增材制造的加固结构制造技术

本发明专利技术涉及一种增材制造的加固结构。格栅加强结构包括：壁，所述壁在相对于平面横向的方向上延伸；以及长形肋，所述长形肋沿着所述肋的长形尺寸连接到所述壁，使得所述长形肋沿着所述壁延伸并且与在垂直于所述平面的方向上延伸的轴线形成一角度。所述长形肋限定自由侧壁，所述自由侧壁从定位在所述长形肋的第一侧面上的所述壁延伸并且在围绕所述长形肋且横向于所述长形尺寸的方向上延伸到定位在所述长形肋的第二侧面上的所述壁。所述壁和所述长形肋由横向于所述轴线的方向上延伸的多个材料层构成。

【技术实现步骤摘要】
增材制造的加固结构
本公开涉及为结构提供刚性，更具体地，为由增材制造进行制造的结构提供刚性以抵抗来自压缩负载的屈曲以及/或者抵抗内部压力负载下的环向应力。
技术介绍
格栅加强结构在抵抗来自压缩负载的屈曲和/或抵抗内部压力负载下的环向应力方面提供了良好的刚性特性。格栅加强结构通常包括由横跨壁定位的加固构件(诸如肋、加强件或纵梁)的格栅格架支撑的腹板、壁或外壳(下文中被称为壁)。这些加强件或纵梁在壁上形成边界形状，以提供期望的结构加固。格栅加强结构的一个示例是等格栅结构。等格栅结构具有加固加强件，或者肋在壁上形成三角形边界形状。肋或加强件的三角形图案是有效的并且在节省材料和重量的同时保持刚性。等格栅结构非常像具有在任何方向上测量的同等性质的各向同性材料。格栅加强结构的另一示例被称为正格栅结构，其包括由横跨壁延伸的肋或加固构件形成的矩形边界形状。正格栅结构是等格栅结构的变型，并且不是各向同性的但具有与横跨壁定位的加强件或肋的三角形边界成形图案不同的性质。正格栅结构不是各向同性的而是具有沿不同角度的不同性质，但是在某些应用中可以用来代替等格栅结构。其他格栅加强结构是可用的，其具有加强件或肋，形成横跨被加固的壁结构定位的其他边界成形配置。利用减材制造，例如加工金属片材以去除材料并在壁上形成格栅加固结构是昂贵的制造方法。可以采用其他昂贵的制造技术，这将包括单独地且与壁结构分开地制造加强件或肋以及将单独的加固构件焊接到壁。诸如利用复合材料(包括昂贵工装)来使用额外的昂贵方法。提供刚性、高强度和轻质构造的格栅加强结构制造昂贵并且受限于经历起飞、巡航和着陆的通用航空航天应用和经历发射、位置保持、入轨、下降和着陆的航天应用。利用格栅加强结构，在具有刚度、高强度和轻质特性连同为结构的外侧提供密封壁的情况下，这些结构可用于具有这样的物品的应用，作为火箭的加压推进剂罐并且优于单壳式构造。结果，主要关注格栅加强结构的构造，其提供结构所需的刚度、高强度和轻质特性以抵抗来自压缩负载的屈曲且抵抗环向应力压力负载，成本低于当前制造这些格栅加强结构时引起的成本。通常，如提到的，使用铣削片材金属的减材制造方式，形成多个部分或以其他方式锤击并焊接以制造格栅加强结构。已使用复合构造，但包括昂贵的工装，如前所述。需要借助增材制造(“AM”)(或另外被称为三维打印)来实现针对这些加强的格栅结构便宜的制造过程，以避免昂贵的铣削、焊接和/或加工。然而，特别是，相对于为了相对于竖直轴线而形成结构所施加的材料的悬突，利用结构的三维打印制造来使用AM存在限制。例如，在结构本身将具有竖直或直立节段(诸如具有火箭的更细长的加压推进剂容器)的情况下，将相对于壁形成方形或矩形边界形状的肋或加强件可以不是AM制造的。如果肋结构是可接近的，则将需要使用昂贵的可去除支撑结构(即破坏工具)来构造肋。根据需要，如果实际或甚至可能连同采用昂贵的倾斜台组件，则安装支撑结构以及拆卸支撑结构将需要额外的制造费用，例如，加压的推进剂容器。需要利用常规的AM打印方法以能够在竖直方向上制造格栅加强结构来构造例如加压容器或其部分。容器将抵抗前述屈曲压缩力和环向应力压力，无需采用与这样的三维打印关联的昂贵步骤，或者另外避免使用打印扁平片材以及滚动片材。
