具有图案化的通道阵列的可变形扶手的制作方法

本公开涉及具有通道阵列的汽车扶手和制造该汽车扶手的方法。

背景技术：

扶手是常规地增设到现代车辆的特征，用于为那些坐在车辆中时可能会希望支撑其手臂的驾驶员和乘员提供舒适。已经开发了多种不同类型的扶手，包括构造在车门或背面板中的扶手。

技术实现要素：

在至少一个实施例中，公开了一种汽车扶手。扶手包括弹性芯，弹性芯限定延伸穿过弹性芯的具有相同定向的图案化的通道阵列。弹性芯表现出预定的目标竖直刚度和与所述预定的目标竖直刚度不同的预定的目标横向刚度。扶手还包括表层，表层与弹性芯布置在一起以形成汽车扶手。每个通道具有由横向尺寸和竖直尺寸限定的截面。所述横向尺寸小于所述竖直尺寸。所述截面可以是椭圆。所述截面可以是菱形。通道可以以规则的图案布置。通道中的一些通道的宽度不同，或者长度不同，或宽度和长度均不同。通道可沿着弹性芯的竖直轴线延伸。所述图案化的通道阵列在每排中包括相同数量的通道，或者在每列中包括相同数量的通道，或者在每排和每列中均包括相同数量的通道。弹性芯和表层可以是3d打印的。

在另一个实施例中，公开了一种汽车扶手。扶手可包括可变形的芯，可变形的芯限定沿可变形的芯的纵向轴线延伸的图案化的通道阵列。可变形的芯表现出预定的目标横向刚度和大于所述预定的目标横向刚度的预定的目标竖直刚度。每个通道具有由横向尺寸和竖直尺寸限定的截面，其中，所述横向尺寸小于所述竖直尺寸。所述截面可以是椭圆。所述截面可以是菱形。所述截面中的一些可以是不同的。所述图案化的通道阵列可以是对称的。通道中的一些通道的尺寸可以是不同的。通道可构造所述可变形的芯的截面的表面积的至少大约20％。

在又一个实施例中，公开一种制造汽车扶手的一部分的方法。方法可包括打印弹性芯，弹性芯具有包括延伸通过弹性芯的图案化的通道阵列的内部结构。弹性芯表现出预定的目标竖直刚度和与所述预定的目标竖直刚度不同的预定的目标横向刚度。通道可具有沿着所述弹性芯的纵向轴线的相同定向。方法还可包括在弹性芯上打印表层。方法还可包括从第一材料打印弹性芯，并从与所述第一材料不同的第二材料打印表层。所述图案化的通道阵列可以是对称的。所述图案化的通道阵列在每排中包括相同数量的通道，或者在每列中包括相同数量的通道，或者在每排和每列中均包括相同数量的通道。

附图说明

图1a描绘了包括具有面向乘员胸腔的扶手的门板的车辆的前视图；

图1b描绘了包括具有面向乘员胸腔的扶手的门板的车辆的透视图；

图2a描绘了具有硬芯和外层的图1中描绘的扶手的透视图；

图2b描绘了图2a中描绘的硬芯的透视图；

图2c示出了图2a中描绘的外层的透视图；

图3示出了根据一个或更多个实施例的具有包括水平定向的通道的芯和表层的示例性扶手的透视图；

图4a至图4c示出了图3中示出的扶手及其内部结构的透视图；

图4d示出了具有竖直定向的通道的替代扶手的透视图；

图5a至图5f示出了图4a至图4c中描绘的芯的示例性截面视图；

图6a至图6n示出了图4a至图4c中描绘的芯的示例性截面视图；

图7a至图7e示出了图4a至图4c中描绘的芯的示例性截面视图；

图8示出了根据一个或更多个实施例的能够制造扶手的示例性3d打印系统的透视示意图；

图9示出了图4a至图4c中描绘的芯的截面视图；

图10a示出了根据一个或更多个实施例的能够制造扶手的具有挤出头的示例性3d打印系统的透视示意图；

图10b示出了图10a中描绘的挤出头的详细视图；

图11描绘了根据一个或更多个实施例的包括具有面向乘员胸腔的扶手的门板的车辆的透视图。

具体实施方式

在此描述本公开的实施例；然而，应理解公开的实施例仅为示例并且其它实施例可以采用各种和替代的形式。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以显示特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以各种形式使用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各个特征可以与在一个或更多个其它附图中示出的特征组合，以产生未被明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可期望用于特定的应用或实施方式。

