EP3626476A1 - Verfahren zur herstellung einer strukturierten oberfläche auf einem gegenstand - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer strukturierten oberfläche auf einem gegenstand Download PDF

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EP3626476A1
EP3626476A1 EP19196918.7A EP19196918A EP3626476A1 EP 3626476 A1 EP3626476 A1 EP 3626476A1 EP 19196918 A EP19196918 A EP 19196918A EP 3626476 A1 EP3626476 A1 EP 3626476A1
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EP
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observation position
partial
areas
structured surface
partial areas
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Andrés Fabián LASAGNI
Bogdan Voisiat
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Technische Universitaet Dresden
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Technische Universitaet Dresden
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B42—BOOKBINDING; ALBUMS; FILES; SPECIAL PRINTED MATTER
    • B42D—BOOKS; BOOK COVERS; LOOSE LEAVES; PRINTED MATTER CHARACTERISED BY IDENTIFICATION OR SECURITY FEATURES; PRINTED MATTER OF SPECIAL FORMAT OR STYLE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DEVICES FOR USE THEREWITH AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; MOVABLE-STRIP WRITING OR READING APPARATUS
    • B42D25/00—Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof
    • B42D25/30—Identification or security features, e.g. for preventing forgery
    • B42D25/328—Diffraction gratings; Holograms

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a structured surface on an object.
  • a structured surface is to be designed in such a way that defined color effects can be caused as a result of refraction effects when the surface is irradiated.
  • the effect occurs that no larger area areas cause the same color impression with the same color with a certain wavelength due to the different angular relationships.
  • the respective color changes accordingly with the viewing angle ⁇ , for example from red to orange to yellow, although the structure elements have been designed with a period structure ⁇ for a red wavelength.
  • the total area of the structured surface on an object is divided into partial areas.
  • a periodic structure with a structure period ⁇ (d) is formed in the individual sub-areas by means of laser radiation, so that from one observation position several sub-areas, which are discretely arranged at different distances and angles to the observation position, each have an image with the same color impression same wavelength ⁇ can be detected or recognized when the structured surface is irradiated with white light.
  • ⁇ i is the angle of incidence of white light on the structured surface
  • ⁇ i the respective predetermined wavelength of the respective color of the color impression of the respective partial area
  • L is the distance of the respective partial area in the horizontal direction to the observation position and h is the distance of the respective partial area in the vertical direction to the observation position.
  • the observation position is determined either by the eyes of a person or by the location of a camera in relation to the partial areas.
  • the directions horizontal and vertical can also lie in other axes if the respective surface structured according to the invention is not aligned parallel to the horizontal.
  • the detectable or perceptible color impression also changes.
  • a surface area previously formed with appropriately structured partial areas can change from yellow to orange and from orange to red.
  • An object can be, for example, a product that can be labeled with the structured surface produced according to the invention or can also be used, for example, for advertising purposes.
  • the respective structural period ⁇ (d) of partial areas is predetermined by the spacing of structural elements arranged next to one another.
  • the structure period ⁇ (d) should be kept constant in each partial area. Small variations of the structure period ⁇ (d) within a partial area can, however, be tolerated. This is particularly true if the angle difference from the observation position to the front and rear distances of the respective partial area has been taken into account.
  • the partial areas should be structured with a diameter or a length of the area diagonal in the range 0.0003 mm to 1.0000 mm.
  • the subareas should be formed with structural elements that result from a material removal, a remelting process or a modification of the material of the object or a coating formed on the surface, which are arranged in a locally defined manner.
  • a volume change in the region irradiated with laser radiation can be achieved in a remelting process.
  • a change in the optical refractive index, the transparency and / or the reflectivity can also be achieved in the structural elements obtained in this way.
  • Partial areas which produce a red, green and blue color impression can advantageously be formed directly next to one another, so that a surface area designed in this way, when irradiated with white light, produces a homogeneous, in particular a white color impression in this surface area which deviates from the colors red, green and blue.
  • the sub-areas that produce the different color impressions green, blue and red should be arranged next to each other in a regular arrangement.
