[发明专利]用于制造优化的板件和其它复合结构的方法和设备

说明书

本公开涉及增材制造(AM)复合结构，比如用于运输结构或其它机械化组件的板件。AM芯部可以针对板件的预期应用而被优化。在各种实施例中，比如强度、硬度、密度、能量吸收、延展性等的一个或更多个值可以在单个AM芯部中被优化，以在AM芯部上沿一个或更多个方向变化，以用于支撑预期载荷条件。在一实施例中，预期载荷条件可以包括从不同方向以多达三个维度施加到AM芯部或对应板件的力。在结构是板件的情况下，面板可以被固连到芯部的相应侧。AM芯部可以是定制蜂窝结构。在其它实施例中，面板可以具有传统上或通过增材制造形成的定制3D轮廓，以允许得到具有复杂轮廓的结构板件。AM芯部可以包括突起，以提供固定特征以允许外部连接。在其它实施例中，插入件、紧固件或内部通道可以与芯部共同打印。在再一些实施例中，AM芯部可以用于复合结构，例如转子叶片或车辆部件。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年10月16日提交的题为“METHODS AND APPARATUS FORMANUFACTURING OPTIMIZED PANELS AND OTHER COMPOSITE STRUCTURES”的美国专利申请号No.16/162,301的权益，其明确地通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开涉及用于比如汽车、卡车、火车、船、飞机、摩托车等运输结构中的板件和其它部件。

背景技术

通常通过使用专用加工制造蜂窝芯部并且然后在芯部的相应侧上粘附两个外结构表层(也称为面板)来制造结构板件。蜂窝结构用于许多应用中，包括作为在运输结构中使用的板件和其它复合结构的芯部或内部部分。基于蜂窝的芯部的属性可以包括最小密度和相对较高的面外压缩和剪切性质。在一些构造中，替代的基于栅格的结构可以用作芯部或其一部分，并且可以提供类似的益处。

典型的蜂窝和栅格制造过程是需要大量劳动和加工密集型的，并且因此可能是耗时且昂贵的。所得的蜂窝板件还可以包括各向异性的性质，这在涉及运输结构的许多应用中可能是非常不期望的。例如，用于在板件内部中提供支撑的传统的芯部材料通常仅在一个方向上(比如在与板件正交的压缩方向上)是刚性的。然而，预期载荷可以包括在板件具有其芯部各向异性性质无法支撑的其它方向上施加的预期力。硬度仅仅是板件芯部中的许多性质的一个示例，给定一组全局的预期载荷，其值对于适当的板件操作可能是必要的。许多其它材料性质(例如，强度、柔性、刚度等)包括各种形式的类似方向或定向相关的限制，并且因此基本上存在相同的困境。

制造商已经尝试通过生产具有各种不同的层、部段或区域的复合芯部来解决这些缺点，每个层、部段或区域被设计成通过沿特定方向提供期望的特性值(例如，密度、硬度、冲击强度、拉伸强度、刚度、柔性、能量吸收等)来针对预期载荷的一个方面，以适应载荷的该方面。该方案中固有的问题包括在使用不同材料时的更高制造成本、在设计用于预期目的的每种此类材料时的附加开发时间、以及需要用于制造每个区域的单独的工艺和加工的潜在地更长的制造时间和更高的成本。

另外，在该方案中可能导致不期望的物理缺陷。设计问题可以包括复合芯部与之相关联的板件的增加的总质量以及层边界处的材料特性的急剧梯度。板件和其它复合结构普遍存在于现代车辆和其它运输系统中。此问题的累积效应可能损害运输结构的总体性能。

此外，当制造公共蜂窝结构时，制造商的定义限于蜂窝结构的几何属性。因此，所得夹层板件的特性和性质由蜂窝几何结构的固有特性和性质限制。制造商已经尝试了蜂窝结构的几何变型来改进这些特性。然而，这些尝试仍然受到本制造方法所施加的限制和不灵活性的影响，比如用于适应变型的定制工具的费用。

需要根本上不同的方案来克服这些障碍。

发明内容

用于运输结构的定制面板及其制造将在下文中参考本公开的各种示例性方面更全面地描述。