CN106696249B - 单片式汽车的增材制造 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了多种用于制造结构的方法。该方法包括通过增材制造方法制造壳体结构以及从该壳体结构分割出具有预定形状的板。然后，将这些板联接到壳体结构。本发明还提供了用于执行这些方法的各个步骤的装置。

Description

单片式汽车的增材制造
技术领域
本发明涉及通过增材制造法来制造结构，例如单片式车身或单壳式车身。
背景技术
本节提供与本发明相关的背景信息，其不一定是现有技术。
制造设备和车辆的工艺通常依赖于单个部件的独立生产以及部件的拼接或组装来生成最终产品。例如，在汽车工业中，通常通过将数千个单个部件或单元组装成车辆来制造汽车。这些部件或单元都是单独制造的，通常需要使用专门或复杂的工具或设备。相应地，制造汽车的工艺属于劳动密集型，复杂而且昂贵。例如，汽车工厂涉及复杂的系统和操作，其中包括复杂的工具、材料运输输送机、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期。因此，需要改进的制造方法来实现汽车和其他车辆或设备的流水线制造工艺。
发明内容
本节提供对本发明的总体概述，其并非是对本发明全部范围和全部特征的全面披露。
本技术提供了一种制造一体化结构的方法。该方法包括：以逐层的打印工艺增材制造该一体化结构的壳体模板，其中壳体模板包括内表面和外表面。该方法还包括：在壳体模板外表面施加增强材料，处理增强材料以产生具有增强组成的增强型壳体，从增强型壳体的预定位置切割出至少一块预定形状的板，将该板从增强型壳体上移除。
本技术还提供了另一种制造一体化结构的方法。该方法包括：以逐层的打印工艺增材制造该一体化结构的壳体模板，其中壳体模板包括内表面和外表面。该方法还包括：从壳体模板的预定位置分割出至少一块预定形状的板、将该至少一块板从壳体模板上移除。该方法进一步包括：改进该至少一块板或增强型壳体，当板被移除时，在壳体模板边缘或板上的至少一层材料是暴露的。通过增材制造来进行改进。该方法还包括将该至少一块板连接到壳体模板的预定位置。
此外，本技术提供了一种制造单片式汽车车身的方法。该方法包括：通过逐层增材制造工艺生成该壳体模板，其中壳体模板包括内表面和外表面。该方法还包括在壳体模板外表面施加增强复合材料前体(包括树脂和多根纤维)、处理增强复合材料前体以产生增强型壳体。该方法进一步包括：在增强型壳体的一个或多个预定位置上分割出具有预定形状的一个或多个板，将该一个或多个板从增强型壳体上移除，通过逐层的增材制造工艺生成增强型壳体内表面的框架结构，将该一个或多个板连接到增强型壳体相应的一个或多个预定位置上，其中一个或多个板对应于从由以下项组成的群组中选出的车辆部件：车门、后备箱盖、发动机罩、后舱门、加油盖、电插座门、进风口及其组合。
根据本文提供的描述，其他适用领域将变得显而易见。本发明内容中的描述和具体实例仅用于说明的目的，而并非意图限定本发明的范围。
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，且并非意图限制本发明的范围。
图1为示出根据本技术某些变型的用于制造板架结构的方法的框图。
图2是图1中所描述方法的示意图。
图3为示出根据本技术某些方面而形成的增强复合材料(包括树脂和纤维)的示意图；
图4是根据本技术某些变型用于产生增强材料的设备的示意图；
图5是根据本技术某些变型制造板架结构的串行工艺的示意图；
图6是根据本技术某些变型用于打印结构壳体的设备的示意图；
图7是根据本技术某些变型用于将增强材料涂覆到壳体的设备的示意图；
图8是根据本技术某些变型从壳体分割板的设备的示意图；
图9是根据本技术某些变型扫描结构的设备的示意图；
图10是根据本技术某些变型改进板的设备的示意图；
图11是根据本技术的某些变型制造板架结构的并行工艺的示意图；以及
图12是根据本技术某些变型用于打印壳体、将增强材料涂覆到壳体、从壳体上分割板以及扫描壳体的设备的示意图。
在所有的附图中，对应的附图标记指示对应的部件。
具体实施方式
提供示例性实施例，以使本发明详尽，并且将向本领域技术人员充分传达本发明范围。阐述了许多具体细节，例如具体组成、部件、设备和方法，从而提供对本发明实施例的详尽理解。对本领域的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多种不同形式实施，且两者均不应被解释为限制本发明的范围。在某些示例性实施例中，不详尽描述公知的工艺、公知的设备结构和公知的技术。
