BR112017000041B1 - Sistemas e métodos para fabricação de membros de ligação - Google Patents

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Abstract

um método para fabricação de um membro de ligação destinado para conectar tubos para uma estrutura ou armação espacial, onde a estrutura ou armação espacial pode ser um chassi de veículo, é proporcionado. o método pode gerar ligações com geometria variável e características finas que podem reduzir os custos de produção, reduz o tempo de produção, e gera ligações configuradas para aplicações alta-mente específicas. a ligação pode incluir características de centralização que podem criar um espaço entre uma superfície do tubo e uma superfície da ligação através do qual adesivos possam fluir.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA [0001 ] Este pedido reivindica prioridade ao Pedido de Patente Provisório dos Estados Unidos No. de Série 62/020.084, depositado em 2 de julho de 2014, que é totalmente aqui incorporado por referência.
ANTECEDENTES [0002] A construção de estruturas ou armações espaciais é usada em aplicações automotivas, estruturais, marinhas, e muitas outras aplicações. Um exemplo de construção de estrutura espacial pode ser uma construção de chassi de armação de tubo soldada, frequentemente usada em desenho de veículo de baixo volume e alto desempenho, devido às vantagens de baixos custos de ferramental, flexibilidade de desenho, e a capacidade de produzir estruturas de alta eficiência. Estas estruturas requerem que tubos do chassi sejam conectados em uma ampla variedade de ângulos, e podem requerer que o mesmo ponto de conexão acomode uma variedade de geometrias de tubo. Os métodos de fabricação tradicionais dos membros de ligação para conexão de tal chassi de armação de tubo, podem incorrer em altos custos de equipamento e de manufaturamento.
RESUMO [0003] Existe uma necessidade de um método de fabricação que possa ser capaz de gerar ligações para conectar tubos com uma variedade de parâmetros geométricos. Aqui proporcionado é um método de impressão em 3-D de ligações para a conexão de tubos, tais como tubos de fibra de carbono. As ligações podem ser impressas de acordo com a especificação de requisições geométricas e físicas em cada ponto de interseção do tubo. O método de impressão em 3-D das ligações pode
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2/38 reduzir os custos de produção, e pode ser facilmente dimensionado. [0004] O método de impressão em 3-D descrito nesta revelação pode permitir a impressão de características finas nas ligações que não podem ser alcançáveis através de outros métodos de fabricação. Um exemplo de uma característica fina descrita nesta revelação pode ser características de centralização para forçar o centro de um tubo de conexão e o centro de uma saliência de união da ligação a ser co-axial. As características de centralização podem proporcionar uma folga entre uma superfície externa da região interna de uma ligação, e uma superfície interna de um tubo de conexão, através das quais adesivo podem ser aplicados. Outro exemplo pode ser que peças de encaixe podem ser impressas na ligação, que podem se conectar ao equipamento para introduzir adesivo para ligar uma ligação e montagem de tubo.
[0005] Os aspectos da invenção são direcionados a um método de fabricação de um membro de ligação para conexão de uma pluralidade de tubos de conexão que formam uma estrutura espacial, o método compreendendo: determinar um ângulo relativo de tubo, tamanho de tubo, e forma de tubo, para cada da pluralidade de tubos de conexão a serem conectados pelo membro de ligação; determinar a direção de tensão e magnitude a serem exercidas pela pluralidade de tubos de conexão no membro de ligação; e impressão em 3-D do membro de ligação tendo uma configuração que (1) acomoda o ângulo relativo do tubo, tamanho de tubo, e forma de tubo, em cada membro de ligação, e (2) suporta a direção de tensão e magnitude exercidas pela pluralidade de tubos de conexão.
[0006] Em algumas concretizações, a estrutura espacial é configurada para pelo menos encerrar parcialmente um volume tridimensional. Cada tubo de conexão da pluralidade de tubos de conexão pode ter um eixo longitudinal ao longo de um plano diferente. A estrutura espacial
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3/38 pode ser uma estrutura de chassi do veículo.
[0007] O método pode ainda compreender características de centralização de impressão em 3-D em pelo menos uma porção do membro de ligação. As características de centralização podem ser impressas em uma saliência da ligação do membro de ligação configurado para ser inserido em um tubo de conexão. As características das características de centralização podem ser determinadas baseado na direção de tensão e magnitude a serem exercidas pela pluralidade de tubos de conexão no membro de ligação. A direção de tensão e magnitude a serem exercidas pela pluralidade de tubos de conexão no membro de ligação podem ser determinadas empiricamente ou computacionalmente. [0008] Um aspecto adicional da invenção pode ser direcionado a um chassi de veículo compreendendo: uma pluralidade de tubos de conexão; e uma pluralidade de membros de ligação, cada membro de ligação dimensionado e moldado para se unir com pelo menos um subconjunto da pluralidade dos tubos de conexão na pluralidade de tubos de conexão para formar uma estrutura de quadro tridimensional, no qual a pluralidade de membros de ligação são formadas por uma impressora de 3-D.
[0009] Em algumas concretizações, cada membro de ligação da pluralidade de membros de ligação é dimensionado e moldado tal que o membro de ligação contata uma superfície interna e uma superfície externa de um tubo de conexão quando o tubo de conexão é unido ao membro de ligação. Opcionalmente, pelo menos um membro de ligação da pluralidade de membros de ligação compreende características de encaminhamento internas formadas durante impressão em 3-D do membro de ligação. As características de encaminhamento internas podem proporcionar uma rede de passagens para transporte de fluido através do chassi do veículo quando a estrutura de quadro tridimensional é
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4/38 formada. As características de encaminhamento internas podem proporcionar uma rede de passagens para transporte de eletricidade através de componentes elétricos através de todo o chassi de veículo quando a estrutura de quadro tridimensional é formada.
[0010] A pluralidade de membros de ligação pode compreender características de montagem formadas durante impressão em 3-D dos membros de ligação. As características de montagem podem proporcionar montagens de painel para montagem de painéis na estrutura de quadro tridimensional.
[0011] Um sistema para formação de uma estrutura pode ser provido de acordo com um aspecto adicional da invenção. O sistema pode compreender: um sistema de computador que recebe dados de entrada que descrevem um ângulo relativo de tubo, tamanho de tubo, e forma de tubo para cada de uma pluralidade de tubos de conexão a serem conectados por uma pluralidade de membros de ligação para formar uma armação da estrutura, no qual o sistema de computador é programado para determinar uma direção de tensão e magnitude a serem exercidas pela pluralidade de tubos de conexão na pluralidade de membros de ligação: e uma impressora de 3-D em comunicação com o sistema de computador configurado para gerar a pluralidade de membros de ligação tendo um tamanho e forma que (1) acomoda o ângulo relativo do tubo, tamanho de tubo, e forma de tubo em cada membro de ligação, e (2) suporta a direção de tensão e magnitude exercidas pela pluralidade de tubos de conexão.
[0012] Em alguns casos, a armação da estrutura pelo menos encerra parcialmente um volume tridimensional. A pluralidade de membros de ligação pode ainda compreender características de centralização em pelo menos uma porção do membro de ligação formado pela impressora de 3-D. As características de centralização podem ser impressas em
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5/38 uma saliência da ligação do membro de ligação configurado para ser inserido em um tubo de conexão. As características das características de centralização podem ser determinadas baseado na direção de tensão e magnitude a serem exercidas pela pluralidade de tubos de conexão em cada membro de ligação.
[0013] Aspectos adicionais e vantagens da presente revelação tornar-se-ão prontamente aparentes àqueles técnicos no assunto a partir da seguinte descrição detalhada, no qual somente concretizações ilustrativas da presente revelação são mostradas e descritas. Conforme será compreendido, a presente revelação é capaz de outras e concretizações diferentes, e seus vários detalhes são capazes de modificações em vários aspectos óbvios, todos sem fugir da revelação. Consequentemente, os desenhos e descrição são para serem relacionados como ilustrativos em natureza, e não como restritivos.
INCORPORAÇÃO POR REFERÊNCIA [0014] Todas as publicações, patentes, e pedidos de patente mencionados neste relatório descritivo são aqui incorporados por referência à mesma extensão como se cada publicação individual, patente, ou pedido de patente fosse especificamente e individualmente indicada para ser incorporada por referência.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0015] As novas características da invenção são colocadas com particularidade nas reivindicações em anexo. Uma melhor compreensão das características e vantagens da presente invenção será obtida por referência à seguinte descrição detalhada que apresentam concretizações ilustrativas, em que os princípios da invenção são utilizados, e os desenhos acompanhantes (também “figura” e “FIG.” aqui), das quais: [0016] A FIG. 1 mostra um exemplo de um chassi de estrutura espacial construído de tubos de fibra de carbono conectados por nodos
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6/38 impressos em 3-D.
[0017] A FIG. 2 mostra um fluxograma do processo usado para desenhar e construir ligações.
[0018] A FIG. 3 mostra um computador em comunicação com uma impressora de 3-D.
