CN107310161A - 三维（3d）打印的柔性支撑装置 - Google Patents

三维（3d）打印的柔性支撑装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于形成三维(3D)打印的柔性支撑装置的方法，其包括：使用3D打印系统生产V型弹簧元件的阵列，每个阵列包括布置成预定义阵列形状的多个V型弹簧元件，并且每个V型弹簧元件具有预定义的坚固度和滞后性特性；使用3D打印系统将V型弹簧元件的阵列布置在至少一个二维(2D)阵列网格中，使得每个阵列的至少一个V型弹簧元件附接到至少一个相邻阵列的V型弹簧元件；以及根据预定义的体积对至少一个阵列网格成型，以形成支撑装置。

Description

三维(3D)打印的柔性支撑装置
技术领域
本公开整体涉及三维(3D)打印技术，并且更具体地涉及3D打印柔性支撑装置。
背景技术
由于3D打印(亦称作添加制造)的到来和最近发展，以前使用传统技术和材料制造的不计其数的结构已经使用3D打印技术复制。制造商已经表明，3D打印可以用于实际上制造任何类型的产品，从简单的家居用品到复杂的工业部件，最终到人类器官。甚至最近已经使用3D打印系统制造了车辆。
值得注意的是，传统制造的产品与3D打印产品之间的结构性差异通常实际上是不能轻易察觉到的。然而，某些特性难以使用3D打印工具来重现。一个明显的示例包括柔韧性，就座椅(或靠垫、枕头、床垫等)而言，柔韧性可以为用户提供舒适性。传统而言，泡沫，诸如聚氨酯已被倾倒并模制成期望的形状，并且在发泡过程期间形成了柔性结构，其中发泡过程同时提供柔韧性和支撑。在另一方面，3D打印物体相比于泡沫填充结构，通常感觉相对刚性。由于座椅的舒适度是影响用户是否可以或者乐于坐在该座椅上延长的时间段的重要特征，因此为了使此类产品被顾客接受，需要用于生产柔性的3D打印支撑装置的技术。
发明内容
本公开提供用于制造3D打印柔性支撑装置的技术，其中3D打印柔性支撑装置模仿泡沫支撑装置的结构。3D打印柔性支撑装置利用带有预定义特性的可重复V型弹簧元件，其中预定义特性允许设计者控制结构或甚至结构的某些区段的坚固度或滞后性程度。V型弹簧元件可以根据预定义阵列形状分成各个阵列，并且阵列可以与其他阵列组合以形成阵列网格。在整个阵列网格中，单独V型弹簧元件的特性，诸如尺寸、形状、材料等可以不同以实现系统的阻尼效果，即在卸荷之后的逐渐形状恢复，而不是简单的弹簧或“蹦床”效果，其导致舒适性降低。可以用3D打印技术重复的V型弹簧元件的使用使结构容易根据预定义体积(使用(例如)计算机辅助设计(CAD)工具生成的3D模型)成型。可以预期，本文所述的3D打印的支撑装置可以用于期望有(例如，以替换泡沫)柔性层，包括座椅、枕头、床垫、任何类型的靠垫等的无数应用。
根据本公开的实施例，一种用于形成3D打印柔性支撑装置的方法包括：使用3D打印系统生产V型弹簧元件的阵列，每个阵列包括附接到彼此并且布置成预定义阵列形状的多个V型弹簧元件，并且每个V型弹簧元件具有预定义的坚固度或滞后性特性；使用3D打印系统将V型弹簧元件的阵列布置在至少一个二维(2D)阵列网格中，使得每个阵列的至少一个V型弹簧元件附接到至少一个相邻阵列的V型弹簧元件；以及根据预定义的体积对至少一个阵列网格成型，以形成支撑装置。
方法还可以包括：使用3D打印系统形成多个阵列网格；以及使用3D打印系统垂直地堆叠多个阵列网格，使得每个阵列的至少一个V型弹簧元件附接到定位在上方或下方的至少一个阵列的V型弹簧元件。
方法还可以包括：使用3D打印系统生产V型弹簧元件的阵列，使得包括在每个阵列中的多个V型弹簧元件从预定义阵列形状的中心轴线径向延伸。