除了明确指出的情况之外，在描述本发明的最宽范围时，在本说明书中表示尺寸或材料性质的所有数量值应被理解为用词语“大约”来修饰。

首字母缩略词或其它缩写的第一次定义适用于同一缩写在此的所有后续使用，并且规定于最初定义的缩写的常规文法变化准用之。除非特别指明与之相反，否则对性质的测量由与前面或后面对于同一性质提及的技术相同的技术来确定。

对发明人知晓的本发明的组成、实施例和方法进行了详细的介绍。然而，应理解公开的实施例仅为本发明的示例，本发明可以以各种和可替代的形式实现。因此，在此公开的具体细节不应被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式应用本发明的代表性基础。

结合本发明的一个或更多个实施例的适于给定目的的一组或一类材料的描述意味着该组或该类材料中的任何两种材料或更多种材料的混合物是适用的。化学术语中对成分的描述指的是添加到说明书中指明的任何组合物时的成分，并且不必然排除一旦混合后混合物的成分之间的化学相互作用。首字母缩略词或其它缩写的第一次定义适用于同一缩写在此的所有后续使用，并且规定于最初定义的缩写的常规文法变化准用之。除非特别指明与之相反，否则对性质的测量由与前面或后面对于同一性质提及的技术相同的技术来确定。

通常，乘用车配备有多个扶手，诸如可折叠起来、提供储存空间、杯架等或其组合的中央扶手。此外，前座椅可提供一个或两个可折叠的扶手。包括构造在前车门和后车门(或者，如果没有后车门时则为车辆的侧面)中的扶手也是比较典型的。这些内置式扶手需要足够坚固以满足设计和碰撞规格。图1a和图1b中示出了车辆13的前车门11的典型的内置式扶手10和扶手10相对于乘员12的位置。如可以看出的，扶手10与乘员的胸腔14对齐。

图2a中描绘了典型的扶手10的结构。扶手10包括硬芯15和外层16。硬芯15可包括通常是挤出的蜂窝结构，如图2b所示。外层16可包括附着到硬芯15的充气橡胶或塑料表层，如图2c所示。由于硬芯15和外表层16是分开制造的并且必须被装配在一起，这给制造过程增加了额外的步骤，因此扶手10的制造可能是昂贵且耗时的。因此，需要经济且高效的制造内置式扶手的方法。

在一个或更多个实施例中公开了扶手18，如图3中所示。扶手18及其部分可具有任何形状、尺寸或形式，只要扶手18能够起到为乘员的手臂提供支撑的功能即可。扶手18包括其内部具有图案化的通道阵列22的芯20。扶手18还可包括表层24，表层24与芯20布置在一起以形成扶手18。表层24还可包括多个通道的阵列，该阵列可以与芯20中的阵列相同或不同。当表层24形成扶手18的一部分时，芯可形成扶手18的总质量的至少大约50％、60％、70％、80％、90％或更多。扶手18、芯20和/或表层24可以是可变形的、弹性的、可折叠的、可延展的、柔性的、屈服于侧向碰撞的，或其组合。

参照图4a至图4c，多个通道22沿着芯20的纵向轴线x延伸。通道的尺寸、定向、数量、图案、几何形状或其组合允许扶手18在不同方向上具有不同的刚度响应。具体地，芯20被设计为表现出预定的目标竖直刚度和与预定的目标竖直刚度不同的预定的目标横向刚度。沿着轴线z的目标横向刚度相对小于沿着y轴线的目标竖直刚度。刚度响应的差异允许扶手18满足结构要求，同时还在侧面碰撞期间充分地横向压缩。

如图4a和图4b中所示，描绘了图3中描绘的芯20的示例性透视图，延伸穿过芯20的至少一部分的一个或更多个通道22可具有相同或不同的尺寸。通道22的至少大约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或更多可具有相同的长度、宽度、高度或其组合。如图4a中可以看出的，所有的通道22可具有相同的长度l。或者，如图4b中可以看出的，至少一个通道22可具有与其余通道22不同的长度。通道22可沿着轴线x跨过芯20的总长度。由于芯20的尺寸的不同，所有的通道22可跨过芯20的总长度，同时具有不同的长度。如图4b中所示，至少一个通道22可在一个或更多个位置处由芯材料20阻断。这样的通道22的机个部分彼此分开，同时沿着同一轴线对齐。此外，在一个或更多个实施例中，通道22的特点可以是在其整个长度上具有不同的厚度和/或形状，如图4b中可进一步看出的。

图4c进一步示出了替代实施例，在该替代实施例中，表层24具有足够的厚度以形成扶手18的主要部分并且在表层24中包含至少一个通道22、23或两者。通道23具有至少一个与通道22不同的性质，诸如定向、尺寸、数量、图案、几何形状或目的。例如，通道23可具有比至少一个通道22小或大的尺寸。通道23在表层24内的密度可以比通道22在芯20内的密度高。通道23可沿着与扶手18的纵向轴线x不同的轴线定向。通道23可以按照与通道22的图案不同的图案间隔开，或者按照非预先确定的图案间隔开。通道23可具有与通道22不同的截面不同的几何形状。例如，通道23的截面可以是正方形、圆形、七边形、八边形、九边形、梯形、不规则形状、不对称形状等，或其组合。在又一实施例中，至少一个通道23可并入还具有通道22的芯20中、表层24中或两者，只要扶手18提供的横向方向上的目标硬度仍能够低于竖直方向上的目标硬度即可。

在图4d中示出的又一实施例中，公开了具有包括沿着芯20的竖直轴线y延伸的多个通道22的芯20的扶手18。或者，芯20可包括具有水平定向的通道22的至少一部分和具有竖直定向的通道22的至少一部分。这些实施例中的芯20还被设计为表现出沿着轴线y的预定的目标竖直刚度和沿着轴线z的预定的目标横向刚度，沿着轴线z的预定的目标横向刚度相对小于沿着轴线y的预定的目标竖直刚度，从而在两个方向上产生不同的响应。沿着轴线y竖直定向的通道22与本申请通篇描述的水平定向的通道22具有相同或不同的性质。虽然图5a至图5f、图6a至图6n、图7a至图7e和图9描绘了水平定向的通道的截面视图，但示出的通道22的布置、尺寸、形状、几何形状和图案以及与这些附图有关的描述也适用于竖直定向的通道22。

现参照芯20内的水平定向的通道和竖直定向的通道22，至少一些通道22的宽度w和/或高度h可以是相同或不同的。如图4a所示，所有的通道22的宽度w和高度h可以是相同的。或者，芯20可包括这样的通道22布置，在这样的通道22布置中存在至少两个不同的宽度和/或高度的通道22。图5a至图5d中示出了这样的布置，描绘了图4a至图4c中描绘的芯20的示例性截面视图。图5a和图5c示出了在不止一排或一列中分别具有相同宽度和相同高度的通道22的芯20。图5e和图5f示出了具有至少三个不同宽度(诸如，w1、w2、w3、w4、w5)和高度诸如，h1、h2、h3、h4、h5)的通道22的芯20。具有相同宽度和高度的通道22可均匀地分布在整个芯20中(如图5b和图5d中所示)，或者随机地分布在整个芯20中(诸如图5f中所示)。或者，通道22可以以使得通道22的宽度和高度沿着一个方向(例如，沿着朝向乘员的方向(未示出))增加的方式分布在整个芯20中，如图5e中所示。如图5f进一步示出的，芯20的至少一部分26可以没有通道22。这样的部分26可以构成芯的截面的表面积的大约95％、85％、75％、65％、55％、45％、35％、25％、15％或更少。

芯20可包括一个或更多个通道22。通道22的数量取决于特定应用的特定要求并且可被优化，正如通道22的尺寸、定向、图案和几何形状可被优化以满足期望的规格。通道22的数量指的是芯20的每单位面积中通道的数量。例如，芯20在芯20的每单位面积中可包括1、2、3、5、10、20、30、40、50或更多个通道。通道可形成芯的截面的表面积的1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或更多。

示出图4a至图4c中描绘的芯20的截面视图的图6a至图6m中描绘了具有不同数量的通道的示例性芯20。如图6a至图6c中所示，一个或更多个通道22可位于芯20的中心。或者，至少一些通道22可位于芯20的至少一侧28的旁边，这使芯的中央部分30没有通道22。图6d至图6f示出了这样的实施例。在图6g中示出的实施例中，所有的通道22仅位于芯20的一侧28的旁边，使芯20的大部分都没有通道22。每排中的通道22的数量可以相同，如图6e和图6f所示，或者不同，如图6h和图6i所示。或者，在每排和每列中的通道22的数量相同，如图6j中可以看出的。通道22可以均匀地分布在芯20的整个质量上，如图6j中示出的实施例。或者，所有的通道22可聚集在芯20的一部分内，如图6g中可以看出的。

