CN106696248A - 管框架上的车体部件的增材制造 - Google Patents

Abstract

本公开提供了用于制造嵌板结构的方法和装置。该方法包括通过增材制造方法制造框架结构以及扫描框架结构的表面以确定在将设置面板的位置处表面偏差是否大于公称表面偏差。当表面偏差大于公称表面偏差时，方法还包括生成将设置在框架结构的位置处的面板，其中面板具有与表面偏差互补的接合表面。

Description

管框架上的车体部件的增材制造

技术领域

本公开涉及通过增材制造生产管框架结构。

背景技术

本部分提供了涉及本公开的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。

制造装置和车辆的工艺通常依赖于独立地生产单个部件并将它们拼接或组装在一起以生成最终产品。例如，在汽车工业中，通常通过组装数千个单独的部件或单元以形成车辆来制造汽车。这些部件或单元是单独制造的，经常需要使用专用或复杂的工具或设备。因此，用于制造汽车的工艺劳动强度大、复杂并且造价高。例如，汽车工厂涉及复杂的系统和操作，包括复杂的工具、材料处理输送机、冲压工具、车体车间、油漆车间等。此外，这些部件和工艺在很大程度上取决于车辆。因此，开始或转换到新车辆的生产需要较长的前置时间。因此，需要改进的制造方法来使汽车和其它车辆或装置的制造工艺流水线化。

发明内容

本部分提供了本公开的总体概述，并且并非本公开全部范围或其所有特征的全面披露。

本发明技术提供了一种用于制造嵌板结构的方法。该方法包括扫描框架结构的外表面，以及通过增材制造生成将沿着框架结构的外表面的第一区域设置的面板。面板具有与框架结构外表面的第一区域互补的接合表面。该方法还包括将面板组装到框架结构外表面的第一区域以形成嵌板结构。

本发明技术还提供了另一种用于制造嵌板结构的方法。该方法包括扫描框架结构的外表面，以及将所扫描的框架结构外表面的第一区域与互补面板的第二区域进行比较，以确定框架结构的外表面在第一区域和第二区域将要接合的位置处的表面偏差是否大于公称表面偏差。该方法还包括如果框架结构外表面的第一区域的表面偏差大于相对于第二区域的公称表面偏差，则生成要在该位置处设置的修正部件。该修正部件具有与第一区域和第二区域互补的接合表面。然后，可将该修正部件组装在框架结构外表面的第一区域和互补面板的第二区域之间，以形成嵌板结构。

另外，本发明技术提供了一种用于扫描和涂覆框架结构的装置。该装置包括轨道系统。用于将树脂沉积成预定形状的打印头与轨道系统相关联。用于将纤维沉积到树脂上的纤维头也与轨道系统相关联。轨道系统在三维上独立地移动打印头和纤维头。

根据本文提供的描述，其它适用领域将变得显而易见。本发明内容中的描述和具体示例仅用于说明的目的，并非意图限制本公开的范围。

附图说明

本文描述的附图仅用于所选实施例的说明性目的，而非用于所有可能的实施方式，且并非意图限制本公开的范围。

图1为示出了根据本发明技术的某些变型的用于制造嵌板结构的方法的框图；

图2为示出图1中所描述方法的示意图。

图3是包括根据本发明技术的某些方面形成的树脂和纤维的增强材料的示意图；

图4是可用于生成面板并将增强材料涂敷到面板的装置和方法的示意图；

图5为示出根据本发明技术的某些变型的用于制造嵌板结构的第二种方法的框图；

图6是图4中所描述方法的示意图；

图7是根据本发明技术的某些方面形成的用于生成加强材料的装置的示意图；

图8是根据本发明技术的某些变型的用于制造嵌板结构的串行工艺的示意图；

图9是根据本发明技术的某些变型的用于打印框架结构的装置的示意图；

图10是根据本发明技术的某些变型的用于用增强材料涂覆框架结构的装置的示意图；

图11是根据本发明技术的某些方面的用于扫描结构的装置的示意图；

图12是根据本发明技术的某些方面的用于打印面板的装置的示意图；

图13是根据本发明技术的某些变型的用于用增强材料涂覆面板的装置的示意图；

图14是根据本发明技术的某些方面的用于制造嵌板结构的并行工艺的示意图；

图15是根据本发明技术的其他方面的用于打印框架结构，用增强材料涂覆框架结构以及扫描涂覆有增强材料的框架结构的装置的示意图；以及

图16是根据本发明技术的某些变型的用于打印面板并用增强材料涂覆面板的装置的图示。

在附图的多个视图中，对应的附图标记表示对应的部件。

具体实施方式

提供示例实施例，以使得本公开详尽，并将范围充分地传达给本领域技术人员。阐述了许多具体细节，例如具体组成、部件、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施例的详尽理解。对于本领域技术人员显而易见的是，不需要采用具体细节，示例性实施例可以以许多不同的形式实施，并且两者都不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例实施例中，不详细描述公知的工艺、公知的装置结构和公知的技术。

