CN106163334A - 通过增量制造形成的座椅框架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包括具有一个或多个薄壁复杂几何结构的至少一个框架的座椅结构，以及一种用于经由增量制造方法形成至少一个框架的方法。

Description

通过增量制造形成的座椅框架

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2014年五月9日提交的美国临时申请61/990924的优先权，所述美国临时申请的全部内容通过引用被结合在本文中。

技术领域

本发明涉及一种座椅结构以及一种用于通过增量制造方法形成座椅结构的方法。

背景技术

常规座椅结构由被焊接、被粘合或被机械地紧固在一起的众多部件制成。常规座椅结构组件的每个部件被设计成提供一个或多个功能。这提供常规座椅结构，所述常规座椅结构比所需的更重并且更复杂以促进当前生产需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐用、高强度并且轻巧的座椅结构。

根据本发明，座椅包括结构性框架。结构性框架包括一个或多个薄壁复杂几何结构。所述一个或多个薄壁复杂几何结构包括多重内部通道和肋板中的一个或多个。多重通道和肋板中的一个或多个限定用于支撑结构性框架内的元件的结构。多重通道和肋板中的一个或多个限定一个或多个结构性加载路径以及用于输送流体和接收一个或多个部件中的一个或多个的通道。

结构性框架可以是座椅靠背、坐垫或座椅靠背和坐垫的结合。座椅靠背和坐垫可以形成壳体。结构性框架的一部分可以从座椅的座椅靠背区域延伸到座椅的座椅坐垫区域中。

结构性框架可以包括座椅靠背和坐垫框架中的一个或多个，所述座椅靠背和坐垫框架包括增量制造材料。一个或多个薄壁复杂几何结构可以包括不可铸造和不可机械加工的部分。

用于在结构性框架内支撑元件的结构可以包括第一部件和第二部件。第一部件可以限定内部空间。第二部件可以被定位在内部空间中。一个或多个薄壁复杂几何结构可以包括不可铸造和不可机械加工的部分。

第一部件可以经由肋板连接到第二部件。

第一部件和第二部件可以限定通道。第二部件可以包括第二部件通道。

通道可以限定流体流动路径。线束可以被设置在第二部件通道中。

根据本发明，结构性框架包括多个层。每个层被成一体地连接到彼此以形成单一的单件框架结构。单一的单件框架结构包括载荷支撑区域和非载荷支撑区域。载荷支撑区域包括与非载荷支撑区域相比更多量的材料。

根据本发明，一种方法包括提供经设计的结构性框架。经设计的结构性框架的载荷和应力点被计算。结构性框架基于经设计的结构性框架的被计算的载荷和应力点而逐层地制造，从而使得与结构性框架的未受到载荷和应力作用的区域相比，更多层的材料被用于载荷和应力点的区域中。

经设计的结构性框架可以利用拓扑优化软件设计，所述拓扑优化软件迭代地运行载荷和应力计算以优化最少量的材料以构造结构性框架。

根据本发明，结构性框架包括多个层，所述多个层被成一体地连接以形成单一的单件框架结构。多个层包括可移动区段。

根据本发明，一种方法包括逐层地制造单件结构性框架，其中可移动区段被构建到单件结构性框架中。

根据本发明，结构性框架包括多个层，所述多个层被成一体地连接以形成单件框架结构。多个层包括被嵌入的元件。被嵌入的元件限定单件框架结构的冲击载荷区域。

被嵌入的元件可以包括一个或多个几何形状。一个或多个几何形状可以包括三角形和四边形中的一个或多个。三角形和四边形中的一个或多个可以包括可熔断连杆。可熔断连杆可以是能够变形的，从而使得在载荷和力矩中的一个或多个被应用到连杆时，连杆变形。

