / or constructed such that the strands are applied and / or arranged at a distance from one another in the respective layers or layer layers of the first region and / or the second region , Crosslinking of the strands takes place via the distance between the strands in a layer of the first and / or the second region, on the one hand, due to diffusion effects between the molecules and / or polymer chains of the material of the first and / or the second region, and / or on the other hand the connection of the strands. The strands may expand after application, in particular due to their molten state, and extend beyond the spacing or spacing to an immediately adjacent strand adjacent to which they have been applied, or protrude into the prepared distance in the cured state.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abstand zwischen den Schichten bzw. zwischen den Schichtfolgen und/oder den Schichtlagen des ersten und/oder des zweiten Bereichs, vorzugsweise zwischen den Strängen der Schichten, eine Höhe von 0,1 % bis 600 %, bevorzugt 1 % bis 300 %, weiter bevorzugt 1 % bis 100 %, weiter bevorzugt weiter 3 % bis 50 %, der Schichthöhe des ersten Bereichs und/oder des zweiten Bereichs aufweist. Dabei kann die Schichthöhe des ersten Bereichs und/oder des zweiten Bereichs dem Durchmesser der in dem ersten Bereich und/oder in dem zweiten Bereich vorgesehenen Stränge - insbesondere in der jeweiligen Schichtlage - entsprechen. Die Schichtlagen und/oder Ebenen des ersten Bereichs und/oder des zweiten Bereichs sind vorzugsweise miteinander vernetzt, so dass eine mechanische Stabilität des optischen Bauteils sichergestellt werden kann.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the distance between the layers or between the layer sequences and / or the layer layers of the first and / or the second region, preferably between the strands of the layers, a height of 0.1% to 600 %, preferably 1% to 300%, more preferably 1% to 100%, more preferably further 3% to 50%, the layer height of the first region and / or the second region. In this case, the layer height of the first region and / or the second region may correspond to the diameter of the strands provided in the first region and / or in the second region, in particular in the respective layer layer. The layer layers and / or planes of the first region and / or of the second region are preferably crosslinked with one another, so that a mechanical stability of the optical component can be ensured.
Darüber hinaus sind vorzugsweise wenigstens zwei unmittelbar benachbarte Stränge in einer Schicht und/oder Lage und/oder Ebene des ersten Bereichs zueinander beabstandet aufgebracht. Dabei kann der Abstand zwischen den wenigstens zwei unmittelbar benachbarten Strängen 0,1 % bis 500 %, bevorzugt 1 % bis 100 %, weiter bevorzugt 10 % bis 50 %, weiter bevorzugt weiter 10 % bis 30 %, des Durchmessers eines unmittelbar zu dem Abstand benachbarten Stranges, vorzugsweise des den größeren Durchmesser aufweisenden Stranges, entsprechen. Die Beabstandung der Stränge in den ersten Bereich ist dabei derart ausgewählt, dass die optische Transparenz bzw. die optische Funktionalität des Bauteils gewährleistet werden kann, wobei eine Vernetzung der Stränge sichergestellt werden kann und nachteilige Effekte im Hinblick auf die Transmission von Licht vermieden werden können. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass nach Auftrag der Stränge sich diese in den Abstand hinein ausdehnen können, wobei eine Vernetzung der Stränge untereinander in dem ersten Bereich sichergestellt werden kann.In addition, preferably at least two immediately adjacent strands are applied spaced apart in a layer and / or layer and / or plane of the first region. In this case, the distance between the at least two directly adjacent strands 0.1% to 500%, preferably 1% to 100%, more preferably 10% to 50%, more preferably further 10% to 30%, of the diameter of a directly to the distance adjacent strand, preferably of the larger diameter strand corresponding. The spacing of the strands in the first region is selected such that the optical transparency or the optical functionality of the component can be ensured, wherein crosslinking of the strands can be ensured and adverse effects with regard to the transmission of light can be avoided. According to the invention, it can be provided that, after application of the strands, they can extend into the space, wherein crosslinking of the strands with one another in the first area can be ensured.
Weiterhin kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens vorgesehen sein, dass die Stränge in den Schichten und/oder Ebenen und/oder Lagen des ersten Bereichs und/oder des zweiten Bereichs über die gesamte Stranglänge übereinander angeordnet werden, und zwar derart, dass in der Höhe des optischen Bauteils unmittelbar benachbarte Stränge des ersten Bereichs und/oder des zweiten Bereichs parallel zueinander, insbesondere über die gesamte Stranglänge, angeordnet sind. Dabei können die Stränge in den Schichten derart übereinander angeordnet werden, dass sie zumindest im Wesentlichen dieselbe Strangform aufweisen. Demgemäß ergeben sich zwischen den Strängen in den Schichten Freiräume zur Beabstandung der Stränge, die bevorzugt rasterförmig und/oder schachbrettförmig ausgebildet sind. Eine Vernetzung der Stränge untereinander über die Freiräume hinaus kann dabei jedoch sichergestellt werden, beispielsweise über eine Verkettung der Polymere und/oder der Moleküle des Materials des ersten und/oder des zweiten Bereichs. Insbesondere kann sich eine symmetrische Anordnung der Stränge in dem ersten und/oder in dem zweiten Bereich im Hinblick auf die Breite und/oder Dicke und/oder Höhe des optischen Bauteils ergeben.Furthermore, according to an advantageous embodiment of the inventive concept, it may be provided that the strands in the layers and / or planes and / or layers of the first region and / or the second region are stacked over the entire length of the strand, in such a way that in height of the optical component directly adjacent strands of the first region and / or the second region parallel to each other, in particular over the entire strand length, are arranged. In this case, the strands in the layers can be arranged one above the other in such a way that they have at least substantially the same strand shape. Accordingly, free spaces between the strands in the layers for spacing the strands, which are preferably formed grid-shaped and / or checkerboard. However, crosslinking of the strands with one another beyond the free spaces can be ensured, for example via a linking of the polymers and / or the molecules of the material of the first and / or the second region. In particular, a symmetrical arrangement of the strands in the first and / or in the second region can result with regard to the width and / or thickness and / or height of the optical component.
Im Übrigen ist bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, die insbesondere eine Verbesserung der Lichtführung bei Bestrahlung des optischen Bauteils mit Licht gewährleistet, vorgesehen, dass die Stränge des ersten Bereichs und/oder des zweiten Bereichs zumindest im Wesentlichen parallel zueinander aufgebracht und/oder angeordnet werden. Besonders bevorzugt werden die Stränge des ersten Bereichs und/oder des zweiten Bereichs zumindest im Wesentlichen parallel zu der Grenzlinie und/oder zu dem Grenzbereich zwischen dem ersten Bereich und/oder dem zweiten Bereich und/oder zu der den ersten Bereich begrenzenden Strukturlinie angeordnet.Incidentally, in a further preferred embodiment of the present invention, which ensures, in particular, an improvement in the light guidance upon irradiation of the optical component with light, it is provided that the strands of the first region and / or the second region are applied at least essentially parallel to one another and / or to be ordered. Particularly preferably, the strands of the first region and / or of the second region are arranged at least substantially parallel to the border line and / or to the border region between the first region and / or the second region and / or to the structure line delimiting the first region.
Vorteilhafterweise ergibt sich bei Bestrahlung des optischen Bauteils der Effekt, dass das Licht entlang der Stränge des ersten Bereichs, die parallel zur vorgesehenen Lichtführung und demgemäß parallel zueinander und zur Randstruktur bzw. Strukturlinie des ersten Bereichs verlaufen, verläuft. Advantageously, when the optical component is irradiated, the effect is that the light runs along the strands of the first region which run parallel to the intended light guide and accordingly parallel to one another and to the edge structure or structural line of the first region.