本文所使用的术语仅用于描述特定示例实施例的目的，而不旨在限制。如本文所使用的，除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一”和“该”也可旨在包括复数形式。术语“包括”、“包含”和“具有”是包括性的，因此指定所述特征、元件、组合物、步骤、整体、操作和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。尽管开放性术语“包括”应被理解为用于描述和要求保护本文所阐述的各种实施例的非限制性术语，但在某些方面中，该术语可替代地被理解为替代更具限制性和限制性的术语，例如“由...组成”或“基本上由......组成”。因此，对于叙述组合物、材料、组分、元件、特征、整体、操作和/或工艺步骤的任何给定实施方案，本公开还具体包括由所述组合物、材料、元件、特征、整体、操作和/或处理步骤组成的实施方式。在“由......组成”的情况下，替代实施方案排除任何另外的组合物、材料、组分、元素、特征、整体、操作和/或工艺步骤，而在“基本上由...组成”的情况下，实质上影响基本和新颖特性的任何另外的组合物、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或处理步骤被排除在这样的实施例之外，但是任何不会实质上影响基本和新颖特性的组分、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或处理步骤可以被包括在实施例中。

除非特别地标识出执行顺序，否则本文描述的任何方法步骤、工艺和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或说明的特定顺序来执行。还应理解，除非另有说明，否则可以采用额外的或替代的步骤。

当部件、元件或层被称为在另一元件或层“上”，以及“接合至”、“连接至”或“耦合至”另一元件或层时，其可以直接在其它部件、元件或层上，以及接合、连接或耦合到其它部件、元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反地，当元件被称为“直接”在其他元件或层“上”，“直接接合至”、“直接连接至”或“直接耦合至”其它元件或层时，可以不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其它词语应以类似的方式解释(例如，“在...之间”与“直接在...之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。

空间或时间相对术语，诸如“之前”、“之后”、“内”、“外”、“下方”、“下面”、“下”、“上方”、“上”，在本文中可以用于描述一个元件或特征与另一个元件或特征的关系，如图所示。除了图中所示的方位之外，空间或时间相对术语还可以旨在涵盖使用或操作中的装置或系统的不同方位。

在整个本公开中，数值表示近似测量值或对范围的限制，以便包含相对于给定值和实施例的微小偏差，其中给定值和实施例大约具有所提及的值以及完全具有所提及的值。本说明书(包括所附权利要求书)中的参数(例如，数量或条件)的所有数值应理解为在所有情况下由术语“约”修饰，无论“约”是否实际出现在数值之前。“约”表示所述数值允许一些轻微的不精确(对于值的精确性有一些方法；大约或相当接近该值；几乎)。如果“约”提供的不精确性在本领域中不以其它常规含义理解，则本文使用的“约”至少表示可由测量和使用这些参数的普通方法生成的变化。

另外，公开范围包括在整个范围内的所有值和进一步划分范围的公开，包括为范围给出的端点和子范围。如本文所提及的，除非另有说明，否则范围包括端点，并且包括在整个范围内所有不同值和进一步划分的范围的公开。因此，例如，“从A至B”或“从约A至约B”的范围包括A和B。

现在将参照附图更全面地描述示例性实施例。

在各个方面中，本公开提供了用于改进用于形成嵌板结构的制造工艺的方法。如上所述，用于制造车辆的现有工艺是复杂的、造价高的并且专用于单个车辆。因此，本技术提供了用于增材制造结构空间框架或管框架和车身板或封闭件中的至少一种的方法。这些增材制造方法消除了用于车身制造的定制工具，并确保超轻重量结构。虽然由本技术提供的嵌板结构特别适合用于汽车或其他车辆(例如摩托车、船、拖拉机、公共汽车、摩托车、房车、露营车和坦克)的部件，但是它们也可用于各种其他工业和应用，包括航空航天部件、消费品、装置、建筑物(例如，房屋、办公室、棚屋、仓库)、办公设备和家具，以及工业设备机械、农业设备或重型机械，作为非限制性实例。因此，在某些实施例中，该结构是车辆面板组件。对于汽车工业，增材制造方法还减少了用于启动新车辆和用于转换为新车身风格的生产的前置时间，并且提供在其销售的地方构建车身和面板或封闭件的能力。当前技术提供的额外优点包括更快的产品形成周期，消除用于制造特定车身的特定样式的工具，以及增加制造灵活性和对客户需求的响应性。该技术可用于改进具有框架和面板或封闭件的任何结构的制造。

本公开还提供了用于增材制造具有面板或封闭件的结构的系统和装置。增材制造包括三维打印和用于逐层地构建三维结构的其它制造技术。这些系统包括扫描仪，其测量结构的表面并且形成该结构的表面几何形状的三维图像。该系统还提供用于在结构表面上沉积树脂和/或纤维的多个头。在不同实施例中，系统作为多个设备或作为单个多功能设备而提供。

