蜂巢结构及其制作方法与流程

背景技术：

电子装置的外壳/壳体可以包括多个部件。这些部件可以包括盖板。在具有显示器的便携式电子装置的情形中，这些盖板可以包括顶盖板(“a盖板”)、显示器自身(“b盖板”)、键盘盖板(“c盖板”)以及底盖板(“d盖板”)。取决于应用，盖板可以包括各种合适的材料。

附图说明

提供附图以说明在此所述的涉及蜂巢结构的主题的各个示例，并且并非意在限制主题的范围。附图无需按照比例绘制。

图1提供示出了包括在制造方法的一个示例中的工艺的流程图。

图2提供示出了包括在制造方法的另一个示例中的工艺的流程图。

图3示出在一个示例中包括外壳的电子装置的示意图，外壳包括在此所述的蜂巢结构。

具体实施方式

电子装置的外壳，特别是便携式电子装置的外壳，至少部分地由于其与其他物体(例如桌子、手、地面等)频繁接触而频繁地经受机械变形。这些装置，特别是其外壳，通常需要具有高机械强度并与此同时重量轻以便于便携的材料。

考虑到如前所述，本发明人已经认识到并知晓了蜂巢结构的优点，特别是用在电子装置的外壳中的蜂巢结构。以下是关于蜂巢结构，特别是其制造方法的各个示例的更详细说明。在此所述的各个示例可以以任意数种方式而实施。

在示例的一个特征方面，提供了一种制造方法，包括：通过增材制造技术打印包括金属材料的多个层，其中多个层中的每一个包括各自具有多边形截面的空腔的阵列；以及组装多个层中的至少两层，以形成具有三维中空单元格的阵列的制品，所述三维中空单元格联合起来具有蜂巢结构。

在示例的另一特征方面，提供了一种制造方法，包括：制作具有电路的电子装置的外壳的一部分，其中制作包括：通过增材制造技术打印包括金属材料的多个层，其中多个层中的每一个包括各自具有多边形截面的空腔的阵列；以及组装多个层中的至少两个，以形成具有三维中空单元格的阵列的所述部分，所述三维中空单元格联合起来具有蜂巢结构；以及组装电路与外壳，外壳在电路的外部。

在示例的另一特征方面，提供一种电子装置，包括：电路；以及位于电路外部的外壳，外壳的一部分包括金属材料以及三维中空单元格的阵列，所述三维中空单元格联合起来具有蜂巢结构；其中蜂巢结构是增材制造技术的原位蜂巢结构。

增材制造

制备三维(“3-d”)部件的方法可以包括增材制造技术。在一些情形中，增材制造已知为3-d打印。增材制造的一个示例是快速原型制造(prototyping)。快速原型制造技术可以是基于层的构建技术。通常，快速原型制造技术可以用于使用表示待形成物体的连续截面的数据而由构建介质(或“构建材料”)逐层地构建3-d物体。计算机辅助设计(“cad”)和计算机辅助制造(“cam”)系统通常称作cad/cam系统，其将物体的表示提供至快速原型制造系统。cad和cam系统可以单独使用或组合使用。在一个示例中，快速原型制造包括使用三维cad数据制备物理部件或组件的比例模型。快速原型制造的一些示例包括立体光刻、选择性激光烧结、叠层物体制造、熔融沉积造型术、实体磨削固化、以及喷墨打印。

激光烧结可以用于由包括陶瓷、聚合物、以及涂覆聚合物的金属的热熔融粉末薄层构建立体图像物体，足够的能量向热熔融粉末薄层传递以固化各层。在一些情形中，金属可以直接地用于被熔化并烧结。喷墨打印可以用于从当与粘合剂结合时被固化的粉末构建立体图像。立体光刻可以用于从诸如可聚合液体(例如树脂)之类的构建材料的薄层构建立体图像。

立体光刻和激光烧结系统可以提供能量以用于通过激光调制和精确方向控制而产生并建起3-d物体的薄截面(层)。在一个示例中，激光器向粉末或液体构建介质层的目标区域施加能量。薄目标层被称作构建介质的工作面。在一个示例中，快速原型制造激光系统使用扫描系统定位激光束，扫描系统具有由控制计算机定向的、受检流计驱动的反射镜。在一个示例中，反射镜响应于已经分格成stl格式并切片成截面数据文件的cad/cam程序而偏转激光束，其中截面数据文件被合并为构建文件。