根据本发明，结构性框架包括单件框架结构，所述单件框架结构包括非均相材料。

单件框架结构可以包括第一框架部分和第二框架部分。

第一框架部分可以限定内部第一框架部分空间。第二框架部分可以被设置在内部第一框架部分空间中。

第二框架部分可以限定第二框架部分通道。

单件框架结构可以包括多个支撑结构。多个支撑结构中的每个可以接合第一框架部分和第二框架部分。第一框架部分可以经由多个支撑结构连接到第二框架部分。

第一框架部分和第二框架部分可以限定用于接收流体的通道。第一框架部分可以包括开口。开口和通道可以限定用于输送流体的流体流动路径。

第二框架部分通道可以接收电线中的一个或多个和线束。

表征本发明的新颖的各种特征利用所附的并且形成本公开的一部分的权利要求中的特殊性指出。为了更好地理解本发明、其操作优点以及通过其使用获得的特定目的，参照展示本发明的优选实施方式的附图和描述性内容。

附图说明

图1是单件框架的立体图；

图2是框架的局部立体图，示出支持整个框架中的力分布所需的最少材料；

图3是框架的局部立体图，示出框架外部的支持整个框架中的力分布所需的材料；

图4是框架的局部立体图，示出框架内部的支持整个框架中的力分布所需的材料；

图5是框架的局部横截面图；

图6是框架的另一立体图；

图7是形成框架的多个部件的立体图；

图8是图7的多个部件的俯视图；

图9是图7的部件的横截面图；

图10是座椅的立体图；

图11是图10的座椅的横截面图；

图12是框架的又一立体图；

图13是框架的下部立体图；以及

图14是框架另一实施方式的立体图。

具体实施方式

具体地参照附图，图1是具有框架1的座椅的立体图。框架1通过增量制造方法以单件的方式形成。框架可以被用于形成座椅靠背结构、座椅坐垫或座椅靠背结构和座椅坐垫的结合，所述座椅靠背结构和座椅坐垫形成壳体。图1示出框架1形成座椅靠背结构的一部分。增量制造方法可以是三维打印方法。塑料和/或合金可以被用于三维打印方法以形成框架1。框架1具有薄壁复杂几何结构3。薄壁复杂几何结构3经由增量制造方法形成。薄壁复杂几何结构3不能通过铸造方法形成，薄壁复杂几何结构3不能通过机械加工方法形成。薄壁复杂几何结构3由非常薄的壁厚度形成。薄壁复杂几何结构3的壁厚度是3mm或更小，优选地是1mm或更小。薄壁复杂几何结构3包括支撑肋板5。薄壁复杂几何结构3不能经由机械加工方法形成，因为肋板5被形成在薄壁复杂结构3内部。

框架1通过提供座椅靠背结构1的设计而形成。框架1的设计可以经由计算机实现的设计软件形成，所述计算机实现的设计软件诸如计算机辅助设计(CAD)软件。框架1的设计利用拓扑设计软件分析以确定在框架1上的何处需要材料以将载荷从框架1的上部区域9传递到框架1的下部区域11处的调角器7。基于通过拓扑设计软件提供的分析，在框架1通过增量制造方法形成时，材料厚度仅在所需之处被提供。图2，3，4示出基于通过拓扑设计软件提供的分析得出的支持整个框架1中的力分布所需的最少材料的实施例。图3是框架1的局部立体图，示出框架1的外侧表面13上的支持整个框架1中的力分布所需的材料15。图4是框架1的局部立体图，其中框架1的内部需要材料17以支持整个框架中的力分布。材料17可以在框架1的下部区域中被添加到肋板5，材料19可以在框架1的上部区域23中被配置到肋板5。

图5是框架1的局部横截面图。框架1包括外侧表面13和内侧表面25。内侧表面结构25限定内部空间27。多个肋板5被配置在内部空间27中。肋板5经由增量制造方法形成在内部空间27中。

图6是框架1的另一立体图。框架1具有用于将头枕安装到框架1的头枕安装结构29。头枕安装结构29经由增量制造方法形成。

图7是多个部件31的立体图。多个部件被用于形成框架1。部件31可以被用于形成座椅坐垫或座椅靠背结构和座椅坐垫的结合。座椅靠背结构和座椅坐垫可以形成壳体。部件31中的每个具有外侧部件33和内侧部件35。