另外，每个V型弹簧元件可包括具有第一端和相对的第二端的两个臂，所述两个臂在第一端处附接，臂从它们相应的第一端朝向它们相应的第二端相对于彼此成角度地延伸。鉴于此，方法还可以包括：使用3D打印系统生产V型弹簧元件的阵列，使得包括在每个阵列中的多个V型弹簧元件从预定义阵列形状的中心轴线径向延伸，在给定阵列中的每个V型弹簧元件的相应第二端位于中心轴线上。在给定阵列中，其中的V型弹簧元件的第二端可在中心轴线上附接到其中的其他V型弹簧元件的第二端。另外，在给定阵列中，其中的V型弹簧元件的第一臂的第二端可在中心轴线上附接到其中的其他V型弹簧元件的第一臂的第二端，并且其中的V型弹簧元件的第二臂的第二端可在中心轴线上附接到其中的其他V型弹簧元件的第二臂的第二端。另外，在给定阵列中，其中的V型弹簧元件的第一端可以附接到在阵列网格中的至少一个相邻阵列的V型弹簧元件的第一端。类似地，在给定阵列中，其中的V型弹簧元件的第一端可以附接到在阵列网格中的多个相邻阵列的V型弹簧元件的第一端。
另外，预定义阵列形状可为六边形。预定义体积可以是使用计算机辅助设计(CAD：computer-aided design)技术定义的3D模型，并且预定义体积可以被成型为座椅底盘(seat pan)。
方法还可包括：定义给定V型弹簧元件的坚固度或滞后性特性；以及使用3D打印系统根据定义的坚固度或滞后性特性来生产V型弹簧元件。鉴于此，在给定阵列中的第一V型弹簧元件的坚固度或滞后性特性可以与在给定阵列中的第二V型弹簧元件的坚固度或滞后性特性不同。另外，第一阵列的总体坚固度或滞后性特性可以与相邻于第一阵列的第二阵列的总体坚固度或滞后性特性不同。甚至另外，阵列的第一区段的总体坚固度或滞后性特性可以与相邻于第一区段的阵列的第二区段的总体坚固度或滞后性特性不同。
方法还可包括：定义给定V型弹簧元件的尺寸、形状、或材料，以实现期望的坚固度或滞后性特性；以及使用3D打印系统根据定义的尺寸、形状、或材料来生产V型弹簧元件。另外，方法还可包括：定义给定V型弹簧元件的宽度或给定V型弹簧元件的厚度，以实现期望的坚固度或滞后性特性；以及使用3D打印系统根据定义的宽度或厚度来生产V型弹簧元件。定义的宽度或厚度可以是指给定V型弹簧元件的中心部分，并且在中心部分处的定义的宽度或厚度可以分别与在给定V型弹簧元件的端部处的宽度或厚度不同。方法还可包括：提供用户界面，以允许用户选择给定V型弹簧元件的坚固度或滞后性特性；以及使用3D打印系统根据选择的坚固度或滞后性特性来生产V型弹簧元件。
另外，方法还可包括：根据预定义体积的大小对至少一个阵列网格成型，使得至少一个阵列网格配合在预定义体积内。
此外，根据本公开的实施例，一种三维(3D)打印的柔性支撑装置包括：使用3D打印系统生产的V型弹簧元件的阵列，每个阵列包括附接到彼此并且布置成预定义阵列形状的多个V型弹簧元件，每个V型弹簧元件具有预定义的坚固度或滞后性特性。使用3D打印系统将V型弹簧元件的阵列布置在至少一个二维(2D)阵列网格中，使得每个阵列的至少一个V型弹簧元件附接到至少一个相邻阵列的V型弹簧元件，以及至少一个阵列网格被根据预定义体积进行成型。
附图说明
通过结合附图参考下面的描述，本文的实施例可以被更好地理解，在附图中，相似的附图标记指示相同或功能相似的元素，其中：
图1示出与根据本公开实施例的示例性3D打印柔性支撑装置形成对比的传统泡沫结构；
图2A至图2C示出使用用于构造3D打印柔性支撑结构的3D打印系统生产的示例性V型弹簧元件的各种视图；
图3A至图3D示出各种阵列形状的示例性V型弹簧元件阵列的平面图；
图4A至图4F示出示例性的六边形V型弹簧元件阵列的各种视图；
图5示出示例性用户界面，其包括用于定义3D打印柔性支撑结构的坚固度和滞后性特性的输入方式；以及