在立体光刻的一个示例中，3-d物体由可聚合液体的多个薄层一个在另一个顶部上连续固化、直至所有薄层接合/组装在一起以形成最终的三维物体而得到。每个层表示期望的三维物体的薄截面。可聚合液体可以指“树脂”，并且树脂的固化层被称作已固化。构建介质的一些示例可以包括通常采用紫外光充分快速固化的树脂。紫外激光器可以产生小且强的光斑，光斑以预定模式与x-y扫描仪中的检流计反射镜一起移动跨过液面。扫描仪由计算机产生的向量等驱动。该技术快速地产生精确的复杂图案。

在增材制造期间，可以采用合适的系统使用一个或多个增材制造技术根据3-d部件的数字表示(例如amf和stl格式文件)打印或“构建”3-d部件。商业上可获得的增材制造技术的示例包括挤出式技术、注射、选择性激光烧结、粉末/粘合剂注射、电子束熔融以及立体光刻工艺。这种系统的一个示例是可从美国的renishaw有限公司获得的基于激光的快速原型制造设备am250。在一个示例中，对于这些技术中的每一个，3-d部件的数字表示(例如由cad所产生)可以初始地被切片为多个层。对于每个切片层，随后可以产生工具路径，这为特定的增材制造系统提供打印给定层的指令。例如，在挤出式增材制造系统中，可以通过挤出可流动构建(或“部件”)材料而以逐层工艺根据3-d部件的数字表示(例如由cad所创建的数字表示)来打印3-d部件。部件材料通过由系统的打印头所承载的挤出尖端挤出，并作为道路序列沉积在x-y平面中的衬底上。挤出的部件材料熔融到之前所沉积的部件材料，并且一旦温度下降则固化。打印头相对于衬底的位置随后可以沿着z轴(垂直于x-y平面)递增，然后重复该工艺以形成类似数字表示的3-d部件。

在通过沉积部件材料的层而制备3-d部件时，支撑层或结构可以构建在悬垂的部分下方或者构建在处于构造中的3-d部件的未被部件材料本身所支撑的空腔中。支撑结构可以利用与沉积部件材料所使用的相同的沉积技术而构建。主机计算机可以产生附加几何结构，充当用于正在形成的3-d部件的悬垂段或自由空间段的支撑结构。支撑材料随后可以在打印工艺期间根据所产生的几何结构而从第二喷嘴沉积。支撑材料可以在制备期间粘附至部件材料，并且当打印工艺完成时从完成的3-d部件可移除。

制造的方法

在此所述的蜂巢结构可以通过包括任意合适数目的工艺的方法而制造。图1示出了包括在该方法的一个示例中的工艺。如图1中所示的制造方法可以包括通过增材制造技术打印包括金属材料的多个层，其中多个层中的每一个包括各自具有多边形截面的空腔的阵列(s101)。增材制造技术可以涉及在此所述的那些技术中的任意技术。阵列可以是一维或二维阵列。在一个示例中，阵列是二维阵列。

该方法可以进一步包括组装多个层中的至少两个，以形成具有三维中空单元格的阵列的制品，所述三维中空单元格联合起来具有蜂巢结构(s102)。层的数目不必是任何特定数值。取决于应用和期望的几何结构，可以使用任意数目的层。各层也可以在平视图中具有任何几何结构。例如，每个层可以是方形、矩形、多边形或不规则形状的板。

在此所述的、诸如由如图1所示方法所制造的蜂巢结构可以用于各种应用，如以下进一步所述。取决于应用，可以修改如图1中所述的制造方法。图2示出了包括在制造电子装置的方法的另一示例中的工艺。如图2中所示，该方法可以包括制作具有电路的电子装置的外壳的一部分(s201)。多于一个电路是可能的。以下进一步描述“电子装置”。制作外壳的一部分的该工艺可以包括通过增材制造技术打印包括金属材料的多个层。多个层中的每一个可以包括各自具有多边形截面的空腔的阵列。该制作工艺可以进一步包括组装多个层中的至少两个，以形成具有三维中空单元格的阵列的该部分，所述三维中空单元格联合起来具有蜂巢结构。增材制造技术可以指在此所述的那些技术中的任意技术。阵列可以是一维或二维阵列。在一个示例中，阵列是二维阵列。

随后，该制作方法可以进一步包括组装电路与外壳，外壳在电路的外部(s202)。如上所述，层的数目不必是任何特定数值。取决于应用和期望的几何结构，可以使用任意数目的层。各层也可以在平视图中具有任何几何结构。例如，每个层可以是方形、矩形、多边形、或不规则形状的板。