图8是多个部件31的俯视图。外侧部件33和内侧部件35通过多个支撑结构37连接。支撑结构37可以包括多个肋板5。外侧部件33可以由1mm薄壳的外侧壁形成。内侧部件35可以由薄壳的内侧壁形成。外侧部件33和内侧部件35经由增量制造方法形成。

图9是部件31中的一个的横截面图，其代表部件31中的每个的结构。外侧部件33和内侧部件35限定通道43。外侧部件包括开口39。流体(诸如空气)经过通道43并且经由开口39退出。流体可以被加热或被冷却。内侧部件35具有内侧部件通道41。电线(包括线束)可以穿过内侧部件通道41延伸，从而使得电线(包括线束)被连接到座椅靠背结构1。内侧部件35保护线束不受损伤

图10是座椅45的立体图。座椅45包括座椅靠背结构52和座椅坐垫47。座椅靠背结构52被连接到乘客支撑结构49。在图1-9中示出的框架1被用于形成座椅靠背结构52和座椅坐垫47中的一个或多个。流体经由流体流动路径51沿乘客支撑结构49的方向输送。流体流动路径51通过座椅靠背结构1限定。

图11是图10的座椅45的一部分的横截面图。流体通过流体流动路径51沿乘客支撑结构49的方向被输送，所述流体流动路径包括开口39。流体经过流体流动路径51并且沿乘客支撑结构49的方向经由开口39退出座椅靠背结构52。充电网格元件55和附着网格57被设置在流体流动路径51中。乘客支撑结构49经由一个或多个乘客支撑结构接附元件53连接到座椅靠背结构52。一个或多个乘客支撑结构接附元件53可以被形成在座椅靠背结构52上。在另一实施方式中，一个或多个乘客支撑结构接附元件53可以被形成在乘客支撑结构49上。乘客支撑结构接附元件53可以呈内部装饰接附挂钩的形式。装饰盖板59覆盖乘客支撑结构49。支撑元件61支撑乘客结构49。

图12是框架1的又一立体图。框架1包括结构性元件63，65，67，69。结构性元件63，65，67，69可以呈三角形或四边形的形式。结构性元件63，65，67，69被配置在框架1的下部区域11中。结构性元件63，65，67，69在增量制造方法期间被打印为结构性可熔断连杆。当结构性元件63，65，67，69经受震动载荷时，诸如当框架1处于车辆事故中时，结构性元件63，65，67，69扣住。增量制造方法允许在结构性元件63，65，67，69的厚度方面的变化，所述厚度包括结构性元件63，65，67，69的壁厚度，以建立一个或多个可调谐的卡扣区域。应当理解的是，任何数量的结构性元件可以被提供。

图13是框架1的下部立体图，所述框架包括结构性元件63，65，67，69。

图14是框架1’的另一实施方式的立体图。框架1’可以形成座椅靠背，座椅坐垫或座椅靠背和座椅坐垫的结合以形成壳体。与被形成为单一件或单件结构不同的是，框架1’由至少多个框架部件3'，5'，7形成。应当理解的是，框架1’可以由至少两个框架部件形成，但任何数量的框架部件都可以被使用。框架部件3'，5'，7中的每个经由增量制造方法(诸如三维打印方法)形成，框架部件3'，5'，7中的每个被连接到彼此以形成框架1’。这使得形成框架1’更为廉价，因为其减少增量制造方法的打印时间并且最大化材料使用率。在另一实施方式中，接附特征件(诸如咬合元件和互连元件)经由3D打印方法(增量制造方法)打印到框架部件3'，5'，7'的结构中。咬合元件和互连元件允许框架部件3'，5'，7'被连接到彼此以形成框架1’。在另一实施方式中，框架部件3'，5'，7'能够以多种方式(诸如焊接或粘接)被粘合到一起。

尽管本发明的特定实施方式已被详细示出和描述以展示本发明的原理的应用，但应当理解的是，本发明可以在不背离这样的原理的情况下以其他方式实施。

Claims (20)