[0019] A FIG. 4 mostra um fluxograma detalhada descrevendo como um modelo de desenho pode ser usado para gerar ligações impressas para montagem do dado modelo de desenho.
[0020] A FIG. 5 mostra um exemplo de uma ligação impressa usando o método aqui descrito.
[0021] A FIG. 6 mostra uma ligação conectada aos tubos onde os tubos estão em ângulos não-iguais relativos entre si.
[0022] A FIG. 7 mostra uma ligação com 5 saliências.
[0023] A FIG. 8 mostra uma ligação impressa para conectar com tubos de tamanho de seção transversal não-igual.
[0024] A FIG. 9a-d mostra exemplos de características de centralização impressas nas ligações.
[0025] A FIG. 10 mostra um fluxograma descrevendo um método para escolher características de centralização baseadas em uma carga ou tensão esperada em uma ligação.
[0026] A FIG. 11 mostra uma seção transversal de uma saliência da ligação com peças de encaixe conectando às passagens internas na parede lateral da saliência da ligação.
[0027] A FIG. 12a-c mostra ligações impressas com características estruturais integradas e passagens para encaminhamento elétrico e de fluido.
DESCRIÇÃO DETALHADA [0028] Enquanto que várias concretizações da invenção foram
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7/38 mostradas e descritas aqui, será óbvio àqueles técnicos no assunto que tais concretizações são providas por meio de exemplo somente. Numerosas variações, mudanças, e substituições, podem ocorrer àqueles técnicos no assunto sem fugir da invenção. Deve ser compreendido que várias alternativas às concretizações da invenção aqui descrita, podem ser empregadas.
[0029] Esta revelação proporciona um método para fabricar um membro de ligação por manufaturamento aditivo e/ou subtrativo, tal como impressão em 3-D. O membro de ligação pode ser configurado para proporcionar uma conexão de uma pluralidade de tubos de conexão, que podem ser usados para a construção de uma estrutura espacial de peso leve. Uma estrutura espacial pode ser uma armação que tem um volume tridimensional. Uma estrutura espacial pode ser uma armação que pode aceitar um ou mais painéis para pelo menos parcialmente encerar a armação. Um exemplo de uma estrutura espacial pode ser um chassi de veículo. Vários aspectos da revelação descrita podem ser aplicados a qualquer das aplicações aqui identificadas em adição a quaisquer outras estruturas compreendendo uma construção de armação de ligação/tubo. Deve ser compreendido que aspectos diferentes da invenção podem ser apreciados individualmente, coletivamente, ou em combinação entre si.
[0030] A FIG. 1 mostra um chassi de veículo 100, incluindo tubos de conexão 101a, 101b, 101c conectados por um ou mais nodos (também conhecidos como ligações) 102, de acordo com uma concretização da invenção. Cada membro de ligação pode compreender um corpo central e um ou mais orifícios que se prolongam do corpo central. Um nodo de multi-orifício, ou membro de ligação, pode ser provido para conectar os tubos, tal como tubos de fibra de carbono, para formar uma estrutura bi ou tridimensional. A estrutura pode ser uma armação. Em
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8/38 um exemplo, uma estrutura bidimensional pode ser uma armação planar, enquanto que uma estrutura tridimensional pode ser estrutura espacial. Uma estrutura espacial pode encerar um volume na mesma. Em alguns exemplos, uma estrutura tridimensional de estrutura espacial pode ser um chassi de veículo. O chassi de veículo pode ser ter um comprimento, largura, e altura que podem encerar um espaço no mesmo. O comprimento, largura, e altura do chassi de veículo podem ser maiores do que uma espessura de um tubo de conexão.
[0031] Um chassi de veículo pode formar a estrutura de um veículo. Um chassi de veículo pode proporcionar a estrutura para colocação dos painéis de corpo de um veículo, onde os painéis de corpo podem ser painéis de porta, painéis de teto, painéis de piso, ou quaisquer outros painéis que formam o encerramento do veículo. Além disso, o chassi pode ser o suporte estrutural para as rodas, trem de acionamento, bloco do motor, componentes elétricos, sistemas de aquecimento e resfriamento, assentos, ou espaço de armazenagem. Um veículo pode ser um veículo de passageiro capaz de transportar pelo menos cerca de 1 ou mais, 2 ou mais, 3 ou mais, 4 ou mais, 5 ou mais, 6 ou mais, 7 ou mais, 8 ou mais, dez ou mais, vinte ou mais, ou trinta ou mais passageiros. Exemplos de veículos podem incluir, mas não são limitados a, sedans, caminhões, ônibus, vans, minivans, peruas, RVs, trailers, tratores, kartes, automóveis, trens, ou motocicletas, barcos, veículos espaciais, ou aviões. O chassi de veículo pode proporcionar um fator de forma que corresponde ao fator de forma do tipo de veículo. Dependendo do tipo de veículo, o chassi de veículo pode ter configurações variadas. O chassi de veículo pode ter níveis variados de complexidade. Em alguns exemplos, uma estrutura espacial tridimensional pode ser provida, que pode proporcionar uma estrutura externa para o veículo. A estrutura externa pode ser configurada para aceitar painéis
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9/38 de corpo para formar um encerramento tridimensional. Opcionalmente, suportes internos ou componentes podem ser providos. Os suportes internos ou componentes podem ser conectados à estrutura espacial através da conexão ao um ou mais membros de ligação da estrutura espacial. Layouts diferentes de nodos de multi-orifícios e tubos de conexão podem ser providos para acomodar configurações diferentes de chassi de veículo. Em alguns casos, um conjunto de nodos pode ser disposto para formar um desenho de chassi único simples. Alternativamente, pelo menos um subconjunto do conjunto de nodos pode ser usado para formar uma pluralidade de desenhos de chassi. Em alguns casos, pelo menos um subconjunto de nodos em um conjunto de nodos pode ser montado em um primeiro desenho de chassi e, em seguida, desmontado e reutilizado para formar um segundo desenho de chassi. O primeiro desenho de chassi e o segundo desenho de chassi podem ser os mesmos, ou eles podem ser diferentes. Os nodos podem ser capaz de suportar tubos em um plano bi ou tridimensional. Por exemplo, um nodo de pontas múltiplas pode ser configurado para conectar tubos que nem todos caem dentro do mesmo plano. Os tubos conectados a um nodo de pontas múltiplas podem ser providos em um modo tridimensional, e podem abranger três eixos ortogonais. Em concretizações alternadas, alguns nodos podem conectar tubos que podem compartilhar um plano bidimensional. Em alguns casos, o membro de ligação pode ser configurado para conectar dois ou mais tubos no qual cada tubo nos dois ou mais tubos tem um eixo longitudinal ao longo de um plano diferente. Os planos diferentes podem ser planos de intersecção.
[0032] Os tubos de conexão 101a, 101b, 101c do veículo podem ser formados de um material de fibra de carbono, ou qualquer outro material composto disponível. Exemplos de materiais compostos podem incluir composto de fibra de carbono de módulo alto, composto de fibra
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10/38 de carbono de alta resistência, composto de fibra de carbono de onda plana, composto de carbono de trama acetinada dura, composto de fibra de carbono de baixo módulo, ou composto de fibra de carbono de baixa resistência. Em concretizações alternadas, os tubos podem ser formados de outros materiais, tais como plásticos, polímeros, metais, ou ligas de metal. Os tubos de conexão podem ser formados de materiais rígidos. Os tubos de conexão podem ter dimensões variadas. Por exemplo, tubos de conexão diferentes podem ter comprimentos diferentes. Por exemplo, os tubos de conexão podem ter comprimentos na ordem de cerca de 1 polegada, 3 polegadas, 6 polegadas, 9 polegadas, 1 pé, 2 pés, 3 pés, 4 pés, 5 pés, 6 pés, 7 pés, 8 pés, 9 pés, 10 pés, 11 pés, 12 pés, 13 pés, 14 pés, 15 pés, 20 pés, 25 pés, ou 30 pés. Em alguns exemplos, os tubos podem ter o mesmo diâmetro, ou diâmetros variados. Em alguns exemplos, os tubos podem ter diâmetros na ordem de cerca de 1/16, 1/8, 1/4, 1/2, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, ou 20.
[0033] Os tubos de conexão podem ter qualquer forma de seção transversal. Por exemplo, os tubos de conexão podem ter uma forma substancialmente circular, forma quadrada, forma oval, forma hexagonal, ou qualquer forma irregular. A seção transversal do tubo de conexão pode ser uma seção transversal aberta, tal como um canal em “C”, feixe em “I”, ou ângulo.