Die Dämpfung des Lichtes bei der Transmission innerhalb des ersten Bereichs kann daher reduziert werden, da das Licht in einem Strang nicht auf Grenzbereiche zwischen den einzelnen Strängen trifft. Demzufolge kann das Licht in einem Strang des ersten Bereichs nahezu ungehindert durch diesen hindurchgeführt werden. Die Stränge des ersten Bereichs können daher die Lichtführung bedingen. In durchgeführten Versuchen wurde deutlich, dass eine Anordnung der Stränge der lichtleitenden und/oder transparenten Struktur bzw. des transparenten ersten Bereichs parallel zur gewünschten Lichtführung in dem optischen Bauteil die bestmöglichen Ergebnisse hinsichtlich der Erhaltung der Intensität des Lichtes, das auf einen Lichteinleitungsbereich trifft, im Hinblick auf die Intensität, die das Licht bei einem Lichtausleitungsbereich nach Durchquerung des ersten Bereichs in dem optischen Bauteil aufweist, liefert. Eine Intensitätsabnahme hängt dabei mit einer sogenannten Dämpfung des Lichtes in dem optischen Bauteil zusammen. Darüber hinaus konnte in durchgeführten Versuchen nachgewiesen werden, dass die optische Transmission im Hinblick auf die Dämpfungsfaktoren bei Bestrahlung mit Licht zu optischen Bauteilen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, um bis zu 20 % verbessert werden kann.The attenuation of the light in the transmission within the first range can therefore be reduced, since the light in a strand does not hit boundary regions between the individual strands. As a result, the light in a strand of the first region can be passed therethrough almost unhindered. The strands of the first region can therefore cause the light guide. In experiments that have been carried out, it has become clear that an arrangement of the strands of the light-conducting and / or transparent structure or the transparent first region parallel to the desired light guide in the optical component achieves the best possible results with regard to the maintenance of the intensity of the light which strikes a light introduction region In view of the intensity that the light has at a Lichtausleitungsbereich after crossing the first region in the optical component supplies. An intensity decrease depends on a so-called attenuation of the light in the optical component. In addition, experiments have shown that the optical transmission can be improved by up to 20% with respect to the attenuation factors on irradiation with light to optical components, as known from the prior art.
Zudem ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Material des ersten Bereichs und/oder des zweiten Bereichs derart aufgebracht wird, dass die Stränge in dem ersten Bereich und/oder in dem zweiten Bereich zumindest im Wesentlichen denselben Durchmesser aufweisen. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Stränge in dem ersten Bereich zumindest im Wesentlichen denselben Durchmesser aufweisen, wobei dies eine symmetrische Anordnung der Stränge in dem ersten Bereich ergeben kann und damit eine gute Transmission des Lichtes bedingen kann. Weiterhin ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Stränge in dem ersten Bereich und/oder in dem zweiten Bereich zumindest im Wesentlichen dieselbe Querschnittsfläche aufweisen.In addition, in a preferred embodiment of the invention, it is provided that the material of the first region and / or of the second region is applied such that the strands in the first region and / or in the second region have at least substantially the same diameter. In particular, it is provided that the strands have at least substantially the same diameter in the first region, which may result in a symmetrical arrangement of the strands in the first region and thus can cause a good transmission of the light. Furthermore, it is advantageously provided that the strands have at least substantially the same cross-sectional area in the first region and / or in the second region.
Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens konnte in durchgeführten Versuchen gezeigt werden, dass die Stränge in dem ersten Bereich einen anderen, vorzugsweise größeren, weiter bevorzugt zweifach größeren, Durchmesser und/oder eine andere, vorzugsweise größere, weiter bevorzugt zweifach größere, Querschnittsfläche als die Stränge in dem zweiten Bereich aufweisen können. Demzufolge ergibt sich, dass beim Aufbau des optischen Bauteils eine Schichthöhe des ersten Bereichs einer Schichthöhe eines zweilagigen Schichtaufbaus des zweiten Bereichs entsprechen kann. Durch die simultane Herstellung des ersten und des zweiten Bereichs kann weiterhin eine mechanische Stabilität aufgrund der Verbindung der Bereiche sowie der Stränge untereinander sichergestellt werden.Using the method according to the invention, it could be shown in experiments carried out that the strands in the first region have a different, preferably larger, more preferably twice as large, diameter and / or another, preferably larger, more preferably twice as large, cross-sectional area than the strands in may have the second area. Consequently, it follows that in the structure of the optical component, a layer height of the first region may correspond to a layer height of a two-layered layer structure of the second region. By simultaneously producing the first and second regions, mechanical stability can still be ensured due to the connection of the regions and of the strands to one another.
Vorzugsweise sind die Stränge des ersten Bereichs und/oder des zweiten Bereichs derart aufgebracht, dass sie zumindest im Wesentlichen in Bezug zur Länge und/oder zur Breite und/oder zur Höhe des Bauteils von ihrer Eintrittsöffnung zu ihrer Austrittsöffnung durchgehend ausgebildet sind. Besonders bevorzugt sind die Stränge des ersten Bereichs von dem Lichteinleitungsbereich an einer Wandung des optischen Bauteils durchgehend bis zu einer Wandung des optischen Bauteils, die den Lichtausleitungsbereich aufweist, ausgebildet. Hinzuweisen ist in diesem Zusammenhang darauf, dass vorzugsweise die Stränge an ihren Enden, die bevorzugt an eine Wandung des optischen Bauteils grenzen, offen ausgebildet sind. Demgemäß sind bevorzugt einzelne, voneinander beabstandete Stränge in dem ersten Bereich vorgesehen, die nicht miteinander an einer Wandung des Bauteils verbunden sind. Im Übrigen unterstützt ein durchgehender Strang in dem ersten Bereich eine deutlich verbesserte Transmission des optischen Bauteils im Vergleich zum Stand der Technik. Durch die Reduzierung von möglichen Brechungsebenen und/oder Reflexionsebenen - Grenzflächen - in dem ersten Bereich folgt, dass die Intensität der Strahlung bei einem Durchgang durch den ersten Bereich bevorzugt weder reflektiert noch absorbiert wird.Preferably, the strands of the first region and / or the second region are applied such that they are formed at least substantially continuously with respect to the length and / or width and / or height of the component from its inlet opening to its outlet opening. Particularly preferably, the strands of the first region are formed from the light introduction region on a wall of the optical component through to a wall of the optical component which has the light emission region. It should be pointed out in this context that preferably the strands are open at their ends, which preferably adjoin a wall of the optical component. Accordingly, it is preferable to provide individual, spaced-apart strands in the first region that are not connected to each other on a wall of the component. Incidentally, a continuous strand in the first region promotes a significantly improved transmission of the optical component in comparison to the prior art. By reducing possible refraction planes and / or reflection planes - interfaces - in the first region, it follows that the intensity of the radiation is preferably neither reflected nor absorbed when passing through the first region.
