结构部件、制造结构部件的方法和设计结构部件的方法技术

本发明专利技术描述了一种结构部件(1)，特别是用于航空器的结构部件，所述结构部件具有由多个杆元件(15)构造的网格结构(10)，其中，杆元件(15)形成在网格结构内重复并且每个具有相同的多面体外形的基本单元(11；12)。在网格结构(10)的第一区域(21)中设置第一数量的增强元件(16)，并且在网格结构(10)的第二区域(22)中设置第二数量的增强元件(16)，其中第二数量的增强元件(16)少于第一数量的增强元件(16)。本发明专利技术还描述了用于制造结构部件(1)的方法和用于设计结构部件的方法。

【技术实现步骤摘要】
结构部件、制造结构部件的方法和设计结构部件的方法
本专利技术涉及一种结构部件，特别是用于航空器的结构部件，并且涉及一种用于制造结构部件的方法以及一种用于设计结构部件的方法。
技术介绍
具有所谓夹心构造的结构部件通常包括至少一个以平面方式延伸的外部覆盖层以及邻接的芯层。芯层主要被设计成由低密度材料制成的蜂窝结构。覆盖层通常被设计成薄的机械抗性板。这样以较低的部件重量产生相对较高的机械强度或刚性，因此夹心构造中的结构部件以许多不同的方式被使用，特别是还被用于航空器或航天器构造。WO2015/105859A1描述了一种用于结构部件的芯层，该芯层通过3D打印方法由多个开放或闭合的单位晶格制成。WO2015/106021A1描述了一种用于制造这种芯层的方法，其中每个单独的晶格根据其预期的机械载荷定尺寸，并且相应地被设计成具有增加或减小的壁厚。
技术实现思路
本专利技术的目的为提供一种用于结构部件的设计，该设计可以通过简单而有效的方式制造结构部件并且使得它们在低重量下具有高机械刚性。这个目的是通过独立权利要求的主题来实现的。有利的实施方式和改进可以结合说明书在引用独立权利要求的从属权利要求中被发现。根据本专利技术的第一方面，提供一种结构部件，其具有在厚度方向上由多个杆元件构造的网格结构。杆元件在网格结构内形成重复的基本单元，每个重复的基本单元具有相同的多面体外形。在这种情况下，在网格结构的第一区域中设置第一数量的增强元件，该第一区域形成在厚度方向上，并且在厚度方向上邻接第一区域的第二区域中设置第二数量的增强元件，第二数量的增强元件少于第一数量的增强元件。因此，根据本专利技术，结构部件包括被组装形成网格结构的多个杆元件。网格结构被特别地设计为在厚度方向上延伸。在这种情况下，由多个杆限定的某些空间结构在网格结构内重复，特别是在厚度方向上重复，并且也可选地在横向于厚度方向延伸的纵向方向上重复，或者概括而言沿三维空间中的轴线重复。在厚度方向上重复的基本单元因此形成结构部件的横截面形状。可选地在纵向方向上重复的基本单元限定结构部件的纵向延伸部。空间结构或基本单元具有多面体形状。特别地，特定多面体的棱由杆元件形成。因此，在每种情况下，两个相邻的基本单元共享限定多面体的面的杆元件。因此，基本单元形成空间网格结构的开放晶格，某些基本单元在该开放晶格内部在空间方向上重复。对于基本单元或基本晶格的外形，网格结构因此被构造成规则网格，这降低了制造成本并因此制造出结构部件的简单构造。由杆元件构成的开放晶格的网格结构也是有利的，因为其重量低，但是其机械刚性高。根据本专利技术，在网格结构内还设置增强元件。特别地，在网格结构内设置在厚度方向上彼此相邻的独立区域，其中每个区域中设置一定数量的增强元件。在这种情况下，在第一区域中设置比第二区域中更多数量的增强元件。增强元件各自将两个杆元件连接在一起，因此在对网格结构施加力时减小作用于单个杆元件上的力。这赋予网格结构桁架构造(latticeconstruction)。在各区域中提供增强(即，对各自包括多个具有相同数量的增强元件的基本单元的区域的增强)是有利的，因为在每种情况下在有关区域内存在相同构造的基本单元。特别地，与为各个基本单元单独提供相适应的增强相比，这降低了制造成本。此外，这还赋予结构部件高的机械刚性。例如，具有相同第一数量的增强元件的多个基本单元可以在纵向方向上一个接一个地形成以便一个在另一个后面。这些基本单元形成第一区域。另外的区域可以在厚度方向上邻接第一区域，在该另外的区域中，多个具有相同第二数量的增强元件的基本单元可以在纵向方向上一个接一个地形成以便一个在另一个后面。特别地，基本单元可以具有凸多面体外形。如果对于多面体上的每两个点，这些点之间的连接线完全位于多面体内部，则该多面体被称为是“凸的”。根据本专利技术的结构部件可以特别地用作航空器的结构部件，例如用作用于形成机身结构的部件、用作支撑部件等。根据一种实施方式，网格结构的第一区域可以是相对于厚度方向的“外部”区域。在这种情况下，第一区域因此形成结构部件的表面或外部轮廓。特别地，第一区域可以完全围绕第二区域。可替代地，可以设置在厚度方向上相对于第一区域定位的第三区域，第二区域在第一区域与第三区域之间延伸。根据另一种实施方式，增强元件在有关基本单元的内部空间中或在有关基本单元的面上延伸。杆元件形成多面体的棱，并因此限定其面。面限定特定基本单元的内部空间。在特定基本单元的面上或内部空间中设置增强元件产生机械有利的增强。根据另一种实施方式，增强元件可以特别地由杆形成，即，与其长度相比，横截面直径可忽略的元件。杆具有相对于它们的重量的高机械加载能力。因此，结构部件的刚性通过相对较小的额外重量而显著增加。根据另一种有利的改进，在每种情况下至少两个增强元件可以在增强元件互连的节点处彼此相交。因此，增强元件也相互紧固。这减小了由相应的增强元件和一个或多个杆元件限定的区域的尺寸，因此减小了各个元件的机械载荷。根据另一种实施方式，增强元件在杆元件之间延伸，特别是在多面体的顶点之间延伸。因此，增强元件特别地对角延伸通过多面体的面或对角穿过其内部空间。这造成网格结构内部有效的载荷分布。此外，这使多个相同构造的增强元件可以附接在网格结构上有规律重复的点处。结果，在简单的构造设计的情况下，结构部件的机械强度得到提高。根据另一种有利的实施方式，增强元件的长度为杆元件的长度的至少1.41倍。因此，增强元件比杆元件长。在因素的上限范围内，结构部件以特别有效的方式被增强。根据结构部件的另一种有利的实施方式，可以在网格结构内设置具有不同数量的增强元件的2至5个不同区域。因此，可以在网格结构内设置多于两个的相邻区域，在每个相邻区域中设置不同数量的增强元件，特别是对于每个基本单元。这可以相对精确地使特定区域的机械性能适应预期的机械载荷。同时，将区域的数量限制为5个是有利的，因为制造出载荷优化的网格结构，同时在构造上保持设计简单。根据有利的改进，基本单元的外形可以为立方体、六面体、八面体、平截八面体、四面体、双四面体、多角棱柱体、十二面体、二十面体或三十二面体。根据另一种实施方式，各个基本单元的棱长可以特别地在2mm和15mm之间的范围内。“棱长”可以特别地理解为是指形成特定的多面体的棱的杆元件的长度。在规定的范围内，网格结构可以通过3D打印方法特别有效地制造。每个基本单元的棱长特别地在5mm和10mm之间的范围内。在该范围内，网格结构具有特别高的机械刚性，同时形成杆元件所需的材料的量相对较低，因此重量较低。根据结构部件的另一种实施方式，杆元件和增强元件可以由塑料材料或金属材料制成。特别地，聚酰胺或弹性体(例如热塑性聚氨酯)可用作塑料材料。特别地，钛、钛合金、铝、铝合金等可以用作金属材料。根据另一种实施方式，可以在网格结构内形成用于接收功能部件的间隙。在这种情况下，杆元件被设置成使得网格结构内存在连续的中空空间。特别地，这些中空空间或空隙可以形成为其中没有延伸的连接元件的基本单元。间隙是有利的，因为它们可用作用于功能部件(例如，线缆、线材等)的通道或接收空间。根据本专利技术的另一种实施方式，提供一种用于制造结构部件的方法。该方法特别适于制造根据上述一种实施方式的结构部件。因此，针对结构部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结构部件(1)，特别是用于航空器的结构部件，所述结构部件具有在厚度方向(T)上由多个杆元件(15)构造的网格结构(10)，其中，杆元件(15)形成在网格结构内重复并且每个具有相同的多面体外形的基本单元(11；12)；并且其中，在网格结构(10)的第一区域(21)中设置第一数量的增强元件(16)，所述第一区域形成在厚度方向(T)上，并且在厚度方向(T)上与第一区域(21)邻接的第二区域(22)中设置第二数量的增强元件(16)，其中第二数量的增强元件(16)少于第一数量的增强元件(16)。