[0034] Os tubos de conexão 101a, 101b, 101c podem ser tubos ocos. Uma porção oca pode ser provida ao longo do comprimento total do tubo. Por exemplo, os tubos de conexão podem ter uma superfície interna e uma superfície externa. Um diâmetro interno para o tubo pode corresponder a uma superfície interna do tubo de conexão. Um diâmetro externo do tubo pode corresponder a um diâmetro externo do tubo. Em algumas concretizações, a diferença entre o diâmetro interno e o diâmetro externo pode ser menor do que ou igual a cerca de 1/32, 1/16,
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1/8, 1/4, 1/2, 1, 2, 3, 4, ou 5. Um tubo de conexão pode ter duas extremidades. As duas extremidades podem ser opostas entre si. Em concretizações alternativas, os tubos de conexão podem ter três, quatro, cinco, seis ou mais extremidades. A estrutura de chassi do veículo pode compreender tubos de fibra de carbono conectados com nodos 102.
[0035] O nodo de orifícios múltiplos 102 (também conhecido como ligações, membro de ligações, ligações, conectores, saliências) apresentados nesta descrição podem ser adequados para uso em uma estrutura de chassi do veículo, tal como a armação mostrada na FIG.1. Os nodos na armação do chassi 100 podem ser designados para assentar os ângulos do tibo representados pelo desenho do chassi. Os nodos podem ser pré-formados a geometrias desejadas para permitir montagem rápida e de baixo custo do chassi. Em algumas concretizações, os nodos podem ser pré-formados usando técnicas de impressão em 3-D. A impressão em 3-D pode permite que os nodos sejam formados em uma ampla série de geometrias que podem acomodar configurações diferentes de armação. A impressão em 3-D pode permitir que os nodos sejam formados baseado em um arquivo de desenho gerado por computador que compreende dimensões dos nodos.
[0036] Um nodo pode ser composto de um material metálico (por exemplo, alumínio, titânio, ou aço inoxidável, latão, cobre, aço cromomolibdênio, ou ferro), um material composto (por exemplo, fibra de carbono), um material polimérico (por exemplo, plástico), ou alguma combinação destes materiais. O nodo pode ser formado de um material em pó. A impressora de 3-D pode fundir e/ou sinterizar pelo menos uma porção do material em pó para formar o nodo. O nodo pode ser formado de um material substancialmente rígido.
[0037] O nodo pode suportar tensão aplicada em ou próxima ao
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12/38 nodo. O nodo pode suportar compressão, tensão, torsão, tensões de cisalhamento, ou alguma combinação destes tipos de tensão. A magnitude da tensão suportada no nodo pode ser pelo menos 1 Mega Pascal (MPa), 5 MPa, 10 MPa, 20 MPa, 30 MPa, 40 MPa, 50 MPa, 60 MPa, 70 MPa, 80 MPa, 90 MPa, 100 MPa, 250 MPa, 500 MPa, ou 1 GPa. O tipo, direção, e magnitude da tensão podem ser estéticos e dependentes da localização do nodo em uma armação. Alternadamente, o tipo de tensão, direção, e magnitude, podem ser dinâmicos, e uma função do movimento do veículo, por exemplo, a tensão no nodo pode mudar à medida que o veículo sobe e desce uma montanha.
[0038] A FIG. 2 mostra um fluxograma que descreve um método para impressão em 3-D de membros de ligação para tubos de conexão, tais como tubos de fibra de carbono, em uma estrutura espacial. Neste método, um modelo de desenho de chassi é escolhido 201. O modelo de desenho de chassi pode ser um novo desenho, ou um desenho armazenado em uma biblioteca que pode compreender desenhos anteriormente usados, ou desenhos de estoque comum. O desenho do chassi pode ser gerado por um usuário que forma as ligações com o processo de impressão em 3-D, ou por um usuário que é diferente a partir do usuário que forma as ligações. O desenho do chassi pode ser editável. O desenho do chassi pode ser feito disponível através de um local de mercado online. A partir do desenho do chassi escolhido, as especificações do tubo (por exemplo, diâmetro interno e externo, seção transversal do tubo, e ângulos do tubo relativos entre si nos pontos de conexão), são determinadas 202. Em seguida, as tensões dinâmicas e estáticas em cada ponto de conexão de tubo são determinadas 203. As tensões dinâmicas e estáticas em cada ponto de conexão de tubo podem ser determinadas usando um modelo computacional, por exemplo, uma análise de elemento finito. Usando as propriedades físicas e estruturais
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13/38 determinadas nas etapas 202 e 203, a ligação (nodo) é designada 204. Finalmente, na última etapa, as ligações são geradas usando uma impressora de 3-D de acordo com a especificação determinada pelas etapas anteriores 205. Duas ou mais ligações podem ser formadas simultaneamente. Altemativamente, as ligações podem ser formadas uma de cada vez.
[0039] Um modelo de desenho de chassi pode ser gerado em qualquer programa de software de desenho estrutural disponível, por exemplo, AutoCAD, Autodesk, Solid Works, ou Solid Edge. O modelo de desenho do chassi pode ser gerado em uma ferramenta de desenho padronizado simples, proporcionada às requisições do desenho de estrutura espacial. Esta ferramenta customizada pode interfacear ao software de desenho estrutural existente para gerar automaticamente geometrias de nodo completas de um conjunto mínimo de dados de entrada (por exemplo, ângulos relativos de tubos que entram em um dado nodo). Após geração de um modelo do chassi, cada ponto de conexão do tubo pode ser definido. Os pontos de conexão do tubo podem ser localizações onde uma ligação é usada para conectar dois ou mais tubos. As características dos pontos de conexão do tubo podem ser determinadas pelo modelo, e usadas para definir a estrutura da ligação necessária para o desenho, por exemplo, o número de tubos, dimensões do tubo, e ângulos relativos de tubos, podem ser determinados. O número de tubos em cada ligação pode ser determinado a partir do modelo de chassi, por exemplo, uma ligação pode conectar 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, ou 10 tubos. O diâmetro e a forma de seção transversal de cada tubo de conexão em uma localização da ligação podem ser determinados a partir do modelo. Por exemplo, uma ligação pode conectar um tubo quadrado, tubo redondo, tubo oval, tubo triangular, tubo pentagonal, tubo hexagonal, ou um tubo irregularmente moldado. Os tubos conectados à
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14/38 ligação podem todos reterem a mesma forma de seção transversal, ou elas podem variar. O diâmetro do tubo de conexão pode ser determinado a partir do modelo, um tubo de conexão pode ter um diâmetro de pelo menos cerca de 1/16, 1/8, 1/4, 1/2, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, ou 20. Os tubos conectados à ligação podem todos terem o mesmo diâmetro, ou o diâmetro pode variar. Os ângulos relativos dos tubos em cada ligação podem também serem determinados a partir do modelo do chassi.
[0040] Opcionalmente, um usuário pode designar uma porção do desenho do chassi, ou proporcionar especificações para o desenho a cumprirem. O software executado por um ou mais processadores pode designar o restante do chassi, ou proporcionar detalhes do chassi de acordo com a especificação. O processador pode gerar pelo menos uma porção do desenho sem requerer qualquer intervenção humana adicional. Qualquer das características descritas aqui podem ser inicialmente designadas pelo software, um usuário, ou ambos os softwares e o usuário.
[0041] As localizações de componentes estruturais, mecânicas, elétricas, e de fluido adicionais podem também serem determinadas a partir do software de desenho estrutural. Por exemplo, a localização de painéis de cisalhamento, painéis estruturais, sistemas de choque, bloco do motor, circuitos elétricos, e passagens de fluido, pode ser determinada pelo software de desenho estrutural. O modelo de chassi pode ser usado para definir o desenho da ligação, tal que as ligações podem se integrarem com as localizações dos componentes estruturais, mecânicos, elétricos, e de fluido.
[0042] O modelo de chassi pode ser usado para calcular a direção de tensão e magnitude em cada ligação. A tensão pode ser calculada
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15/38 usando uma análise de elemento finito empregando um modelo de tensão linear ou não-linear. A tensão pode ser calculada nas ligações, enquanto que o chassi é estacionário, ou enquanto que o chassi está se movendo ao longo de uma trajetória típica, por exemplo, ao longo de uma linha reta, trajetória curvada, ao longo de uma superfície lisa, ao longo de uma superfície acidentada, terreno plano, ou terreno montanhoso. A tensão calculada na ligação pode ser tensão de cisalhamento, tensão de esforço, tensão compressiva, tensão torcionai, ou uma combinação de tipos de tensão. As ligações podem incluir características de desenho para suportar as tensões calculadas. As características de desenho incluídas na ligação podem ser configuradas para cumprir com um padrão de segurança específico. Por exemplo, a ligação pode ser configurada para suportar a tensão calculada dentro de um fator de segurança de pelo menos 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, ou 50. As ligações podem ser designadas para suportar tubos sobre uma armação que pode vibrar ou suportar choque ou impacto. Por exemplo, um chassi de veículo pode ser acionado sobre uma rodovia, e pode experimentar vibrações de longo prazo. As ligações podem ser capazes de suportarem as forças e tensões exercidas na ligação causadas pelas vibrações por um longo período de tempo. Em outro exemplo, um veículo pode experimentar um impacto se o veículo fosse colidir com outro objeto. As ligações podem ser designadas para suportarem o impacto. Em alguns exemplos, as ligações podem ser designadas para suportarem o impacto até um certo grau pré-determinado. Opcionalmente, eles podem ser desejáveis para as ligações deformarem ou alterarem sua configuração além do grau pré-determinado, e absorvem choque. As ligações podem ser designadas para encontrar várias especificações e critérios de armação. Em alguns casos, as ligações podem ser designadas para formar um chassi que encontra as requisições de estado ou de
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16/38 segurança nacional para os veículos do consumidor e/ou veículos comerciais.