  • An influence on an achievable color impression or the intensity of the color impression can also be achieved by partial areas which have a constant structure period ⁇ (d), but have been formed in height or depth with the structure elements in corresponding partial areas , differentiate.
  • Partial areas can be partially overlapping.
  • the same structuring should be formed within partial areas that are arranged at least almost the same distance from the observation position. Overlapping training is possible at a small distance from the respective observation position.
  • distances between partial areas arranged next to one another can also be selected.
  • Laser structuring can be used, for example, to form linear, punctiform, cruciform or columnar structural elements.
  • Structural elements of non-linear design should preferably be formed in a row arrangement.
  • Partial surfaces with different sizes and / or structural elements with different orientations of the respective structural elements can be formed on a structured surface formed on an object.
  • Structural elements should be formed in the partial surfaces that are as homogeneous as possible, for example in terms of depth or height and the extent in at least one axial direction.
  • laser structuring methods such as the LIPSS and in particular the DLIP, are also suitable with their embodiments.
  • the respective structure period ⁇ (d) can be influenced by a suitable choice of the angle of incidence, of the partial laser beams interfering with one another.
  • ⁇ is the wavelength of the laser radiation and ⁇ is half the angle between the incident partial beams. So structures can be formed which are as small as half the laser beam wavelength used to form structural elements.
  • the color impression that can be detected by the observation position can also be changed with respect to the recognizable color (s) by a rotation or by taking a different angular position in relation to the observation position.
  • the structure period ⁇ (d) increases with increasing distance d from the observation position.
  • the individual structural elements then have smaller distances from one another as the distance increases.
  • This illustration also shows that one is on an object trained structured surface also partial areas 1, 2, 3 .... Can be formed with different sizes.
  • the dependence of the respective structural period ⁇ (d) on the distance d of the partial areas 1, 2 and 3 from the respective observation position P can also be seen in Figure 3 detect.
  • the partial areas 1, 2 and 3 have each been provided with linear structural elements, the spacing of which from one another in the individual partial areas 1, 2 and 3 determines the structural period ⁇ (d).
  • the partial areas 1, 2 and 3 have a circular design and are arranged directly next to one another.
  • partial areas 1, 2 and 3 can also be formed which are arranged offset to one another.
  • the Figure 7 shows the possibility that partial areas 1, 2 and 3 can be offset from one another and partially overlapping.
  • Figure 8 six examples of possible formation of structural elements on partial areas are shown.
  • the three partial areas shown in the upper row have linear structural elements with different angular orientations.
  • Figure 10 shows a comparison of a conventionally structured surface, in which rainbow-shaped color impressions occur in the left representation.
  • the illustration on the right shows how the same color impressions can be obtained by adapting structural periods ⁇ (d) in partial areas, taking into account the respective observation position.

Landscapes

  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

Bei dem Verfahren wird die Gesamtfläche der strukturierten Oberfläche in Teilflächen (1, 2, 3, ...., n) eingeteilt und dort wird mit Laserstrahlung ausgebildeten Strukturelementen jeweils eine periodische Struktur mit einer Strukturperiode A(d) ausgebildet, so dass von einer Beobachtungsposition (P) mehrere Teilflächen (1, 2, 3, .... , n), die in unterschiedlichen Abständen und Winkeln zur Beobachtungsposition (P) diskret zueinander angeordnet sind, jeweils eine Abbildung mit gleichem Farbeindruck mit gleicher Wellenlänge λ bei einer Bestrahlung der strukturierten Oberfläche mit weißem Licht erfass- oder erkennbar ist. Die Strukturperiode Λ(d) der einzelnen Teilflächen (1, 2, 3, .... , n) wird nach der GleichungΛd=mλ/(sinθi−sinθobsdbestimmt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Oberfläche auf einem Gegenstand. Dabei soll eine strukturierte Oberfläche so ausgebildet werden, dass definierte Farbeffekte infolge Brechungseffekten beim Bestrahlen der Oberfläche hervorgerufen werden können.