图6A至图6D示出用于将V型弹簧元件的阵列网格成型为预定义的体积，以便形成3D打印柔性支撑结构的示例性步骤。
应注意，上面提到的附图未必按比例绘制，其代表说明本公开基本原理的各种优选特征的一定程度简化的表示。本公开的具体设计特征，包括例如具体大小、取向、位置、和形状将部分地由特定期望应用和使用环境来确定。
具体实施方式
本文使用的术语仅仅用于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。如本文所用的，单数形式“一”、“一个”、和“该”旨在同样包括复数形式，除非上下文另外明确指明。还应当理解，挡在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包括了”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件、和/或部件的存在，但不排出一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组的存在或添加。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个关联列表项的任何以及全部组合。术语“耦合”指示两个部件之间的物理关系，借此，部件直接连接到彼此或者经由一个或多个中间部件间接地连接。
应当理解，术语“3D打印系统”、“3D打印技术”、“3D打印工具”、“3D打印机”等涵盖本领域已知的任何以及所有系统、技术、和过程，以便使用在计算机控制下形成的连续材料层来合成三维物体。由于3D打印系统和技术在本领域是熟知的，因此为了避免将实施例的范围限制于3D打印系统的特定类型或变型，本公开省略对3D打印系统和技术的详细描述。实际上，实施例不应如此限制；相反，在本领域已知的用于使用连续材料层来创建三维物体的任何计算机控制的系统均可认为是用于本公开目的的“3D打印系统”。术语“用户”、“设计者”或类似术语可以涵盖基本上能够控制和/或操作3D打印系统的任何人。
现在对本公开的实施例做出参考，所公开的技术提供用于制造模拟泡沫支撑装置的结构的3D打印柔性支撑装置。预期本文所述的3D打印支撑装置可以用于期望有柔性层(例如，以便替换泡沫)，包括座椅、枕头、床垫、任何类型的靠垫等的无数应用。
3D打印柔性支撑装置利用可以重复生产的V型弹簧元件，该V型弹簧元件可以被布置成期望的形状，以提供通常使用聚氨酯泡沫实现的性能特性。设计者可以通过定义单独V型弹簧元件的特性，诸如尺寸、形状、材料等，来控制结构或者甚至结构的某些区段的坚固度或滞后性程度。
V型弹簧元件可以根据预定义的阵列形状分成阵列，并且阵列可以与其他阵列组合以形成阵列网格。改变整个阵列网格中的V型弹簧元件的特性可以实现系统的阻尼效果，即在卸荷之后的逐渐形状恢复，而不是简单的弹簧或“蹦床”效果，其导致舒适性降低。可以用3D打印技术重复的V型弹簧元件的使用允许结构容易根据预定义体积(例如CAD生成的3D模型)成型。
图1示出与根据本公开实施例的示例性3D打印柔性支撑装置形成对比的传统泡沫结构。如图1所示，传统的倾倒泡沫结构100是通过将泡沫结构倾倒在模具中形成的，其在这种情况下形成为座椅底盘。然后，在发泡过程期间，模具填充结构并且提供柔韧性和支撑。在另一方面，如下文所述，3D打印柔性支撑结构110是通过重复地生产V型弹簧元件的阵列并且根据预定义体积(在这种情况下为座椅底盘)对阵列进行成型而形成的。由于单独的V型弹簧元件，即V型弹簧元件的尺寸、形状、材料、布置等可以使用3D打印系统来控制，因此相对于在泡沫中发现的更随机的结构，在制造3D打印柔性支撑结构110时，存在改善的坚固度控制。