此处所使用的术语仅用于描述特定示例性实例，而不旨在限制本发明。如此处所用，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、组成、步骤、单体、操作和或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、单体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。尽管开放式术语“包括”应理解为用于对此处提出的各种实施例进行描述或申请保护的非限定性术语，但在某些方面，该术语可以可选地理解为替代更加限制或限定性的术语，例如“由...组成”或“基本上由...组成”。因此，对于描述组成、材料、部件、元件、特征、一体化、操作和/或工艺步骤的任何给定实施例，本发明还具体地包括由/大致由所述的组成、材料、部件、元件、特征、一体化、操作和/或工艺步骤组成的实施例。在“由...组成”的情况下，可选实施例不包括任何另外的组成、材料、部件、元件、特征、一体化、操作和/或工艺步骤，而在“大致由...组成”的情况下，实施例不包括实质上影响到其基本和新颖特征的任何另外的组成、材料、部件、元件、特征、一体化、操作和/或工艺步骤，而实质上不影响其基本和新颖特征的任何另外的组成、材料、部件、元件、特征、一体化、操作和/或工艺步骤可包括在实施例内。
除非特别标明执行顺序，否则此处描述的任何方法步骤、工艺和操作不应理解为必须以所讨论或所示的具体次序进行。还应注意，除非另有说明，否则也可采用附加或可选的步骤。
当部件、元件或层被指为“处于”、“接合到”、“连接到”或“联接到”其他元件或层上时，其可直接处于、接合到、连接到或联接到其他部件、元件或层上，也可存在插入元件或层。相反，当元件被指为“直接处于”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”其他元件或层时，则不存在插入元件或层。应当以类似方式理解描述元件关系的其他词(例如，“在...之间”和“直接在...之间”，“邻近”和“直接邻近”等)。如此处所用，术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任何组合和所有组合。
例如“在...之前”、“在...之后”、“内部”、“外部”、“在...之下”、“在...下面”、“下”、“在...之上”、“上”等空间或时间相对性术语可用于描述如附图中所示一个元件或特征与其他元件或特征的关系。空间或时间相对性术语可旨在涵盖除了附图中所描述方位之外使用或操作中的设备或系统的各种方位。
在整个公开中，数值表示近似测量或对范围的限制，从而包含相对于给定值的微小偏离，以及具有大约为所涉及值或精确为所涉及值的实施例的微小偏离。本说明书中所有参数数值(例如，质量或条件参数)(包括所附权利要求书)应被理解为在一切情况下被术语“大约”所修饰，不论“大约”是否出现在数值前。“大约”表示所陈述的数值允许微小偏差(其程度上近似该数值；大约或相当地接近数值；几乎)。如果“大约”所提供的偏差在本领域中不作通常意义的另外理解，则此处所用的“大约”至少表示可能在测量或使用这些参数的常规方法中产生的变型。
此外，范围的公开包括所有数值以及整个范围的进一步划分范围的公开，其包括范围给出的端点和子范围。如此处所用，除非另有说明，否则范围包括端点，且包括所有不同值和整个范围的进一步划分范围的公开。因此，例如，“从A到B”或“从约A到约B”包括A和B。
现在将参考附图更详细地描述示例性实施例。
本发明在各个方面提供了制造一种结构的方法。如上所述，当前制造车辆的工艺复杂、昂贵且专用于单个车辆。因此，本技术提供了用于增材制造框架、外壳、壳体或单壳车身的结构的方法。这些增材制造方法可消除车身制造的订制工具，并保证超轻重量结构。对于汽车工业，增材制造方法也可减少启动新车辆以及转换为新车型生产的前置期，并提供在车辆出售地制造车身和面板的能力。本技术提供的其他优点包括：产品研发周期更快，消除了制造特定车身的特定样式的工具以及增加了制造灵活性和对客户需求的响应性。