[0043] O desenho final da ligação pode ser determinado pelas requisições de dimensão e forma do tubo, localização de componentes estruturais, mecânicos, elétricos, e de fluido, integrados, e o tipo e magnitude do tipo de tensão calculado, junto com quaisquer especificações de desempenho. A FIG. 3 mostra um diagrama de como um modelo computacional de uma ligação que encontra as especificações necessárias pode ser desenvolvido em um programa de software em um dispositivo 301. O dispositivo pode compreender um processador e/ou uma memória. A memória pode compreender meio legível por computador não-transitório compreendendo código, lógica, ou instruções para realizar uma ou mais etapas, tais como as etapas de desenho ou computações. O processador pode ser configurado para realizar as etapas de acordo com o meio legível por computador não-transitório. O dispositivo pode ser um computador desktop, celular, smartphone, tablet, laptop, servidor, ou qualquer outro tipo de dispositivo computacional. O dispositivo pode estar em comunicação com uma impressora de 3-D 302. A impressora de 3-D 302 pode imprimir a ligação de acordo com o desenho desenvolvido no programa software. A impressora de 3-D pode ser configurada para gerar um objeto através do manufaturamento aditivo e/ou subtrativo. A impressora de 3-D pode ser configurada para formar um objeto de composto metálico, ou objeto de polímero. A impressora de 3-D pode ser uma impressora de sinterização de laser de metal direta (DMLS), impressora de fusão de feixe de elétron (EBM), impressora de modelagem de deposição fundida (FDM), ou uma impressora Polyjet. A impressora de 3-D pode imprimir ligações produzidas de titânio, alumínio, aço inoxidável, plásticos estruturais, ou qualquer outro material estrutural.
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17/38 [0044] A impressão em 3-D pode compreender um processo de produção de uma estrutura tridimensional baseada em um modelo computacional ou eletrônico como uma entrada. A impressora de 3-D pode empregar qualquer técnica de impressão conhecida, incluindo deposição por extrusão, ligação granular, laminação, ou estereolitografia. A técnica geral de impressão em 3-D pode envolve a ruptura do desenho do objeto tridimensional em uma série de camadas digitais que a impressora em seguida formará camada por camada até que o objeto seja completado. As ligações podem ser impressas em um modo camada por camada, e podem acomodar uma ampla faixa de desenhos geométricos e características detalhadas, que podem incluir características internas e externas.
[0045] As ligações impressas em 3-D podem ser montadas com os tubos para formar uma estrutura de armação. O desenho pode ser flexível para acomodar as últimas mudanças do desenho. Por exemplo, se um tubo de suporte é adicionado ao último desenho no processo de desenho, ligações adicionais podem ser impressas rapidamente, e à baixo custo, para acomodar o tubo de suporte adicional. O método de uso de um modelo de computador em comunicação com uma impressora de 3-D para gerar ligações pode permitir que uma ampla faixa de geometrias seja produzida rapidamente a baixo custo.
[0046] A FIG. 4 mostra um fluxograma detalhada do método anteriormente descrito. As etapas descritas são proporcionadas por meio de exemplo somente. Algumas etapas podem ser omitidas, completadas na ordem, ou complementadas com outras etapas. Qualquer das etapas pode ser realizada automaticamente com auxílio de um ou mais processadores. A uma ou mais etapas podem ou não podem ser realizadas com entrada do usuário de intervenção. O processo começa com a etapa 401, que envolve escolher um desenho da armação, tal como um
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18/38 desenho do chassi, o desenho pode ser escolhido de uma biblioteca de desenhos armazenados, ou pode ser um novo desenho desenvolvido para um projeto específico.
[0047] Após o desenho ser escolhido, as próximas etapas são 402a, 402b, 402c, e/ou 402d, que podem incluir calcular as necessidades estruturais, ou especificações para as ligações da armação. As etapas 402a-d podem ser completadas em qualquer ordem, todas as etapas 402a-d podem ser completadas, ou somente algumas das etapas podem ocorrer. A etapa 402a envolve calcular a carga estrutural em cada ligação. A carga estrutural pode ser determinada por um método de elemento finito, e pode incluir a direção e magnitude de tensões de cisalhamento, tensões compressivas, esforços de tensão, tensão torsional, ou qualquer combinação de tensões. As tensões podem ser calculadas assumindo que o veículo está em movimento, ou assumindo que o veículo está estacionário. Isto pode também incluir calcular qualquer especificações de desempenho, tais como segurança, manufaturamento, especificações de durabilidade. A etapa 402b é para mapear o fluido e rotas elétricas através de todo o veículo. Exemplos de passagens de fluido podem incluir dutos de refrigerante, lubrificação, ventilação, condicionamento de ar, e/ou aquecimento. Exemplos de sistema elétrico que pode requerer encaminhamento elétrico de uma fonte para um sistema pode incluir sistemas de áudio, sistemas de luz interior, sistemas de luz exterior, componentes de ignição do motor, sistemas de navegação à bordo, e sistemas de controle. A etapa 402c é a determinação do ângulo do tubo, forma, e tamanho de cada ligação. Na etapa 402d, os componentes estruturais, tais como painel e conexões de suspensão, são mapeados.
[0048] Após o cálculo das necessidades/especificações da ligação
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19/38 nas etapas 402a-d, o membro de ligação pode ser designado para acomodar as necessidades/especificações da ligação nas etapas 403a-d. O método de desenho da ligação pode compreender as etapas 403a-d. As etapas 403a-d podem ser completadas em qualquer ordem, todas as etapas 403a-d podem ser completadas ou somente algumas das etapas podem ocorrer. O perfil de tensão conhecido em cada ligação pode determinar a espessura de parede da ligação, o material da ligação, ou características de centralização necessárias para imprimir na ligação 403a. Após o fluido e rotas elétricas serem mapeados, características de encaminhamento internas correspondentes podem ser designadas para serem impressas nas ligações 403b. A ligação pode ter características de encaminhamento internas separadas para o fluido e trajetórias elétricas, ou a ligação pode ter uma característica de encaminhamento compartilhada pelo fluido e passagens elétricas. Após determinar o ângulo do tubo, forma, e tamanho, a ligação pode ser designada 403c tal que ela pode acomodar os tubos necessários, enquanto que encontra as outras especificações. Usando o mapa determinado em 402d, as localizações das características de conexão integradas são designadas para serem impressas nas ligações 403d. Tais etapas de desenho podem ocorrer em sequência, ou em paralelo. As várias necessidades de desenho de ligação podem ser consideradas em combinação quando se desenha a ligação para impressão. Em alguns exemplos, o processo de impressão em 3-D pode também ser considerado no desenho da ligação.
[0049] Na etapa final 404, um conjunto de ligações impressas são produzidas para uso na montagem de armação escolhida em 401. As ligações impressas podem ser 3-D em conformidade com a ligação designada usando as considerações coletivas das etapas 403a-d. As ligações impressas podem ser usadas para completar a montagem do
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20/38 chassi.
[0050] O método de impressão em 3-D aqui descrito, adaptado para fabricar ligações para tubos de conexão, pode diminuir o tempo requerido para montar um chassi. Por exemplo, o tempo total para projetar e construir um chassi pode ser menos do que ou igual a cerca de 15 min, 30 min, 45 min, 1 hora, 2 horas, 3 horas, 4 horas, 5 horas, 6 horas, 7, horas, 8 horas, 9 horas, 10 horas, 12 horas, 1 dia, 2 dias, 3 dias, 4 dias, 5 dias, 6 dias, 1 semana, 2 semanas, 3 semanas, 4 semanas, ou 1 mês. Em alguns exemplos, a impressão de uma ligação pode levar menos do que ou igual a cerca de 1 min, 3 min, 5 min, 10 min, 15 min, 20 min, 30 min, 40 min, 50 min, 1 hora, 1,5 horas, 2 horas, 2,5 horas, ou 3 horas. O tempo requerido para montar um chassi pode ser reduzido porque o método de impressão em 3-D pode requerer menos ferramentas do que um método de produção simples. No método aqui descrito, uma única ferramenta (por exemplo, impressora de 3-D) pode ser configurada para fabricar uma pluralidade de ligações com especificações diferentes (por exemplo, tamanhos/formas). Por exemplo, uma série de ligações pode ser impressa usando uma única impressora de 3-D que todos têm o mesmo desenho. Em outro exemplo, uma série de ligações pode ser impressa usando uma única impressora de 3-D, a série de ligações tendo desenhos diferentes. Os desenhos diferentes podem todos pertencerem à mesma montagem de armação, ou podem ser impressos para montagens de armação diferentes. Isto pode proporcionar um grau mais alto de flexibilidade na programação de tarefas de impressão de ligação em um local, e pode permitir que um fabricante otimize a produção de ligações para encontrar objetivos especificados. Em alguns casos, a impressora de 3-D pode ser dimensionada e moldada tal que ela pode ser transportada a um local onde um veículo está sendo construído. Além disso, a impressão em 3-D pode aumentar o
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21/38 controle de qualidade ou consistência das ligações.