Aufgrund seiner transparenten Eigenschaften kann der erste Bereich als Lichtleiter angesehen werden, wobei unter dem Begriff „Lichtleiter“ transparente Bauteile wie Fasern, Röhren oder Stäbe, die Licht über eine kurze oder lange Strecke transportieren, zu verstehen ist. Die Lichtleitung erfolgt dabei durch Reflexion einer Grenzfläche des Lichtleiters entweder durch Totalreflexion oder durch Verspiegelung der Grenzfläche. Lichtleiter werden beispielsweise als Lichtwellenleiter verwendet, wobei in Lichtwellenleitern die Lichtleitung meist in Lichtleitkabeln erfolgt, beispielsweise zu Zwecken der Datenübertragung. Auch planare Lichtwellenleiterstrukturen sind als optische Bauteile der integrierten Optik denkbar. Weiterhin können lichtleitende optische Bauteile einen Kunststoff, insbesondere PMMA und/oder Polycarbonat (PC), aufweisen und zur Anzeige und/oder zur Hintergrundbeleuchtung von Bauteilen genutzt werden. Darüber hinaus ist es auch denkbar, optische Bauteile zur Beleuchtung einzusetzen, bevorzugt zur Gebäudebeleuchtung mit natürlichem Sonnenlicht, wobei beispielsweise über eine Lichtröhre das Sonnenlicht in dem inneren Bereich eines Gebäudes geführt werden kann. Demgemäß können dunkle und/oder fensterlose Räume mit natürlichem Licht ohne zusätzlichen Energieaufwand beleuchtet werden.Due to its transparent properties, the first region can be considered as a light guide, the term "light guide" transparent components such as fibers, tubes or rods that transport light over a short or long distance to understand. The light conduction takes place by reflection of an interface of the light guide either by total reflection or by mirroring the interface. Optical fibers are used for example as optical waveguides, wherein in optical waveguides, the light pipe is usually in optical cables, for example for purposes of data transmission. Even planar optical waveguide structures are conceivable as optical components of the integrated optics. Furthermore, photoconductive optical components may comprise a plastic, in particular PMMA and / or polycarbonate (PC), and be used for display and / or backlighting of components. In addition, it is also conceivable to use optical components for illumination, preferably for building lighting with natural sunlight, wherein, for example, via a light tube, the sunlight can be performed in the inner area of a building. Accordingly, can dark and / or windowless rooms are lit with natural light without additional energy input.
Des Weiteren werden die Stränge bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens in dem ersten Bereich und/oder in dem zweiten Bereich derart aufgebracht, dass die Stränge zumindest im Wesentlichen über ihre Stranglänge einen gleichmäßigen Durchmesser aufweisen. Bevorzugt sind die Stränge in dem ersten Bereich derart aufgebracht, dass sie sowohl durchgehend über den ersten Bereich ausgebildet sind als auch einen gleichmäßigen Durchmesser aufweisen. In durchgeführten Versuchen konnte festgestellt werden, dass Durchmesserschwankungen zu einer erhöhten Dämpfung der Lichtwellenleitung in dem ersten Bereich führen und dass eine verbesserte Transmission des Lichtes bei einem gleichmäßigen Durchmesser des Stranges erreicht werden kann, insbesondere wobei zumindest im Wesentlichen alle Stränge des ersten Bereichs zumindest im Wesentlichen denselben, gleichmäßigen Durchmesser aufweisen und bevorzugt symmetrisch und parallel zueinander angeordnet sind.Furthermore, in another embodiment of the method, the strands are applied in the first region and / or in the second region such that the strands have a uniform diameter at least substantially over their strand length. Preferably, the strands are applied in the first region such that they are formed both continuously over the first region and also have a uniform diameter. In experiments carried out, it has been found that variations in diameter lead to an increased attenuation of the optical waveguide in the first region and that improved transmission of the light can be achieved with a uniform diameter of the strand, in particular wherein at least substantially all of the strands of the first region are at least substantially have the same uniform diameter and are preferably arranged symmetrically and parallel to each other.
Bei einer weiteren, ganz besonders bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist eine Beabstandung zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich vorgesehen, die vorzugsweise zumindest im Wesentlichen den Durchmesser eines unmittelbar zu dem Abstand benachbarten Stranges des ersten und/oder des zweiten Bereichs als Abstandslänge aufweist. Insbesondere ist vorgesehen, dass zwischen einem Strang des ersten Bereichs und einem unmittelbar benachbarten Strang des zweiten Bereichs sich ein Abstand mit einer Breite von zumindest im Wesentlichen mehr als ein Viertel bis das Fünffache, bevorzugt von einem Viertel bis das Dreifache, weiter bevorzugt mehr als Hälfte bis das 1,5-fache, des Durchmessers des unmittelbar zu dem Abstand benachbarten Stranges des ersten Bereichs und/oder des zweiten Bereichs, vorzugsweise des den größeren Durchmesser aufweisenden Stranges, ergibt. Vorzugsweise entspricht die Breite des Abstandes zwischen unmittelbar benachbarten Strängen des ersten und des zweiten Bereichs zumindest im Wesentlichen dem Durchmesser des unmittelbar benachbarten Stranges.In a further, particularly preferred embodiment of the inventive idea, a spacing is provided between the first region and the second region, which preferably has at least substantially the diameter of a strand adjacent to the spacer of the first and / or the second region as the spacer length. In particular, it is provided that between a strand of the first region and an immediately adjacent strand of the second region, a distance having a width of at least substantially more than a quarter to five times, preferably from a quarter to three times, more preferably more than half to 1.5 times, the diameter of the directly adjacent to the distance strand of the first region and / or the second region, preferably of the larger diameter strand results. Preferably, the width of the distance between immediately adjacent strands of the first and the second region corresponds at least substantially to the diameter of the immediately adjacent strand.
In durchgeführten Versuchen konnte festgestellt werden, dass ein derartiger Abstand bzw. eine Beabstandung des ersten und des zweiten Bereichs bei zu gewährleistender mechanischer Stabilität des optischen Bauteils, insbesondere durch Vernetzung und/oder Verhakung des Materials des ersten und/oder des zweiten Bereichs über den Abstand hinaus, zu geringen Dämpfungsfaktoren des Lichtes in dem ersten Bereich führt, wobei der Grenzbereich zwischen dem transparenten und dem nicht-transparenten Bereich möglichst gering bzw. schmal gehalten wird, so dass Licht nicht in den Abschnitt des zweiten Bereichs dringen kann. Ein derartiger Abstand findet somit vorzugsweise das Optimum zwischen Vernetzung sowie Diffusion der nebeneinander abgelegten Stränge des ersten und/oder des zweiten Bereichs bei einer möglichst guten optischen Transmission. Wäre der Abstand zu groß, so könnte die mechanische Stabilität des optischen Bauteils nicht mehr gewährleistet werden. Wäre jedoch der Abstand zu gering, so würde sich die optische Transmission verschlechtern, da zum einen nicht-transparentes Material in dem Bereich des transparenten Materials des ersten Bereichs dringen kann sowie ebenfalls transparentes Material in den Bereich des nicht-transparenten Materials des zweiten Bauteils „diffundieren“ könnte.In experiments carried out it has been found that such a distance or a spacing of the first and the second region with to be ensured mechanical stability of the optical component, in particular by networking and / or entanglement of the material of the first and / or the second region over the distance out, resulting in low attenuation factors of the light in the first region, wherein the boundary region between the transparent and the non-transparent region is kept as small or narrow as possible, so that light can not penetrate into the portion of the second region. Such a distance thus preferably finds the optimum between crosslinking and diffusion of the strands of the first and / or the second region deposited next to one another with the best possible optical transmission. If the distance were too large, the mechanical stability of the optical component could no longer be guaranteed. However, if the distance were too small, the optical transmission would deteriorate, since on the one hand non-transparent material can penetrate in the region of the transparent material of the first region and also diffuse transparent material into the region of the non-transparent material of the second component "Could.