图2A至图2C示出使用用于构造3D打印柔性支撑结构110的3D打印系统生产的示例性V型弹簧元件的各种视图。如图2A所示，单独的V型弹簧元件200可以是包括两个臂，第一臂200a和第二臂200b的柔性弹簧(或弹簧状)结构。两个臂200a和200b各自具有第一端和相对的第二端，其中两个壁在第一端处附接。臂200a和200b可以从它们相应的第一端朝向它们相应的第二端相对于彼此成角度地延伸，如图2A所示。两个臂臂200a和200b可以是线型的或弯曲的，某种程度上类似于镊子形状，诸如图2A所示的V型弹簧元件200。然而，V型弹簧元件200的臂可以任何合适的方式成型以实现柔性的弹簧状的效果。
V型弹簧元件200的特性，例如，尺寸、形状、材料、布置等可以使用3D打印系统来设置。改变单独V型弹簧元件200的特性，更具体的是改变阵列网格(下文进一步详述)中的相邻V型弹簧元件200的特性影响结构整体或结构的某些区段的坚固度(firmness)和/或滞后性(hysteresis)。以这种方式，3D打印柔性支撑结构110的坚固度和/或滞后性可以通过调整V型弹簧元件200的这些特性来定义，并且V型弹簧元件200可以使用3D打印系统根据定义的坚固度和/或滞后性来生产。
值得注意的是，3D打印柔性支撑结构110的设计者可以修改单独V型弹簧元件200的大小，并且可以任何合适的方式改变整个3D打印柔性支撑结构110中的V型弹簧元件200的大小，以实现期望的坚固度和/或滞后性特性。另外，设计者可以任何合适的方式设置V型弹簧元件200的形状(例如，平坦的臂、向内弯曲的臂、向外弯曲的臂)、材料(例如，基于塑料的材料、基于橡胶的材料、基于陶瓷的材料等)、以及布置(例如，阵列形状、阵列网格形状等(下文进一步详述))，以实现期望的坚固度和/或滞后性特性。此类修改对V型弹簧元件200的压缩特性的影响将被本领域的普通技术人员理解。换言之，图2A至图2C中所示的V型弹簧元件200以及本文另外描述的那些仅仅以示范的目的示出，而不应被处理为将所要求保护的发明的范围限制于此。
因此，作为示例，图2B和图2C示出具有修改的大小的示例性V型弹簧元件200，其中修改的大小影响V型弹簧元件200的压缩特性。图2B示出具有中心宽度被设置成大于端部宽度的一个示例性V型弹簧元件200的顶视图，并且图2C示出具有中心厚度被设置成大于端部厚度的另一个示例性V型弹簧元件200的侧视图。鉴于此，增大V型弹簧元件200的中心宽度和/或中心厚度允许减小的“弯曲度”或增大的坚固度；与此同时，减小V型弹簧元件200的中心宽度和/或中心厚度允许增大的“弯曲度”或减小的坚固度。另外，V型弹簧元件200的高度(即，第一臂200a与第二臂200b的相应第二端之间的距离)以及V型弹簧元件200的长度可以被设置以影响其压缩特性。例如，V型弹簧元件200的长度可以设置在0.5mm到10mm的范围内，但V型弹簧元件200的大小并不限于此。
3D打印系统可以预定义方式(诸如径向模式)组合多个V型弹簧元件200以形成3D元素-即，阵列300-其可被布置成可重复的结构以形成二维(2D)阵列网格。在阵列300中布置单独的V型弹簧元件200使得3D打印柔性支撑结构110能够模仿泡沫的多孔结构。鉴于此，图3A至图3D示出各种阵列形状的V型弹簧元件200的示例性阵列300的平面图。图3A示出V型弹簧元件200的三角形阵列300，图3B示出V型弹簧元件200的方形阵列300，图3C示出V型弹簧元件200的六边形阵列300，而图3D示出图3C所示六边形阵列300的垂直叠堆。值得注意的是，V型弹簧元件200可以布置在任何合适形状的阵列300中。因此，图3A至图3D所示的阵列形状仅仅出于示范的目的而被提供，而不应被处理为将所要求保护的发明的范围限制于此。