  • In der jüngeren Vergangenheit wurden neue Laserstrukturierungsverfahren in die Praxis eingeführt, mit denen Strukturen, die auch optisch wirken und visuell erfasst werden, mit hoher Produktivität und in kurzer Zeit auf ausrechend großen Flächenbereichen ausgebildet werden können.
  • Dies trifft zum einen auf das Verfahren der laserinduzierte periodische Mikrostrukturen (auf English Laser Induced Periodic Surface Structures), bei denen polarisierte Laserstrahlung zur Ausbildung von Strukturelementen eingesetzt wird (LIPSS) zu. Noch besser geeignet sind Verfahren der direkten Laserinterferenzstrukturierung (DLIP), da damit eine noch größere Produktivität und Vielfalt bei der Ausbildung von periodischen Strukturelementen erreicht werden kann.
  • Mit entsprechend an Oberflächen vorhandenen Strukturelementen können durch Brechungseffekte auftreffender elektromagnetischer Strahlung je nach Einfallswinkel und dem Winkel in Bezug zu einer Beobachtungsposition unterschiedliche Farbeindrücke an einer entsprechend strukturierten Oberfläche hervor gerufen werden.
  • Insbesondere durch die jeweilige Beobachtungsposition und die Größe der beobachteten bzw. erfassten entsprechend strukturierten Flächengröße tritt dabei der Effekt auf, dass durch die unterschiedlichen Winkelverhältnisse keine größeren Flächenbereiche einen gleichen Farbeindruck mit gleicher Farbe mit bestimmter Wellenlänge hervorrufen. So wechselt die jeweilige Farbe entsprechend mit dem Betrachtungswinkel θ, beispielsweise von rot zu orange bis gelb, obwohl die Strukturelemente mit einer Periodenstruktur Λ für eine rote Wellenlänge ausgebildet worden sind.
  • In der Regel werden so auf einer Fläche immer mehrere Farben gebrochen und reflektiert, so dass ein Regenbogeneffekt zu verzeichnen ist. Die Farbe weiß kann mit den bekannten Strukturierungen gar nicht erreicht werden.
  • Für bestimmte Anwendungen, beispielsweise für Produktkennzeichnungen ist es aber gewünscht dass bestimmte größere entsprechend strukturierte Oberflächenbereiche ausgehend von einer Beobachtungsposition einen gleichen Farbeindruck hervorrufen und in Richtung Beobachtungsposition elektromagnetische Strahlung von diesem oder mehreren so strukturierten Oberflächenbereichen mit gleicher Wellenlänge oder in gleicher Farbe in Richtung Beobachtungsposition reflektiert werden sollen. Dies ist aber bisher nicht in ausreichendem Maß erreicht worden.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten anzugeben, mit denen größere Oberflächenbereiche einer mit periodisch angeordneten Strukturelementen versehenen Oberfläche eines Gegenstandes einen gleichen Farbeindruck in gleicher Farbe bei Betrachtung oder Abbildung von oder an einer Beobachtungsposition hervor zu rufen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Oberfläche wird auf einem Gegenstand die Gesamtfläche der strukturierten Oberfläche in Teilflächen eingeteilt.
  • In den einzelnen Teilflächen wird mittels Laserstrahlung ausgebildeten Strukturelementen jeweils eine periodische Struktur mit einer Strukturperiode Λ(d) ausgebildet, so dass von einer Beobachtungsposition mehrere Teilflächen, die in unterschiedlichen Abständen und Winkeln zur Beobachtungsposition diskret zueinander angeordnet sind, jeweils eine Abbildung mit gleichem Farbeindruck mit gleicher Wellenlänge λ bei einer Bestrahlung der strukturierten Oberfläche mit weißem Licht erfasst oder erkannt werden.
  • Dabei wird die Strukturperiode Λ(d) der einzelnen Teilflächen nach der Gleichung Λ d = mλ / sin θ i − sin θobsn d
    Figure imgb0001
     bestimmt.