Weiterhin hat sich gezeigt, dass vorzugsweise wenigstens ein Strang, bevorzugt alle Stränge, des ersten Bereichs schleifenförmig aufgebracht werden. Dabei versteht es sich letztlich, dass die Stränge endseitig im Bereich der Schleife abgetrennt werden, so dass sich an den Lichteinleitungs- sowie Lichtausleitungsbereich offene Stränge ergeben, die durchgehend ausgebildet sein können. Demgemäß wird insbesondere die außerhalb des optischen Bauteils liegende Schleife der Stränge des ersten Bereichs abgetrennt. Eine Abtrennung kann dabei nach dem Drucken bzw. nach dem Aufbau des optischen Bauteils erfolgen. Letztlich versteht es sich, dass sich der Endbereich der Schleife bei der Herstellung zunächst außerhalb des optischen Bauteils befindet und abschließend abgetrennt wird. Ein schleifenförmiger Auftrag der Stränge ermöglicht einen durchgehenden Strang, der nicht unterbrochen werden muss und an seinen an die Wandungen des ersten Bauteils grenzenden Enden offen ausgebildet sein kann. Eine Extrusionsdüse kann dabei den schleifenförmigen Auftrag der Stränge in einer jeweiligen Schichtlage sicherstellen. Weiterhin kann auch vorgesehen sein, dass für einen bogenabschnittsförmigen ersten Bereich - so gesehen eine gebogene Lichtröhre und/oder light pipe in dem optischen Bauteil - die Stränge des ersten Bereichs zumindest im Wesentlichen kreisförmig abgelegt werden, wobei eine Abtrennung des außerhalb des optischen Bauteiles liegenden Kreisabschnitt nach Herstellung des optischen Bauteils erfolgen kann.Furthermore, it has been found that preferably at least one strand, preferably all strands, of the first region are applied in a loop shape. In the end, it is understood that the strands are cut off at the end in the region of the loop so that open strands emerge at the light introduction and light extraction regions, which can be continuous. Accordingly, in particular, the loop of the strands of the first region lying outside the optical component is separated off. A separation can take place after printing or after the construction of the optical component. Ultimately, it is understood that the end portion of the loop is initially located outside of the optical component and is finally separated. A loop-shaped application of the strands allows a continuous strand, which need not be interrupted and may be open at its ends adjacent to the walls of the first component. An extrusion die can ensure the loop-shaped application of the strands in a respective layer position. Furthermore, it can also be provided that, for a curved-section-shaped first region - seen in a curved light pipe and / or light pipe in the optical component - the strands of the first region are at least substantially stored in a circular manner, wherein a separation of the lying outside of the optical component circle section can be done after production of the optical component.
Die Düse zur Extrusion bzw. die Extrusionsdüse kann zur Bereitstellung eines schmelzflüssigen Materials des ersten Bereichs und/oder des zweiten Bereichs beheizt ausgebildet sein, wobei in der Düse ein ausreichend hoher Druck vorgesehen ist, der eine Verflüssigung des Materials bzw. ein Herauspressen des Materials sicherstellen kann.The nozzle for extrusion or the extrusion nozzle may be designed to be heated to provide a molten material of the first region and / or the second region, wherein in the nozzle a sufficiently high pressure is provided, which ensure a liquefaction of the material or a pressing out of the material can.
Bevorzugt werden die Schichten des optischen Bauteils in einzelnen Schichten und/oder Ebenen und/oder Lagen des ersten Bereichs und/oder des zweiten Bereichs übereinander abgelegt, wobei die Anzahl Schichtlage bzw. die Schichtfolge des ersten Bereichs und des zweiten Bereichs sich voneinander unterscheiden kann. In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass die zuerst aufgetragene Schicht auf einen Träger, beispielsweise auf ein Substrat, aufgebracht wird, insbesondere wobei der Träger nach Herstellung des optischen Bauteils sowie nach Aushärtung des Materials des ersten und/oder des zweiten Bereichs nachträglich entfernt werden kann.The layers of the optical component are preferred in individual layers and / or planes and / or layers of the first region and / or The number of layer position or the layer sequence of the first region and the second region may differ from each other. In this connection it can be provided that the first applied layer is applied to a carrier, for example to a substrate, in particular wherein the carrier can be subsequently removed after production of the optical component and after curing of the material of the first and / or the second region ,
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird ein optischer Sensor als optisches Bauteil hergestellt. Der optische Sensor kann dabei ein äußeres Sensorgehäuse und/oder in dem Sensorgehäuse vorgesehene Sensorkomponenten aufweisen, wobei eine seismische Masse und/oder Störstrukturen als Sensorkomponenten vorgesehen sein können. Dabei kann letztlich vorgesehen sein, dass ein optisches Bauteil der zuvor beschriebenen Art in einem äußeren Sensorgehäuse eingefasst ist, wobei sowohl das äußere Sensorgehäuse sowie gegebenenfalls weitere Sensorkomponenten und das optische Bauteil in einem Fertigungsverfahren zumindest im Wesentlichen simultan mittels additiver Fertigungstechnologien - 3D-Drucken - hergestellt werden können. Dies vereinfacht die Herstellung von optischen Sensoren, da eine spätere Zusammenführung eines Sensorgehäuses und eines optischen Bauteils in dem Sensorgehäuse vermieden werden kann. Erfindungsgemäß kann dabei vorgesehen sein, dass auch weitere Sensorkomponenten gleichzeitig mit dem optischen Bauteil gedruckt bzw. hergestellt werden können. So ist es beispielsweise möglich, zur Herstellung eines Beschleunigungssensors eine in dem optischen Bauteil eingekapselte bzw. eingefasste seismische Masse gleichzeitig mit dem optischen Bauteil zu drucken.In a particularly preferred embodiment of the inventive concept, an optical sensor is manufactured as an optical component. The optical sensor can have an outer sensor housing and / or sensor components provided in the sensor housing, wherein a seismic mass and / or interference structures can be provided as sensor components. It can ultimately be provided that an optical component of the type described above is enclosed in an outer sensor housing, wherein both the outer sensor housing and possibly other sensor components and the optical component in a manufacturing process at least substantially simultaneously using additive manufacturing technologies - 3D printing - produced can be. This simplifies the production of optical sensors, since a subsequent combination of a sensor housing and an optical component in the sensor housing can be avoided. According to the invention, it may be provided that also other sensor components can be printed or produced simultaneously with the optical component. For example, to produce an acceleration sensor, it is possible to print a seismic mass encapsulated or enclosed in the optical component simultaneously with the optical component.
Weiterhin kann bei einem optischen Sensor vorgesehen sein, dass zusätzliche Störstrukturen, die gegebenenfalls nicht-transparent ausgebildet sind und/oder ein nicht-transparentes Material aufweisen, in den Abschnitt des ersten Bereichs des optischen Bauteils hineinragen. Dabei können die zusätzlichen Störstrukturen gleichzeitig bzw. gemeinsam mit dem zweiten Bereich gefertigt werden und ebenfalls das nicht-transparente Material des zweiten Bereichs aufweisen. Wird nun ein Lichtstrahl durch den ersten Bereich geführt, in dem zusätzliche Störstrukturen als Sensorkomponenten eingebracht worden sind, kann das Übertragungsverhalten verändert werden, da eine mechanische Verformung den Krümmungsradius ändern kann und die zusätzlichen Störstrukturen ebenfalls das Übertragungsverhalten beeinflussen und/oder verändern können.Furthermore, it can be provided in the case of an optical sensor that additional interference structures, which are optionally non-transparent and / or have a non-transparent material, protrude into the section of the first region of the optical component. In this case, the additional interference structures can be produced simultaneously or together with the second region and likewise have the non-transparent material of the second region. If a light beam is now guided through the first region in which additional interference structures have been introduced as sensor components, the transmission behavior can be changed since a mechanical deformation can change the radius of curvature and the additional interference structures can likewise influence and / or change the transmission behavior.
Erfindungsgemäß können zumindest im Wesentlichen simultan somit mechanische Bestandteile, wie ein Sensorgehäuse, und Elemente bzw. Komponenten der optischen Sensorik in einem Fertigungsverfahren schichtweise aufgebaut bzw. gedruckt werden. Dabei kann eine Urformgebung dieser vorgenannten Bestandteile in einem additiven Fertigungsvorgang erfolgen. Gleichzeitig mit einer mechanischen Formgebung kann eine optische Funktionalität in einem optischen Bauteil hergestellt werden, insbesondere wobei sich ein Einsatz des optischen Bauteils im Bereich der optischen Sensoren als vorteilhaft zeigt.According to the invention, at least substantially simultaneously mechanical components, such as a sensor housing, and elements or components of the optical sensor system can be built up or printed in layers in a manufacturing process. In this case, an original shaping of these aforementioned components can take place in an additive manufacturing process. Simultaneously with a mechanical shaping, optical functionality can be produced in an optical component, in particular wherein use of the optical component in the region of the optical sensors is advantageous.