每个阵列300可包括使用3D打印系统布置成预定义阵列形状，诸如三角形(图3A)、方形(图3B)、六边形(图3C)等的多个V型弹簧元件200。如图3A、图3B、和图3C所示，V型弹簧元件200可以径向地布置在每个阵列300中，使得V型弹簧元件200从阵列300的中心轴线C径向延伸。即，每个阵列300中的V型弹簧元件200的最内端(即，第二端)可位于中心轴线C上，并且V型弹簧元件200从该处向外延伸。以这种方式，每个阵列300中的V型弹簧元件200的最外端(即，第一端)可以限定边界，该边界确定阵列形状。
另外，阵列300可以二维方式与其他阵列300组合以形成2D阵列网格310，其中每个阵列300的至少一个V型弹簧元件200附接到至少一个相邻阵列300的V型弹簧元件200。例如，如图3A、图3B、和图3C所示，V型弹簧元件200的多个阵列300被定成为彼此相邻以形成2D阵列网格310，使得阵列300的至少一个V型弹簧元件200附接到至少一个相邻阵列300的V型弹簧元件200。更具体地，给定阵列300的至少一个V型弹簧元件200的最外端(即，第一端)可以附接到至少一个相邻阵列300的另一个V型弹簧元件200的最外端(即，第一端)。以这种方式，多个V型弹簧阵列300可以水平地联接在一起(在x方向和y方向)以形成结构稳固的2D阵列网格310。
阵列网格310可最终根据预定义体积成型以形成3D打印柔性支撑结构110，如关于图6A至图6D进一步详述那样。为此，多个阵列网格310可以使用3D打印系统形成并且堆叠在彼此的顶上(在z方向上)以形成带有给定高度的结构。如图3D所示，多个阵列网格310-即，阵列网格302、304、306和308-可以根据期望的高度垂直堆叠。为此，给定阵列300的至少一个V型弹簧元件200可以附接到定位在给定阵列300上方或下方的至少一个阵列300的V型弹簧元件200。因此，可以形成包括多个垂直堆叠的2D阵列网格310的结构稳固的3D主体。
现在参考图4A至图4D，虽然V型弹簧元件200可以使用3D打印系统布置在任何合适形状的阵列中，但六边形结构可以是优选的，因为V型弹簧元件200可以高效地分布在稳定阵列300中。因此，出于简化的目的，在下文具体参考六边形阵列300。
图4A至图4F示出示例性六边形V型弹簧元件阵列300的各种视图。首先，图4A示出分离的六边形V型弹簧元件阵列300。图4A中所示的阵列300(其由3D打印系统生产为包括被径向布置成六边形形状的多个V型弹簧元件200)可沿中心轴线C居中。阵列300中的V型弹簧元件200可以从中心轴线C(即，阵列300的中心)径向延伸。也就是说，每个V型弹簧元件200的相应第二端可以位于中心轴线C上，并且V型弹簧元件从中心轴线C朝向阵列300的边界向外延伸。
此外，V型弹簧元件200的第二端可以附接到彼此以形成结构稳固的阵列300。当V型弹簧元件200被径向布置在阵列300中时，第二端在中心轴线C上附接到彼此，如图4A中的假想虚线圆圈所指示。甚至更具体地，在阵列300中，第一臂200a的第二端可以在中心轴线C上附接到彼此，而第二臂200b的第二端可以在中心轴线C上附接到彼此。由于V型弹簧元件200包括具有彼此垂直分离的相应第二端的第一臂200a和第二臂200b(例如，参见图2A和图2C)，可通过图4A所示方式组合V型弹簧元件200来形成3D阵列300。
图4B示出布置在2D阵列网格310中的四个六边形V型弹簧元件阵列300的3D视图，并且图4C示出图4B所示四个六边形V型弹簧元件阵列300的顶视图。在阵列网格310中，给定阵列300中的V型弹簧元件200的第一端可以附接到至少一个相邻阵列300的V型弹簧元件200的第一端，如图4B中的假想虚线圆圈所指示。以这种方式，3D打印系统可以生产V型弹簧阵列300的结构稳固的网格310。与此同时，阵列300中的V型弹簧元件200的第一(最外)端可以定义边界，该边界确定阵列300的形状，如图4C中的假想虚线所指示。