  • Dabei ist θi der Einfallswinkel des weißen Lichts auf die strukturierte Oberfläche; λi die jeweilige vorgegebene Wellenlänge der jeweiligen Farbe des Farbeindrucks der jeweiligen Teilfläche, θobsn(d=0) der Winkel ausgehend von der Beobachtungsposition bis zur jeweiligen Teilfläche n, der sich nach der Gleichung θobsn d = 0 = arctan L / h
    Figure imgb0002
     berechnet.
  • Dabei ist wiederum L der Abstand der jeweiligen Teilfläche in horizontaler Richtung zur Beobachtungsposition und h der Abstand der jeweiligen Teilfläche in vertikaler Richtung zur Beobachtungsposition.
  • Die Beobachtungsposition wird dabei entweder von den Augen einer Person oder von dem Ort einer Kamera in Bezug zu den Teilflächen bestimmt. Die Richtungen horizontal und vertikal können auch in anderen Achsen liegen, wenn die jeweilige erfindungsgemäß strukturierte Oberfläche nicht parallel zur Horizontalen ausgerichtet ist.
  • Wird durch eine Bewegung, bevorzugt eine sukzessive Bewegung die Beobachtungsposition in Bezug zur strukturierten Fläche verändert, so ändert sich auch der erfassbare oder wahrnehmbare Farbeindruck. So kann beispielsweise ein vorher mit entsprechend strukturierten Teilflächen gebildeter Oberflächenbereich von gelb nach orange und von orange nach rot wechseln.
  • Ein Gegenstand kann beispielsweise ein Produkt sein, das mit der erfindungsgemäß hergestellten strukturierten Oberfläche gekennzeichnet oder auch beispielsweise zu Werbezwecken genutzt werden kann.
  • Die jeweilige Strukturperiode Λ(d) von Teilflächen wird durch die Abstände von nebeneinander angeordneten Strukturelementen vorgegeben. Die Strukturperiode Λ(d) sollte in jeder Teilfläche konstant gehalten sein. Kleine Variationen der Strukturperiode Λ(d) innerhalb einer Teilfläche können jedoch tolleriert werden. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Winkeldifferenz ausgehend von der Beobachtungsposition bis zu den vorderen und hinteren Abständen der jeweiligen Teilfläche berücksichtigt worden ist.
  • Für die Herstellung eines strukturierten Oberflächenbereichs bei dem mehrere Teilflächen, die in unterschiedlichen Abständen zur Beobachtungsposition in horizontaler Richtung angeordnet sind und einen Farbeindruck mit gleicher Farbe mit gleicher Wellenlänge λ hervorrufen sollen, soll der Winkel 0obs2 ausgehend von der Beobachtungsposition bis zur am weitesten entfernten Teilfläche so berücksichtigt werden, dass θobs 2 d = arctan L − d / h
    Figure imgb0003
     ist und dabei ist d der Abstand zwischen der zur Beobachtungsposition am weitesten und der am nächsten in horizontaler Richtung angeordneten Teilfläche.
  • Die Teilflächen sollten mit einem Durchmesser oder einer Länge der Flächendiagonale im Bereich 0,0003 mm bis 1,0000 mm strukturiert werden.
  • Die Teilflächen sollten mit Strukturelementen, die infolge eines Werkstoffabtrags, eines Umschmelzprozesses oder einer Modifizierung des Werkstoffs des Gegenstands oder einer an der Oberfläche ausgebildeten Beschichtung, die lokal definiert angeordnet sind, ausgebildet werden. Dabei kann bei einem Umschmelzprozess eine Volumenveränderung im mit Laserstrahlung bestrahlten Bereich erreicht werden. Durch Umschmelzen oder auch eine Modifizierung des Werkstoffs im mit Laserstrahlung bestrahlten Oberflächenbereich kann aber auch bei den so erhaltenen Strukturelementen eine Veränderung des optischen Brechungsindex, der Transparenz und/oder der Reflektivität erreicht werden.
