[发明专利]增材制造的加固结构

说明书

本发明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。

技术领域

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。

背景技术

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。

发明内容