图4D示出垂直堆叠的六边形V型弹簧元件阵列300的侧视图。3D打印系统可以生产垂直堆叠在彼此上的V型弹簧元件200的阵列300，使得给定阵列300的至少一个V型弹簧元件200附接到定位在上方或下方的至少一个阵列300的V型弹簧元件200。更具体地，给定阵列300中的V型弹簧元件200的第二端可以连接(在中心轴线C上)到在位于给定阵列300上方或下方的阵列300中的V型弹簧元件200的第二端。这允许3D打印柔性支撑结构110具有比单个V型弹簧元件200的高度大的高度。
图4E和图4F示出图4D所示垂直堆叠的六边形V型弹簧元件阵列300的变型的侧视图。首先，在图4E中，3D打印系统可以生产与图4D所示垂直堆叠阵列300横向定位的V型弹簧阵列300a。为此，在垂直堆叠阵列300中的V型弹簧元件200的第一(最外)端可以附接到在横向阵列300a中的V型弹簧元件的第二(最内)端。横向阵列300a可以为垂直堆叠阵列300提供另外的支撑，以及另外的坚固度。
类似地，在图4F中，3D打印系统可以生产横向定位的多个较小的V型弹簧阵列300b，它们作为图4D所示垂直堆叠阵列300的一组。该组较小的阵列300b可通过与图4E中的横向阵列300a相同的方式联接(即，附接)到垂直堆叠的阵列300。如上文所说明，由3D打印系统生产的V型弹簧阵列200的大小可以任何合适的方式进行设置。如图4F所示，不同尺寸、形状、材料、布置等的V型弹簧阵列300可以在3D打印柔性支撑结构110中组合在一起。因此，设计者可以通过改变整个构造中的此类特性来实现特殊的感觉或结构。
例如，较小的阵列，诸如阵列300b可用于创建较平滑的轮廓和改善用户的感觉。此类阵列的直径可以设置在，例如，1mm到5mm的范围内。中等尺寸的阵列，诸如阵列300可用于创建基础结构。此类阵列的直径可以设置在，例如，5mm到10mm的范围内。与此同时，较大尺寸的阵列可以用于填充较大的结构性空间或者用于通风，并且可具有设置在，例如，10mm到20mm的范围内的直径。应当理解，上述大小仅仅出于示范的目的提供，而不将所要求保护的发明的范围限制于此。
如上所述，3D打印柔性支撑结构110中的V型弹簧阵列300的挠曲或压缩性能可通过改变单独V型弹簧元件200的弹簧常数以创建局部坚固度区域进行控制。例如，V型弹簧元件200的特性，诸如尺寸、形状、材料等可影响其弹簧常数，因此影响3D打印柔性支撑结构110或其某些区段的坚固度。
类似地，改变相邻V型弹簧元件200或相邻V型弹簧阵列300的坚固度可以改变3D打印柔性支撑结构110的滞后性或阻尼特性。鉴于此，3D打印柔性支撑结构110的滞后性是指当结构经受挠曲(即，载荷)时丢失或被结构吸收的能量的测量。因此，3D打印柔性支撑结构110的滞后性指示载荷能量与卸荷能量之差。换句话说，一旦3D打印柔性支撑结构110上的负荷被移除，那么3D打印柔性支撑结构110返回其静止状态和卸载势能(在结构载荷期间存储的)的速率受到结构的滞后性程度的影响。
3D打印柔性支撑结构110的设计者可以能够定义3D打印柔性支撑结构110总体、其某些区段、特定V型弹簧阵列300、或甚至单独V型弹簧元件200的特定坚固度和滞后性水平。使用3D打印系统，可以根据定义的坚固度和/或滞后性特性生产V型弹簧元件200的阵列300。