  • Es besteht auch die Möglichkeit, die Größe der Teilflächen mit größerem Abstand zur Beobachtungsposition zu vergrößern und/oder die Strukturperiode Λ(d) mit kleinerem Abstand zur Beobachtungsposition zu verkleinern.
  • Vorteilhaft können Teilflächen, die einen roten, grünen und blauen Farbeindruck hervorrufen unmittelbar nebeneinander ausgebildet werden, so dass ein so ausgebildeter Oberflächenbereich bei Bestrahlung mit weißem Licht einen von den Farben rot, grün und blau abweichenden homogenen, insbesondere einen weißen Farbeindruck in diesem Oberflächenbereich hervorruft. Dabei sollten die Teilflächen, die die unterschiedlichen Farbeindrücke grün, blau und rot hervorrufen, in regelmäßiger Anordnung nebeneinander ausgebildet werden.
  • Es kann auch ein Einfluss auf einen erreichbaren Farbeindruck oder die Intensität des Farbeindrucks, dadurch erreicht werden, dass Teilflächen, die zwar eine konstante Strukturperiode Λ(d) aufweisen, sich aber in der Höhe bzw. Tiefe mit der Strukturelemente in entsprechenden Teilflächen ausgebildet worden sind, unterscheiden.
  • Teilflächen können sich teilweise überlappend ausgebildet werden. Dabei sollten innerhalb von Teilflächen, die in einem zumindest nahezu gleichen Abstand zur Beobachtungsposition angeordnet sind, gleiche Strukturierungen ausgebildet werden. Eine überlappende Ausbildung bietet sich bei kleinem Abstand bis zur jeweiligen Beobachtungsposition an.
  • Bei größerem Abstand können auch Abstände zwischen nebeneinander angeordneten Teilflächen gewählt werden.
  • Mittels Laserstrukturierung können zum Beispiel linienförmige, punktförmige, kreuzförmige oder säulenförmige Strukturelemente ausgebildet werden. Nichtlinienförmig ausgebildete Strukturelemente sollten aber bevorzugt in einer Reihenanordnung ausgebildet werden.
  • Es können an einer auf einem Gegenstand ausgebildeten strukturierten Oberfläche Teilflächen mit unterschiedlicher Größe und/oder Strukturelemente mit unterschiedlicher Ausrichtung der jeweiligen Strukturelemente ausgebildet werden.
  • Es sollten Strukturelemente in den Teilflächen ausgebildet werden, die möglichst homogen sind, was beispielsweise die Tiefe oder Höhe und die Ausdehnung in mindestens eine Achsrichtung betrifft.
  • Wie bereits eingangs angedeutet, eignen sich Laserstrukturierungsverfahren, wie das LIPSS und insbesondere das DLIP auch mit seinen Ausführungsformen.
  • Bei den DLIP-Verfahren kann die jeweilige Strukturperiode Λ(d) durch geeignet Wahl der Einfallswinkel, der miteinander interferierenden Laserteilstrahlen beeinflusst werden. So ergibt sich bei zwei Teilstrahlen die Strukturperiode Λ gemäß der Gleichung Λ = λ / 2 sin θ .
    Figure imgb0004
  • Dabei ist λ die Wellenlänge der Laserstrahlung und θ der halbe Winkel zwischen den einfallenden Teilstrahlen. So können Strukturen ausgebildet werden, die so klein sind, wie die Hälfte der Laserstrahlwellenlänge, die zur Ausbildung von Strukturelementen eingesetzt wird.
  • Technische Lösungen, wie sie in DE 10 2016 215 160 A1 oder DE 10 2013 004 869 B4 beschrieben sind, sind besonders geeignet. Auf ihren Offenbarungsgehalt soll hier vollinhaltlich Bezug genommen werden.
  • Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft erläutert werden.
