用于制备结构的系统和方法与流程

本发明涉及一种用于制备结构的系统和方法。

汽车车身面板通常由金属形成，且通过焊接结合在一起。焊接是这样一种制造或制备工艺，该制造或制备工艺通过引起聚结来粘结诸如金属或热塑性材料的材料，即两个单独的单元藉此生长到一起、熔融或熔合为单个主体的工艺。面板也可使用粘合剂或诸如螺栓和铆钉的机械紧固件来结合。

许多车身面板和结构形成有复杂的几何形状或形状。复杂几何形状的制备需要使用高度专业化的工具，以在工艺期间形成或移除材料，该工艺另外称为基于减法的制造或制备工艺。减法制备工艺会需要使用附加的制造材料，并且增加组装车身面板的时间。

技术实现要素：

用于制备用于车辆的结构的系统和方法包括车辆结构，该车辆结构具有第一部分和第二部分，该第二部分具有与第一部分协配的主体。第二部分包括从主体延伸的一个或多个突部。第三部分操作地接合第二部分的一个或多个突部。第二部分可使用添加制造工艺来与第一部分一体地形成。

在一个实施例中，第一部分可以是由金属形成的车辆底板的框架并且通过冲压工艺成形。第二部分可通过添加制造工艺与第一部分一体地形成，该添加制造工艺可包括选择性激光烧结(sls)、立体光刻成型(sla)、多喷口建模(mjm)、熔融沉积建模(fjm)、直接能量沉积(ded)和三维(3d)印刷。第二部分可包括部件，该部件与车辆结构的第一部分协配并且为该第一部分提供支承。第三部分可包括细长构件，该细长构件包括至少一个开口，该至少一个开口定尺寸成操作地接合第二部分的一个或多个突部。

在另一实施例中，车辆车身包括底板，该底板具有第一部分。至少一个部件与第一部分协配。至少一个部件包括主体和从主体延伸的一个或多个突部。细长构件操作地接合至少一个部件的一个或多个突部。至少一个部件可使用添加制造工艺来与底板的第一部分一体地形成。

底板可包括第一端部、第二端部以及大体水平框架，该大体水平框架包含在第一和第二端部之间延伸的第一部分。底板还包括跟板和前围，该跟板靠近于底板的第二端部形成在框架中，且该前围靠近于底板的第一端部从框架大体垂直地延伸。底板可由金属形成并且通过冲压工艺成形。

至少一个部件可通过添加制造工艺与第一部分一体地形成，该添加制造工艺可包括选择性激光烧结(sls)、立体光刻成型(sla)、多喷口建模(mjm)、熔融沉积建模(fjm)、直接能量沉积(ded)和三维(3d)印刷。至少一个部件与底板的第一部分协配，从而为底板提供结构支承。细长构件可包括至少一个开口，该至少一个开口定尺寸成操作地接合至少一个部件的一个或多个突部。

在又一实施例中，制备用于车辆的结构的方法包括提供第一部分，以及使用添加制造工艺将第二部分形成于第一部分。第二部分包括形成于第一部分的主体和从主体延伸的一个或多个突部。第三部分包括至少一个开口。第三部分定位成使得，第三部分中的至少一个开口可至少部分地接纳和接合第二部分的一个或多个突部，以将第三部分固定于第二部分。

提供第一部分的步骤可包括使用冲压工艺形成车辆的底板。底板可由金属形成，并且包括第一端部、第二端部以及大体水平框架，该大体水平框架包含在第一和第二端部之间延伸的第一部分。

用于将第二部分形成于第一部分的添加制造工艺可包括选择性激光烧结(sls)、立体光刻成型(sla)、多喷口建模(mjm)、熔融沉积建模(fjm)、直接能量沉积(ded)和三维(3d)印刷。第二部分可包括至少一个部件，该至少一个部件与第一部分一体地形成，从而为第一部分提供支承，并且相对于结构的第一部分固定第三部分。

第三部分可包括细长构件，该细长构件包括至少一个开口，该至少一个开口定尺寸成操作地接合第二部分的一个或多个突部。细长构件可使用挤压工艺形成。

当结合附图时，从用于执行本发明的最佳模式的以下详细描述中，本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的包括底板结构的车辆车身的立体图；

图2是由车辆车身的底板接纳的至少一个部件的立体图；

图3是包含多个支承部件的车辆车身底板的立体图；

图4a是车辆结构的制备的示意图示，该车辆结构包括与车辆的第一部分协配的部件；

图4b是由至少一个部件的一部分接纳的细长构件的示意图示；以及

图5是详述根据本发明的制备车辆结构的方法的流程图。

具体实施方式

现将详细地参照在附图中说明的本发明的若干实施例。在可能的情形下，相同或类似的附图标记在附图和说明书中用于指代相同或类似的部件或步骤。附图是简化形式并且并非精确地按比例。出于方便和清楚的目的，诸如顶部、底部、左、右、上、之上、上方、下方、下面、后部和前部的方向术语可相对于附图使用。这些和类似的方向术语并不理解为限制本发明的范围。