1.一种座椅，包括：

结构性框架，所述结构性框架包括一个或多个薄壁复杂几何结构，所述一个或多个薄壁复杂几何结构包括多重内部通道和肋板中的一个或多个，多重通道和肋板中的所述一个或多个限定用于支撑所述结构性框架内的元件的结构，所述多重通道和所述肋板中的所述一个或多个限定一个或多个结构性加载路径以及用于输送流体和接收一个或多个部件中的一个或多个的通道。

2.根据权利要求1所述的座椅，其中所述结构性框架包括座椅靠背和坐垫框架中的一个或多个，所述座椅靠背和坐垫框架包括增量制造材料，所述一个或多个薄壁复杂几何结构包括不可铸造和不可机械加工的部分。

3.根据权利要求1或2所述的座椅，其中用于支撑所述结构性框架内的元件的所述结构包括第一部件和第二部件，所述第一部件限定内部空间，所述第二部件被定位在所述内部空间中。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的座椅，其中所述第一部件经由所述肋板连接到所述第二部件。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的座椅，其中所述第一部件和所述第二部件限定所述通道，所述第二部件包括第二部件通道。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的座椅，其中所述通道限定流体流动路径，其中线束被设置在所述第二部件通道中。

7.一种结构性框架，包括：

多个层，所述层中的每个被成一体地连接到彼此以形成单一的单件框架结构，所述单一的单件框架结构包括载荷支撑区域和非载荷支撑区域，所述载荷支撑区域包括与所述非载荷支撑区域相比更多量的材料。

8.一种方法，包括：

提供经设计的结构性框架；

计算所述经设计的结构性框架的载荷和应力点；

基于所述经设计的结构性框架的被计算的载荷和应力点逐层地制造结构性框架，从而使得与所述结构性框架的未受到载荷和应力作用的区域相比，更多层的材料被用于所述载荷和应力点的区域中。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述经设计的结构性框架利用拓扑优化软件设计，所述拓扑优化软件迭代地运行载荷和应力计算以优化最少量的材料以构造所述结构性框架。

10.一种结构性框架，包括：

多个层，所述多个层被成一体地连接以形成单一的单件框架结构，所述多个层包括可移动区段。

11.一种方法，包括：

逐层地制造单件结构性框架，其中可移动区段被构建到单件结构性框架中。

12.一种结构性框架，包括：

多个层，所述多个层被成一体地连接以形成单件框架结构，所述多个层包括被嵌入的元件，所述被嵌入的元件限定所述单件框架结构的冲击载荷区域。

13.根据权利要求12所述的结构性框架，其中所述被嵌入的元件包括一个或多个几何形状，所述一个或多个几何形状包括三角形和四边形中的一个或多个，所述三角形和四边形中的所述一个或多个包括可熔断连杆，所述可熔断连杆能够变形，从而使得所述连杆在载荷和力矩中的一个或多个被应用到所述连杆时变形。

14.一种结构性框架，包括：

单件框架结构，所述单件框架结构包括非均相材料。

15.根据权利要求14所述的结构性框架，其中所述单件框架结构包括第一框架部分和第二框架部分。

16.根据权利要求14或15所述的结构性框架，其中所述第一框架部分限定内部第一框架部分空间，所述第二框架部分被设置在所述内部第一框架部分空间中。

17.根据权利要求14-16中任一项所述的结构性框架，其中所述第二框架部分限定第二框架部分通道。

18.根据权利要求14-17中任一项所述的结构性框架，其中所述单件框架结构包括多个支撑结构，所述多个支撑结构中的每个接合所述第一框架部分和所述第二框架部分，其中所述第一框架部分经由所述多个支撑结构连接到所述第二框架部分。

19.根据权利要求14-18中任一项所述的结构性框架，其中所述第一框架部分和所述第二框架部分限定用于接收流体的通道，所述第一框架部分包括开口，所述开口和所述通道限定用于输送流体的流体流动路径。

20.根据权利要求14-17中任一项所述的结构性框架，其中所述第二框架部分通道接收电线中的一个或多个和线束。