如图1和图2所示，现有技术提供了用于制造嵌板结构的方法10。嵌板结构可为上述的任意结构，包括作为非限制示例的车辆。在框12中，该方法包括生成框架结构或框架结构，例如，空间框架或管框架。如本文使用，“空间框架”为包括多个形成几何图案互锁支撑的刚性结构。“管框架”为其内的支撑构造为管的空间框架。包括多个支柱32的示例性框架结构或内框架结构30在图2中示出。在不同实施例中，内部框架结构30通过增材制造(在本文中也称为三维打印(3-D打印))逐层生成。内框架结构30可以由本领域中使用的任何材料制成，例如塑料、玻璃纤维或金属。适于增强该材料的纤维的非限制性示例包括碳纤维、玻璃纤维(例如，纤维玻璃或石英)、聚芳基酰胺纤维(例如对位芳香聚酰胺合成纤维和对位芳香聚酰胺合成纤维)、硼纤维、陶瓷纤维、聚酯纤维、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维及其组合。纤维就位后，继续实施3-D打印。通过该方法，3-D打印的框架结构可以包括多个加固层，该加固层能够为框架结构提供附加强度。

在某些变型中，增强材料是具有增强纤维的增强复合预浸材料。预浸料可以是包括分布在位于暴露层表面上的树脂内的多根纤维的材料带或条。纤维可以对齐、随机分散或几何分散为网格结构。定位带或树脂也可以通过3-D打印来执行。例如，在通过3-D打印设置好一层或预定数量层的材料后，包括多根纤维的带或树脂位于暴露层的表面。

在图1的框14中，且如图2所示，方法10包括将增强材料34涂敷到整个框架结构30或部分框架结构30上。在不同的实施例中，涂敷增强材料34包括用增强材料34涂覆框架结构30的整个外表面或框架结构30的部分外表面。参考图3，增强材料34可为树脂基体60，该树脂基体60配置为包括增强纤维64的带62。增强纤维64可包括本文所述的任何纤维。在一些实施例中，方法10包括按照预先设定的方位对齐短纤维或长纤维64，而这取决于所要涂覆的框架结构30的位置。图3的树脂基体60包括在对齐的方位66上的长纤维64、交叉方位上的纤维64或编物68，和随机方位70上的短纤维64。这些预定的方位66、68、70用于优化框架结构30的强度，以满足负载或性能要求。例如，在将负荷按照纤维的方向施加到框架结构30的位置时，对齐方位66上的长纤维64提供强度。至于车辆的空间框架，长纤维64可在A柱(从车辆前引擎罩到车顶的方向)中或B柱(从车辆地板到车顶的方向)中使用。交叉方位68或随机方位70可用在负荷有望与支撑或管正交施加的位置。因此，这些纤维结构提供完全可定制的框架结构。

在框16中，在增强材料34已涂覆到框架结构30上后，方法10包括处理增强材料34以便生成具有外表面38的增强型框架结构36。在不同实施例中，处理包括在压力下固化或硬化所述增强材料34，其中所述压力与局部真空装袋、流体静压力、气动加压套筒或高压釜相关联。生成的增强型框架结构36相对于非至少部分涂覆有增强材料34的框架结构30的强度有所增强。然而，在一些实施例中，框架结构30具有足够的强度，从而使得图1的框14和16中的涂敷增强材料34和处理增强材料34不是必需的。

在框18中，方法10包括扫描增强型框架结构36或增强型框架结构36的外表面38，以确定在将设置面板的位置处，增强型框架结构36的外表面38的表面偏差是否大于公称表面偏差。在框架结构30具有足够强度从而无需涂敷增强材料34和处理增强材料34的实施例中，框18包括扫描框架结构30以确定在将设置面板的第一区域位置处，该框架结构30的外表面的表面偏差是否大于公称表面偏差。如本文所使用，“公称表面偏差”指的是结构外表面的偏差，该结构外表面不影响面板在公称表面偏差的位置组装到该结构上的能力。例如，非公称表面偏差可导致面板与框架结构30之间或相邻面板间的贴合性较差。该较差贴合性可表现为面板间的难看间隙、面板间偏移的设计线条和/或框架结构30内的门、行李箱盖、罩等未适当贴合的闭合板(例如，相互干扰的闭合板，或面板或闭合板间形成的另一面板或间隙)。较小表面偏差可能会致使在车辆等结构的所感知的视觉质量方面出现一些问题，而较大的偏差可能会在将面板装配到框架结构30上时引起问题。在一些实施例中，在某些确定的方面，大于公称表面偏差(例如，不能接受的高表面偏差或异常的表面偏差)的框架结构表面的表面偏差等于或大于约1mm，或者等于或大于约1.5mm，或者等于或大于约2mm，或者等于或大于约2.5mm，或者等于或大于约3mm。因此，当框架结构36的表面偏差大于公称表面偏差时，例如，凹坑、凹槽、凹陷或弧坑，在不能接受的高表面偏差位置处设置的面板将与框架结构36不贴合，而且，如果公称表面偏差不存在或经过修正，则其将与框架结构36贴合。同样，当框架结构36的表面偏差大于公称表面偏差时，例如，小丘、尖峰或隆起，在大于公称表面偏差的区域设置的面板将与正确方位上的增强型框架结构36不贴合。因此，扫描增强型框架结构36提供框架结构36的外表面38的三维图。也就是说，扫描提供有关增强型框架结构36外表面38表面拓扑学的信息。图2提供了表面偏差大于公称表面偏差40的增强型框架结构36区域的分解视图，其以凹坑或弧坑形式呈现，并且其中将设置面板。

