增材制造结构中的复合材料镶嵌制造技术

公开了用于将复合材料镶嵌到器具壳体中的技术。在一方面，提供了一种增材制造的器具壳体，复合材料镶嵌和固化在该器具壳体中。器具壳体的表面设置有凹槽或其它机构，以使得能够在复合材料和器具壳体之间粘合。得到的整体结构被用作运输结构中的部件。

Composite Material Mosaic in Additional Manufacturing Structure

A technique for inlaying composite materials into an appliance housing is disclosed. On the one hand, an apparatus shell manufactured by adding material is provided, in which composite materials are inlaid and solidified. A groove or other mechanism is arranged on the surface of the shell of the appliance to enable it to bond between the composite material and the shell of the appliance. The resulting overall structure is used as part of the transport structure.

【技术实现步骤摘要】
增材制造结构中的复合材料镶嵌相关申请的交叉引用本申请要求2017年10月11日提交的且名称为“增材制造结构中的复合材料镶嵌”的美国专利申请No.15/730,675的权益，其内容通过引用明确地整体并入本文。
本公开总体涉及制造技术，并且更具体地涉及用于车辆，船，飞行器和其它运输结构的3-D打印的部件。
技术介绍
许多类型的部件被制造并用在运输结构中，比如车辆、卡车、火车、摩托车、船、飞行器以及类似物。这样的部件可以包括“现成的”和定制的部件两者，其可以在运输结构内或作为其部分用于功能、结构或美学目的中的任一个或多个。许多类型的这种部件构成了由金属、合金、聚合物或其它合适材料组成的一般的刚性结构构件。该结构构件可以具有预定形状，并且可以包括被制造成粘合到适当模制的复合材料的单独层上的一个或多个表面、凹槽或空腔。例如，车辆中的内门板的部分可包括镶嵌有碳纤维加强聚合物(CRFP)的金属或塑料结构。在该示例中，CRFP层可以被包括以增加面板的强度和耐用性，同时保持相对轻质和美观的设计。根据像运输结构的类型以及部件的性质与预期用途之类的因素，可以使用许多其它类型的复合材料。将用于模制复合材料层的器具壳体加工成用于这种结构的所需形状常常是昂贵且耗时的工艺。在传统的生产技术中，用于模制复合材料的器具通常使用劳动密集型的工艺制造。例如，可以使用加工工艺来制造一对器具壳体，每个器具壳体可以各自构成模具的正部分和负部分中的一个。材料和树脂可以放置在正和负器具壳体部分之间的模具中，从而形成结构。器具壳体继而通常由一种或多种材料组成，这些材料在化学上和结构上适用于在模制主体材料中使用。通常，这种结构具有使它们得难以精确切割成所需模具形状或难以形成细节特征的性质。在完成复合材料层的模制之后，器具壳体在形成单一类型的部件的用途范围外可以具有局限地或者不再具有其它的用途。进一步地，其中要镶嵌模制材料的结构可能必须使用不相关的技术单独加工，从而可能致使制造工艺甚至更加昂贵和费力。
技术实现思路
在下文中将参考三维打印技术更全面地描述镶嵌在增材制造器具壳体的复合材料。制造用于运输结构的部件的方法的一个方面包括，三维(3-D)打印器具壳体，器具壳体包括被构造成粘合到材料上的表面，使用作为模具部件的器具壳体将材料施加到表面，并形成包括器具壳体和材料的整体结构，该整体结构用于装配为运输结构中的部件。制造用于运输结构的部分的方法的另一方面包括，三维(3-D)打印器具壳体，并且生产整体结构，其包括器具壳体和施加于器具壳体的表面的材料，该整体结构用作运输结构中的部件，生产整体结构进一步包括使用器具壳体来模制复合材料，以及将复合材料固定到器具壳体上。应当理解，对于本领域技术人员，用于运输结构的部件的生产方法的其它方面将从以下详细描述中变得显而易见，其中通过示例的方式仅描述示出与描述了几个实施例。如本领域技术人员将认识到的，部件与制造部件的方法能够具有其它且不同的实施例，并且其若干细节能够在各个其它方面进行修改，所有这些都不脱离本专利技术的范围。因此，附图和详细描述本质上被认为是说明性的而不是限制性的。附图说明现在将在附图中通过示例而非限制的方式在详细描述中介绍镶嵌增材制造的器具壳体的复合材料，其中：图1示出了启动3-D打印过程的示例性过程的流程图。图2示出了示例性3-D打印机的框图。图3示出了3-D打印的器具壳体的立体图。图4示出了其中插入有CFRP的3-D打印的器具壳体的立体图。图5示出了组合材料与器具壳体的截面立体图。图6示出了使用双装配部件的运输结构中的示例性内门板610的侧视图。图7示出了说明用于生产具有复合材料加强件的部件的示例性过程的流程图，所述复合材料加强件覆盖器具壳体以形成用作运输结构中的部件的整体结构。图8示出了由增材制造器具上的覆盖的织物复合材料加强件组成的整体结构的示例。图9示出了包括形成有内部网格结构的器具的整体结构的示例。图10示出了具有凹口和带有拓扑优化的器具的整体结构的示例。图11示出了使用共同模制的节点的整体结构的示例。图12示出了说明用于加工部件的示例性过程的流程图，该部件具有在器具壳体上的复合材料以生产用作运输结构中部件的整体结构。图13示出了整体结构的示例，该整体结构包括夹在节点之间并通过机械夹具固定的复合材料。图14A-B示出了使用复合材料表皮和多材料器具的整体结构的示例。图15示出了在固化的复合材料表面上使用剥离层的整体结构的示例。具体实施方式以下联系附图阐述的详细描述旨在提供用于增材制造器具上的织物复合材料加强件的各种示例性实施例的描述，而非旨在代表可以实践本专利技术的仅有的实施例。贯穿本公开使用的术语“示例性”意味着“用作例子，实例或示例”，并且不应必须被解释为比本公开中给出的其它实施例更优或有利。详细描述包括用于提供彻底和完整公开的目的的具体细节，该公开向本领域技术人员充分传达了本专利技术的范围。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践本专利技术。在一些实例中，众所周知的结构和部件可以以框图形式示出，或者完全省略，以便避免模糊贯穿本公开内容给出的各种概念。在复合材料器具的背景下使用增材制造(也称为3-D打印)为使得机械结构和机械化装配件的制造商制造具有复杂几何形状的部件提供了显着的灵活性。例如，3-D打印技术为制造商提供了设计和构建具有复杂的内部网格结构和/或轮廓的部件的灵活性，这些部件是不可能通过传统制造加工制造的。图1示出了启动3-D打印过程的示例性过程的流程图100。渲染待打印的期望3-D物体的数据模型(步骤110)。数据模型是3-D物体的虚拟设计。因此，数据模型可以反映3-D物体的几何和结构特征，以及其材料成分。可以使用各种方法创建数据模型，包括3D扫描，3D建模软件，摄影测量软件和相机成像。用于创建数据模型的3D扫描方法还可以使用用于生成3-D模型各种技术。这些技术可以包括例如时差测距、体积扫描、结构光、调制光、激光扫描、三角测距以及类似技术。反过来，3-D建模软件可以包括许多商业上可获得的3-D建模软件应用程序中的一款。可以使用合适的计算机辅助设计(CAD)包来渲染数据模型，例如以STL格式。STL文件是与商业上可获得的CAD软件相关联的文件格式的一个示例。CAD程序可以用于将3-D物体的数据模型创建为STL文件。随即，STL文件可以经历一个识别文件中的错误并解决的过程。在错误解决之后，数据模型可以被称为切片器的软件应用程序“切片”，从而产生用于3-D打印物体的一组指令，其中该指令与所用的特定3-D打印技术兼容并且相关联(步骤120)。商业上可以获得很多切片器程序。切片器程序将数据模型转换为代表待打印物体的薄切片(例如，100微米厚)的一系列独立的层，以及包括打印机特定指令的文件，所述指令用于3-D打印这些连续的独立的层以产生数据模型的实际3-D打印代表物。用于此目的的常见文件类型是G代码文件，其为数字控制编程语言，该语言包括用于3-D打印物体的指令。将G代码文件或构成指令的其它文件上传到3-D打印机(步骤130)。因为包括这些指令的文件通常被构造成可以用特定的3-D打印过程操作，所以应当理解，根据所使用的3-D打印技术，可以有许多格式的指令文件。除了指示物体的渲染内容和方式的打印指令外，由渲染本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造用于运输结构的部件的方法，包括：三维(3‑D)打印器具壳体，所述器具壳体包括被构造成粘合到材料的表面；使用作为模具的部分的所述器具壳体将所述材料施加在所述表面上；并且形成包括所述器具壳体和所述材料的整体结构，所述整体结构用于装配为所述运输结构中的部件。