  • Dabei zeigen:
    • Figur 1 die Abhängigkeit der erforderlichen Strukturperiode Λ(d) von Teilflächen von der jeweiligen Beobachtungsposition in schematischer Form;
    • Figur 2 die Abhängigkeit der erforderlichen Strukturperiode Λ(d) von Teilflächen vom jeweiligen Abstand zur jeweiligen Beobachtungsposition in schematischer Form;
    • Figur 3 bis 8 mögliche Beispiele für Strukturierungen von Teilflächen;
    • Figur 9 mit mehreren nebeneinander angeordneten Teilflächen, die auf unterschiedliche Farbeindrücke strukturiert sind, erreichbare Farbeffekte und
    • Figur 10 erreichbare Farbeffekte bei einer herkömmlichen und einer erfindungsgemäß hergestellten Strukturierung.
  • Mit Figur 1 soll verdeutlicht werden, welchen Einfluss eine Beobachtungsposition P auf die jeweilige erforderliche Strukturperiode Λ(d) von Teilflächen hat, wenn von mehreren oder allen Teilflächen von einer Beobachtungsposition P gleichzeitig ein gleicher Farbeindruck mit möglichst einer gleichen Wellenlänge λ erfasst bzw. erkannt werden soll.
  • Es wird deutlich, dass der Abstand L in horizontaler Richtung und die Höhe h in vertikaler, also der Richtung senkrecht zum Abstand L einen erheblichen Einfluss haben. Dies trifft auch auf den Einfallswinkel θi des weißen Lichts zu, der bei diesem Beispiel bei 0° gewählt wurde.
  • Auch durch eine Drehung oder die Einnahme einer anderen Winkelstellung in Bezug zur Beobachtungsposition kann man den von der Beobachtungsposition erfassbaren Farbeindruck bzgl. der erkennbaren Farbe(n) verändern.
  • Unter Berücksichtigung der in Figur 1 gezeigten Gleichungen kann die Strukturperiode Λ(d) für jede einzelne Teilfläche berechnet und dann bei der Laserstrukturierung der jeweiligen Teilflächen berücksichtigt werden, wenn mit mehreren Teilflächen ein jeweils gleicher Farbeindruck von einer Beobachtungsposition P erreicht werden soll.
  • Dabei kann man auch das jeweilige Blick- oder Erfassungsfeld, das von einer Person, wie gezeigt, oder einer Kamera erfasst werden kann, berücksichtigen. Dies ist mit den Winkeln θobs1 und θobs2 angedeutet.
  • Die Veränderung der Strukturperiode Λ(d) in Abhängigkeit des Abstandes d von Teilflächen 1, 2, 3, .... n ist in der linken Darstellung von Figur 2 eindimensional und in der rechten Darstellung zweidimensional verdeutlicht.
  • Man kann erkennen, dass sich die Strukturperiode Λ(d) mit größer werdendem Abstand d von der Beobachtungsposition vergrößert. Die einzelnen Strukturelemente weisen also dann mit größer werdendem Abstand kleinere Abstände zueinander auf.
  • In der rechten Darstellung von Figur 2 kann man erkennen, wie sich Strukturperioden Λ(d) verändern sollten, wenn die Beobachtungsposition nicht mittig vor der strukturierten Gesamtfläche, die mit den Teilflächen1, 2, 3, gebildet worden ist, angeordnet ist. Durch eine Veränderung der jeweiligen Beobachtungsposition P kann sich der Farbeindruck von Teilflächen verändern.
  • Der rechten Darstellung von Figur 2 kann man auch die Möglichkeit sich verändernder Strukturperioden Λ(d) an Teilflächen 1, 2, 3, .... , n die in vertikaler und senkrechter Richtung in Bezug zur jeweiligen Beobachtungsposition P, also in zwei senkrecht zueinander ausgerichteten Achsrichtungen entsprechend strukturiert werden können.
  • Aus dieser Darstellung geht auch hervor, dass man an einer auf einem Gegenstand ausgebildeten strukturierten Oberfläche auch Teilflächen 1,2, 3.... Mit unterschiedlicher Größe ausbilden kann.