参考图1和图2，在框20中，方法10包括生成将沿增强型框架结构36的第一区域设置的面板42。如本文使用的，“面板”指的是形成嵌板结构静态外表面的固定面板或形成相对于门、罩、升降门、行李箱盖等框架结构30或增强型框架结构36可移动(例如摆动)的闭合面板。因此，方法10进一步包括将框架结构30或增强型框架结构36扫描的外表面38的第一区域与互补面板42的第二区域相比较，以确定在第一区域和第二区域将联合的位置处，框架结构30或增强型框架结构36的外表面38的表面偏差是否大于公称表面偏差。当增强型框架结构36包括大于公称的偏差40时，面板42包括修正部件，例如与增强型框架结构36的表面偏差40互补的接合表面44。面板42通常可使用基于扫描生成的增强型框架结构36的3-D表面图的计算机建模形成。面板42可具有在表面偏差40的位置与增强型框架结构36互补并对齐地接触或接合的三维接合特征件46。在一些实施例中，面板42进一步具有作为表面偏差40的镜像或负像的三维接合表面44。三维接合表面44与增强型框架结构36的外表面38的第一区域互补并对齐地接触、接合或嵌套。因此，可设置面板42以在外表面38的唯一位置处贴合。换句话说，在指定位置生成面板42以适当贴合或适应框架结构30或增强型框架结构36。

在不同实施例中，通过3-D打印或铸造生成面板42。当通过3-D打印等增材制造生成面板42时，使用修正部件(即与增强型框架结构36的表面偏差40互补的接合表面44)生成面板。当通过铸造生成面板42时，该面板可能不具备其内包含的接合表面44。因此，在一些实施例中，生成面板42包括通过增材制造(3-D打印等)在面板42上生成修正部件或与增强型框架结构36的表面偏差40互补的接合表面44。

在框22中，方法10包括将增强材料48涂敷至面板42的至少一个接合表面44上。在一些实施例中，整个面板42或一部分面板42涂覆增强材料48。增强材料48可以为本文所述的任何增强材料。在不同的实施例中，涂覆在面板42上的增强材料48与涂覆在框架结构30上的增强材料34相同。因此，参考图3，可将增强材料48涂敷到面板42上，从而使增强纤维按照上述预先设订的方位对齐。而且，在框24中，方法10包括处理增强材料48以生成增强型面板50。可按照上述对增强型框架结构36的涂覆外表面38的处理进行处理。

图4是可用于生成面板42并将增强材料48涂敷到面板42的装置和方法的示意图。扫描后，基于扫描生成的框架结构30或增强型框架结构36的3-D表面图通过3-D打印等增材制造生成面板42的内表面72。内表面72包括三维接合特征件46或三维接合表面44。操作包括多个可编程的方式致动的销74的装置以面板42的内表面72的形状布置和调整销74。然后，内表面42放置在销上。由销74支撑内表面42时，将增强材料48涂敷至内表面72上以生成增强型内表面76。增强材料48受到上述的压力。销74支撑内表面72，以便在将增强材料48涂敷到内表面72时，并在以压力处理增强材料48时，内表面72得到充分支撑。

进一步参考图1和图2，在框24内，方法10包括进一步加工增强型框架结构36和/或增强型面板50。在不同的实施例中，进一步加工包括将增强型面板50设置到增强型框架结构36上，例如，通过将增强型面板50装配到框架结构30或增强型框架结构36外表面38的第一区域以形成嵌板结构。例如，在一些实施例中，使用粘合剂将增强型面板50粘附在增强型框架结构36上或使用螺丝、螺栓、铆钉等其他方式连接到增强型框架结构36。在其他实施例中，面板50通过铰链或使面板相对于框架结构30或增强型框架结构36摆动的其他五金件连接至增强型框架结构36上。进一步加工还可以包括：在将增强型面板50设置在增强型框架结构36之前或之后，将透明涂层和/或漆涂敷到增强型框架结构36和/或增强型面板50上。

如图5所示，且参考图6的图示，现有技术提供了另一种制造嵌板结构的方法80。嵌板结构可为上述的任意结构，包括作为非限制示例的车辆。在框82中，该方法包括生成框架结构或内框架结构，例如，空间框架或管框架。如本文使用的，“空间框架”为包括多个形成几何图案互锁支撑的刚性结构。“管框架”为其内的支撑构造为管的空间框架。包括多个支柱102的示例性框架结构或内框架结构100在图6中示出。在不同的实施例中，通过三维打印(3-D打印)逐层生成内框架结构100。内框架结构100可由本领域中使用的任何材料制造，例如，塑料、玻璃纤维或金属。在一些实施中，使用加强纤维增强材料。例如，在通过3-D打印设置好一层或预定数量层的材料后，包括若干纤维的带或树脂位于暴露层的表面。适于增强该材料的纤维的非限制性示例包括碳纤维、玻璃纤维(例如，纤维玻璃或石英)、聚芳基酰胺纤维(例如对位芳香聚酰胺合成纤维和对位芳香聚酰胺合成纤维)、硼纤维、陶瓷纤维、聚酯纤维、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维及其组合。纤维就位后，继续实施3-D打印。通过该方法，3-D打印的框架结构可以包括多个加固层，该加固层为框架结构提供附加强度。