为此，可以提供用户界面以用于，例如使用图5所示的输入方式500来定义结构110中的坚固度或滞后性水平。设计者可以通过用户界面来选择期望的坚固度或滞后性水平(或其它类似的压缩相关特性)。另外，设计者可以指定他或她针对特定V型弹簧元件200、特定V型弹簧阵列300、3D打印柔性支撑结构110的特定区段、或结构总体的选择。设计者可以手动指定3D打印柔性支撑结构110的某些部分进行调整，或者3D打印系统可以基于设计者的输入自动调整3D打印柔性支撑结构110的某些部分。例如，设计者可以定义3D打印柔性支撑结构110的外部区段的坚固度水平，并且系统可以自动选择所述区段内的V型弹簧元件200和阵列300的适当大小、形状、布置等。因此，在整个3D打印柔性支撑结构110中，坚固度或滞后性可以按变化的粒度水平而不同，以实现某些感觉或形状，这取决于设计者的偏好。应当理解，图5所示的输入方式500被描绘为滚动条仅仅出于示范的目的，并且可以适用于接收用户输入的任何方式(诸如文本框、按钮等)进行修改。另外，输入方式500可用于输入百分比、字母数字值等。
图6A至图6D示出用于将V型弹簧阵列300的阵列网格310成型为预定义体积以便形成3D打印柔性支撑结构110的示例性步骤。首先，如图6A所示，设计者可以提供3D预定义体积600,3D打印柔性支撑结构110根据该3D预定义体积600成型。预定义体积600可以是使用，例如计算机辅助设计(CAD)技术生成的3D模型，如本领域的普通技术人员将理解的。体积600可以被定义成适用于柔性支撑的任何形状，包括但不限于座椅底盘、头枕、枕头、床垫、座椅靠垫或垫等。一旦预定义体积600被生成(例如，使用CAD工具)，体积600或模型可以被加载到3D打印系统中，从而系统可以根据加载的体积600生产V型弹簧阵列300。
接下来，如图6B所示，设计者可以定义体积600的坚固度和/或滞后性特性。例如，设计者可以对体积600的指定区域分配特定的坚固度和/或滞后性水平(例如，使用输入方式500)。在图6B中，设计者选择体积600的外部区段A和C比中心区段B坚固。另选地，设计者可以对结构110总体、或特定阵列300、或甚至特定V型弹簧元件300分配特定的坚固度和/或滞后性程度(或其他特性，如上文所述)。
接下来，如图6C所示，3D打印系统可以根据预定义的阵列形状、材料、形状、尺寸等来生产V型弹簧元件200的阵列300，如上文详细的描述。3D打印系统可以排列的方式来生产V型弹簧阵列300以便规划2D阵列网格310，以及垂直堆叠的多个阵列网格310，如果需要的话，其根据预定义体积600而自动成型，使得阵列网格310配合在预定义体积600内。另选的，阵列网格310可以上覆于预定体积600并且修整至根据体积边界的尺寸。也就是说，预先做的阵列网格310可以根据期望的体积600手动成型。
V型弹簧元件200是通过3D打印系统根据预定义的坚固度和/或滞后性特性(或其他预定义的特性)生产的。如果设计者指定体积600的某些区段的坚固度和/或滞后性程度，即，如图6B所示，那么3D打印系统可以自动选择特定V型弹簧阵列300或单独V型弹簧元件200的坚固度以实现指定的坚固度和/或滞后性。如图6c所示，较为坚固的V型弹簧阵列300可以通过3D打印系统针对体积600的外部区段A和C生产，而较为柔软的V型弹簧阵列300可以通过3D打印系统针对体积600的内部区段B生产。此外，阵列300的坚固度、滞后性、或其他特性可以在整个结构110中变化，因为改变相邻阵列300的坚固度-如图6C所示-改变结构的滞后性或阻尼特性。因此，V型弹簧元件200的特性可以被自动选择并且通过3D打印系统应用或者由设计者手动定义。