【技术特征摘要】
2017.01.10 DE 102017200299.91.一种结构部件(1)，特别是用于航空器的结构部件，所述结构部件具有在厚度方向(T)上由多个杆元件(15)构造的网格结构(10)，其中，杆元件(15)形成在网格结构内重复并且每个具有相同的多面体外形的基本单元(11；12)；并且其中，在网格结构(10)的第一区域(21)中设置第一数量的增强元件(16)，所述第一区域形成在厚度方向(T)上，并且在厚度方向(T)上与第一区域(21)邻接的第二区域(22)中设置第二数量的增强元件(16)，其中第二数量的增强元件(16)少于第一数量的增强元件(16)。2.根据权利要求1所述的结构部件(1)，其中，增强元件(16)在有关基本单元(11；12)的内部空间(13)中或在有关基本单元(11；12)的面(14)上延伸。3.根据权利要求1或2所述的结构部件(1)，其中，增强部件(16)由杆形成。4.根据权利要求3所述的结构部件(1)，其中，至少两个增强元件(16)在每种情况下在所述增强元件(16)互连的节点(16A)处彼此相交。5.根据前述任一项权利要求所述的结构部件(1)，其中，增强元件(16)在杆元件(15)之间延伸，特别是在多面体的顶点(17)之间延伸。6.根据前述任一项权利要求所述的结构部件(1)，其中，增强元件(16)的长度(l16)为杆元件(15)的长度(l15)的至少1.41倍。7.根据前述任一项权利要求所述的结构部件(1)，其中，在网格结构(10)内设置具有不同数量的增强元件(16)的2至5个不同区域(21；22)。8.根据前述任一项权利要求所述的结构部件(1)，其中，基本单元(11；12)的外形为立方体、六面体、八面体、平截八面体、四面体、双四面体、多角棱柱体、十二面体、二十面体或三十二面体。9.根据前述任一项权利要求所述的结构部件(1)，其中，每个基本单元(11；12)的棱长(l)都在2mm和15mm之间的范围内。10.根据前述...

【专利技术属性】
技术研发人员：福尔克尔·罗布雷希特，托马斯·霍尔德，
申请(专利权)人：空中客车运营有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE