使用预制微桁架插入件来增强和/或强化结构构件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明一般地涉及一种用于在壳体内制造微桁架结构的方法，并且更具体地涉及一种用于在薄支撑壳体内制造微桁架结构的方法，该薄支撑壳体包括通过形成壳体的至少一部分的UV透明壁将UV光照射到壳体中，并且然后将该支撑壳体插入到外结构壳体中。
【背景技术】
[0002]现代车辆装配有许多撞击梁，其针对与诸如其它车辆的对象的碰撞和撞击提供结构完整性。更特别地，传统上在车辆设计中使用撞击梁来通过在车辆损毁的情况下经过变形而吸收能量并且将施加的动态载荷分布到车辆上的其它能量吸收子系统来保护乘坐者免于来自前面、侧面和/或后面的撞击。例如，在车辆上的前能量管理或保险杆组件、后能量管理或保险杆组件和侧面撞击组件中提供撞击梁是已知的。在车辆的前面和后面处的撞击梁通常称为保险杠梁，并且在车辆的侧面上的撞击梁有时称为防入侵杆。在所有情况中，可以期望提供具有低质量、高弯曲刚度和强度以及每单位质量的高能量吸收的撞击梁。轻质要求由燃料经济性标准和撞击梁位于非常接近于和非常远离车辆的质量中心两者处的事实决定。如果梁要在没有损坏的情况下幸免于低速撞击并在高速撞击事件的整个持续时间内传递撞击载荷，则使弯曲刚度和强度最大化是必须的。此外，高水平能量吸收转化为对车辆乘坐者的减少的载荷传递，因此增加安全性。
[0003]在一个已知车辆前能量管理系统中，撞击梁由与内部结构芯材组合的顶部和底部面板组成，以便以轻质且成本有效的方式提供高能量撞击阻力。通常，用于此类系统的撞击梁包括被挤压、滚压成型等的铝、钢、碳纤维等层。可在撞击梁上形成硬能量吸收层，其在更接近于仪表板的一侧具有外仪表板装饰面板的一般形状，并且在更接近于撞击梁的一侧具有撞击梁的前面的一般形状。然后在硬能量吸收层上形成软能量吸收层，并且然后在软能量吸收层上提供前仪表盘面板。硬能量吸收层和软能量吸收层的组合提供撞击梁与前仪表盘面板之间的过渡，从而允许系统符合前仪表盘面板的期望形状，其可能具有车辆式样所需要的显著角度和形式。硬能量吸收层和软能量吸收层还提供仪表盘面板与撞击梁之间的过渡，以有效地吸收低速撞击而不损害系统完整性。
[0004]在本领域中已知的是提供具有夹层结构的车辆撞击梁。一般地可将这些现有技术撞击梁分类成三个设计，即完全或部分地用聚合物或金属泡沫加强的空心梁、用蜂巢状蜂窝式芯材加强的单或双侧表板以及形成的复合材料撞击梁。针对完全或部分地用轻质泡沫芯材加强的空心金属或聚合基质复合管结构，被用于芯材的材料可以是被结合、机械地附接或过盈配合到管结构中的金属或聚合物泡沫。芯材的目的是承载夹层结构中的剪切载荷，并在低或高速撞击的情况下吸收能量，这是取决于泡沫的密度和组成的区别。使用蜂巢或蜂巢状有序蜂窝式芯材来向一个或两个平坦表板提供加强具有开放侧的夹层设计，并且具有蜂巢、离散增强或酒箱结构，其从撞击梁的前面向后朝着车辆的乘客车厢延伸。如果在芯材与乘客车厢之间不包括第二表板，则芯材材料必须是相对致密的，因为其向邻近剪切载荷传递的结构提供大部分弯曲刚度。
[0005]对于连续或不连续纤维加强聚合基质复合材料撞击梁而言，基质材料可以是经由树脂传递模塑、压缩模塑、吹塑或其它类似制造工艺而引入的热塑塑料或热固性聚合物。
[0006]在本领域还已知制造一种光聚合物波导的三维网络，其包括在下文中等价地称为微桁架或微框格的单桁架或框格架构。例如，美国专利号7，653，279和7，382，959公开了一种用于制造此类微桁架结构的过程。一般地，该过程包括提供用一定体积的可硬化单体填充并被包括战略定位孔口的掩蔽件覆盖的储器或模具。UV光源被相对于该掩蔽件定位，并且通过掩蔽件孔口暴露于校准UV光形成一系列互连自传播光聚合物波导(在本文中称为支柱)，而形成桁架或框格架构。一旦形成光聚合物波导，则储器排空未聚合单体，其未被暴露于UV光。微桁架结构然后可经历后续硬化操作，以增加光聚合物波导中的交联密度。此后续硬化可经由热硬化、对UV光的附加暴露、等效方法或其组合来实现。
【发明内容】