  • Die Abhängigkeit der jeweiligen Strukturperiode Λ(d) vom Abstand d der Teilflächen 1, 2 und 3 zu der jeweiligen Beobachtungsposition P kann man auch in Figur 3 erkennen. Dabei sind die Teilflächen 1, 2 und 3 jeweils mit linienförmigen Strukturelementen versehen worden, deren Abstand zueinander in den einzelnen Teilflächen 1, 2 und 3 die Strukturperiode Λ(d) bestimmt. Hier sind die Teilflächen 1, 2 und 3 kreisförmig ausgebildet und unmittelbar nebeneinander angeordnet ausgebildet worden.
  • Die in Figur 4 gezeigten Teilflächen 1, 2 und 3 weisen Abstände zueinander auf.
  • Bei der Figur 5 wurden Teilflächen 1, 2 und 3 sich teilweise überlappend ausgebildet. Dabei überlappen sich Teilflächen 1, 2 und 3 die jeweils die gleiche Strukturperiode Λ(d) aufweisen.
  • In Figur 6 ist gezeigt, dass auch Teilflächen 1, 2 und 3 ausgebildet werden können, die versetzt zueinander angeordnet sind.
  • Die Figur 7 zeigt die Möglichkeit, dass Teilflächen 1, 2 und 3 versetzt zueinander und sich teilweise überlappend ausgebildet werden können.
  • Bei den in den Figuren 3 bis 7 gezeigten Oberflächenbereichen der strukturierten Oberfläche konnte mit den entsprechenden Anordnungen von Teilflächen 1, 2 und 3 unter Einhaltung der jeweiligen Strukturperioden Λ(d) in Abhängigkeit vom Abstand zur Beobachtungsposition erreicht werden, dass man von dort bei Bestrahlung der strukturierten Oberfläche jeweils den gleichen Farbeindruck erkennen bzw. erfassen kann.
  • In Figur 8 sind sechs Beispiele für mögliche Ausbildungen von Strukturelementen an Teilflächen gezeigt. Dabei weisen die drei in der oberen Reihe gezeigten Teilflächen linienförmige Strukturelemente mit unterschiedlicher Winkelausrichtung auf.
  • In der linken unteren Darstellung sind in einer Teilfläche linienförmige Strukturelemente mit unterschiedlicher Ausrichtung, bei diesem Beispiel senkrechter Ausrichtung zueinander ausgebildet worden. Die beiden daneben in der unteren Reihe gezeigten Beispiele von Teilflächen weisen unterschiedliche punktförmige Strukturelemente, deren Abstände zueinander die jeweilige Strukturperiode Λ(d) bestimmen.
  • Mit Figur 9 soll verdeutlicht werden, wie man Oberflächenbereiche einer erfindungsgemäß strukturierten Oberfläche mit Teilflächen, die in Abhängigkeit der jeweiligen Beobachtungsposition mit Strukturperioden Λ(d) für rotes, grünes und blaues Licht strukturiert worden und entsprechend zueinander angeordnet sind, erhalten kann, die jeweils gleiche homogene Farbeindrücke hervorrufen. Bei dem gezeigten Beispiel sind dies die Farben rot, gelb, grün, blau, Cyan, Magenta und weiß.