技术实现思路
一个示例包括一种格栅加强结构，该格栅加强结构包括：壁，所述壁在相对于平面横向的方向上延伸；以及长形肋，所述长形肋沿着所述肋的长形尺寸连接到所述壁，使得所述长形肋沿着所述壁延伸并且与在垂直于所述平面的方向上延伸的轴线形成一角度。所述长形肋限定自由侧壁，所述自由侧壁从定位在所述长形肋的第一侧上的所述壁延伸并且在围绕所述长形肋且横向于所述长形尺寸的方向上延伸到定位在所述长形肋的第二侧上的所述壁。所述壁和所述长形肋由在横向于所述轴线的方向上延伸的多个材料层构成。另一示例包括一种具有格栅加强结构的容器，该格栅加强结构包括：壁，所述壁限定柱形形状；第一弯曲壁，所述第一弯曲壁固定到所述壁的第一端；以及第二弯曲壁，所述第二弯曲壁固定到所述壁的第二端。所述第一弯曲壁限定使流体进入所述容器的第一开口，并且所述第二弯曲壁限定使流体离开所述容器的第二开口。多个长形肋，其中每个长形肋均沿着所述多个长形肋的每个的长度尺寸连接到所述壁。所述多个长形肋包括各由四个长形肋构成的多个组，其中每个组在所述四个长形肋内均形成沿着所述壁的平行四边形边界，并且所述壁和所述长形肋由横向于所述壁的长度方向的方向上延伸的多个材料层构成。多个第一过渡加强件构件均包括被连接及定位成沿着所述壁的第一端部延伸的第一壁构件，其中每个第一加强件构件均在沿着所述壁的所述第一端部的所述第一壁构件内形成泪滴形状边界。多个第二过渡加强件构件均包括被连接及定位成沿着所述壁的第二端部延伸的第二壁构件，其中每个第二过渡加强件构件均在沿着所述壁的所述第二端部的所述第二壁构件内形成泪滴形状边界。多个第一加强件构件被连接及定位成沿着所述第一弯曲壁延伸，其中所述多个第一加强件构件中的至少一个包括连接到所述第一弯曲壁的至少一个第一壁构件，其与所述第一弯曲壁形成边界形状。多个第二加强件构件被连接及定位成沿着所述第二弯曲壁且围绕所述第二开口延伸，其中所述多个第二加强件构件中的至少一个包括连接到所述第二弯曲壁的至少一个第二壁构件，其与所述第二弯曲壁形成边界形状。已讨论的特征、功能和优点可以在各个实施方式中独立地实现或者可与其他实施方式组合，其进一步细节可以参考以下描述和附图看到。附图说明图1是由三维打印机构造的具有格栅加强构造的容器的立体横截面视图；图2是在如图1中看到的容器的壁的柱形部分上形成平行四边形边界形状的格栅加强结构的放大平面图；图3是沿着图2中示出的格栅加强结构的长形肋的线3-3截取的横截面视图；图4是用三维打印构造的如图2所示的格栅加强结构的局部示意图；图5是图2的格栅加强结构的平面图，分形壁配置定位在格栅加强结构的平行四边形边界形状内；图6是沿着图5的线6-6截取的横截面视图；图7是如图2所示且定位在如图1中看到的容器的壁的柱形部分上的格栅加强结构的第一实施方式的横截面视图；图8是如图2中看到的格栅加强构造的第一示例的立体图；图9是如图8中看到的格栅加强构造的第二示例的立体图；图10是第二壁的局部剖开视图，第二壁定位成将格栅加强件夹在外壁与第二壁之间，用外壁、第二壁和格栅加强件形成凹穴；图11是定位在如图1中看到的容器的弯曲部分上的格栅加强构造的