此外，通道22的阵列的图案可以是规则的(如图6i和图6j中可以看出的)、不规则的(图6k示出的)、对称的(图6b至图6f中示出的)或不对称的(图6k中示出的)。在芯20中可存在多于一个图案的通道22。该图案可使通道沿着芯20的对角线方向设置，如图6l至图6n中所示。该图案可具有任何设计，只要芯20能够实现提供比竖直方向上的目标刚度小的横向方向上的目标刚度的功能即可。在一个或更多个实施例中，每个通道22距芯20的最近侧28的距离d(诸如d1)可以是相同的，如图6b和图6d至图6f所示。或者，对于至少一些通道22，通道22与离通道22最近的侧28之间的距离d(诸如，d1、d2、d3)可以是不同的，如图6k和图6m所示出的。

对于芯20内的至少一些通道22，通道22的几何形状可以相同，或可以不同。每个通道22可具有横向尺寸或宽度为w和竖直尺寸或高度为h的截面。横向尺寸小于竖直尺寸，以使每个通道22的宽度w小于每个通道22的高度h。对于至少一些通道22，w与h之比可以相同，或可以不同。w与h之比可以从大约1:2至1:5。至少大约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或更多通道22可具有相同的截面。对所有的通道22提供相同的截面可简化扶手的制造过程。然而，通道22的几何形状的定制可以为局部优化扶手18的性能提供进一步的机会。

通道22的截面可以是椭圆形(图7a中示出的)；菱形(图7b中示出的)；在其竖直方向上拉长的六边形(图7c中示出的)；椭圆形、圆角矩形、矩形、拉长的四叶形、曲线三角形、三角形、双凸透镜形、风筝形、叶形(如图7d中示出的)。可以设想横向尺寸小于竖直尺寸的任何形状。例如，通道22可具有沿着其竖直轴线拉长且具有多个叶片的叶形或新月形的形状，如图7e所示。对于每个通道22，叶形通道22的每侧上的叶的数量可以相同或不同。或者，每个通道22可沿着至少一个轴线对称或不对称。

为了制造具有如上所述的特点为通道22阵列的芯20的扶手18，公开了3d打印方法，也被称为增材制造，3d打印方法描述了用于基于3d模型或另一电子数据源从数字文件合成实体三维对象的多种不同的过程。在增材制造过程中，通过放置连续的材料层直到构造了整个对象为止来构造对象。这些层中的每一层可被看作是最终对象的薄切片的水平截面。

已经开发了多种3d打印技术，诸如包括立体光刻(stereolithography)的光聚合(vatphotopolymerization)、材料喷射、粘合剂喷射、材料挤出、粉末床熔化、片层压、直接能量沉积。所有的技术使用以下原理并且这些技术的至少一些可用于制造本公开通篇描述的扶手18。使用3d建模程序或使用制作期望对象的3d数字副本的3d扫描器在计算机辅助设计(cad)文件中创建对象的虚拟设计。可以使用能够将真实对象数字化成3d模型的任何其它装置。数字文件包含关于待创建的切片对象的数据，使得可以逐层创建期望的对象。3d打印机读取每个切片并在将每个层与下一层混合时而形成对象，使得小心施加的层几乎不存在任何视觉上可辨识的迹象。这些层形成三维的固体对象。

图8、图10a和图10b中描绘了示例性3d打印机系统32和52。然而，能够3d打印包括如上所述的可定制的表层24和通道22阵列的芯20的内部结构的任何其它装置可用于制造扶手18。系统32和52可进一步包括未描绘的扫描器、计算机系统和能够实现打印机功能的其它常规部件。将要3d打印的扶手18的材料的类型确定将要使用的3d打印机的类型。例如，如果使用树脂，则可以实施立体光刻、数字光处理或多喷嘴3d打印机系统。或者，如果使用聚合物材料，则熔融沉积建模或选择性激光烧结可以是制造扶手18的可行方法。

图8中示出了使用立体光刻的示例性3d打印机系统32。系统32可包括多个部件，诸如一个或更多个材料供应容器34、供应管线36、喷墨打印机头38、用于交联材料的uv固化灯40、成型基板(buildingsubstrate)42、成型平台(buildingplatform)44、用于升起成型平台44的升降器46等。如图8中可以看出的，使用这种打印系统32的3d打印方法可包括从两种不同的材料制造扶手18并在同时逐层施加这两种材料。可以从一个打印机头38供应用于芯20的材料，并从另一个打印机头38供应用于表层24的材料。两个打印机头38可经由供应管线36连接到它们各自的供应容器34。或者，所述方法可包括从相同的材料制造芯20和表层24两者。或者，所述方法可包括从多于两种的材料形成芯20和/或表层。因此，芯20和/或表层24的至少一部分可由与芯20和/或表层24的其余部分不同的材料制成。例如，如图9中所示，芯20内围绕通道22的部分48可由一种材料形成，同时芯20的至少一个其它部分50可由不同的材料制成。这允许进一步局部优化扶手18的性能。例如，扶手18的最靠近乘员12的部分可以由与扶手的最靠近车辆外部的部分的材料不同的材料形成。因此，在侧面碰撞期间，乘员的身体可与扶手18的最柔软的部分接触，这可进一步保护乘员的胸腔或乘员身体的其它部分免受潜在伤害。