在图5的框84中，并如图6所示，方法80包括将增强材料104涂敷至整个框架结构100或部分框架结构100上。在不同的实施例中，涂敷增强材料104包括用增强材料104涂覆框架结构100的整个外表面或框架结构100的部分外表面。参考图3，增强材料34可为树脂基体60，该树脂基体配置为包括增强纤维64的带62。增强纤维64可包括本文所述的任何纤维。在一些实施例中，方法10包括按照预先设定的方位对齐短纤维或长纤维64，而这取决于所要涂覆的框架结构100的位置。图3的树脂基体60包括对齐方位66上的长纤维64、交叉方位上的纤维64或织物68以及随机方位70上的短纤维64。这些预定方位66、68和70用于优化框架结构100的强度，以满足负荷或性能要求。例如，对齐方位66上的长纤维64在将负荷按照纤维的方向施加至框架结构100的位置时提供强度。至于车辆的空间框架，长纤维64可在A柱中(从车辆前罩到车棚顶的方向)或B柱(从车辆地板到车棚顶的方向)中使用。交叉方位68或随机方位70可用在负荷有望与支撑或管正交施加的位置。因此，这些纤维结构提供完全可定制的框架结构。

在框86中，在增强材料104已涂覆到框架结构100上后，方法80包括处理增强材料104以便生成具有外表面108的增强型框架结构106。在不同实施例中，处理包括在压力下固化或硬化所述增强材料104，其中所述压力与局部真空装袋、流体静压力、气动加压套筒或高压釜相关联。生成的增强型框架结构106相对于非至少部分涂覆有增强材料104的框架结构100的强度有所增强。然而，在一些实施例中，框架结构100具有足够的强度，从而使得图5的框84和86中的涂敷增强材料104和处理增强材料104不是必需的。

在框88中，方法80包括扫描增强型框架结构106或增强型框架结构106的外表面108，以确定在将设置面板的位置处，增强型框架结构106的外表面108的表面偏差是否大于公称表面偏差。扫描增强型框架结构106提供框架结构外表面108的三维图。也就是说，扫描提供有关增强型框架结构106外表面108表面拓扑学的信息。在框架结构100具有足够强度从而无需涂覆增强材料34和处理增强材料104的实施例中，框88包括扫描框架结构100，以确定在将设置面板的第一区域位置处，该框架结构100的外表面的表面偏差是否大于公称表面偏差。图6提供了表面偏差大于公称表面偏差110的增强型框架结构106位置的分解图，其以凹坑或弧坑形式呈现。

参考图5和图6，在框90中，方法80包括以将要在增强型框架结构106上设置的预定形状生成面板112。在不同实施例中，面板112通过增材制造(即3-D打印)或铸造生成。

在扫描后，当确定将设置面板的位置表面偏差大于公称表面偏差时，在框92中，方法80还包括生成修正部件114。因此，方法80进一步包括将框架结构100或增强型框架结构106扫描的外表面108的第一区域与互补面板112的第二区域相比较，以确定在第一区域和第二区域将联合的位置处，框架结构100或增强型框架结构106的外表面108的表面偏差是否大于公称表面偏差。在一些实施例中，生成修正部件114包括通过增材制造(即3-D打印)生成楔块118，其中该楔块与表面偏差110对齐地接触和接合。因此，方法80包括如果框架结构100或增强型框架结构106的外表面108的第一区域的表面偏差大于相对于第二区域的公称表面偏差，则生成将设置在该位置的修正部件114，其中该修正部件114包括与第一区域和第二区域互补的接合表面。

生成修正部件114后，在框94中，方法80包括将修正部件114联接至面板112(参见图6的右分支)或增强型框架结构106(参见图6的左分支)。然后，在框96中，方法80包括将增强材料124涂敷至包括修正部件114的面板112的至少一个表面120或增强型框架结构106的修正部件114的暴露表面122上。在框98中，方法80包括处理增强材料124以生成具有修正接合表面128的增强型面板或具有固化表面偏差130的增强型框架结构。处理可按照上述方法进行。因此，方法80包括在框架结构100或增强型框架结构106的外表面108的第一区域与互补面板112的第二区域之间装配修正部件114以形成嵌板结构。在一些实施例中，装配包括首先将修正部件114装配到互补面板112以在与第二区域对应的互补面板112上形成修正的接合表面，然后，将框架结构100或增强型框架结构106的第一区域联接至修正部件114和互补面板112，使得修正后的接合表面在该位置与框架结构100或增强型框架结构106的外表面108对齐接触和接合。在其他实施例中，装配包括首先将修正部件114装配至框架结构100或增强型框架结构106的外表面108以在与第一区域对应的框架结构100或增强型框架结构106上形成修正的接合表面，然后，将互补面板112的第二区域联接至修正部件114和框架结构100或增强型框架结构106，使得修正的接合表面在该位置与互补面板112的第二区域对齐接触和接合。

例如，在图6的右分支中，楔块118位于面板112上。然后，楔块118涂覆有增强材料124。然后，处理增强材料124以生成具有修正的接合表面128的增强型面板。然后，可将具有修正的接合表面128的增强型面板联接至增强型框架结构106。这里，进一步加工可包括在将具有修正的接合表面128的增强型面板设置在增强型框架结构106上之前或之后，将透明涂层和/或漆涂敷至具有修正的接合表面128的增强型面板和/或增强型框架结构106。