立体图，分形壁配置定位在格栅加强结构的边界形状内；图12是如看到的沿着图11的线12-12截取的横截面视图；图13是沿着如图1中看到的容器的柱形部分的对置端部定位的格栅加强构造的立体图，分形壁配置定位在格栅加强结构的泪滴边界形状内；图14是如看到的沿着图13的线14-14截取的横截面视图；图15是沿着图1的弯曲壁定位的格栅加强构造的第一示例的立体图；图16是沿着图15的弯曲壁定位的格栅加强构造的第二示例的立体图；图17是沿着如图1中看到的容器的柱形部分的对置端部定位的格栅加强构造的第一示例的立体图；图18是图17的格栅加强构造的第二示例的立体图；以及图19是图1的容器的包括源自容器的流体出口的那部分的部分立体横截面视图。具体实施方式参照图1，示出了格栅加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种格栅加强结构(10)，该格栅加强结构(10)包括：壁(18)，所述壁(18)在相对于平面(P)横向的方向上延伸；以及长形肋(13)，所述长形肋(13)沿着所述肋的长形尺寸(D)连接到所述壁，使得所述长形肋沿着所述壁延伸并且与在垂直于所述平面的方向上延伸的轴线形成角度(a)，其中：所述长形肋限定自由侧壁(40)，所述自由侧壁(40)从定位在所述长形肋的第一侧面(42)上的所述壁延伸并且在围绕所述长形肋且横向于所述长形尺寸的方向(T)上延伸到定位在所述长形肋的第二侧面(44)上的所述壁；并且所述壁和所述长形肋由在横向于所述轴线的方向(L)上延伸的多个材料层(48)构成。

【技术特征摘要】
2016.12.12 US 15/375,6401.一种格栅加强结构(10)，该格栅加强结构(10)包括：壁(18)，所述壁(18)在相对于平面(P)横向的方向上延伸；以及长形肋(13)，所述长形肋(13)沿着所述肋的长形尺寸(D)连接到所述壁，使得所述长形肋沿着所述壁延伸并且与在垂直于所述平面的方向上延伸的轴线形成角度(a)，其中：所述长形肋限定自由侧壁(40)，所述自由侧壁(40)从定位在所述长形肋的第一侧面(42)上的所述壁延伸并且在围绕所述长形肋且横向于所述长形尺寸的方向(T)上延伸到定位在所述长形肋的第二侧面(44)上的所述壁；并且所述壁和所述长形肋由在横向于所述轴线的方向(L)上延伸的多个材料层(48)构成。2.根据权利要求1所述的格栅加强结构(10)，其中，与所述轴线形成的所述角度(a)包括多达五十三度。3.根据权利要求1或2所述的格栅加强结构(10)，其中，所述轴线处于竖直方向。4.根据权利要求2所述的格栅加强结构(10)，所述格栅加强结构(10)进一步包括四个长形肋(13)，在所述四个长形肋内形成平行四边形边界形状(14)。5.根据权利要求4所述的格栅加强结构(10)，其中，定位在所述四个长形肋(13)内的所述壁(18)包括从所述四个长形肋延伸的表面(50)，其中：所述表面的第一部分(52)在横向于所述四个长形肋的方向上延伸；所述表面的第二部分(54)在横向于所述表面的所述第一部分的方向上延伸，其中所述表面的所述第二部分限定第二平行四边形边界形状(56)，所述第二平行四边形边界形状(56)的尺寸小于所述平行四边形边界形状(14)；并且所述表面的第三部分(58)在横向方向上从所述表面的所述第二部分延伸，其中所述壁的与所述表面的所述第一部分关联的厚度尺寸(T1)大于所述壁的与所述表面的所述第三部分关联的厚度尺寸(T2)。6.