参照附图，其中，相同的附图标记对应于整个若干附图中的相同或类似部件，图1-3说明车辆10，该车辆具有包括底板13的车身12。底板13包括第一端部14、相对的第二端部15以及在其间延伸的大体水平框架16。

应理解的是，底板13的大体水平框架16可包括形成在其中的一个或多个特征件，并且可通过诸如冲压工艺之类的各种制造技术形成。底板13可包含在各种车辆10中，包括但不限于商用车辆、工业车辆、乘用车辆、飞行器、船舶、火车或者任何移动平台。还可设想的是，车辆10可以是诸如飞机、全地形车辆(atv)、船只、个人移动设备、机器人之类的任何移动平台，以实现本发明的目的。

如图1中所示，底板13包括前围17，该前围邻近于底板13的第一端部14从大体水平框架16大体垂直地延伸。侧向前围板或侧壁18、20从前围17的端部部分延伸并且与框架16协配。前围17可包括窗玻璃安装件22，该窗玻璃安装件构造成接纳挡风玻璃或其它构件(未示出)。底板13的框架16包括通道或部段24，该通道或部段在表面14中纵向地延伸，该表面至少部分地与前围17协配。部段24可定形成与车辆10的变速器(未示出)的一部分协配并且接纳该部分。隧道边缘表面26、28形成在通道或部段24的任一端部上，并且在车辆10的底板13的框架16中大体纵向地延伸。可设想的是，部段24可在前围17之间延伸，并且终止在横梁表面或跟板30处，该横梁表面或跟板靠近于第二端部15形成在框架16中。

底板13可进一步包括裙部表面32、34，这些裙部表面在前围17的侧壁18、20和跟板30之间大体纵向地并且平行于隧道边缘表面26、28延伸。裙部表面32、34可在结构上与纵向底盘梁36、38结合，这些纵向底盘梁沿框架16的纵向方向从前围17行进至跟板30。

现参照图2，至少一个部件40设置在车辆底板13的框架16的一个或多个区域上并且与这些区域协配。至少一个部件40可由轻质的材料形成，这些材料包括但不限于聚合物和纤维强化塑料、铝以及镁。使用轻质构造材料来形成至少一个部件40使得能够减小部件40且由此车辆车身12的重量。

至少一个部件40可形成为诸如由附图标记42指代的横梁之类的支承构件、托架44或者如图3中示出的其它已知构造。至少一个部件40可定位在底板13的框架16上，从而为底板13提供强化和加固。在一个非限制示例中，至少一个部件40包括横梁42，该横梁在隧道边缘表面26和裙部表面32之间延伸。如下文会更详细描述的是，横梁42可与底板13组装或者可包含到底板13中。

现参照图4a和4b，示出制备用于车辆的结构的本发明一个实施例的示意图示。应理解的是，仅仅出于说明的目的示出车辆结构，因为所公开的工艺也可用于制备各种车辆结构。在上文描述的一个非限制实施例中，所制备结构50可以是如图2中示出的由底板13的框架16接纳的至少一个部件40。

车辆结构大体由附图标记50指代。结构50包括由至少一种材料形成的第一部分或部段52。例如，部段52可由诸如钢的金属(例如，镀锌低碳钢或镀锌高强度钢)形成，或者可由聚合物之类形成。在一个非限制实施例中，部段52是由经冲压的金属或者其它制造技术形成的工件。在替代实施例中，部段52可以是并不经受任何成形或弯曲工艺的金属工件。

第二部分或部件54由诸如聚合物之类的至少一种第二材料形成，并且与部段52的一部分协配。可设想的是，部段52和部件54可由类似的材料形成，或者可由不相似的材料形成，包括但不限于部段52由金属形成，而部件54由诸如热塑性材料之类的非金属形成。还可设想的是，部件54可与第一部分或部段52一体地形成，或者部件54可与部段52的第一部分形成并结合。

在一个非限制实施例中，部件54使用添加制造工艺一体地形成在第一部分或部段52上。传统的添加制造工艺可包括选择性激光烧结(sls)、立体光刻成型(sla)、多喷口建模(mjm)、熔融沉积建模(fjm)、直接能量沉积(ded)和三维(3d)印刷工艺。添加制造工艺可用于从数字数据模型中产生三维实体对象。