Dies eröffnet ein hohes Entwicklungspotential im Bereich der optischen Sensoren, da beispielsweise Prototypen mit der Losgröße
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in dem ersten Bereich wenigstens ein Trennmittel eingebracht. Das Trennmittel kann dabei zwischen den transparenten Strängen des ersten Bereichs eingebracht werden. Darüber hinaus kann das Trennmittel ein nicht-transparentes Material, gegebenenfalls das nicht-transparente Material des zweiten Bereichs, aufweisen. Vorzugsweise wird das Trennmittel zur Beabstandung der Stränge, insbesondere zur Beabstandung eines oder einer Mehrzahl von Strängen in der Höhe des optischen Bauteils, das heißt zwischen den Schichten bzw. den Lagen des ersten Bereichs und/oder zur Verfüllung des ersten Bereichs, insbesondere zur Füllung des Freiraumes zwischen den Strängen des ersten Bereichs, ausgebildet. Das Trennmittel kann insbesondere zur Erhöhung der mechanischen Stabilität des optischen Bauteils dienen. Letztlich kann vorgesehen sein, dass, vorzugsweise bei Stützung von auskragenden Abschnitten des optischen Bauteils, das Trennmittel nach Aushärtung entfernt wird und vorab zur Stützung des Materials vorgesehen gewesen ist. Weiterhin kann das Trennmittel gezielt zur Beeinflussung der Lichtführung in dem ersten Bereich vorgesehen sein. Besonders bevorzugt ist das Trennmittel zur Beabstandung zwischen zwei Strängen, die ein unterschiedliches transparentes Material aufweisen und sich beispielsweise in dem Brechungsindex unterscheiden können, vorgesehen. Das Trennmittel kann derart ausgebildet sein, dass an den Grenzflächen der Stränge das Licht nicht außerhalb des Stranges transmittiert werden kann, so dass das Licht nach Eintritt in einen Strang den Strang nicht mehr verlassen kann und durch den Strang hindurchgeführt wird. Somit kann an den Außenseiten der Stränge eine Totalreflexion durch einen geringeren Brechungsindex des Trennmittels gewährleistet werden. Insbesondere kann das Trennmittel auch zur Beabstandung des ersten Bereichs und des zweiten Bereichs eingesetzt werden, wobei vorgesehen sein kann, dass in diesem Fall das Trennmittel ein anderes Material als der zweite Bereich aufweist und letztlich sicherstellen kann, dass die Grenzlinie zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich eine möglichst geringe Breite und/oder Dicke aufweist.In a further embodiment of the present invention, at least one release agent is introduced in the first region. The release agent can be introduced between the transparent strands of the first region. In addition, the release agent may comprise a non-transparent material, optionally the non-transparent material of the second region. Preferably, the separating means for spacing the strands, in particular for spacing one or a plurality of strands in the height of the optical component, that is between the layers or the layers of the first region and / or for filling the first region, in particular for filling the Free space between the strands of the first area, formed. The release agent can in particular serve to increase the mechanical stability of the optical component. Finally, provision may be made for the release agent to be removed after hardening, preferably in support of cantilevered sections of the optical component, and to have been provided in advance for supporting the material. Furthermore, the release agent can be provided specifically for influencing the light guide in the first area. Particularly preferably, the separating means for spacing between two strands, which have a different transparent material and can differ, for example, in the refractive index provided. The release agent may be formed such that at the boundary surfaces of the strands, the light can not be transmitted outside the strand, so that the light after entering a strand can not leave the strand and is passed through the strand. Thus, on the outside of the Strands a total reflection can be ensured by a lower refractive index of the release agent. In particular, the separating means can also be used for spacing the first area and the second area, wherein it may be provided that in this case the separating means has a different material than the second area and can ultimately ensure that the boundary line between the first area and the second region has the smallest possible width and / or thickness.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein optisches Bauteil mit wenigstens einem ersten Bereich mit einem transparenten Material und wenigstens einem zweiten Bereich mit einem nicht-transparenten Material, insbesondere wobei das optische Bauteil unter Verwendung eines Verfahrens der vorgenannten Art hergestellt worden ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der erste Bereich und/oder der zweite Bereich aus einzelnen Strängen schichtweise aufgebaut ist und dass die Stränge des ersten Bereichs zumindest im Wesentlichen parallel, insbesondere in Bezug zu der Höhe und/oder der Breite und/oder zu der Dicke des optischen Bauteils, zueinander, zumindest im Wesentlichen parallel zu der Grenzlinie zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich, verlaufen und/oder dass die Stränge des ersten Bereichs und/oder des zweiten Bereichs von ihrer Eintrittsöffnung zu ihrer Austrittsöffnung durchgehend ausgebildet sind.Furthermore, the invention relates to an optical component having at least one first region with a transparent material and at least one second region with a non-transparent material, in particular wherein the optical component has been produced using a method of the aforementioned type. According to the invention, it is provided that the first region and / or the second region is constructed of individual strands in layers and that the strands of the first region are at least substantially parallel, in particular with respect to the height and / or the width and / or the thickness of the optical component, to each other, at least substantially parallel to the boundary line between the first region and the second region, run and / or that the strands of the first region and / or the second region are formed continuously from its inlet opening to its outlet opening.
Ein zumindest im Wesentlichen simultaner Aufbau des ersten Bereichs zu dem zweiten Bereich in dem optischen Bauteil bietet erfindungsgemäß diverse Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgestellt worden sind. Wesentlich ist es in diesem Zusammenhang, dass die Stränge des ersten Bereichs zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Struktur des ersten Bereichs ausgebildet sein können. Demgemäß kann die Lichtführung in dem optischen Bauteil entlang der Stränge im ersten Bereich gezielt beeinflusst werden, wobei eine parallele Anordnung der Stränge in dem ersten Bereich sehr gute Transmissionseigenschaften für das Licht bereitstellt und im ersten Bereich demzufolge einen Lichtwellenleiter zur Verfügung stellt. Die Transmissionseigenschaften des Lichtes können durch den schichtweisen Aufbau des optischen Bauteils, insbesondere des ersten Bereichs, im Vergleich zum Stand der Technik um bis zu 20 % erhöht werden, wobei die Dämpfung des Lichtes bzw. die Dämpfung der elektromagnetischen Wellen beim Hindurchführen durch das Material, insbesondere beim Hindurchführen durch die Stränge, des ersten Bereichs um bis zu 30 % im Vergleich zum Stand der Technik reduziert werden kann.An at least substantially simultaneous construction of the first region to the second region in the optical component offers, according to the invention, various advantages which have already been presented in connection with the method according to the invention. It is essential in this context that the strands of the first region can be formed at least substantially parallel to a structure of the first region. Accordingly, the light guide in the optical component can be influenced in a targeted manner along the strands in the first region, with a parallel arrangement of the strands in the first region providing very good transmission properties for the light and thus providing an optical waveguide in the first region. The transmission properties of the light can be increased by up to 20% compared to the prior art by the layered structure of the optical component, in particular the first region, wherein the attenuation of the light or the attenuation of the electromagnetic waves when passing through the material, especially when passing through the strands, the first region can be reduced by up to 30% compared to the prior art.
Insbesondere kann durch eine parallele Anordnung der Stränge, die vorzugsweise durchgehend ausgebildet sind, eine erhöhte Anzahl an Grenzflächen, an denen das Licht im ersten Bereich reflektiert und/oder absorbiert werden könnte, reduziert werden.In particular, can be reduced by a parallel arrangement of the strands, which are preferably formed continuously, an increased number of interfaces at which the light in the first region could be reflected and / or absorbed.