根据权利要求4所述的格栅加强结构(10)，其中，所述壁(18)形成筒形形状(16)。7.根据权利要求6所述的格栅加强结构(10)，所述格栅加强结构(10)进一步包括多个长形肋(13)，所述多个长形肋(13)包括每组由四个长形肋构成的多个组(S)，其中每个组均在该组四个长形肋的内部形成所述平行四边形边界形状(14)。8.根据权利要求7所述的格栅加强结构(10)，其中，所述多个组(S)中的第一组(S1)的第一长形肋(13')远离所述壁(18)延伸的距离(d1)大于所述多个组中的第二组(S2)的第二长形肋(13”)远离所述壁延伸的距离(d)。9.根据权利要求7或8所述的格栅加强结构(10)，其中，一组(S)的四个长形肋中的至少一个长形肋(13)限定孔(60)，所述孔(60)在横向于所述至少一个长形肋的长度方向(L)的方向上延伸穿过所述至少一个长形肋，从而提供从所述至少一个长形肋的所述第一侧面(42)穿过所述至少一个长形肋而到达所述至少一个长形肋的所述第二侧面(44)的流体连通。10.根据权利要求7或8所述的格栅加强结构(10)，其中，一组(S)的四个长形肋中的至少一个长形肋(13)的所述自由侧壁(40)限定槽(62)，所述槽(62)在沿着所述至少一个长形肋的长度(L)的方向上延伸，使得所述槽提供沿着所述至少一个长形肋的所述槽的流体连通。11.根据权利要求7所述的格栅加强结构(10)，所述格栅加强结构(10)进一步包括孔(64)，所述孔(64)由一组(S)的四个长形肋中的至少一个所述长形肋(13)限定，其中所述孔在所述长形肋中的所述至少一个长形肋的长度(L)内沿着所述长形肋中的所述至少一个长形肋的长度(L)延伸。12.根据权利要求7或8所述的格栅加强结构(10)，所述格栅加强结构(10)进一步包括：第二壁(66)，所述第二壁(66)连接到所述多个长形肋(13)的至少一部分，使所述多个长形肋的至少一部分定位在所述壁(18)与所述第二壁之间，从而形成由一组(S)的四个长形肋、所述壁和所述第二壁限定的凹穴(P)；以及定位在所述凹穴内的压力换能器电阻器(68)、电容流体和水这三者中的一者；其中所述第二壁的厚度(T3)薄于所述壁的厚度(T4)。13.根据权利要求6所述的格栅加强结构(10)，所述格栅加强结构(10)进一步包括：第一弯曲壁(22)，所述第一弯曲壁(22)固定到所述壁(18)的第一端(30)；第二弯曲壁(26)，所述第二弯曲壁(26)固定到所述壁的第二端(36)，其中：所述第一弯曲壁、第二弯曲壁和所述壁形成容器(12)；所述第一弯曲壁限定了供流体进入所述容器的第一开口(74)，并且所述第二弯曲壁限定了供流体离开所述容器的第二开口(76)；并且所述第一弯曲壁包括沿着所述第一弯曲壁连接和定位的多个第一加强件构件(20)，其中：所述多个第一加强件构件中的每个均包括被配置成沿着所述第一弯曲壁延伸的至少一个第一壁构件(78)并且在所述第一弯曲壁上形成边界形状；并且所述至少一个第一壁构件包括第一自由侧表面(80)，所述第一自由侧表面(80)沿着所述至少一个第一壁构件、围绕所述至少一个第一壁构件从所述至少一个第一壁构件的第一侧面(82)延伸到...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·C·维拓，G·D·格雷森，V·J·贝拉克曼，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US