  • Figur 10 zeigt einen Vergleich einer herkömmlich strukturierten Oberfläche, bei der regenbogenförmige Farbeindrücke auftreten in der linken Darstellung. Die rechte Darstellung zeigt, wie man durch Anpassungen von Strukturperioden Λ(d) in Teilflächen unter Berücksichtigung der jeweiligen Beobachtungsposition gleiche Farbeindrücke erhalten kann.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Oberfläche auf einem Gegenstand, bei dem die Gesamtfläche der strukturierten Oberfläche in Teilflächen (1, 2, 3, .... , n) eingeteilt und
    in den einzelnen Teilflächen (1, 2, 3, ...., n) mit Laserstrahlung ausgebildeten Strukturelementen jeweils eine periodische Struktur mit einer Strukturperiode Λ(d) ausgebildet wird, so dass von einer Beobachtungsposition (P) mehrere Teilflächen (1, 2, 3, .... , n), die in unterschiedlichen Abständen und Winkeln zur Beobachtungsposition (P) diskret zueinander angeordnet sind,
    jeweils eine Abbildung mit gleichem Farbeindruck mit gleicher Wellenlänge λ bei einer Bestrahlung der strukturierten Oberfläche mit weißem Licht erfass- oder erkennbar ist und dabei die Strukturperiode Λ(d) der einzelnen Teilflächen (1, 2, 3, .... , n) nach der Gleichung Λ d = mλ / sin θ i − sin θobs d
    Figure imgb0005
     bestimmt wird, wobei
    θ i der Einfallswinkel des weißen Lichts auf die strukturierte Oberfläche; λi die jeweilige vorgegebene Wellenlänge der jeweiligen Farbe des Farbeindrucks der jeweiligen Teilfläche(1, 2, 3, .... , n), θobsn(d=0) der Winkel ausgehend von der Beobachtungsposition (P) bis zur jeweiligen Teilfläche (n), der sich nach der Gleichung θobsn d = 0 = arctan L / h
    Figure imgb0006
     berechnet, ist,
    wobei L der Abstand der jeweiligen Teilfläche (1, 2, 3, .... oder n) in horizontaler Richtung zur Beobachtungsposition (P) und h der Abstand der jeweiligen Teilfläche (1, 2, 3, .... oder n) in vertikaler Richtung zur Beobachtungsposition (P) ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines strukturierten Oberflächenbereichs bei dem mehrere Teilflächen (1, 2, 3, ...., n), die in unterschiedlichen Abständen zur Beobachtungsposition (P) in horizontaler Richtung angeordnet sind und einen Farbeindruck mit gleicher Farbe mit gleicher Wellenlänge λ hervorrufen sollen,
    der Winkel θobs1 ausgehend von der Beobachtungsposition (P) bis zur am weitesten entfernten Teilfläche so berücksichtigt wird, dass
    θ obs2(d) = arctan((L - d)/h) ist und dabei d der Abstand zwischen der zur Beobachtungsposition (P) am weitesten und der am nächsten in horizontaler Richtung angeordneten Teilfläche (1, 2, 3, .... , n) ist.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilflächen (1, 2, 3, .... , n) mit einem Durchmesser oder einer Länge der Flächendiagonale im Bereich 0,0003 mm bis 1,0000 mm strukturiert werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilflächen (1, 2, 3, .... , n) mit Strukturelementen, die infolge eines Werkstoffabtrags, eines Umschmelzprozesses oder einer Modifizierung des Werkstoffs des Gegenstands oder einer an der Oberfläche ausgebildeten Beschichtung, die lokal definiert angeordnet sind, ausgebildet werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Teilflächen (1, 2, 3, .... , n) mit größerem Abstand zur Beobachtungsposition (P) vergrößert und/oder die Strukturperiode Λ(d) mit kleinerem Abstand zur Beobachtungsposition verkleinert wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Teilflächen (1, 2, 3, .... , n), die einen roten, grünen und blauen Farbeindruck hervorrufen unmittelbar nebeneinander ausgebildet werden, so dass ein so ausgebildeter Oberflächenbereich bei Bestrahlung mit weißem Licht einen von den Farben rot, grün und blau abweichenden homogenen, insbesondere einen weißen Farbeindruck in diesem Oberflächenbereich hervorruft.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Teilflächen (1, 2, 3, .... , n) sich teilweise überlappend ausgebildet werden.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass linienförmige, punktförmige, kreuzförmige oder säulenförmige Strukturelemente ausgebildet werden.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer auf einem Gegenstand ausgebildeten strukturierten Oberfläche Teilflächen (1, 2, 3, .... , n) mit unterschiedlicher Größe und/oder Strukturelemente mit unterschiedlicher Ausrichtung der jeweiligen Strukturelemente ausgebildet werden.
EP19196918.7A 2018-09-24 2019-09-12 Verfahren zur herstellung einer strukturierten oberfläche auf einem gegenstand Active EP3626476B1 (de)

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