取决于应用，任何合适的材料可以用于在此所述的制造方法中。(各层的)金属材料可以包括纯金属、金属合金、金属化合物、或包含金属的复合物。金属材料可以包括铝、镁、锂、锌、钛、铌、铁和铜中的至少一种。在一个示例中，含铁的金属材料是钢，诸如不锈钢。金属材料可以包括前述金属元素中的任意元素的合金或者前述金属元素中的任意元素的组合。

在此所述的制造方法所采用的设备不受限制。只要该设备可以执行如在此所述的工艺，该设备就可以使用。例如，设备可以从美国惠普发展公司、美国reinshaw有限公司等商业上可获得。

取决于应用，在此所述的制造方法可以包括作为如上所述那些工艺的一部分的各种工艺，或者除如上所述那些工艺之外还可以包括各种工艺。例如，组装工艺可以包括任何合适的接合工艺以接合多个部件。接合工艺可以包括物理结合、化学结合、或两者。物理结合的示例可以是机械互锁。例如，在此所述的多个层可以通过45度组装来组装——注意度数不必是45°，并且可以采用任何合适的度数。接合工艺可以包括焊接。可以采用任何合适的焊接工艺。例如，组装工艺可以包括激光焊接和螺柱焊接中的至少一种。

另外，为了确保最终得到的蜂巢结构的中空单元格具有期望的几何结构，在此所述的一个示例中的制造方法进一步包括：在组装工艺之前在多个层中的至少两个层之间对准空腔中的至少一些空腔。在一个示例中，在发生组装工艺之前，在多个层(一些或全部)之间对准阵列中的全部空腔。结果，在一个示例中，蜂巢结构包括多个贯穿厚度(最终组件的厚度)的中空单元格，并且对各层进行组装或堆叠以形成3-d部件。

在打印和组装工艺之前，在此所述的制造方法可以进一步包括确定用于打印和/或组装工艺的最优参数。例如，确定可以包括：确定空腔和/或中空单元格的最优几何结构，以使得最优几何结构可以用于后续的打印和/或组装工艺。确定可以包括：使用数学关系(诸如方程)确定会提供期望的材料机械属性——例如弯曲强度、抗拉强度等——的几何结构。确定可以包括：计算机模拟以确定最优化的参数。计算机模拟可以由机器可读指令(诸如算法、诸如合适的商业可获得软件)执行。确定也可以包括：通过使用软件(诸如3-dcad软件)进行设计。包括诸如使用3-dcad软件的设计的工艺可以包括：产生最终组装的结构的部件或整体的合适的3-d表示。

在此所述的包括软件的任何机器可读或机器可执行指令可以由处理器实施。机器可读指令可以至少部分地实施为非暂时性机器可读存储介质(或多个机器可读存储介质)——例如计算机存储器、软盘、压缩盘、光盘、磁带、快闪存储器、现场可编程门阵列或其他半导体装置中的电路配置、或者采用至少一种机器可读指令编码的其他有形计算机存储介质或非暂时性介质，这些指令在至少一个机器(例如计算机或其他类型处理器)上执行时使得至少一个机器执行实现在此所述技术的各种示例的方法。计算机可读介质可以是可移植的，以使得存储在其上的程序可以载入至至少一个计算机或其他处理器上以实现在此所述的各种示例。

术语“机器可读指令”在此广义上用于指可以用于使机器(例如计算机或其他类型处理器)执行在此所述的各个示例的任意类型的机器代码或机器可执行指令集。机器可读指令可以包括但不限于软件或程序。机器可以指计算机或其他类型处理器。另外，当被执行以实施在此所述的方法时，机器可读指令不必驻留在单个机器上，而是可以以模块化方式分布在许多不同机器之中以实施在此所述的各个示例。

机器可执行指令可以采用由至少一个机器(例如计算机或其他类型处理器)执行的许多形式，诸如程序模块。通常，程序模块包括执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。典型地，在各个示例中，程序模块的功能可以根据期望合并或分散。

蜂巢结构

在此所述的蜂巢结构可以具有任何配置。三维中空单元格可以具有任何合适的几何结构。术语“几何结构”在此可以包括大小和形状。中空单元格中的一些可以具有相同的几何结构。在一个示例中，所有中空单元格具有相同的几何结构。例如，中空单元格可以各自是任何合适截面的管状结构(如由被组装在一起以形成蜂巢结构的层中的空腔的截面所反映的)。截面可以具有任何合适的且期望的几何结构。例如，截面可以是圆形或多边形。管状结构可以贯穿待组装的每个层的厚度。作为一个示例，堆叠在一起的具有多个六边形空腔的多个层可以形成具有六边形截面的多个(例如贯穿厚度的)中空管状单元格。多边形可以是三角形、方形、七边形、六边形、八边形等。截面也可以是不规则形状。在一个示例中，在表面上具有六边形作为截面的空腔的阵列可以类似于石墨烯阵列——六边形的平面阵列。