[0007]本公开描述了一种用于制造微桁架结构的方法，该微桁架结构具有用于车辆撞击结构的特定应用。该方法包括提供一种具有多个壁的薄的支撑壳体，其中，壁的至少一个对于紫外线(UV)光而言是透明的。用液体光单体树脂来填充该支撑壳体，并且通过掩蔽件中的孔口且通过所述至少一个透明壁将来自至少一个UV源的光指引到壳体中，从而使其中的树脂柱聚合并至少部分地硬化，以形成聚合支柱，其将微桁架芯材限定在被固定于壁的壳体中。然后将支撑壳体插入到外结构壳体中。
[0008]本发明还公开了如下方案。
[0009]方案1.一种用于制造微桁架结构的方法，所述方法包括:
提供包括多个壁的薄的支撑壳体，其中，所述壁中的至少一个对于紫外线(UV)光而言是透明的；
用液体光单体树脂来填充所述支撑壳体；
通过掩蔽件中的孔口且通过所述至少一个透明的壁将来自至少一个UV源的光指引到所述支撑壳体中，从而使其中的所述树脂聚合并至少部分地硬化，以形成聚合支柱，其将微桁架芯材限定在被固定到所述壁的所述支撑壳体中；
提供外结构壳体；以及
将所述支撑壳体插入到所述结构壳体中，并将其固定在那里。
[0010]方案2.根据方案I所述的方法，还包括在所述微桁架芯材已被至少部分地硬化之后从所述支撑壳体排出未硬化液体树脂。
[0011]方案3.根据方案2所述的方法，还包括在所述支撑壳体已被排出之后使所述微桁架芯材完全硬化。
[0012]方案4.根据方案3所述的方法，其中，将所述支撑壳体插入到所述结构壳体中包括在所述微桁架芯材处于部分硬化状态中的同时将所述支撑壳体插入到所述结构壳体中。
[0013]方案5.根据方案4所述的方法，还包括在将所述支撑壳体插入到所述结构壳体中之后使所述微桁架芯材完全硬化。
[0014]方案6.根据方案3所述的方法，其中，使所述微桁架芯材完全硬化包括在将所述支撑壳体被插入到所述结构壳体中之前使所述微桁架芯材完全硬化。
[0015]方案7.根据方案6所述的方法，还包括将所述支撑壳体和所述完全硬化微桁架芯材加热到所述支撑壳体和所述微桁架芯材变得能够弯曲且柔软但未被损坏的温度，然后将所述支撑壳体插入到所述结构壳体中，并且然后允许所述支撑壳体和所述微桁架芯材冷却并变成刚性的。
[0016]方案8.根据方案I所述的方法，其中，所述支撑壳体和所述结构壳体具有不同的形状。
[0017]方案9.根据方案I所述的方法，其中，所述结构壳体是单件式壳体。
[0018]方案10.根据方案I所述的方法，其中，所述结构壳体是多件式壳体，其中，所述支撑壳体位于所述结构壳体的一件中，并且然后所述结构壳体的另一件位于所述支撑壳体之上。
[0019]方案11.根据方案I所述的方法，其中，提供包括多个壁的支撑壳体包括提供包括对UV光透明的仅一个壁的支撑壳体。
[0020]方案12.根据方案I所述的方法，其中，提供包括多个壁的支撑壳体包括提供包括对UV光透明的其所有壁的支撑壳体。
[0021]方案13.根据方案I所述的方法，其中，提供包括多个壁的支撑壳体包括提供包括六个壁的支撑壳体。
[0022]方案14.根据方案I所述的方法，还包括在将所述支撑壳体插入到所述结构壳体中之前在所述支撑壳体中切割分段槽缝以使得所述支撑壳体更加能够弯曲。
[0023]方案15.根据方案I所述的方法，其中，所述微桁架结构是车辆结构。
[0024]方案16.根据方案15所述的方法，其中，所述车辆结构是撞击梁。
[0025]方案17.—种用于制造用于车辆的微桁架结构的方法，所述方法包括:
提供包括多个壁的薄的支撑壳体，其中，所述壁中的至少一个对于紫外线(UV)光而言是透明的；
用液体光单体树脂来填充所述支撑壳体；
通过掩蔽件中的孔口且通过所述至少一个透明的壁将来自至少一个UV源的光指引到所述支撑壳体中，从而使其中的所述树脂聚合并部分地硬化，以形成聚合支柱，其将微桁架芯材限定在被固定到所述壁的所述支撑壳体中；
在所述微桁架芯材已被至少部分地硬化之后从所述支撑壳体排出未硬化液体树脂；
提供外结构壳体；
将所述支撑壳体插入到所述结构壳体中，并将其固定在那里；以及在将所述支撑壳体插入到所述结构壳体中之后使所述微桁架芯材完全硬化。
[0026]方案18.根据方案17所述的方法，其中，提供包括多个壁的壳体包括提供包括对UV光透明的仅一个壁的壳体。
[0027]方案19.根据方案17所述的方法，还包括在将所述壳体插入到所述外部壳体中之前在所述壳体中切割分段槽缝，以使得所述支撑壳体更加能够弯曲。
[0028]方案20