Vorzugsweise kann der Unterschied des ersten Bereichs und des zweiten Bereichs hinsichtlich ihrer transparenten bzw. optischen Eigenschaften anhand der Lichtdurchlässigkeit festgelegt werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Licht im Bereich der Grenzlinie zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich einer Totalreflexion unterliegt, und zwar derart, dass es im zweiten Bereich weder transmittiert noch absorbiert wird.Preferably, the difference of the first area and the second area can be determined in terms of their transparent and optical properties based on the light transmittance. In particular, it is provided that the light in the region of the borderline between the first region and the second region undergoes total reflection, in such a way that it is neither transmitted nor absorbed in the second region.
Es versteht sich, dass es grundsätzlich auch möglich ist, dass wenigstens zwei Stränge in dem ersten Bereich unterschiedliche transparente Materialien aufweisen können. Dabei kann vorgesehen sein, dass sich die Materialien hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften unterscheiden können, insbesondere wobei sie einen unterschiedlichen Brechungsindex aufweisen. Durch die Verwendung von Strängen mit unterschiedlichen Materialien in dem ersten Bereich kann die Lichtführung in dem optischen Bauteil ziel- und zweckgerichtet beeinflusst werden. Eine Anpassung kann dabei hinsichtlich der gewünschten Funktionalität des optischen Bauteils, beispielsweise zum Zwecke des Einsatzes innerhalb eines optischen Sensors, beeinflusst werden. Des Weiteren können auch eine unterschiedliche optische Wahrnehmung bzw. eine Beeinflussung des äußeren Erscheinungsbildes des optischen Bauteils durch die Verwendung von unterschiedlichen Materialien in dem ersten Bereich erreicht werden. Dabei können die unterschiedlichen Materialien des ersten Bereichs in einer Lage und/oder Ebene und/oder Schicht des ersten Bereichs vorgesehen sein und/oder in übereinander angeordneten Schichtfolgen. Insbesondere kann dieselbe erste Extrusionsdüse zum Auftrag verwendet werden, wobei der Extrusionsdüse zum Auftrag der Stränge unterschiedliche Filamente und/oder Materialien zugeführt werden, so dass eine Extrusion von unterschiedlichen Materialien erfolgen kann. Letztlich versteht es sich jedoch auch, dass auch eine Mehrzahl an Düsen zum Auftrag des ersten Bereichs vorgesehen sein können, die sich unabhängig voneinander bewegen können.It is understood that in principle it is also possible for at least two strands in the first region to have different transparent materials. It can be provided that the materials can differ with regard to their optical properties, in particular wherein they have a different refractive index. By using strands with different materials in the first region, the light guide in the optical component can be influenced in a targeted and purposive manner. An adaptation can be influenced with regard to the desired functionality of the optical component, for example for the purpose of use within an optical sensor. Furthermore, a different optical perception or an influence on the external appearance of the optical component can be achieved by the use of different materials in the first region. In this case, the different materials of the first region may be provided in a layer and / or plane and / or layer of the first region and / or in layer sequences arranged one above the other. In particular, the same first extrusion die can be used for application, wherein the extrusion die for applying the strands different filaments and / or materials are supplied, so that an extrusion of different materials can be done. Ultimately, however, it is also understood that a plurality of nozzles can be provided to order the first area, which can move independently.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können die Stränge des ersten Bereichs zumindest im Wesentlichen denselben Durchmesser aufweisen. Weiterhin kann auch vorgesehen sein, dass ein Strang im ersten Bereich zumindest im Wesentlichen einen gleichmäßigen und/oder konstanten Durchmesser aufweist. Durch die Vermeidung von Durchmesserschwankungen kann die Dämpfung des Lichtes bzw. der Lichtwellen in dem ersten Bereich reduziert werden.In a preferred embodiment of the present invention, the strands of the first region may have at least substantially the same diameter. Furthermore, it can also be provided that a strand in the first region has at least substantially a uniform and / or constant diameter. By avoiding variations in diameter, the attenuation of the light or light waves in the first region can be reduced.
Zudem kann bei einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass das Material des ersten Bereichs andere thermische und/oder mechanische und/oder optische Eigenschaften als das Material des zweiten Bereichs aufweist. In diesem Zusammenhang versteht es sich letztlich, dass auch vorgesehen sein kann, dass auch innerhalb des ersten Bereichs und/oder innerhalb des zweiten Bereichs unterschiedliche Materialien vorgesehen sein können, die sich hinsichtlich ihrer mechanischen und/oder optischen und/oder thermischen Eigenschaften unterscheiden. Erfindungsgemäß konnte in durchgeführten Versuchen festgestellt werden, dass eine ausreichende Vernetzung des ersten Bereichs zu dem zweiten Bereich hinsichtlich der mechanischen Stabilität auch bei unterschiedlichen Eigenschaften der Materialien sichergestellt werden kann, insbesondere wobei sich die Materialien auch signifikant in Bezug zu ihrer Schmelztemperatur unterscheiden können. So kann vorgesehen sein, dass die Materialien, insbesondere strangförmig, in dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich in einer schmelzflüssigen Form aufgebracht werden, wobei eine Verhakung der Moleküle der Materialien und/oder eine Vernetzung der Materialien, insbesondere aufgrund von Diffusion zwischen den Materialien, erfolgen kann. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass diese Vernetzung und/oder Verhakung der Moleküle zwischen dem ersten und/oder zweiten Bereich möglichst gering gehalten wird, so dass zwar eine mechanische Stabilität des optischen Bauteils vorhanden ist, jedoch eine Beeinflussung der optischen Eigenschaften des ersten Bereichs und/oder des zweiten Bereichs zumindest im Wesentlichen weitestgehend vermieden werden kann. In addition, in a further, preferred embodiment it can be provided that the material of the first region has different thermal and / or mechanical and / or optical properties than the material of the second region. In this context, it is ultimately understood that it can also be provided that different materials can also be provided within the first region and / or within the second region, which differ in terms of their mechanical and / or optical and / or thermal properties. According to the invention, it has been found in experiments carried out that a sufficient cross-linking of the first region to the second region can be ensured with regard to mechanical stability even with different properties of the materials, in particular wherein the materials can also differ significantly with respect to their melting temperature. Thus, it can be provided that the materials, in particular strand-shaped, are applied in the first region and the second region in a molten form, wherein an entanglement of the molecules of the materials and / or crosslinking of the materials, in particular due to diffusion between the materials, can be done. According to the invention, it can be provided that this crosslinking and / or entanglement of the molecules between the first and / or second region is kept as low as possible, so that, although a mechanical stability of the optical component is present, but influencing the optical properties of the first region and / or the second area can be at least substantially largely avoided.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Stränge in den Schichten des ersten Bereichs beabstandet zueinander angeordnet sind und/oder dass die Stränge zwischen den Schichtfolgen in Bezug zu der Höhe des optischen Bauteils beabstandet zueinander angeordnet sind, so dass sich eine Beabstandung der Schichtfolgen bzw. Lagen des ersten Bereichs ergeben kann. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass unmittelbar benachbarte Stränge des ersten Bereichs und des zweiten Bereichs zueinander derart beabstandet sind, dass der Abstand eine Breite von zumindest im Wesentlichen 10 % bis 200 % des Durchmessers eines unmittelbar zu dem Abstand benachbarten Stranges aufweist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Abstand zwischen zwei unmittelbar benachbarten Strängen des ersten und des zweiten Bereichs derart ausgebildet ist, dass seine Breite zumindest im Wesentlichen dem Durchmesser des unmittelbar benachbarten Stranges des ersten Bereichs entspricht. Über den Abstand hinaus kann eine Verhakung der Moleküle des Materials des ersten Bereichs und/oder des zweiten Bereichs bzw. einer Vernetzung der Bereiche vorhanden sein, wobei sich jedoch zwischen den Bereichen eine Grenzlinie ausbildet und diese Vernetzung innerhalb eines möglichst geringen Grenzbereich beschränkt werden kann. Darüber hinaus kann auch vorgesehen sein, dass die Stränge in einer Schichtlage des ersten Bereichs und/oder des zweiten Bereichs beabstandet zueinander angeordnet sind. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass ein Verbund der Stränge in den Schichten vorgesehen ist.In another embodiment, it is provided that the strands in the layers of the first region are arranged at a distance from one another and / or that the strands between the layer sequences are arranged at a distance from one another with respect to the height of the optical component, so that a spacing of the layer sequences or layers is achieved Layers of the first area may result. In particular, it can be provided that immediately adjacent strands of the first region and of the second region are spaced apart from one another such that the distance has a width of at least substantially 10% to 200% of the diameter of a strand immediately adjacent to the spacer. It is preferably provided that the distance between two immediately adjacent strands of the first and the second region is formed such that its width corresponds at least substantially to the diameter of the immediately adjacent strand of the first region. Beyond the distance, there may be entanglement of the molecules of the material of the first region and / or of the second region or of a crosslinking of the regions, whereby, however, a borderline forms between the regions and this crosslinking can be restricted within the smallest possible limit range. In addition, it can also be provided that the strands are arranged in a layer position of the first region and / or the second region at a distance from each other. However, it can also be provided that a composite of the strands is provided in the layers.