[0051] O processo de produção descrito pela FIG. 4 pode reduzir o tempo e custo de produção. O tempo e custos de produção podem ser reduzidos por redução do número de ferramentas requeridas para formar uma ou mais ligações. Todas das ligações podem ser formadas com a impressora de 3-D única também. Similarmente, o tempo e/ou custo de produção podem ser reduzidos por um nível mais alto de controle de qualidade comparado a outras técnicas de produção que são proporcionadas pela impressora de 3-D. Por exemplo, o custo de produção de ligações usando o método anteriormente descrito pode reduzir os custos de produção por pelo menos 5%, 10%, 15%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, ou 90%, comparado a outros métodos. O uso de impressão em 3-D para a produção de ligações para conectar tubos em uma estrutura espacial permite que cada ligação tenha forma e dimensões diferentes, sem requerer moldes ou ferramentas separadas para cada ligação. O processo de impressão em 3-D para ligações pode ser facilmente proporcionado.
[0052] Um exemplo de uma ligação que pode ser produzida usando o método de impressão em 3-D descrito é mostrada na FIG. 5. A ligação mostrada na FIG. 5 tem uma porção de corpo 501 e três orifícios aceitadores 502 que saem do corpo da ligação. Os orifícios aceitadores 502 podem ser localizações para união com um tubo de conexão. Os orifícios aceitadores podem se unir com um tubo de conexão por serem inseridos em uma porção interior do tubo de conexão, e/ou sobrepondo uma superfície exterior do tubo de conexão. Os orifícios aceitadores podem ter qualquer ângulo relativo entre si em três espaços dimensionais. O ângulo dos orifícios relativo entre si pode ser representado pelo desenho do chassi. Em alguns exemplos, três ou mais orifícios podem ser providos. Os três ou mais orifícios podem ou não podem ser
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22/38 coplanares. Os orifícios podem ser capaz de aceitarem tubos redondos, quadrados, ovais, ou tubos irregularmente moldados. Formas/dimensões de seção transversal diferentes para os tubos de conexão, os orifícios podem ser configurados para acomodar formas/dimensões diferentes de tubos, os orifícios podem ter formas/dimensões de seção transversal diferentes. Os orifícios podem ser redondos, quadrados, ovais, ou irregularmente moldados.
[0053] A saliência 502 pode ser designada tal que ela pode ser inserida em um tubo de conexão. A espessura de parede da saliência da ligação pode ser impressa tal que a ligação é capaz de suportar a carga estrutural calculada por um modelo de elemento finito para o desenho de chassi completo. Por exemplo, uma ligação que necessita suportar uma grande magnitude de carga pode ter uma parede mais espessa do que uma ligação que suporta uma carga menor.
[0054] A FIG. 6 mostra uma ligação 601 conectando com três tubos 602a-c. A figura mostra como a ligação pode ser designada para conectar tubos em ângulos variados. Os ângulos entre um conjunto de tubos que se conectam a uma ligação podem ser iguais ou não-iguais. No exemplo mostrado na FIG. 6, dois dos ângulos são rotulados, o ângulo entre o tubo 602a e 602b é rotulado 603, e o ângulo entre os tubos 602b e 602c é rotulado 604. Na FIG. 6, os ângulos 603 e 604 são não iguais. Valores possíveis para 603 e 604 podem ser pelo menos 1°, 5°, 10°, 15°, 20°, 30°, 45°, 60°, 75°, 90°, 105°, 120°, 135°, 150°, 165°, ou 180°. [0055] As ligações podem ser impressas com qualquer número de orifícios aceitadores projetantes para se unirem com um tubo de conexão. Por exemplo, a ligação pode ter pelo menos um, dois, três, quatro, cinco, seis, sete, oito, nove, dez, doze, quinze, vinte, trinta, ou cinquenta orifícios aceitadores, ou forcados. A ligação pode ter menos do que qualquer do número de orifícios aceitadores aqui descritos. A ligação pode
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23/38 ter um número de orifícios aceitadores que caem um uma faixa entre qualquer dois dos valores aqui descritos. A FIG. 7 mostra um exemplo de uma ligação com cinco saliências. Além disso, as saliências podem ter diâmetros iguais ou não-iguais. Por exemplo, a FIG. 8 mostra uma ligação 801 designada para aceitar tubos de diâmetros diferentes com um tubo menor sendo aceito no orifício superior 802 e tubos maiores aceitos nos orifícios inferiores 803. Em outro exemplo, orifícios diferentes na mesma ligação podem ser capaz de aceitarem tubos com uma proporção de diâmetro entre tubos diferentes de 1:2, 1:3, 1:4, 1:5, 1:6, 2:3, 2:5, 2:7, 3:5, ou 3:7. No caso de tubos não-redondos, o diâmetro pode ser representado pela escala de comprimento fundamental relevante, por exemplo, comprimento lateral no caso de um tubo quadrado. Adicionalmente, tubos com formas de seção transversal diferentes podem ser capazes de assentarem em saliências diferentes na mesma ligação. Por exemplo, uma ligação pode ter saliências com toda ou qualquer combinação de redonda, oval, quadrada, retangular, ou formas irregulares. Em outras implementações, uma ligação simples pode ter saliências com diâmetros iguais e/ou a mesma forma. A impressão em 3D da ligação pode acomodar esta série ampla de configurações de ligação.
[0056] A ligação pode ser impressa tal que ela compreende uma região da saliência configurada para assentar dentro de um tubo de conexão e uma borda para assentar sobre o tubo de conexão. A saliência da ligação configurada para assentar dentro do tubo de conexão pode ser impressa tal que uma região anular pode ser formada entre a superfície da saliência e o diâmetro interno da borda.
[0057] O método de impressão em 3-D aqui descrito pode permitir a inclusão de características estruturais finas que podem ser impossíveis ou de custo proibitivo usando outros métodos de fabricação. Por
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24/38 exemplo, as características de centralização podem ser impressas na região da saliência da ligação. As características de centralização podem ser saliências elevadas, ou outras formas em um padrão regular ou irregular na saliência da ligação. As características de centralização podem centralizar a saliência da ligação dentro de um tubo de conexão quando uma ligação e tubo são montados. Se adesivo é colocado entre a saliência da ligação e o tubo de conexão, as características de centralização podem criar trajetórias de fluido para espalhar o adesivo em uma espessura ou localização desejadas. Em outro exemplo, peças de encaixe podem ser impressas nas ligações. As peças de encaixe podem proporcionar orifícios de vácuo ou de injeção para introdução de adesivo em um espaço entre uma saliência da ligação e um tubo de conexão. Em alguns casos, as características de centralização podem promover ainda distribuição de adesivo no espaço entre a saliência da ligação e o tubo de conexão, conforme aqui descrito em detalhe em qualquer lugar aqui.
[0058] A características de centralização pode compreender um padrão impresso elevado na saliência da ligação designada para assentar dentro de um tubo de conexão. As características de centralização podem ser impressas na saliência da ligação quando a saliência é originalmente formada, ou elas podem ser impressas na saliência da ligação alguma vez após a ligação ter sido designada. A característica de centralização pode ser elevada de uma superfície externa de uma saliência do orifício aceitador (região de engatamento do tubo). A altura de uma característica de centralização elevada pode ser pelo menos 0,001, 0,005, 0,006, 0,007, 0,008, 0,009, 0,010, 0,020, 0,030, 0,040, ou 0,050. As características de centralização podem, de preferência, serem impressas na região da saliência configurada para assentar dentro do tubo de conexão, conforme mostrado na FIG. 9a-d. Em
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25/38 uma concretização alternativa, a características de centralização pode ser impressa na região de borda na ligação configurada para assentar sobre o diâmetro externo do tubo de conexão em adição a, ou ao invés da impressão das características de centralização na região de engatamento do tubo. As características de centralização podem ser impressas em qualquer ou ambas das saliências configuradas para assentar dentro do tubo de conexão, e a região de borda na ligação configurada para assentar sobre o diâmetro externo do tubo de conexão.