本技术可用于改进各种一体化结构的制造。如此处所示，“一体化结构”是一种结构，其至少一部分是经由逐层三维打印通过增材制造而生成的。本技术的一体化结构中，可能有一个或多个部分被移除或添加。例如，一体化结构可为车辆的框架、壳体或单壳车身，或者是设备的外壳。应予注意，虽然一体化结构特别适用于汽车或其他车辆(例如，摩托车、船、拖拉机、公共汽车、房车、野营车和坦克)的部件，但是作为非限制性实例，其也可用于各种其他工业或应用，包括航空航天部件、消费品、办公设备和家具、工业设备和机械、农场设备或重型机械。因此，在某些实施例中，该结构为单片式汽车车身。如在此处所用，“单片式车身”为包括车辆框架和车身的单个一体化结构。具有可通过现有技术制造的框架或单片式车身的车辆的非限制性实例包括汽车、拖拉机、公共汽车、摩托车、船、房车、野营车和坦克。具有可通过现有技术制造的框架的其他示例性结构包括：例如房子、办公室、棚屋、仓库和设备的建筑。
本发明进一步提供用于增材制造具有面板的结构的系统或设备。增材制造是一种工艺，其逐层制造实体三维结构，通常通过打印沉积工艺，或者将能量或热量选择性地施用于粉末起始材料以凝固、熔断或烧结和制造实体材料层。增材制造通常同时称为三维打印。聚合物或金属壳可用于通过增材制造以制造实体结构。增材制造工艺的非限制性实例包括：使用例如热固性塑料和热塑性塑料的聚合物进行熔融沉积成型和选择性激光烧结；依赖于UV可固化聚合物的立体平版印刷、连续液体界面生产技术或其他技术；使用复合聚合物的熔融沉积成型；使用例如铝合金、钛合金和钢合金的金属的直接金属激光烧结、电子束直接金属熔化系统、吹制粉末定向能量沉积、电线直通定向能量沉积和利用“Magnet Jet”技术的液体金属3D打印系统。此外，可通过单个机器将多种材料沉积到物体的不同位置。
数字三维建模系统可用于制造待形成结构的数字模型。然后可通过增材制造系统从数字模型中形成物理结构。该系统可包括探测结构表面并形成结构表面几何形状的三维图的扫描仪。该系统还提供了在结构表面沉积树脂和/或纤维的多个头部。在各个实施例中，该系统设置为多个设备或单个多功能设备。
如图1和图2所示，现有技术提供了一种制造一体化结构的方法。所述一体化结构可以是如上所述的任意结构，作为非限制性实例包括车体。在框12中，所述方法包括生成所述结构的壳体模板。在各种实施例中，所述壳体模板形成用于单壳壳体的模板，如本文所用的，所述壳体是外蒙皮或是能支撑载荷的壳体。示例性壳体模板30如图2所示。在各种实施例中，所述壳体模板30具有内表面31和外表面33并且是在逐层增材制造工艺中生成的，本文中也称为三维打印(“3-D打印”)。在一些实施例中，经增材制造而生成所述壳体模板30包括打印第一材料及第二材料，所述第二材料重于第一所述第一材料。所述较重的材料可以处于所述壳体模板30的某些位置，以生成预定重心。例如，当所述壳体为车体时，低重心可有助于防止翻倒或改进操作。在其他变型中，这种对所述壳体模板30的性能的修改可包括在某些区域中生成具有较大密度的实体结构。
所述壳体模板30可由现有技术中所用的任何材料制成(例如聚合物、塑料、纤维玻璃或金属)。合适的金属的非限制性实例包括铝、镁、不锈钢及其组合。例如，通过3-D打印已经沉积了一层或预定层数的材料后，可施加增强复合前体材料作为所述模板壳体30的一层。在某些变型中，所述增强复合前体材料是具有增强纤维的增强复合预浸料。在一些实施例中，所述材料用增强纤维来增强。所述增强材料可以是增强复合前体材料，例如预浸料。预浸料可以是具有多根纤维的材料带或条，所述纤维分布于位于暴露层表面上的树脂内。所述纤维可以对齐、随机分散或几何状分散成晶格结构。定位所述带或树脂也可以通过3-D打印来执行。因此，打印可以包括逐层3-D打印所述模板壳体30，并三维打印增强晶格结构作为至少一层。适用于增强所述材料的纤维的非限制性实例包括碳纤维、玻璃纤维(例如纤维玻璃或石英)、芳族聚酰胺纤维(例如对位芳族聚酰胺合成纤维和对位芳族聚酰胺合成纤维)、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。所述纤维就位后，继续3-D打印所述模板壳体30。通过该方法，3-D打印的壳体可包括多个增强层，该增强层为模板壳体30提供附加强度。