【技术特征摘要】
2017.10.11 US 15/730,6751.一种制造用于运输结构的部件的方法，包括：三维(3-D)打印器具壳体，所述器具壳体包括被构造成粘合到材料的表面；使用作为模具的部分的所述器具壳体将所述材料施加在所述表面上；并且形成包括所述器具壳体和所述材料的整体结构，所述整体结构用于装配为所述运输结构中的部件。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括，将所述整体结构装配为运输结构中的部件。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述3-D打印所述器具壳体进一步包括在所述表面上打印粗糙部分以增加与材料的粘合。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述材料包括复合材料。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述复合材料包括碳纤维加强聚合物。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述将所述材料施加到所述表面上包括使用复合材料加工工艺。7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述将所述材料施加到所述表面包括施加具有粘合性质的碳纤维的基质材料以将所述碳纤维固定到所述器具壳体。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述3-D打印所述器具壳体包括在所述器具壳体中形成空腔，所述表面位于所述空腔内。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述将所述材料施加到所述表面上包括在所述空腔内镶嵌碳纤维。10.根据权利要求9所述的方法，其中，额外一部分碳纤维凸出于器具，并联接至所述镶嵌的碳纤维。11.根据权利要求9所述的方法，其中，额外一部分碳纤维作为桥接区域而联接至所述镶嵌部分。12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述器具壳体包括塑料材料。13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述其中3-D打印所述器具壳体进一步包括3-D打印泡沫芯材料。14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述3-D打印所述器具壳体进一步包括3-D打印蜂窝板。15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述器具壳体包括网格结构。16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述3-D打印所述器具壳体进一步包括在所述器具壳体中形成至少一个凹口，所述凹口被构造成对于所述施加的材料能够获得齐平的光洁度。17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述至少一个凹口用复合材料加强。18.根据权利要求1所述的方法，进一步包括，至少一个增材制造的节点联接至所述施加的材料。19.根据权利要求1所述的方法，进一步包括，将加强材料添加到整体结构的区域中。20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述加强材料包括复合纤维材料。21.根据权利要求1所述的方法，其中，所述器具壳体包括至少一部分可溶解材料。22.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·温斯顿·霍伊尔，布罗克·威廉·坦恩豪特恩，纳伦德·尚卡尔·拉克什曼，
申请(专利权)人：戴弗根特技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US