[0059] As FIGs. 9a-d mostram vistas detalhadas de quatro concretizações de características de centralização de ligação possíveis. A FIG. 9a mostra uma característica de centralização de pequeno nó 901, esta característica compreende um padrão de pontos elevados em uma região de engatamento do tubo da saliência da ligação. Uma região de engatamento do tubo da saliência da ligação pode ser uma porção da saliência da ligação configurada para entrar em contato com uma superfície do tubo. A região de engatamento do tubo pode ser configurada para ser inserida no tubo. Os pontos pode ser providos em uma mais linha ou coluna, ou em linhas e/ou colunas escalonadas. Os pontos elevados podem ter um diâmetro de pelo menos 0,001, 0,005, 0,006, 0,007, 0,008, 0,009, 0,010, 0,020, 0,030, 0,040, ou 0,050.
[0060] A FIG. 9b mostra uma característica de centralização de trajetória em espiral 902, esta característica compreende uma linha elevada contínua que enrola ao redor do comprimento total da região de engatamento do tubo da saliência da ligação. A linha elevada contínua pode envolver ao redor da saliência da ligação do tubo uma única vez ou múltiplas vezes. Desenhos alternativos podem compreender características de centralização com uma característica de centralização em espiral elevada que não envolve redor do diâmetro total da região de engatamento do tubo. Em concretizações alternativas, a característica
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26/38 de centralização em espiral pode enrolar redor de 10°, 20°, 30°, 40°, 50°, 60°, 70°, 80°, 90°, 100°, 110°, 120°, 130°, 140°, 150°, 180°, 190°, 200°, 210°, 220°, 230°, 240°, 250°, 260°, 270°, 280°, 290°, 300°, 310°, 320°, 330°, 340°, 350°, ou o total de 360° da circunferência da região de engatamento. A característica de centralização pode ainda compreender linhas elevadas múltiplas que enrolam ao redor do comprimento total do tubo sem intersecção em um modo similar a roscas de parafuso de multi-partida.
[0061] A FIG. 9c mostra uma característica de centralização de labirinto 903, esta característica compreende linhas tracejadas elevadas circunscrevendo a região de engatamento do tubo da ligação a um ângulo de 90 graus para a direção do comprimento da saliência da ligação. Linhas tracejadas adjacentes na característica de centralização de labirinto são organizadas em um padrão escalonado. Séries múltiplas de linhas tracejadas podem ser providas. As linhas tracejadas podem ser substancialmente paralelas entre si. Alternativamente, ângulos variados podem ser providos.
[0062] A FIG. 9d mostra uma característica de centralização em hélice interrompida 904, esta característica compreende linhas tracejadas elevadas circunscrevendo a região de engatamento de tubo da ligação a um ângulo de 45 graus para a direção do comprimento da região de engatamento do tubo. Em outro exemplo, a característica de centralização pode ter uma linha elevada circunscrevendo a região de engatamento do tubo em um ângulo de 1°, 5°, 10°, 15°, 20°, 30°, 45°, 60°, 75°, 90°, 105°, 120°, 135°, 150°, 165°, ou 180°. As linhas tracejadas nas características de centralização mostradas na FIG. 9c e FIG 9d podem ter um comprimento de pelo menos 0,005, 0,006, 0,007, 0,008, 0,009, 0,010, 0,020, 0,030, 0,040, 0,050, ou 0,100.
[0063] Outros padrões em adição àqueles descritos nas FIG. 9a Petição 870170000138, de 02/01/2017, pág. 35/118
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FIG. 9d podem ser usados. Padrões alternativos podem incluir linhas tracejadas em ângulos irregulares ou espaçamento, uma combinação de linhas e pontos, ou um grupo de linhas cheias enrolando ao redor da região de engatamento com espaçamento uniforme ou não-uniforme entre as linhas. Em alguns exemplos, as características de centralização podem ser padronizadas de modo a direcionar linha, podem não ser desenhadas de uma extremidade distal de uma saliência interna para a extremidade proximal sem intersecção com uma ou mais características de centralização. Isto pode forçar o adesivo a tomar uma trajetória mais redonda, e encorajar a difusão do adesivo, conforme aqui descrito em qualquer lugar. Alternativamente, uma linha reta pode ser provida de uma extremidade distal a uma extremidade proximal da saliência interna sem intersecção com uma ou mais característica de centralização. [0064] As características de centralização podem ser impressas na saliência da ligação com densidades diferentes. Por exemplo, uma saliência da ligação pode ser impressa tal que 90% da saliência é coberta com características de centralização elevadas. No caso com 90% de cobertura da característica de centralização, as características podem ser muito proximamente espaçadas. Alternativamente, as características de centralização podem cobrir pelo menos 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, ou 95% da saliência. As características de centralização podem cobrir menos do que qualquer das percentagens aqui descritas. As características de centralização podem cair dentro de uma faixa entre quaisquer dois dos valores de percentagem aqui descritos. A densidade das características de centralização impressas nas ligações pode ser escolhida para proporcionar uma característica estrutural conforme determinada a partir do modelo do chassi.
[0065] As características de centralização podem ser elevadas, tal
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28/38 que uma montagem de ligação/tubo compreende o espaço entre uma superfície interna do tubo de conexão e a superfície da saliência da ligação designada para entrar em um tubo de conexão. A tolerância entre o diâmetro de tubo interno e a saliência pode ser tal que a ligação e tubo formam uma conexão de ajuste de força. No caso de uma conexão de ajuste de força, as características de centralização podem ou não podem deformar após inserção do tubo na ligação. As características de centralização podem centralizar a saliência da ligação dentro de um tubo de conexão, tal que a distância entre a superfície interna do tubo de conexão e a superfície da saliência da ligação pode ter uma espessura de raio uniforme. Alternativamente, as características de centralização podem encorajar a distribuição não-uniforme do espaço entre a saliência da ligação e o tubo de conexão.
[0066] Características de centralização diferentes podem ser impressas em ligações diferentes na mesma estrutura de chassi. Características de centralização diferentes podem ser impressas em saliência da ligação diferentes na mesma ligação. As características de centralização impressas em uma saliência da ligação podem ser escolhidas de modo que a ligação suporta um perfil de tensão determinado por uma análise de elemento finito realizada na estrutura do chassi. Um exemplo de um método para determinar uma característica de centralização para imprimir em uma ligação é mostrado na FIG. 10. Neste método, a primeira etapa 1001 é determinar a carga ou tensão em uma saliência da ligação. A tensão pode ser calculada usando uma análise de elemento finito empregando um modelo de tensão linear ou não-linear. A tensão pode ser calculada nas ligações, enquanto que o chassi está estacionário, ou enquanto que o chassi está se movendo ao longo de uma trajetória típica, por exemplo, ao longo de uma linha reta, trajetória curva, terreno plano, ou terreno montanhoso. A tensão calculada na ligação
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29/38 pode ser tensão de cisalhamento, tensão de esforço, tensão compressiva, tensão torsional, ou uma combinação de tipos de tensão. A próxima etapa no método mostrado na FIG. 10 é escolher uma característica de centralização que proporcionará suporte estrutural ótimo para o perfil de tensão ou carga determinado 1002. A escolha de uma característica de centralização pode envolver a escolha de qualquer combinação de padrão, dimensão, e densidade de uma possível característica de centralização. A etapa final no processo pode ser imprimir a característica de centralização na ligação.
[0067] Por exemplo, uma ligação que é esperada experimentar uma força de tensão de alta magnitude pode ser impressa com uma característica de centralização de cerne pequeno, tal que uma área de contato de adesivo entre a ligação e o tubo é maximizada. Em outro exemplo, uma ligação que é esperada experimentar uma tensão torsional na direção horária pode ser impressas com uma característica de centralização espiral na direção horária para proporcionar resistência à força torsional.
[0068] A dimensão e densidade das características de centralização podem também serem escolhidas de modo que a ligação suporta um perfil de tensão determinado por uma análise computacional e/ou empírica realizada na estrutura do chassi. A altura da característica de centralização pode determinar o volume do anular formado entre a superfície da saliência da ligação e o diâmetro interno de um tubo de conexão. O volume do anular pode ser enchido com adesivo quando a ligação e tubo são montados. A altura da característica de centralização pode ser escolhida tal que o volume de adesivo é otimizado para suportar a tensão esperada ou carga na ligação. A densidade das características de centralização pode também alterar o volume da região anular. Por exemplo, uma ligação com uma alta densidade de características
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30/38 de centralização pode ter um volume menor na região anular, comparada a uma ligação com uma densidade esparsa de características de centralização. A densidade da característica de centralização pode ser escolhida tal que o volume de adesivo é otimizado para suportar a tensão esperada ou carga na ligação.