在图1的框14中，且如图2所示，所述方法10包括将增强材料32任选地施加到所述整个壳体30或至少一部分所述壳体30上，例如所述外表面。参照图3，所述增强材料32可以是配置为带62的树脂60，所述带62包括增强纤维64。所述增强纤维64可包括本文所述的任何纤维。在一些实施例中，所述方法10包括在预定方向的对齐短切或连续纤维，这取决于所述待涂层壳体30的位置。图3的所述树脂60包括位于对齐方向66的连续纤维64，位于交叉方向的纤维64或织物68，和位于任意方向70的短切纤维64。这些预定方向66，68和70用来优化用于壳体30的强度，以满足负载和性能要求。例如，当将负载按照所述纤维方向施加到所述壳体30的位置时，对齐方向66的连续纤维64提供强度。至于车体壳体，连续纤维64可以用于支柱A(从车辆前发动机罩到车顶的方向)或支柱B(从车辆地板到车顶的方向)。交叉方向68或任意方向70可以用于期望负载正交施加至所述壳体30的位置。因此，这些纤维构造提供完全可定制的结构。在各种实施例中，所述增强材料32为如上所述的预浸料。
在框16中，所述增强材料32已经施加至所述模板壳体30后，所述方法10包括处理所述增强材料32以生成增强型壳体34。各种实施例中，处理包括在压力下固化或凝固所述增强材料32，其中所述压力与当地真空包装、静液压、气压套筒或高压釜相关联。所得的增强型壳体34相对并未至少部分涂覆增强材料32的壳体30而言强度有所增加。然而，在一些实施例中，所述模板壳体30具有足够的强度，使得在图1的框14和16中不必涂覆及处理所述增强材料32。
在框18中，所述方法10包括从所述模板壳体30或增强型壳体34中在预定位置分割出至少一个具有预定形状的面板或封闭件36。在各种实施例中，从所述模板壳体30或增强型壳体34中分割出多个面板或封闭件36，使得从所述模板壳体30或增强型壳体34中在单独预定位置分割出多个具有单独预定形状的面板或封闭件36。分割是通过本领域已知的例如切割、雕刻、锯切、切片、剪断、熔化、刻蚀或其组合的任何方法进行的。分割后，所述方法10包括将面板或封闭件36从所述模板壳体30或增强型壳体34中移除。当所述模板壳体30为车体时，所述面板或封闭件36为选自由以下项所组成的群组种的车辆部件：门、后背箱盖、发动机罩、后舱门、加油盖、电插座门、进风口及其组合。通过将面板或封闭件36从所述模板壳体30或增强型壳体34中移除露出开口38(或当移除一个以上的面板或封闭件36时，露出多个开口38)。在一些实施例中，也从所述面板或封闭件36中分割和移除预定形状，其在所述面板或封闭件36上露出开口40。如下面更详细的讨论，可将面板或封闭件36于其被移除的开口38处组装或联接(例如用铰链)到所述模板壳体30或增强型壳体34上。在各种实施例中，至少一个开口38将允许另一组件(例如汽车的挡风玻璃或窗户)组装到所述模板壳体30或增强型壳体34上。在一些实施例中，对所述模板壳体30或增强型壳体34进行修饰以接纳其他组件，例如锁、致动器、电机、铰链、开关、信息娱乐系统、扬声器、座椅、天线、旋钮、前照灯、尾灯、格栅/散热器通风设备、刹车通风设备、发动机罩进风口、采光顶、天窗和/或例如车轮、轮轴和/或悬架系统的底盘系统部件。
如从所述模板壳体30或增强型壳体34分割出来的所述面板或封闭件36，材料必须从所述面板或封闭件36和/或所述模板壳体30或增强型壳体34中移除。因此，所述开口38大于在其位置处从所述模板壳体30或增强型壳体34移除的所述面板或封闭件36。相应地，在框20中，所述方法10包括可选地修饰位于所述开口38的位置处的所述模板壳体30或增强型壳体34和所述面板或封闭件36中的至少一个。在各种实施例中，修饰包括在所述模板壳体30或增强型壳体34的边缘上3-D打印至少一层材料，其中当所述面板或封闭件36被移除时，所述边缘露出。在其他实施例中，修饰包括在所述面板或封闭件36的边缘上3-D打印至少一层材料，其中当所述面板或封闭件36从所述模板壳体30或增强型壳体34中被移除时，所述边缘露出。此外，通过所述开口40露出的面板或封闭件36的边缘可以以相似的方式进行修饰，例如调整所述开口40的尺寸，使得窗户或进风口可以配置成覆盖所述开口40。
在一些实施例中，所述方法10包括扫描所述模板壳体30或增强型壳体34以确定：在将要配置所述面板或封闭件36的位置处，所述模板壳体30或增强型壳体34外表面的表面偏差是否大于标称表面偏差。如本文所用的，“标称表面偏差”是指结构外表面的偏差，该结构外表面的偏差不影响在所述标称表面偏差位置处面板粘附到结构的能力。因此，当所述模板壳体30或增强型壳体34的表面偏差大于标称表面偏差时，例如坑、凹槽、凹坑或弧坑，如果所述标称表面偏差不存在或经过校正，那么配置在表面偏差大于标称表面偏差位置处的面板或封闭件36将不会粘附到所述模板壳体30或增强型壳体34上。类似地，当所述模板壳体30或增强型壳体34的表面偏差大于标称表面偏差时，例如小丘，尖峰或隆起，配置在表面偏差大于标称表面偏差位置处的面板或封闭件36将不会在正确的方向粘附到所述模板壳体30或增强型壳体34上。