添加制造工艺从采用3d数字数据的数字模型(例如，实体模型)以及提供用于形成部件54的规格的3d产品和制造信息以及相关联元数据来创建具有复杂几何形状或图案的部件。通常包括在用于添加制造的数字模型中的信息类型是几何形状尺寸和公差、识别部件级别材料、工程构造需求等等。

添加制造可包括添加工艺，其中，相继的材料层以不同的形状放置。添加制造不同于机加工技术，因为机加工技术依赖于通过诸如切割或钻削工艺之类的减法机加工工艺的方法进行材料移除。这样，与减法机加工工艺相比，添加制造工艺的使用降低与创建具有复杂几何形状的部件相关联的材料成本。

利用添加制造工艺形成部件54显著地降低与车辆部件的制造相关联的成本和复杂度，这些车辆部件的制造可能需要使用专业化工具和模具来形成复杂形状或特征。而是，通过一体地形成使用添加制造工艺的具有复杂几何形状特征的部件54与使用金属冲压或其它制造技术的具有有限几何特征或无几何特征的部段52，车辆结构可形成有类似的物理强度和耐久性特征。

部件54可以是具有复杂几何形状的车辆强化构件或车身面板，例如结构撑杆或支承托架。如图2和3中所示，部件54可以是横梁42，该横梁一体地形成在由底板13的框架16表示的部段52上。在此种结构中，由框架16表示的部段可用作支架，以使得由横梁42表示的部件一体地形成在部段52的表面上。可设想的是，部件54可由添加制造工艺形成，以消除传统的结合技术。例如，部件54利用添加制造工艺一体地形成在部段52的一部分上，而非利用机械紧固件、焊接或粘合剂结合将部件54紧固于部段52。

再次参照图4a和4b，第二部分或部件54可包括从部件54的主体56延伸的一个或多个突部58。一个或多个突部58可构造成接纳并支承第三部分或细长构件60。细长构件60可以是使用挤压工艺形成的纵向延伸梁。如图部段52那样，细长构件60可形成有有限几何形状特征或者不具有特征，以简化制造工艺并且缩短时间量和降低与制造相关联的成本。部件54的突部58定形并且定尺寸成操作地接合细长构件60的至少一个开口(未示出)，以将构件60固定于第二部件54且由此固定于部段52，并且消除通常的结合方法和机构。在另一非限制示例中，部件54可利用添加制造工艺形成，以与细长构件60和部段52结合。

附加地参照图5，更详细地描述详述用于制备结构的方法100的流程图。方法100无需以这里阐述的特定顺序来实施，并且进一步可理解的是，可消除一个或多个步骤。该方法在框或步骤102开始，其中，提供第一部分或部段来用于组装。在如框或步骤104所示的本发明的一个非限制实施例中，部段可以是金属的并且经受诸如冲压工艺之类的成形工艺，以在部段中创建一个或多个特征。

在框或步骤106处，使用添加制造工艺，该结构的第二部分可包括至少一个部件，该至少一个部件与部段的一个或多个表面协配。可设想的是，部段的一个或多个表面提供支架，在部件由添加制造工艺形成时，该支架构造成接纳该部件。

在步骤或框108处说明的本发明的一个替代实施例中，第二部件可形成有任何尺寸、形状或厚度，以将一个或多个部件接纳并且固定在其中。例如，如图4b中所示，第二部件可设计成包括由附图标记62识别的一个或多个支承托架以及一个或多个突部58。

在步骤或框108处，提供第三部分或细长构件。在一个实施例中，细长构件由挤压工艺形成，并且包括主体，该主体具有形成在其中的至少一个开口，该至少一个开口定尺寸成至少部分地接纳并且接合第二部分或部件54的至少一个突部58。

在步骤或框110处，第三部分或细长构件60定位成使得，第三部分中的至少一个开口可至少部分地接纳和接合第二部分的一个或多个突部，以将第三部分固定于第二部分。一旦经组装，第二部分或部件就用作紧固件来将第三部分或细长构件结合并固定于第一部分或部段，而无需使用传统的结合或紧固机构和方法。

详细描述和视图或附图是对本发明的支持和描述，但本发明的范围仅仅由权利要求限定。虽然已详细地描述了用于执行所要求的本发明的其中一些最佳模式和其它实施例，但存在各种替代设计和实施例来用于实践限定在所附权利要求中的本发明。此外，视图中示出的实施例或者本说明书中提及的各个实施例的特征并非必须理解为彼此独立的实施例。而是，实施例的其中一个示例中描述的每个特征可与来自其它实施例的一个或多个其它期望特征相组合，以产生并未用词语或者参照视图描述的其它实施例。因此，这些其它实施例落在所附权利要求的范围框架内。