[0069] As peças de encaixe para a conexão de vácuo ou tubulação de injeção podem ser impressas diretamente na ligação. As peças de encaixe podem ser impressas na ligação no momento que a ligação é impressa, tal que a ligação e as peças de encaixe podem ser formadas a partir do mesmo material a granel. Alternativamente, as peças de encaixe podem ser impressas separadamente, e adicionadas à ligação após ela ser impressa. As peças de encaixe podem ter trajetórias internas delicadas que podem ser impossíveis de alcançar com métodos de produção outros do que impressão em 3-D. Em alguns casos, o fluido pode ser distribuído a um espaço anular entre a região de aceitação do tubo da saliência e um diâmetro interno de um tubo fixado à saliência através da peça de encaixe, e/ou as trajetórias internas em comunicação de fluido com a peça de encaixe. O fluido pode ser um adesivo. O adesivo pode ser sugado ou empurrado na região anular através das peças de encaixe impressas. As peças de encaixe podem estar posicionadas em lados opostos da ligação para distribuir uniformidade de adesivo. Duas ou mais peças de encaixe podem ser fixadas à ligação simetricamente ou assimetricamente. Por exemplo, elas podem ser providas circunferencialmente opondo-se a uma outra em um orifício aceitador de uma ligação. Elas podem ser providas em ou próximas a uma extremidade proximal de um orifício aceitador para uma ligação. Alternativamente, elas podem ser providas em ou próximas a uma extremidade distal de um orifício aceitador da ligação, ou quaisquer combinações destes. Uma ligação pode ter pelo menos cerca de 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15,
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31/38 ou 20 peças de encaixe em cada saliência.
[0070] As peças de encaixe pode estar posicionadas distantes de, em proximidade à, ou co-axialmente com, uma característica de ligação interna tal como a trajetória de fluido no lado de dentro de uma parede da saliência da ligação interna que pode proporcionar revestimento de adesivo uniforme. A FIG. 11 mostra uma seção transversal de um exemplo de uma saliência da ligação com peças de encaixe 1101 conectando-se a uma trajetória de fluido interna 1102 no lado de dentro de uma parede da saliência da ligação. A trajetória interna pode ser impressa na parede lateral da ligação. A trajetória interna pode ter uma descarga 1103 na região anular. A trajetória interna pode introduzir fluido (por exemplo, adesivo) na região anular. A trajetória interna pode ter uma seção transversal redonda, uma seção transversal quebrada, uma seção transversal oval, ou uma seção transversal irregularmente formada. O diâmetro da trajetória interna pode ser pelo menos 1/100, 1/64, 1/50, 1/32, 1/16, 1/8, 1/4, ou 1/2. SE a trajetória de fluido interna tem uma seção transversal não redonda, os diâmetros listados podem corresponder a uma escala de comprimento fundamental relevante da seção transversal. A trajetória de fluido pode se deslocar ao longo do comprimento total da saliência da ligação, ou qualquer fração do comprimento.
[0071] Peças de encaixe podem ser moldadas e configuradas para se conectarem com equipamento de injeção à vácuo e/ou pressão. As peças de encaixe de impressão diretamente na ligação podem diminuir a necessidade do equipamento injetar adesivo na região anular. Após o adesivo ser introduzido, as peças de encaixe podem ser removidas a partir da ligação por corte ou fusão da peça de encaixe fora da ligação. [0072] As características estruturais integradas podem ser impresPetição 870170000138, de 02/01/2017, pág. 40/118
32/38 sas diretamente em ou no interior das ligações. As características estruturais integradas podem incluir encanamento de fluido, ligação elétrica, ônibus elétrico, montagens de painel, montagens de suspensão, ou características de localização. As características estruturais integradas podem simplificar o desenho do chassi e diminuir o tempo, trabalho, partes, e custo necessários para construir a estrutura do chassi. A localização das características estruturais integradas em cada ligação pode ser determinada pelo modelo do chassi e o software pode se comunicar com uma impressora de 3-D para fabricar cada ligação com as características estruturais integradas necessárias para um desenho de chassi escolhido.
[0073] As ligações pode ser impressas tal que elas compreendem características de montagem para painéis de cisalhamento ou painéis de corpo de um veículo. As características de montagem nas ligações podem permitir que os painéis sejam conectados diretamente a uma estrutura de chassi do veículo. As características de montagem nas ligações podem ser designadas para se unirem com características de união complementares nos painéis. Por exemplo, as características de montagem nas ligações podem ser flanges com furos para hardware (por exemplo, roscas, parafusos, porcas, ou rebites), encaixes, ou flanges designados para soldagem ou aplicação de adesivo. As FIGs. 12ac mostram características das ligações designadas para integração com outros sistemas à bordo de uma estrutura, tal como um veículo. As ligações podem ser designadas para integrarem com painéis de cisalhamento ou painéis de corpo de uma estrutura.
[0074] A FIG. 12a mostra uma ligação com um flange 1201. O flange 1201 pode ser usado para se conectar a um painel de cisalhamento ou painel de corpo (não mostrados). No caso de uso dos memPetição 870170000138, de 02/01/2017, pág. 41/118
33/38 bros de ligação para construir um chassi de veículo, o membro de ligação pode ser integrado com um sistema de suspensão. Um sistema de suspensão pode compreender absorvedores hidráulicos, de ar, de borracha, ou absorvedores de choque carregados com mola. O sistema de suspensão pode se conectar ao membro de ligação por uma fixação a um flange 1201. O flange pode ser impresso tal que ele contém pelo menos um furo 1202 para união com hardware de conexão (por exemplo, rosca, prego, rebite).
[0075] As ligações podem ser impressas, tal que elas incluem passagens integradas para conexões elétricas. As conexões elétricas integradas nas ligações podem ser eletricamente isoladas. As conexões elétricas integradas nas ligações podem ser aterradas. As conexões elétricas integradas nas ligações podem estar em comunicação com o cabeamento conduzido através de tubos conectados à ligação. A ligação elétrica pode ser usada para proporcionar energia aos sistemas à bordo de um veículo, e/ou para proporcionar energia a uma bateria para dar partida ou operar o motor do veículo. Os sistemas à bordo de um veículo que usa energia a partir das ligações integradas podem incluir, navegação, áudio, mostrador de vídeo, janelas de energia, ou ajuste de sede de energia. A distribuição de energia dentro de um veículo pode se deslocar exclusivamente através de uma rede de tubo/junta. A FIG. 12b mostra uma concretização possível de ligação para encaminhamento de fios elétricos através de toda a estrutura. A ligação mostrada na FIG. 12b tem uma região de entrada 1203; esta entrada pode ser usada para inserção de conexões ou fios elétricos. Os fios elétricos podem ser inseridos na região de entrada e encaminhados a partir da ligação ao tubo para transmissão através de todo o chassi. Um ou mais sistemas que podem ser energizados usando os fios elétricos podem se conectar com o fio através da região de entrada. As conexões elétricas integradas nas
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34/38 ligações podem proporcionar ligações que permitem que um usuário ligue em um ou mais dispositivos para obter energia para o dispositivo. Em alguns casos, um ou mais contatos elétricos podem ser impressos nas ligações antes, após, ou durante a impressão em 3-D das ligações. [0076] As ligações podem ser impressas, tal que elas compreendem um sistema integrado de aquecimento e resfriamento de fluido para proporcionar calor e condicionamento de ar no chassi do veículo. Outras aplicações podem incluir resfriamento e/ou aquecimento de vários componentes do veículo. Os sistemas de integração de fluido (por exemplo, gás ou líquido) na construção da ligação/tubo, podem parcialmente ou totalmente eliminar a necessidade de dutos de ar convencionais e encanamento do desenho do veículo. As ligações podem encaminhar fluido quente ou frio de uma fonte de produção (por exemplo, elemento de aquecimento elétrico, trocador de calor do bloco do motor, refrigerador, unidade de condicionamento de ar, ou fervedor) a uma localização no chassi onde um passageiro ou operador do veículo possa desejar aquecer ou resfriar o interior. As ligações podem conter componentes integrados para entrada de fluido quente ou frio de uma fonte, distribuir fluido quente ou frio, e ventilar o fluido quente ou frio a uma localização distante da fonte. As ligações e tubos na montagem podem ser termicamente isolados usando fibra de vidro, isolamento de espuma, celulose, ou lã de vidro. A ligação e montagem de tubo podem ser herméticas à fluido. No caso de uma ligação compreendendo um sistema integrado de fluido, a concretização da ligação mostrada na FIG. 12b pode ser usada. Uma entrada, tal como a entrada ilustrada na figura 1203, pode ser usada para encaminhar fluido para aquecimento ou resfriamento através de toda a estrutura por meio de tubulação do fluido entre uma pluralidade de ligações através dos tubos do conector.
[0077] Uma vista em corte transversal de uma ligação que pode
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35/38 ser usada para encaminhamento de um fluido ou eletricidade é mostrada na FIG. 12c. No exemplo mostrado na FIG. 12c, duas saliências da ligações são unidas por uma passagem interna 1204. Em uma concretização, a ligação na FIG. 12c pode encaminhar fluido ou ligação a partir da entrada em 1205 para a saída em 1206. As passagens usadas para encaminhamento de fluido e eletricidade podem ser as mesmas passagens, ou elas podem ser separadas. O encaminhamento da ligação iinterna pode manter dois ou mais fluidos separados dentro de uma ligação, enquanto que ainda proporciona encaminhamento desejado entre os tubos, ou do tubo aos conectores montados na ligação, ou características.