此外，所述方法10可包括扫描所述模板壳体30或增强型壳体34以确定将多少材料3-D打印到如上所述的面板或封闭件36的边缘上。因此，扫描所述模板壳体30或增强型壳体34提供所述壳体30或增强型壳体34的外表面的三维地图。换言之，扫描提供了有关所述模板壳体30或增强型壳体34的外表面的表面拓扑结构的信息。通过扫描获得的信息被传递给3-D打印机，其能打印所述面板或封闭件36表面的三维接合特征，在所述面板或封闭件36将被配置位置处，面板或封闭件36与表面偏差和/或模板壳体30或增强型壳体34接触。所述三维接合特征与所述模板壳体30或增强型壳体34的外表面互补并使其对齐接触、接合或嵌套在所述模板壳体30或增强型壳体34的外表面上。
在框22中，所述方法10还包括加工所述模板壳体30、增强型壳体34和/或面板或封闭件36。例如，在执行所述方法10的任何时刻，所述方法包括围绕所述模板壳体30或增强型壳体34的内表面3-D打印例如管框架或空间框架的框架结构，以生成车辆的单片式汽车车身。在各种实施例中，所述框架结构包括用于接收座椅、控制台、面板、仪表面板、仪表板或其他汽车特征的内部结构。此外，在一些实施例中，进一步加工包括将电线和/或触头直接3-D打印在所述模板壳体30、增强型壳体34和/或具有例如银焊料的导电材料的面板或封闭件36上。在一些实施例中，进一步加工还包括将底漆，涂料和/或透明涂层施加到所述模板壳体30、增强型壳体34和/或面板或封闭件36中至少一种上。
在各种实施例中，进一步加工包括修饰面板或封闭件36和/或所述模板壳体30或增强型壳体中的至少一种，以接收至少一种组件，其选自由以下项组成的群组：挡风玻璃、窗户、锁、致动器、电机、铰链、开关、信息娱乐系统、扬声器、座椅、天线、旋钮、前照灯、尾灯、格栅/散热器通风设备、刹车通风设备、发动机罩进风口、采光顶、天窗、底盘系统部件和多种部件及其组合。进一步加工还可以包括通过用组件来修饰所述面板或封闭件36的一部分来制备至少一个作为门的面板或封闭件36，所述组件选自由以下项所组成的群组：窗户、锁、致动器、电机、铰链、开关、旋钮及其组合。在所述面板或封闭件36修饰成门后，所述方法10可以包括将所述面板或封闭件36联接到所述模板壳体30或增强型壳体34上，以使所述面板或封闭件36在其被移除的预定位置可操作以打开或关闭。在实施例中，多个面板或封闭件36被分割和移除，联接包括在对应的单独预定位置处将所述面板或封闭件36联接到所述模板壳体30或增强型壳体34上。相似地，面板或封闭件36可在其被移除的位置被修饰并联接到所述模板壳体30或增强型壳体34。换言之，在结构为车体的实施例中，多个面板或封闭件36在其被移除的位置处被联接到所述模板壳体30或增强型壳体34中以形成车部件，其选自由以下项所组成的群组：门、后备箱盖、发动机罩、后舱门、加油盖、电插座门、进风口及其组合。每个此种面板均通过使面板相对所述模板壳体30或增强型壳体34移动(例如摆动)的至少一个铰链或其他硬件联接到所述模板壳体30或增强型壳体34。
参见图4，本技术还提供了一种用于生成增强材料的装置或系统150。所述装置150包括外壳152。外壳152内是轨道系统154。所述装置150还包括用于以预定形状沉积树脂158的打印头156及将纤维沉积到该树脂158上的纤维头160。所述轨道系统154三维独立地移动所述打印头156和所述纤维头160。在各种实施例中，所述装置150包括至少一个打印头156和/或至少一个纤维头160。例如，图6的所述装置150包括一个打印头156和三个纤维头。
在一些实施例中，所述装置150还包括可选的扫描系统162，其包括立体视觉传感器和至少一个相机。所述扫描系统162生成结构表面的三维地图。因此，所述装置150用于扫描结构，生成该结构表面的地图并生成用于涂覆到该结构的增强材料。
所述装置150生成包括增强材料的定制树脂。相应地，所述装置150可用于生成本文所述增强材料，例如参见图3所描述的增强材料32。在各种实施例中，所述装置150包括多个打印头156。因此，所述装置150可用于执行本文所述的方法。例如，所述装置150可用于扫描壳体，打印具有三维接合特征的面板，生成增强材料并用所述强材料涂覆所述壳体和/或面板。