在图6的左分支中，楔块118位于包括表面偏差110的增强型框架结构106的表面上。然后，楔块118涂覆有增强材料124，该增强材料经过处理生成具有固化表面偏差130的增强型框架结构。这里，面板112可选择地涂覆有增强材料134、经处理并粘附或连接至具有固化表面偏差130的增强型框架结构。这里，进一步加工可包括在将面板112设置在具有固化表面偏差130的增强型框架结构之前或之后，将透明涂层和/或漆涂敷至面板112和/或具有固化表面偏差130的增强型框架结构。

参考图7，本发明技术还提供了一种用于生成增强材料的装置或系统150。装置150包括壳体152。在壳体152内是轨道系统154。装置150还包括用于以预定形状沉积树脂158的打印头156和用于将纤维沉积到树脂158上的纤维头160。轨道系统154使打印头156和纤维头160沿三维方向独立地移动。在不同实施例中，装置150包括至少一个打印头156和/或至少一个纤维头160。例如，图7的装置150包括一个打印头156和三个纤维头。

在一些实施例中，装置150进一步包括可选的扫描系统162，该可选的扫描系统162包括多个立体视觉传感器和至少一个照相机。扫描系统162生成结构表面的三维图像。因此，装置150用于扫描结构，生成结构表面的图像，以及生成用于涂敷到结构上的增强材料。

装置150生成包括增强纤维的常规树脂。因此，可以使用装置150生成本文所描述的增强材料，例如参考图3所描述的增强材料34。在不同实施例中，装置150包括多个打印头156。因此，装置150可以用于执行本文所描述的方法。例如，装置150可以用于扫描框架结构、打印具有三维接合特征件的面板、生成增强材料，以及使用增强材料涂覆框架结构和/或面板。

参考图8至图13，本发明技术还提供了一种用于制造嵌板结构202的串行工艺200。串行工艺200，例如可以用于执行图1的方法10或图5的方法80。串行工艺200包括操作在图9中更加详细示出的第一打印装置210，用于通过3-D打印生成框架结构212。第一打印装置210包括可操作以使打印头216沿三维方向移动的轨道系统214。在不同实施例中，第一打印装置210包括至少一个打印头216，即多个打印头216。随着轨道系统214移动，打印头216沉积材料，从而形成框架结构212。如上文所描述的，框架结构212可以为空间框架或管框架。

除非将框架结构212打印成具有足够的强度，否则串行工艺200包括操作在图10中更加详细示出的第一涂覆装置220，用于将增强材料222涂敷到框架结构212以形成增强型框架结构224。第一涂覆装置220包括可操作以使至少一个打印头228沿三维方向移动的轨道系统226、可操作以使至少一个打印头228沿三维方向移动的至少一个机器臂230，或者既包括轨道系统226又包括至少一个机器臂230。如图10所示，第一涂覆装置220既包括轨道系统226又包括机器臂230，并且进一步包括三个打印头228。第一涂覆装置220还包括多轴构建平台或载物台232，框架结构212被定位在该多轴构建平台或载物台232上。载物台232可操作用于沿三维方向滑动和倾斜，从而使设置在其上的框架结构212相对于打印头228定位。因此，轨道系统226和机器臂230可以使打印头228相对于框架结构212定位，从而使得打印头围绕框架结构212沉积增强材料以形成增强型框架结构224。在一些实施例中，至少一个打印头228围绕框架结构212沉积树脂234且至少一个打印头228将多根纤维236沉积在树脂上以在框架结构212上生成增强材料222。如上文所讨论的，根据增强材料222被沉积在框架结构212的位置，可以沿预定方位将多根纤维236沉积在树脂234上。此外，多根纤维236可以包括本文所描述的任何纤维。

在制成增强型框架结构224之后，串行工艺200包括操作在图11中更加详细示出的扫描装置240，用于扫描增强型框架结构224，或者当框架结构212具有足够的强度时扫描框架结构212(尽管如此，进一步描述了增强型框架结构224的进一步加工)，以确定在将设置面板的位置处，增强型框架结构224外表面的表面偏差是否大于公称表面偏差。扫描装置240包括轨道系统242，轨道系统242可操作以使至少一个扫描器244沿三维方向相对于增强型框架结构224移动，从而测量增强型框架结构的表面并形成其表面几何形状的三维图像。扫描器244包括至少一个传感器和可选地至少一个照相机。传感器的非限制性实例包括立体视觉传感器、采用点激光或线激光的激光三角测量传感器，或者机械接触探针传感器，例如坐标测量机(CMM)。将传感器配置成捕获三维点云数据用于形成三维图像。