[0078] As ligações podem ser impressas tal que elas incluem características de localização ou de integração integradas. As características podem capacitar identificação ou manuseio automáticos das ligações durante montagem e processamento. Exemplos de características de localização podem incluir um relevo cilíndrico (por exemplo, um relevo com uma ranhura plana e radial), uma forma em C extrudada com uma tampa, uma baioneta ou baioneta reversa assentando com um padrão de pino não-simétrico, uma característica de gancho, ou outras características com geometria que podem unicamente definir a orientação característica e posição quando examinadas. Estas características de localização podem ser interfaceadas a ou agarradas por agarradores robóticos ou ferramentas de retenção de operação. A interface da ligação pode ser totalmente definida, uma vez que o movimento de agarramento começa, é parcialmente acabado, ou é completado. As características de localização podem capacitar posicionamento repetível e, opcionalmente, automático da ligação antes de e durante montagem da estrutura espacial. A geometria de definição das características podem
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36/38 também capacitar os sistemas automáticos a coordenarem o movimento de ligações múltiplas ao longo de trajetórias definidas no espaço durante inserção de tubos nas ligações. Pelo menos dois tubos podem ser inseridos em ligações múltiplas em paralelo sem resultar na ligação geométrica durante montagem. A característica de localização integrada pode adicionalmente compreender características de identificação integral. Por exemplo, as características de identificação podem ser um código de barras dimensional, dois códigos QR bidimensionais, um padrão geométrico tridimensional, ou uma combinação destes elementos. A característica de identificação pode codificar informação sobre a ligação a qual ela está fixada. Esta informação da ligação pode incluir: geometria da ligação, incluindo a orientação das entradas do tubo relativas à característica de identificação/localização; material da ligação; posicionamento de injeção de adesivo e orifício de vácuo relativos às características de identificação/localização; adesivo requerido pela ligação; e diâmetros de tubo da ligação. A característica combinada de identificação/localização pode capacitar posicionamento automático de ligações para montagem que requer que informação externa seja suprida à célula de montagem automática.
[0079] Qualquer das características aqui descritas podem ser impressas com o restante da ligação. Por exemplo, a ligação total incluindo as várias características aqui descritas (por exemplo, características de centralização, peças de encaixe, passagens, etc.), podem ser impressas em uma única etapa, e formam um material integral único. Alternativamente, características específicas podem ser impressas em um componente de ligação pré-existente. Por exemplo, uma característica central pode ser impressa em um orifício aceitador existente.
[0080] Um método de impressão em 3-D de fabricação de ligação pode ser um processo de produção de alta eficiência. Um único conjunto
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37/38 de equipamento pode ser configurado para gerar uma variedade de geometrias de ligação com características detalhadas variadas. A produção pode ter requisições de tempo e custo mais baixas comparadas aos métodos de produção tradicionais; além disso, o processo pode ser facilmente dimensionado de produção de pequeno volume a produção de grande volume. O processo pode proporcionar controle de qualidade superior sobre métodos de produção tradicionais que podem reduzir perda associada com partes deformadas e o tempo requerido para recriar partes que não podem encontrar um padrão de controle de qualidade.
[0081] Enquanto que concretizações preferidas da presente invenção foram mostradas e descritas aqui, será óbvio àqueles técnicos no assunto que tais concretizações são proporcionadas por meio de exemplo somente. É pretendido que a invenção seja limitada pelos exemplos específicos proporcionados no relatório descritivo. Enquanto que a invenção foi descrita com referência ao relatório descritivo antes mencionado, as descrições e ilustrações das concretizações aqui não são significativas para serem construídas em um sentido limitante. Numerosas variações, mudanças, e substituições ocorrerão agora àqueles técnicos no assunto sem fugir da invenção. Além disso, deve ser compreendido que todos os aspectos da invenção não são limitados às representações específicas, configurações ou proporções relativas aqui colocadas que dependem de uma variedade de condições e variáveis. Deve ser compreendido que várias alternativas às concretizações da invenção aqui descrita podem ser empregadas na prática da invenção. É, portanto, contemplado que a invenção também cobrirá quaisquer tais alternativas, modificações, variações ou equivalentes. É pretendido que as seguintes reivindicações definam o escopo da invenção, e que métodos e estruturas dentro do escopo destas reivindicações e suas equivalentes
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38/38 sejam, desse modo, cobertos.
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Claims (17)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Chassi de veículo (100), caracterizado pelo fato de compreender:
    uma pluralidade de tubos de conexão (101a, 101b, 101c, 602a, 602b, 602c); e uma pluralidade de membro de ligações (102, 501,601,801) produzidos por uma impressora de 3-D, cada membro de ligação dimensionado e moldado para se unir com pelo menos um subconjunto da pluralidade de tubos de conexão na pluralidade de tubos de conexão (101a, 101b, 101c, 602a, 602b, 602c) para formar uma estrutura de quadro tridimensional, no qual a pluralidade de membro de ligações compreendem características de montagem impressas em 3-D, as características de montagem proporcionam montagens de painel para montagem de painéis na estrutura de quadro tridimensional.
  2. 2. Chassi de veículo (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada membro de ligação (102, 501, 601,801) da pluralidade de membros de ligação é dimensionado e moldado, tal que o membro de ligação contata uma superfície interna e uma superfície externa de um tubo de conexão quando o tubo de conexão é unido ao membro de ligação.
  3. 3. Chassi de veículo (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um membro de ligação (102, 501, 601, 801) da pluralidade de membros de ligação compreende características de encaminhamento internas formadas durante impressão em 3-D do membro de ligação.
  4. 4. Chassi de veículo (100), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as características de encaminhamento internas proporcionam uma rede de passagens para transporte
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    2/3 de fluido através do chassi de veículo (100) quando a estrutura de quadro tridimensional é formada.
  5. 5. Chassi de veículo (100), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as características de encaminhamento internas proporcionam uma rede de passagens para transporte de eletricidade através de componentes elétricos através de todo o chassi de veículo (100) quando a estrutura de quadro tridimensional é formada.
  6. 6. Chassi de veículo (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um da pluralidade de membros de ligação (102, 501,601,801) compreende uma ou mais peças de encaixe (1101) impressas em 3-D.
  7. 7. Chassi de veículo (100), de acordo com a reivindicação
    6, caracterizado pelo fato de que uma ou mais peças de encaixe (1101) impressas em 3-D compreendem uma trajetória para injeção de adesivo ou infusão a vácuo.
  8. 8. Chassi de veículo (100), de acordo com a reivindicação
    7, caracterizado pelo fato de que pelo menos um da pluralidade de membros de ligação (102, 501, 601, 801) compreende peças de encaixe (1101) posicionadas em lados opostos do membro de ligação.
  9. 9. Chassi de veículo (100), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que pelo menos um da pluralidade de membros de ligação (102, 501, 601, 801) compreende uma saliência (502) para união com um tubo de conexão correspondente.
  10. 10. Chassi de veículo (100), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que uma ou mais peças de encaixe (1101) impressas em 3-D são configuradas para se conectarem com equipamento de injeção para distribuir o adesivo em um espaço entre a saliência (502) e o tubo de conexão (101a, 101b, 101c, 602a, 602b, 602c) correspondente.
    Petição 870180141582, de 16/10/2018, pág. 13/267
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  11. 11. Chassi de veículo (100), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que pelo menos um da pluralidade de membros de ligação (102, 501,601,801) compreende ainda uma borda configurada para assentar sobre um diâmetro externo do tubo de conexão (101a, 101b, 101c, 602a, 602b, 602c) correspondente, no qual a saliência (502) é configurada para assentar dentro do tubo de conexão correspondente.
  12. 12. Chassi de veículo (100), de acordo com a reivindicação
    11, caracterizado pelo fato de que uma região anular é ser formada entre a superfície da saliência (502) e o diâmetro interno da borda.
  13. 13. Chassi de veículo (100), de acordo com a reivindicação
    12, caracterizado pelo fato de que uma ou mais peças de encaixe (1101) impressas em 3-D são configuradas para permitir injeção de adesivo ou criação de vácuo na região anular.
  14. 14. Chassi de veículo (100), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que uma superfície da saliência (502) compreende uma pluralidade de características de centralização (901, 902, 903, 904) sobre isto.
  15. 15. Chassi de veículo (100), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de características de centralização (901, 902, 903, 904) é configurada para criar trajetórias de fluido para espalhar o adesivo injetado através uma das peças de encaixe (1101) impressas em 3-D.
  16. 16. Chassi de veículo (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um da pluralidade de membros de ligação (102, 501, 601, 801) compreende características de montagem para painéis de cisalhamento ou painéis de corpo.
  17. 17. Chassi de veículo (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as características de montagem compreendem um flange (1201).
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