参考图5至图10，本技术还提供了一种用于制造一体化结构202的串行工艺200。一体化结构202可以是如上所述的任何结构。串行工艺200，例如可用于执行图1中的方法10。串行工艺200包括操作第一打印装置210(在图6中更详细地示出)以通过3-D打印技术生成具有内表面213和外表面215的模板壳体212。第一打印装置210包括轨道系统214，其可操作以在三维空间中移动打印头216。在各个实施例中，第一打印装置210包括至少一个打印头216，即，多个打印头216。当轨道系统214移动时，打印头216沉积一种材料，从而形成模板壳体212。如上所述，该模板壳体212可以是车辆单片式车身或单壳结构。
除非将该模板壳体212打印成具有足够强度，否则串行工艺200包括操作第一涂覆装置220(在图7中更详细地示出)，用以将增强材料222施加至模板壳体212以形成增强型壳体224。在各个实施例中，将增强材料222施加至模板壳体212包括：用增强材料222涂覆该模板壳体212的至少一部分，例如外表面215。第一涂覆装置220包括：轨道系统226，其可操作以在三维空间中移动至少一个打印头228；至少一个机器臂230，其可操作以在三维空间中移动至少一个打印头228；或具有该轨道系统226与该至少一个机器臂230二者。如图7所示，第一涂覆装置220包括轨道系统226与机器臂230二者，并且进一步包括三个打印头228。该第一涂覆装置220还包括多轴构建平台或载物台232，模板壳体212位于其上。载物台232可操作以在三维空间中滑动和倾斜，从而使其上设置的模板壳体212相对于打印头228定位。因此，轨道系统226和机器臂230可以使这些打印头228相对于该模板壳体212定位，从而使打印头在该模板壳体212周围沉积增强材料以形成增强型壳体224。在某些实施例中，至少一个打印头228在该壳体112周围沉积树脂234并且至少一个打印头228在该树脂上沉积多根纤维236从而在该模板壳体212上生成增强材料222。如以上所讨论的，可根据模板壳体212上沉积增强材料222的位置，将所述多根纤维236以预定取向沉积在树脂234上。此外，所述多根纤维236可以包括此处所述的任何纤维。
在模板壳体212或增强型壳体224形成之后，串行工艺200包括：操作分割装置240(在图8中更详细地示出)用于在预定位置处以预定形状从该模板壳体212或增强型壳体224上分割出至少一个面板或封盖242。分割装置240包括可操作以在三维空间中移动至少一个机器臂246的轨道系统244、在三维空间中的至少一个机器臂246或者既包括可操作以移动至少一个机器臂246的轨道系统又包括该至少一个机器臂246。机器臂246可操作以在三维空间中相对于模板壳体212或增强型壳体224移动至少一个分割元件248。如上所述，切割元件248通过切割、雕刻、锯、切分、剪、熔融、蚀刻或其组合来分割该模板壳体212或增强型壳体224。轨道系统244和机器臂246使该分割元件248相对于该模板壳体212或增强型壳体224移动，从而从该模板壳体212或增强型壳体224中分割至少一个板或封盖242。在某些实施例中，分割元件248是高功率的激光器，其能够从该模板壳体212或增强型壳体224熔融出板或封盖242。
串行工艺200还包括操作用于扫描模板壳体212或增强型壳体224的扫描装置250(在图9中更详细地示出)以确定在将要设置板或封盖242的位置处，该模板壳体212或该增强型壳体224外表面的表面偏差是否大于标称表面偏差。还可以执行扫面以确定将多少材料3-D打印到如上所述的板或封盖242的边缘处。扫描装置250包括轨道装置252，其可操作以使至少一个扫描仪254在三维空间中相对于该模板壳体212或增强型壳体224移动从而探测壳体212或增强型壳体224的表面并生成其表面形状的三维图。该扫描仪254包括至少一个传感器和可选的至少一个相机。传感器的非限定性实例包括立体视觉传感器、使用点激光或线激光的激光三角测量传感器或机械接触探针传感器，例如，坐标测量仪(CMM)。将该传感器配置成捕捉三维点云数据，以生成三维图。
扫描之后，串行工艺200包括操作第二打印装置260(在图10中更详细地示出)以便在将要设置板或封盖242的位置处用接合表面来改进模板壳体212或增强型壳体224的表面。尤其是，数据传输模块或装置258将数据从扫描装置250传输至第二打印装置260，从而使打印到该模板壳体212、增强型壳体224、或板或封盖242的表面提供接合表面，该接合表面与增强型壳体224的表面偏差互补。如图10所示，在板或封盖242上打印表面262以增加该板或封盖242的尺寸，从而使该板或封盖242以预定方式装配在模板壳体212或增强型壳体224的开口中。第二打印装置260包括轨道系统264，其可操作以在三维空间中移动至少一个打印头266从而打印该接合表面。在各个实施例中，第二打印装置260可以容纳多个板或封盖242并且在该多个预先成形的板或封盖242上打印表面262。在某些实施例中，第二打印装置260和第一打印装置210是同一装置。