在扫描之后，串行工艺200包括操作在图12中更加详细示出的第二打印装置250，用于将表面252打印到面板254上，其中表面252将被设置在增强型框架结构224上。面板254可以通过如上文所描述的本领域已知的任何方式制成。然而，在一个实施例中，通过第二打印装置250中的三维打印生成面板254。特别地，数据传输模块或装置248将数据从扫描装置240传输到第二打印装置250，因而打印到面板254上的表面252将提供与增强型框架结构224的表面偏差互补的接合表面。第二打印装置250包括可操作以使至少一个打印头258沿三维方向移动来打印具有表面252的面板254或在另一种工艺制成的面板254上打印表面252的轨道系统256。如图12所示，第二扫描装置250可以容纳多个预制面板254并且在多个预制面板上打印表面252。在一些实施例中，第二打印装置250打印具有表面252的多个面板254，所述表面252将设置在增强型框架结构224上。在一些实施例中，第二打印装置250和第一打印装置210为相同的装置。

接下来，串行工艺200包括操作在图13中更加详细示出的第二涂覆装置260，用于将增强材料262涂敷到面板254的至少一个表面以形成增强型面板264。第二涂覆装置260包括可操作以使至少一个打印头268沿三维方向移动的轨道系统266、可操作以使至少一个打印头268沿三维方向移动的至少一个机器臂270，或者既包括轨道系统266又包括至少一个机器臂270。如图13所示，第二涂覆装置260既包括轨道系统266又包括机器臂270，并且进一步包括三个打印头268。第二涂覆装置260还包括多轴构建平台或载物台272，框架结构面板254定位在该多轴构建平台或载物台272上。载物台272可操作以沿三维方向滑动和倾斜，从而使设置在其上的面板254相对于打印头268定位。因此，轨道系统266和机器臂270可以使打印头268相对于面板254定位，从而使得打印头268围绕面板254沉积增强材料以形成增强型面板264。在一些实施例中，至少一个打印头268围绕面板254沉积树脂274且至少一个打印头268将多根纤维276沉积在树脂274上以在面板254上生成增强材料262。如上文所讨论的，根据增强材料262沉积在面板254的位置，可以沿预定方位将多根纤维276沉积在树脂274上。此外，多根纤维276可以包括本文所描述的任何纤维。在不同实施例中，第二涂覆装置260和第一涂覆装置220为相同的装置。

在生成增强型面板264之后，串行工艺200包括将增强型面板264设置到增强型框架结构224上，从而使得增强型面板264的表面252与表面偏差接合并且对齐地接触或嵌套。

可将关于串行工艺200所描述的装置210、220、240、250、260的各个部件组合到多功能装置中。多功能装置占用空间比成组装置210、220、240、250、260小并且生成结构的时间比制造具有单独的装置210、220、240、250、260的结构所需时间更少。下文针对用于制造嵌板结构的并行工艺更加详细地描述这些多功能装置。然而，应该理解的是，在单个装置中可以采用所述装置的任何组合，因此下文描述是非限制性的。

参考图14至图16，本发明技术还提供了一种用于制造嵌板结构302的并行工艺或“一体化”工艺300。并行工艺300例如可以用于执行图1的方法10或图5的方法80。并行工艺300包括操作在图15中更加详细示出的第一制造装置310，用于生成增强型框架结构312。第一制造装置310包括可操作以使打印头316沿三维方向移动的轨道系统314。在不同实施例中，第一制造装置310包括至少一个打印头316，即多个打印头316。随着轨道系统314移动，打印头316沉积材料，从而形成框架结构318。如上文所描述的，框架结构318可以为空间框架或管框架。

第一制造装置310还包括：至少一个涂层打印头320，其与能够使涂层打印头320移动的轨道系统314相关联；至少一个机器臂322，其可操作以使至少一个涂层打印头320沿三维方向移动；或者既包括与轨道系统314相关联的涂层打印头320又包括与机器臂322相关联的打印头320。涂层打印头320使用增强材料324涂覆框架结构318以形成增强型框架结构312。然而，应该理解的是，如果将框架结构318打印成具有足够的强度，则框架结构318不需要涂覆有增强材料324。

第一制造装置310还包括多轴构建平台或载物台326，框架结构318被打印且定位在该多轴构建平台或载物台326上。载物台326可操作以沿三维方向滑动和倾斜，从而使设置在其上的框架结构318相对于涂层打印头320定位。因此，轨道系统314和机器臂322可以使打印头320相对于框架结构318定位，从而使得涂层打印头320围绕框架结构318沉积增强材料324以形成增强型框架结构312。在一些实施例中，至少一个涂层打印头320围绕框架结构318沉积树脂328且至少一个打印头320将多根纤维330沉积在树脂328上以在框架结构318上生成增强材料324。如上文所讨论的，根据增强材料324被沉积在框架结构318的位置，可以沿预定方位将多根纤维330沉积在树脂328上。此外，多根纤维330可以包括本文所描述的任何纤维。

第一制造装置310还包括至少一个扫描器332，至少一个扫描器332用于扫描增强型框架结构312，以确定在将设置面板或挡板的位置处，增强型框架结构312外表面的表面偏差是否大于公称表面偏差。至少一个扫描器332与轨道系统314相关联，所述轨道系统314可操作以使至少一个扫描器332沿三维方向相对于增强型框架结构312移动来测量增强的框架结构的表面并形成其表面几何形状的三维图像。至少一个扫描器332包括至少一个传感器和可选地至少一个照相机。传感器的非限制性实例包括立体视觉传感器、采用点激光或线激光的激光三角测量传感器，或者机械接触探针传感器，例如坐标测量机(CMM)。将传感器配置成捕获三维点云数据，用于形成三维图像。