Des Weiteren sind vorzugsweise die Stränge in den Schichten des ersten Bereichs und/oder des zweiten Bereichs über die gesamte Stranglänge übereinander angeordnet und zwar derart, dass sich in der Höhe des optischen Bauteils unmittelbar benachbarte Stränge des ersten Bereichs und/oder des zweiten Bereichs parallel, insbesondere über die gesamte Stranglänge, zueinander angeordnet sind und/oder zumindest im Wesentlichen die gleiche Strangform aufweisen. Demgemäß kann vorgesehen sein, dass bevorzugt in dem ersten Bereich eine symmetrische Anordnung der Stränge erfolgen kann, wobei die Stränge zueinander beabstandet sein können. Eine parallele Anordnung der Stränge, insbesondere eine parallele Anordnung zur Randstruktur des ersten Bereichs, ergibt eine Lichtführung bei Vermeidung von unnötigen Grenzflächen und somit eine verbesserte Transmission der Lichtwellen.Furthermore, the strands in the layers of the first region and / or of the second region are preferably arranged one above the other over the entire length of the strand, in such a way that immediately adjacent strands of the first region and / or of the second region parallel to one another in the height of the optical component, in particular over the entire strand length, are arranged to each other and / or at least substantially the same strand shape. Accordingly, it can be provided that preferably in the first region, a symmetrical arrangement of the strands can take place, wherein the strands can be spaced from each other. A parallel arrangement of the strands, in particular a parallel arrangement to the edge structure of the first region, results in a light guide while avoiding unnecessary interfaces and thus an improved transmission of the light waves.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass der erste Bereich an wenigstens eine das Bauteil begrenzende Wandung anschließt und/oder sich an eine das Bauteil begrenzende Wandung anordnet. Insbesondere kann dabei der erste Bereich an den Wandungen einen Lichteinleitungsbereich und gegebenenfalls auch einen Lichtausleitungsbereich bilden. Über den Lichteinleitungsbereich kann das Licht in den ersten Bereich und somit in das optische Bauteil eingeführt werden, wobei ein Austritt des Lichtes aus dem ersten Bereich und gegebenenfalls aus dem optischen Bauteil über einen Lichtausleitungsbereich sichergestellt werden kann. Dabei kann vorgesehen sein, dass in dem Lichteinleitungsbereich sich die Stränge des ersten Bereichs anordnen, so dass das Licht über die Stränge, insbesondere durchgehend, bis zu dem Lichtausleitungsbereich durch das optische Bauteil hindurchgeführt werden kann. Die Linienführung ist dabei bevorzugt somit innerhalb der transparenten Struktur des ersten Bereichs des optischen Bauteils, insbesondere entlang der Stränge, vorgesehen. In a preferred embodiment of the inventive concept, it is provided that the first region adjoins at least one wall delimiting the component and / or arranges itself against a wall bounding the component. In particular, the first region on the walls can form a light introduction region and optionally also a light extraction region. The light can be introduced into the first region and thus into the optical component via the light introduction region, it being possible to ensure an exit of the light from the first region and optionally from the optical component via a light emission region. In this case, provision can be made for the strands of the first region to be arranged in the light introduction region, so that the light can be passed through the strands, in particular continuously, as far as the light emission region through the optical component. The line guide is thus preferably provided within the transparent structure of the first region of the optical component, in particular along the strands.
Weiterhin hat sich gezeigt, dass als Materialien des ersten und/oder des zweiten Bereichs sich thermoplastische Kunststoffe eignen. Dabei können Polymethylmethacrylat (PMMA) und/oder Polycarbonate (PC) verwendet werden. Grundsätzlich ist auch die Verwendung von Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS) und/oder Polyactide (PLA) als Material, zumindest für den zweiten Bereich, denkbar. Innerhalb des 3D-Druckens werden im Stand der Technik zum Großteil PLA- und/oder ABS-Filamente zur Extrusion verwendet, da sich diese durch eine sehr einfache Verarbeitbarkeit und geringe Materialkosten auszeichnen. Durch die geringe Schmelztemperatur von PLA und ABS ist eine geringe Neigung von Warping vorhanden. Erfindungsgemäß können auch Materialien mit höheren Schmelztemperaturen, zumindest für den ersten Bereich, verwendet werden, die insbesondere verbesserte optische Eigenschaften aufweisen können. Das Material des ersten Bereichs wird dabei bevorzugt derart ausgewählt, dass eine Lichtdurchlässigkeit in den Strängen des ersten Bereichs gewährleistet werden kann. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass Glasmaterialien verwendet werden. Das transparente Material des ersten Bereichs hat dabei die Anforderung zu erfüllen, dass es optisch leitend bzw. lichtdurchlässig ist. Hierfür bietet sich insbesondere PMMA an.Furthermore, it has been found that thermoplastics are suitable as materials of the first and / or second region. In this case, polymethyl methacrylate (PMMA) and / or polycarbonates (PC) can be used. In principle, the use of acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS) and / or polyactides (PLA) as Material, at least for the second area, conceivable. Within 3D printing, most PLA and / or ABS filaments are used in the prior art for extrusion, since they are characterized by a very simple processability and low material costs. Due to the low melting temperature of PLA and ABS, there is a slight tendency for warping. According to the invention, it is also possible to use materials having higher melting temperatures, at least for the first region, which in particular may have improved optical properties. The material of the first region is preferably selected such that a light transmission in the strands of the first region can be ensured. In principle, it is also conceivable that glass materials are used. The transparent material of the first region has to meet the requirement that it is optically conductive or translucent. PMMA is particularly suitable for this purpose.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das Material des ersten und/oder des zweiten Bereichs Verstärkungsfasern, insbesondere Kohlenstofffasern und/oder Glasfasern und/oder Polyamidfasern, aufweist. Dabei dienen die Verstärkungsfasern zur Gewährleistung der mechanischen Stabilität des optischen Bauteils und sind bevorzugt von dem thermoplastischen Kunststoffmaterial bzw. der thermoplastischen Kunststoffmatrix des ersten Bereichs und/oder des zweiten Bereichs ummantelt.In addition, it can be provided that the material of the first and / or the second region comprises reinforcing fibers, in particular carbon fibers and / or glass fibers and / or polyamide fibers. The reinforcing fibers serve to ensure the mechanical stability of the optical component and are preferably encased by the thermoplastic plastic material or the thermoplastic matrix of the first region and / or the second region.
