[发明专利]用于基于增材制造外骨骼的运输结构的方法和设备

说明书

本发明的一些实施例涉及增材制造车辆外部结构，该车辆外部结构设计为封装车辆表面并且支撑所需的操作负载。车辆结构包括腔体，使用外部接口的部件被插入到腔体中。多个部件被装配并集成到车辆结构中。该结构可以是使用以并行或串行方式施加的多种打印技术的3D打印的。在实施例中，部件和结构是模块化的，使用多种材料和制造技术并且能够实现单个零件的可修复性和替换。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年7月25日提交的名为“用于基于增材制造外骨骼的运输结构的方法和设备”的美国专利申请No.15/659,601的权益，其整体通过引用的方式明确地结合于此。

技术领域

本发明总体上涉及用于增材制造(AM)的技术，更具体地，涉及用于3D打印运输结构和用作这种运输结构中的模块化部件的子结构的技术。

背景技术

增材制造(AM)工艺包括使用用于在“建造板”上堆积层状材料的存储几何模型，以制造具有由模型定义的特征的三维(3D)物体。AM技术能够使用许多种材料打印复杂部件。基于计算机辅助设计(CAD)模型来制造3D物体。AM工艺可使用CAD模型产生固体三维物体。

一个这种方法叫做直接金属沉积(DMD)。DMD是一种使用激光熔化金属粉末从而将其转变成固体金属物体的AM技术。与许多其他AM技术不同，DMD并不以粉末床为基础。相反，DMD使用进料喷嘴将粉末推入激光束中。然后激光使粉末金属熔合。虽然支撑件或者自由基衬底在一些情况中可用来维持结构稳固，但是DMD中的几乎所有粉末都转变成固体金属，因此留下很少的废粉末以回收利用。使用逐层策略，由激光束和进料喷嘴构成的打印头可扫描衬底以沉积连续的层。可使用此技术处理所有类型的金属材料，包括，例如，钢、铝、镍合金、钛、钴、铜等。

诸如粉末床熔合(PBF)的其他AM工艺使用激光烧结或者熔化沉积在粉末床中的金属粉末，然后这会使粉末颗粒在目标区域中粘结在一起，以产生具有预期几何形状的3D结构。在PBF中可使用不同的材料或者材料的组合，例如金属、工程塑料、热塑性弹性体、金属，和陶瓷，以产生3D物体。其他更先进的AM技术，包括下面进一步讨论的那些，也是可获得的或者是目前正在发展中的，并且各自可适用于这里的教导。

由于AM工艺持续改进，制造商越来越多地研究在其设计中使用AM部件的好处。尽管最近在AM特征(例如，建造板尺寸、打印速度和精度，以及基于AM技术的其他越来越复杂的特征)方面取得了进展，但是当与运输结构整体的尺寸相比时，AM在各种运输结构行业中的使用多半仍限于生产相对小尺度的部件。因此，使用AM来发展这种机构的更大的和越来越复杂的子结构的可能性在很大程度上仍是未开发的。

发明内容

参考三维打印技术此后将更详细地描述用于增材制造(AM)运输结构的技术的若干方面，其包括，在一个示例性方面中，车辆AM结构，其设计成封装车辆外部表面并且支撑所需的操作负载。

用于装配到运输结构中的装置的一个方面包括增材制造(AM)结构，其包括外部表面，该AM结构构造为接受操作负载并在撞击事件中保护乘员，其中，所述外部表面包括多个腔体，所述多个腔体用于容纳使用外部接口的部件。

运输结构的一个方面包括增材制造仿形夹层面板，以及装配在夹层面板的内部的多个部件，其中所述夹层面板被构造为支撑运输结构的主要结构负载。

用于生产运输结构的方法的一个方面包括增材制造(AM)框架，该AM框架包括构造为接受操作负载并在撞击事件中保护乘员的结构，并且将多个部件装配到AM框架中，其中，AM框架包括多个腔体，所述多个腔体用于容纳多个部件的需要外部接口的部件。

多方位打印机的一个方面包括限定建造区域的衬底，构造为提供用于在所述建造区域建造结构的材料的涂抹器，以及构造为在所述建造区域上方延伸的第一处理器控制臂组件和第二处理器控制臂组件，其中，其中，所述第一臂组件和第二臂组件各自构造为执行对应于不同的增材制造(AM)技术的功能。