在操作该第二打印装置260之后，将这些板或封盖242联接到模板壳体212或增强型壳体224(例如，举例而言用铰链)和/或如上所述进行进一步加工。
在串行工艺200中，所述的装置210、220、240、250、260的不同部件可以组合成多功能装置。这些多功能装置比集合装置210、220、240、250、260占用的空间更小，并且其生成结构的时间比具有单独的装置210、220、240、250、260的结构的制作时间更短。在下文中针对用于制造板结构的并行工艺更详细地描述了这些多功能装置。然而，应理解的是，在单个装置中可以采用这些装置的任何组合，因此以下描述是非限制性的。
参照图11至12，本技术还提供了一种用于制造结构302的并行工艺，或“一体化”工艺300。并行工艺300例如可用于执行图1中的方法10。并行工艺300包括操作第一制造装置310(在图12中更详细地示出)用以生成具有内表面和外表面的增强型壳体312。第一制造装置310包括轨道系统314，其可操作以在三维空间中移动打印头316。在各个实施例中，第一打印装置310包括至少一个打印头316或多个打印头316。当轨道系统314移动时，打印头316沉积材料，从而形成一个壳体318。如上所述，壳体318可以是车体，例如，单片或单壳结构。
第一制造装置310还包括：至少一个与轨道系统324相连接的涂覆打印头320，该轨道系统能够在三维空间中移动该涂覆打印头320；至少一个机器臂322，其可操作以在三维空间中移动至少一个涂覆打印头320；或既包括与轨道系统314相连接的涂覆打印头320又包括与机器臂322相连接的涂覆打印头320。该涂覆打印头320用增强材料324涂覆壳体318的至少一部分(例如，外表面)以形成增强型壳体312。然而，应理解的是，如果将壳体318打印成具有足够强度，则不需用增强材料324涂覆该壳体318。
第一制造装置310还包括多轴构建平台或载物台326，壳体318被打印或定位在其上。载物台326可操作以在三维空间中滑动和倾斜从而使其上设置的壳体318相对于涂覆打印头320定位。因此，轨道系统314和机器臂322可以使这些打印头320相对于壳体318定位，从而使该涂覆打印头320在壳体318周围沉积增强材料324以形成增强型壳体312。在某些实施例中，至少一个涂覆打印头320在该壳体318周围沉积树脂328并且至少一个打印头320在该树脂328上沉积多根纤维330从而在该壳体318上生成增强材料324。如以上所讨论的，可根据壳体312上沉积增强材料324的位置，将所述多根纤维330以预定取向沉积在树脂328上。此外，所述多根纤维330可以包括此处所述的任何纤维。
第一制造装置310还包括至少一个分割元件332用于在预定位置处以预定形状从壳体318或增强型壳体312上分割出至少一个面板或封盖334。分割元件332与轨道系统314相连接，该轨道系统可操作以在三维空间中移动至少一个机器臂336，在三维空间中的至少一个机器臂336，或者可操作以移动至少一个机器臂336的该轨道系统314和至少一个机器臂336。机器臂336可操作以在三维空间中相对于壳体318或增强型壳体312移动至少一个分割元件332。如上所述，切割元件332通过切割、雕刻、锯、切分、剪、熔融、蚀刻或其组合来分割该壳体318或增强型壳体312。轨道系统314和机器臂336使该分割元件332相对于壳体318或增强型壳体312移动，从而从该壳体318或增强型壳体312分割至少一个板或封盖334。在某些实施例中，分割元件332是高功率的激光器，其能够从壳体318或增强型壳体312熔融出板或封盖334。
第一制造装置310还可以包括至少一个用于扫描壳体318、增强型壳体312或板或封盖334的扫描仪，以确定在将要设置板或封盖的位置处，该壳体318或该增强型壳体312外表面的表面偏差是否大于标称表面偏差。该至少一个扫描仪338与轨道系统314相连接，该轨道系统可操作以使该至少一个扫描仪338在三维空间中相对于壳体318或增强型壳体312移动从而探测壳体318或增强型壳体312的表面并生成其表面几何形状的三维图。该扫描仪338包括至少一个传感器和可选的至少一个相机。传感器的非限定性实例包括立体视觉传感器、使用点激光或线激光的激光三角测量传感器或机械接触探针传感器，例如，坐标测量仪(CMM)。将该传感器配置成捕捉三维点云数据用以生成三维图。