蜂巢结构因此可以具有任何合适的几何结构。例如，蜂巢结构可以是均匀的蜂巢、空间填充的多面体、以及非外凸的蜂巢。空间填充的多面体结构可以是立方体、六角棱柱、三角棱柱、旋涡状三角棱柱、截角八面体、菱形十二面体、三角截角四面体、梯形-菱形(trapezo-rhombic)十二面体、细长十二面体、立方体、菱形六面体、平行六面体、以及等面简单填充物。在一个示例中，中空单元格具有八面体或截角八面体的几何结构。其他类型的多面体是可能的。几何结构的其他类型也是可能的。

蜂巢结构中每个中空单元格的大小不限，并且可以取决于应用而改变。取决于上下文，术语“大小”在此可以指直径、长度、宽度、高度、多边形的每个边等。例如，中空单元格的平均大小可以小于或等于1mm——例如，小于或等于约500μm，小于或等于约300μm，小于或等于约200μm，小于或等于约100μm，小于或等于约50μm，或更小。其他数值也是可能的。

蜂巢结构的最终组装层可以具有任何合适的几何结构。例如，组件可以是平板。平板可以具有任何合适的厚度。例如，组装层可以具有的厚度小于或等于约2mm——例如小于或等于约1.5mm，小于或等于约1.0mm，小于或等于约0.8mm，小于或等于约0.6mm，或更小。其他数值也是可能的。另外，与蜂巢结构的厚度相比，由相邻两个中空单元格所共用的边缘可以相对较薄。该厚度可以小于或等于约100μm——小于或等于约50μm，小于或等于约30μm，小于或等于约20μm，小于或等于约10μm，或更小。其他数值也是可能的。

因为在此所述的蜂巢结构包括3-d中空单元格，所以蜂巢结构可以比相同尺寸和相同材料的实心对应物结构更轻。例如，在此所述的蜂巢结构可以实现至少约5％——例如至少约10％，至少约15％，至少约20％，至少约25％，至少约30％，或更高——重量的重量减少(相对于实心对应物)。其他减少数值也是可能的。

在一个示例中，蜂巢结构与实心对应物相比具有前述的重量，但是具有与实心对应物相同的机械属性，包括弯曲强度、耐压强度、抗拉强度等中至少之一。在一个示例中，蜂巢结构具有的杨氏模量大于或等于约40gpa——例如大于或等于约50gpa、大于或等于约60gpa、大于或等于约70gpa、或更高。其他数值也是可能的。在一个示例中，蜂巢结构具有的抗拉强度大于或等于约400mpa——例如大于或等于约500mpa、大于或等于约600mpa、大于或等于约700mpa、大于或等于约800mpa、大于或等于约900mpa、大于或等于约1gpa、大于或等于约2gpa、大于或等于约5gpa、大于或等于约8gpa或更高。其他数值也是可能的。

应用

至少部分地由于数个前述的期望特性，在此所述的蜂巢结构可以应用于各种应用中。蜂巢结构可以是作为增材制造技术结果的原位蜂巢结构。例如，蜂巢结构可以是结构部件的整体部分。该部件可以是电子装置的外壳的一部分。装置的外壳可以指封闭了装置内部的任何结构部件。在一个示例中，在此所述的蜂巢结构是电子装置的外壳的一部分。例如，蜂巢结构可以是外壳的任意部分，包括装置的后盖板、前盖板、侧盖板等等。

图3示出了在一个示例中包括外壳31的电子装置30的示意图(图中仅示出了一部分)。外壳可以包括具有蜂巢结构(诸如在此所述的那些蜂巢结构中的任意结构)的部分32。外壳(或其一部分)31位于装置30内部中的电路33的外部。电路33可以是具有任何合适的配置和部件的任意类型的电路。应该注意的是，尽管图3示出了蜂巢结构在顶部盖板的一部分中，但是蜂巢结构可以构成一个侧面或多个侧面上的整个盖板，作为装置的外壳的一部分。