在另一个实施例中，使用了图10a中示出的用于熔融沉积建模的示例性3d打印机系统52。3d打印系统52可包括以下部件：一个或更多个材料供应槽53、成型基板42、成型平台44、升降器46和挤出头54。系统52可包括一个、两个或更多个材料供应槽53，使得扶手18可由一种、两种或更多种不同的材料制成，与上面的描述相同。材料供应槽53中的一个可提供材料对正3d打印中的扶手18提供支持。挤出头54(图10b中更详细示出的)包括一个或更多个挤出喷嘴56，材料细丝58正从材料供应槽(图10a中示出的)提供至挤出喷嘴56中。细丝58在到达液化器62之前由驱动机构60拖着移动。随后，液化后的材料根据数字文件逐层沉积并形成扶手18，可选地至少部分地被由支撑材料形成的支撑结构围绕。

可基于特定应用的需求(诸如，需求的强度、柔软度、柔韧性、颜色、环境问题、客户偏好等)来优化可用于制造芯20、表层24或两者的材料。例如，材料可不含或仅含少量的气味和有害材料(诸如苯乙烯)、可产生低排放或变形，或其组合。材料应该能够生产精确且可重复的扶手18，其是随时间变化而保持稳定的、功能良好的、耐用的、耐磨的、耐褪色的、耐化学品的、防水的、耐uv的、具有良好的耐热性、记忆保持、期望的光泽、颜色、机械性能(诸如，韧性、强度、尺寸稳定性等)，或其组合。使用的至少一种材料可进一步给扶手18提供轻微的拉伸和/或提供扶手18的柔软和屈服区域，这增加了扶手18的横向刚度响应和竖直刚度响应之间的差异。这种材料可以是(例如)热塑性弹性体，其允许制造类似于软橡胶的软的、弹性的芯20和/或表层24。

芯20和表层24可由相同的材料或不同的材料制成。或者，较硬的、更刚性的材料可用于芯20，而较软的材料可用于表层24。此外，至少用于制造表层24的材料应制造出扶手18的视觉上和质地上有吸引力的覆层。此外，表层24和/或芯20可由具有与车辆内部(诸如，仿皮革或木纹)匹配的颜色和/或纹理的一种或更多种材料形成。或者，用于表层24和/或芯20的材料可使扶手18与车辆内部的其余部分相比能够在视觉上突显。

可用于3d打印芯20和/或表层24的示例性材料可包括热塑性材料(诸如，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(abs)，abs类热塑料(诸如，absplus、abs-m30、absi、abs-m30i、abs-esd7)、聚碳酸酯(pc)、pc-abs、聚醚酰亚胺(pei)树脂、聚苯砜(ppsf/ppsu)、尼龙、聚酰胺(pa)、聚苯乙烯(ps)、聚乳酸(pla)、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯(asa)、热塑性弹性体(tpe)，工程塑料等或其组合。其它示例性材料可以包括液体uv可固化光聚合物树脂(诸如，环氧类或丙烯酸酯类树脂和其它工程树脂)。

参照图11，通过上面描述的方法制造的扶手18可形成车门或背板66的整个扶手区域64。或者，扶手18可仅形成整个扶手区域的一部分并且可连接到另一部分68，所述另一部分68由不同的材料(诸如较硬的塑料材料)不同地或至少部分不同地形成，或者扶手18可形成所述一部分和所述另一部分两者。可通过任何常规方法来形成这样的连接。此外，如果扶手部分18仅形成整个扶手区域64的一部分，则这些部分之间不会显现出可辨别的差异，并且整个扶手区域64可看起来为整体件。例如，这可以通过从将模拟其余部分68的设计的材料来3d打印芯20和/或表层24来实现。或者，仅打印芯20并将芯20连接到其余部分68，外层可被固定到整个扶手区域64。

虽然上文描述了示例性实施例，但并非意味着这些实施例描述了本公开的所有可能的形式。相反，说明书中使用的词语为描述性词语而非限制，并且应理解在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以作出各种改变。此外，可以组合各种实现的实施例的特征以形成本公开进一步的实施例。