Im Übrigen betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung des optischen Bauteils nach einer zuvor beschriebenen Art und/oder hergestellt nach einem Verfahren der zuvor genannten Art als optischen Sensor und/oder zur Verwendung innerhalb des optischen Sensors und/oder zur Beleuchtung und/oder Bestrahlung mit Licht bzw. Lichtwellen. Dabei kann zusätzlich zu dem optischen Bauteil noch eine Applikation der Dioden und/oder der Lichtempfänger und der Lichtsender vorgesehen sein. Als optischer Sensor ist insbesondere eine Durchlasslichtschranke, eine Reflexionslichtschranke und/oder ein Sensor zur Analyse des Absorptionsspektrums von Flüssigkeiten und/oder Gasen denkbar. Dabei wird das optische Bauteil bzw. der optische Sensor mit Licht bestrahlt und/oder beleuchtet.Moreover, the present invention relates to the use of the optical component according to a previously described type and / or produced by a method of the aforementioned type as an optical sensor and / or for use within the optical sensor and / or for illumination and / or irradiation with light or light waves. In this case, an application of the diodes and / or the light receiver and the light emitter may be provided in addition to the optical component. As an optical sensor, in particular a transmission light barrier, a reflection light barrier and / or a sensor for analyzing the absorption spectrum of liquids and / or gases is conceivable. In this case, the optical component or the optical sensor is irradiated with light and / or illuminated.
Im Ergebnis betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils, wobei das optische Bauteil einen transparenten und einen nicht-transparenten Bereich aufweist, die gemeinsam innerhalb eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt werden, wobei ein schichtweiser Aufbau des optischen Bauteils vorgesehen ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein optisches Bauteil sowie die Verwendung des optischen Bauteils innerhalb eines optischen Sensors, wobei sich das optische Bauteil dadurch auszeichnet, dass der erste Bereich und/oder der zweite Bereich schichtweise aus einzelnen Strängen aufgebaut sind und dass die Stränge in dem ersten Bereich zumindest im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und/oder durchgehend von einer Eintrittsöffnung zu einer Auftrittsöffnung ausgebildet sind.As a result, the invention relates to a method for producing an optical component, wherein the optical component has a transparent and a non-transparent region, which are produced together within an additive manufacturing process, wherein a layered structure of the optical component is provided. In addition, the invention relates to an optical component and the use of the optical component within an optical sensor, wherein the optical component is characterized in that the first region and / or the second region are constructed in layers of individual strands and that the strands in the first Area are arranged at least substantially parallel to each other and / or are formed continuously from an inlet opening to an opening.
Im Übrigen versteht es sich, dass in den vorgenannten Intervallen mögliche Zwischenintervalle und Einzelwerte enthalten und als erfindungswesentlich offenbart anzusehen sind, auch wenn diese Zwischenintervalle und Einzelwerte nicht konkret angegeben sind.Incidentally, it is understood that in the aforementioned intervals possible intermediate intervals and individual values contain and are to be regarded as disclosed essential to the invention, even if these intermediate intervals and individual values are not specified concretely.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung und der Zeichnung selbst. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.Other features, advantages and applications of the present invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the drawings and the drawing itself. In this case, all described and / or illustrated features alone or in any combination, the subject of the present invention, regardless of their summary in the claims or their dependency.
Es zeigt
-
1 eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen optischen Bauteils, -
2 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Bauteils, -
3 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Bauteils, -
4 eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Bauteils, -
5 eine schematische Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Bauteils, -
6 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Aufbaus einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Bauteils, -
7 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Aufbaus einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Bauteils, -
8 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Bauteils, -
9 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen Sensors unter Verwendung eines erfindungsgemäßen optischen Bauteils, -
10 eine schematische Darstellung eines Teils einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Sensors , -
11 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Sensors, -
12 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Sensors, -
13 eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Sensors, -
14 eine schematische Querschnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Bauteils, -
15 eine schematische Aufsicht auf ein noch nicht fertig hergestelltes erfindungsgemäßes optisches Bauteil und -
16 eine schematische Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines noch nicht fertig hergestellten erfindungsgemäßen optischen Bauteils.
-
1 a schematic perspective view of an optical component according to the invention, -
2 a schematic cross-sectional view of another embodiment of an optical component according to the invention, -
3 a schematic cross-sectional view of another embodiment of an optical component according to the invention, -
4 a schematic perspective view of another embodiment of an optical component according to the invention, -
5 a schematic plan view of another embodiment of an optical component according to the invention, -
6 a schematic representation of the structure according to the invention of another embodiment of an optical component according to the invention, -
7 a schematic representation of the structure according to the invention of a further embodiment of the optical component according to the invention, -
8th a schematic cross-sectional view of another embodiment of the optical component according to the invention, -
9 a schematic representation of an optical sensor according to the invention using an optical component according to the invention, -
10 a schematic representation of part of a further embodiment of an optical sensor according to the invention, -
11 a schematic representation of another embodiment of an optical sensor according to the invention, -
12 a schematic representation of another embodiment of an optical sensor according to the invention, -
13 a schematic perspective view of another embodiment of an optical sensor according to the invention, -
14 a schematic cross-sectional view of another embodiment of an optical component according to the invention, -
15 a schematic plan view of a not yet produced inventive optical component and -
16 a schematic plan view of another embodiment of an unfinished optical device according to the invention.
Die
Zudem zeigen
In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist vorgesehen, dass das Material des ersten Bereichs
Bei dem in
Weiterhin zeigt die
Darüber hinaus wird in den dargestellten Ausführungsbeispielen gezeigt, dass die Stränge
Letztlich versteht es sich, dass in weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispielen vorgesehen sein kann, dass keine symmetrische Anordnung der Stränge
Zudem ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass das Material des ersten Bereichs
Die
Im Übrigen zeigt
Aus den
Wie zuvor erwähnt, ist vorgesehen, dass die Stränge
Die
Die
Ein optischer Sensor
Die
In
Darüber hinaus sind in weiteren Ausführungsformen, die an dieser Stelle nicht dargestellt sind, viele weitere Anwendungsmöglichkeiten des optischen Bauteils
Im Übrigen ist in
Ebenfalls kann natürlich vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von ersten Bereichen
Darüber hinaus ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen nicht gezeigt, dass das Material des ersten Bereichs
Zudem ist in
In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist nicht die Materialauswahl des ersten Bereichs
Im Übrigen ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen nicht gezeigt, dass das Material des ersten Bereichs
In den
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Optisches BauteilOptical component
- 22
- erster Bereichfirst area
- 33
- zweiter Bereichsecond area
- 44
- erste Extrusionsdüsefirst extrusion die
- 55
- zweite Extrusionsdüsesecond extrusion die
- 66
- Grenzlinieboundary line
- 77
- Strängestrands
- 88th
- Schichtlagenlayer sheets
- 99
- Abstand zwischen SchichtlagenDistance between layers
- 1010
- Schichtlagenlayer sheets
- 10a10a
- Lichtsenderlight source
- 10b10b
- Lichtempfängerlight receiver
- 1111
- Abstand Stränge erster BereichDistance strands first area
- 1212
- Höhe optisches BauteilHeight optical component
- 1313
- Längelength
- 1414
- Breitewidth
- 1515
- Eintrittsöffnunginlet opening
- 1616
- Austrittsöffnungoutlet opening
- 1717
- Abstand zwischen Strängen des ersten und des zweiten BereichsDistance between strands of the first and the second area
- 1818
- Optischer SensorOptical sensor
- 1919
- Sensorgehäusesensor housing
- 2020
- Sensorkomponentensensor components
- 2121
- seismische Masseseismic mass
- 2222
- Störstruktureninterference structures
- 2323
- Trennmittelrelease agent
- 2424
- Wandungenwalls
- 2525
- LichteinleitungsbereichLight introduction region
- 2626
- LichtausleitungsbereichLichtausleitungsbereich
- 2727
- Trägercarrier
Claims (17)
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