在扫描之后，并行工艺300包括操作在图16中更加详细示出的第二制造装置350，用于将表面352打印到面板或挡板354上，其中表面352将设置在增强型框架结构312上。面板或挡板354可以通过如上所述的本领域已知的任何方式制成。然而，在一个实施例中，面板或挡板354通过第二制造装置350中的三维打印生成。特别地，数据传输模块或装置340将数据从扫描器332传输到第二制造装置350，因此打印到面板或挡板354上的表面352将提供与增强型框架结构312的表面偏差互补的接合表面。

第二制造装置350包括可操作以使至少一个打印头358沿三维方向移动来打印具有表面352的面板或挡板354或在另一种工艺制成的面板或挡板354上打印表面352的轨道系统356。如图16所示，第二制造装置350可以容纳多个预制面板或挡板354并且在多个预制面板上打印表面352。在一些实施例中，第二制造装置350打印具有表面352的多个面板或挡板354，所述表面352将设置在增强型框架结构312上。

第二制造装置350还包括：至少一个涂层打印头360，其与能够使至少一个涂层打印头360移动的轨道系统356相关联；至少一个机器臂362，其可操作以使至少一个涂层打印头360沿三维方向移动；或者既包括与轨道系统356相关联的涂层打印头360又包括与机器臂362相关联的打印头360。涂层打印头360使用增强材料364涂覆面板或挡板354的至少一个表面以形成增强型面板或挡板366。

第二制造装置350还包括多轴构建平台或载物台368，将面板或挡板354打印和/或定位在该多轴构建平台或载物台368上。载物台368可操作以沿三维方向滑动和倾斜，从而使设置在其上的面板或挡板354相对于涂层打印头360定位。因此，轨道系统356和机器臂362可以使打印头360相对于面板或挡板354定位，从而使得涂层打印头360围绕面板或挡板354沉积增强材料364以形成增强型面板或挡板366。在一些实施例中，至少一个涂层打印头360围绕面板或挡板354沉积树脂370且至少一个打印头360将多根纤维372沉积在树脂370上以在面板或挡板354上生成增强材料364。如上文所讨论的，根据增强材料364被沉积在面板或挡板354的位置，可以沿预定方位将多根纤维372沉积在树脂370上。此外，多根纤维372可以包括本文所描述的任何纤维。

第二制造装置350还可选地包括用于扫描增强型面板或挡板366以生成增强型面板或挡板366的表面图像的至少一个扫描器374。至少一个扫描器374与轨道系统356相关联，所述轨道系统356可操作以使至少一个扫描器374沿三维方向相对于增强型面板或挡板366移动来测量增强型面板或挡板的表面并形成其表面几何形状的三维图像。至少一个扫描器374包括至少一个传感器和可选地至少一个照相机。传感器的非限制性实例包括立体视觉传感器、采用点激光或线激光的激光三角测量传感器，或者机械接触探针传感器，例如坐标测量机(CMM)。将传感器配置成捕获三维点云数据，用于形成三维图像。

在生成增强型面板或挡板366之后，并行工艺300包括将增强型面板或挡板366设置到增强型框架结构312上，从而使得增强型面板或挡板366的表面352与表面偏差接合并且对齐地接触或嵌套。

出于说明和描述的目的，已经提供了实施例的以上描述。其并非意图穷举性的或者限制本公开。特定实施例的各个元件或特征通常并不限于该特定实施例，但在其应用场合是可以互换的并且可以用于选定实施例中，即使未具体示出或描述这一选定实施例也是如此。相同内容也可以以多种方式进行变型。这样的变型不应被视为脱离本公开，且所有这样的修改都应认为包括在本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种用于制造嵌板结构的方法，所述方法包括：

扫描框架结构的外表面；

通过增材制造生成将沿着所述框架结构的所述外表面的第一区域设置的面板，其中所述面板包括与所述框架结构的所述外表面的所述第一区域互补的接合表面；以及

将所述面板组装到所述框架结构的所述外表面的所述第一区域以形成所述嵌板结构。

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括通过在所述扫描之前进行增材制造将增强材料涂敷到具有所述外表面的所述框架结构上。

3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在所述扫描之前利用增强材料涂覆所述框架结构。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述利用增强材料涂覆所述框架结构包括利用选自以下各项组成的群组的纤维涂覆所述框架结构：碳纤维、玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维、硼纤维、陶瓷纤维、聚酯纤维、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维，以及其组合。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述利用纤维涂覆所述框架结构包括使所述纤维沿预定方位对齐。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，将所述纤维嵌入树脂基体内。

7.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括使所述增强材料在压力下固化或硬化，其中所述压力与局部真空装袋、流体静压力、气动加压套筒或高压釜相关联。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述面板的所述生成包括通过增材制造生成部件。

9.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括利用增强材料涂覆所述面板的表面。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，生成所述面板包括：

生成所述面板的内表面；

将所述内表面铺设在多个销上，所述多个销被设置并调节成所述内表面的所述形状；

将增强材料涂敷到所述内表面；以及

使所述内表面和增强材料受到压力作用同时具有所述增强材料的所述内表面由所述多个销支撑。