扫描之后，并行工艺300包括操作第二制造装置350以便在将要设置板或封盖334的位置处用接合表面来改进壳体318或增强型壳体312的表面。尤其是，数据传输模块或装置340将数据从扫描仪338传输至第二制造装置350，从而使打印到壳体318、增强型壳体312、或板或封盖334上的表面提供接合表面，其与该壳体318或增强型壳体312的表面偏差互补。如图11所示，在板或封盖334上打印表面352以增加该板或封盖334的尺寸，从而使其将以预定方式装配在壳体318或增强型壳体312的开口中。第二制造装置350包括轨道系统354，其可操作以在三维空间中移动至少一个打印头356从而打印该接合表面。在各个实施例中，第二制造装置350可以容纳多个板或封盖334并且在多个预先成形的板或封盖334上打印表面352。在某些实施例中，第二制造装置350和第一制造装置310是同一装置。
在操作该第二制造装置350之后，将这些板或封盖334联接到壳体318或增强型壳体312(例如，用一条铰链)和/或如上所述进行进一步加工。
为了说明和描述的目的，已经提供了实施例的前述说明。其并不意图穷举或限制本发明。特定实施例的单个元件或特征通常不限于该特定实施例，但是，在适用的场合，是可互换的并且可用于选定的实施例中，即使没有具体地示出或描述。同样可以以多种方式进行改变。这样的变型不能视为脱离了本发明，且所有这样的改进都应认为被包括在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种用于制造一体化结构的方法，所述方法包括：
以逐层打印工艺增材制造所述一体化结构的壳体模板，其中，所述壳体模板包括内表面和外表面；
将增强材料施加至所述壳体模板的所述外表面；
处理所述增强材料以生成包括增强复合材料的增强型壳体；
在预定位置处从所述增强型壳体中分割出至少一个具有预定形状的板；并且
将所述板从所述增强型壳体中移除；
通过增材制造在所述壳体模板或板的边缘处形成至少一层材料来改进所述至少一个板或所述增强型壳体，当移除所述板时，所述至少一层材料暴露；
将所述板联接到所述增强型壳体，由此可以操作所述板，以便使所述板在其从所述增强型壳体移除的预定位置处打开和关闭。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一体化结构是车体，并且对所述板的改进包括：在设置窗户的位置处移除所述板的一部分。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一体化结构是车体，并且从所述增强型壳体分割、移除多个板并将所述多个板联接到所述增强型壳体以形成车体部件，所述车体部件选自由以下项所组成的群组：门、后备箱盖、发动机罩、后舱门、加油盖、电插座门、进风口及其组合。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述增强材料的施加通过施加具有增强纤维的增强复合预浸材料来完成，所述增强纤维选自由以下项组成的群组：碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、硼纤维、陶瓷纤维、聚酯纤维、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维及其组合。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
在所述壳体模板的所述内表面中增材制造框架结构以生成车辆的单片式车身。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述处理包括：使树脂在所述增强材料或所述壳体模板中硬化。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述增材制造壳体模板包括：增材制造由金属、聚合物或金属和聚合物二者兼有组成的壳体模板。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括直接在所述增强型壳体和/或一个或多个具有导电材料的板上打印线、电气触点或线和电气触点二者。
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