电子装置在此可以指包括至少一个电路的任何装置。因此，在一个示例中，包括在此所述的蜂巢结构的外壳可以位于电路的外部。电子装置可以是消费者电子装置。电子装置可以指便携式/移动电子装置。电子装置在此可以指计算机、存储器存储装置、显示器、信号发射装置等等。计算机可以指台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、手机平板(phablet)、平板手机(tablone)等等。存储单元可以指硬盘驱动器、服务器、处理器等等的硬件。显示器可以指监视器、液晶显示器(“lcd”)、电视机等等。信号发射装置可以指发射包括光、声、热等等任何类型的信号的装置。在一个示例中，电子装置是移动电话。

补充注释

应该理解的是，前述概念的所有组合(假设这些概念并未相互矛盾)预期作为在此所公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本公开末尾处的所请求保护的主题的全部组合预期作为在此所公开的发明主题的一部分。还应该理解的是，在此明确地采用的、也可以通过参考而出现在任何公开中的术语应该符合与在此所公开的特定概念最一致的含义。

如在包括权利要求的本公开中所使用的不定冠词“一”应该理解为意味着“至少一个”，除非明确地作出相反的指示。在此所引用的任何范围被包括在内。

遍及包括权利要求的本公开所使用的术语“基本上”和“约”用于描述并考虑小的波动。例如，它们可以涉及小于或等于±5％，诸如小于或等于±2％，诸如小于或等于±1％，诸如小于或等于±0.5％，诸如小于或等于±0.2％，诸如小于或等于±0.1％，诸如小于或等于±0.05％。

浓度、数量、以及其他数字数据可以在此以范围格式表示或呈现。这种范围格式仅为了方便和简明而使用，并且因此应该灵活地解释为不仅包括明确记载为范围的限值的数字数值，而且如同明确地记载了每个数字数值和子范围一样，也包括了包含在该范围内地的所有单独数字数值或子范围。如所示，“1重量％(wt％)至5wt％”的数字范围应该解释为不仅包括明确记载的数值1wt％至5wt％，但是也包括在所示范围内的单个数值和子范围。因此，单个数值包括在该数字范围内，诸如2、3.5、和4，并且子范围包括在该数字范围内，诸如从1－3、从2－4和从3－5等。该相同原理适用于仅记载了一个数字数值的范围。进一步，这种解释应该不论所描述的范围或特性的幅宽而适用。

如在包括权利要求的本公开中所使用的短语“和/或”应该理解为意味着如此连接的各元素(即在一些情形中以连接关系存在而在其他情形中分离地存在的元素)中的“任一或两者”。采用“和/或”列出的多个元素应该以相同方式解释，也即如此连接的元素中的“一个或多个”。除了由“和/或”从句特别标识的元素之外，其他元素可以可选地存在，不论与特别标识的那些元素相关或不相关。因此，作为非限定性示例，当与诸如“包括”之类的开放式语言结合使用时，对于“a和/或b”的引用可以在一个示例中仅指a(可选地包括除了b之外的元素)；在另一示例中仅指b(可选地包括除了a之外的元素)；在又一示例中，指a和b两者(可选地包括其他元素)；等等。

如在包括权利要求的本公开中所使用的，“或”应该理解为具有与如上所限定的“和/或”相同的含义。例如，当分离列表中的项目时，“或”或者“和/或”应该解释为包括性的，也即包括许多元素或元素列表中的至少一个元素，但是也包括其中的一个以上，并且可选地包括额外的未列出项目。仅明确地作出相反指示的术语、诸如“仅一个”或“刚好一个”、或者当在权利要求中使用时，“由……构成”，指包括许多元素或元素列表中的刚好一个元素。通常，在此所使用的术语“或”当由排他性术语(诸如“任一”、“之一”、“仅一个”或“刚好一个”)在前时，应该仅解释为指示了排他性的备选项(也即“一个或另一个但是并非两个”)。当用于权利要求中时“基本上由……构成”应该具有其在专利法领域中所使用时的原始含义。

如在包括权利要求的本公开中所使用的，关于一个或多个元素的列表的短语“至少一个”应该理解为意味着从元素列表中的任意一个或多个元素中选择的至少一个元素，但是不必包括具体列出在元素列表内的各元素中的至少一个，也并不排除元素列表中各元素的任意组合。

在包括权利要求的本公开中，所有过渡性短语，诸如“包括”、“包含”、“携有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“保持”、“由……构成”等等，应该理解为开放式的，也即意味着包括但不限于。仅过渡性短语“由……构成”和“基本上由……构成”应该分别是封闭或半封闭式的过渡性短语，如美国专利局专利审查程序手册§2111.03中所述。