最后，如图6D所示，一个或多个阵列网格310可以根据预定义体积600成型，使得V型弹簧阵列300配合在体积600内。阵列网格310可以通过3D打印系统自动成型或者，例如使用预先做好的阵列网格310手动成型并且修整尺寸。结果是具有预定义坚固度和/或滞后性的呈现预定义体积600的形状的定制3D打印柔性支撑结构110。例如，在图6D中，结构110由3D打印系统生产为具有较为坚固的外部区段A和C和较为柔软的内部区段B。结构110可以被配置成以任何合适的方式具有特定坚固度和/或滞后性的区段，如设计者所期望。
因此，本文所述的3D打印柔性支撑装置允许柔性结构和柔软触感表面的3D打印。以上文所述方式使用3D打印系统减少了通常与传统制造方法(例如，倾倒泡沫结构)相关联的制造变化性，并且减少了装配需求，因为柔性结构可以通过3D打印系统一步生产。另外，存在具有改善的对于所制造结构的坚固度和/或柔软性控制，因为单独V型弹簧元件的特性被控制为相对于在泡沫中发现的随机结构。
虽然已经示出并描述了提供用于3D打印柔性支撑装置机器生产方法的说明性实施例，但应当理解，在本文实施例的精神和范围内，可以做出各种其他改编和修改。因此，实施例可以根据本权利要求范围的任何合适方式进行修改。
前面的描述涉及本公开的实施例。然而，应当理解，可以对所描述的实施例做出其他变型和修改，且获得它的某些或全部优点。因此，本说明书应当仅以示例的方式理解，而不以其他方式限制本文实施例的方位。因此，所附权利要求的目的是覆盖包括在本发明真正的实质和范围之内出现的全部此类变化和修改。

Claims (22)

1.一种用于形成三维(3D)打印的柔性支撑装置的方法，所述方法包括以下步骤：
使用3D打印系统生产V型弹簧元件的阵列，每个阵列包括附接到彼此并且布置成预定义阵列形状的多个V型弹簧元件，并且每个V型弹簧元件具有预定义的坚固度或滞后性特性；
使用所述3D打印系统将所述V型弹簧元件的阵列布置在至少一个二维(2D)阵列网格中，使得每个阵列的至少一个V型弹簧元件附接到至少一个相邻阵列的V型弹簧元件；以及
根据预定义的体积对所述至少一个阵列网格成型，以形成所述支撑装置。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
使用所述3D打印系统形成多个所述阵列网格；以及
使用所述3D打印系统垂直地堆叠所述多个阵列网格，使得每个阵列的至少一个V型弹簧元件附接到定位在上方或下方的至少一个阵列的V型弹簧元件。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
使用所述3D打印系统生产所述V型弹簧元件的阵列，使得包括在每个阵列中的所述多个V型弹簧元件从所述预定义阵列形状的中心轴线径向延伸。
4.根据权利要求1所述的方法，其中每个V型弹簧元件包括具有第一端和相对的第二端的两个臂，所述两个臂在所述第一端处附接，所述臂从它们相应的第一端朝向它们相应的第二端相对于彼此成角度地延伸。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括以下步骤：
使用所述3D打印系统生产所述V型弹簧元件的阵列，使得包括在每个阵列中的所述多个V型弹簧元件从所述预定义阵列形状的中心轴线径向延伸，在给定阵列中的每个V型弹簧元件的所述相应第二端位于所述中心轴线上。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述给定阵列中，其中的V型弹簧元件的第二端在所述中心轴线上附接到其中的其他V型弹簧元件的第二端。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述给定阵列中，其中的所述V型弹簧元件的第一臂的第二端在所述中心轴线上附接到其中的所述其他V型弹簧元件的第一臂的第二端，并且其中的所述V型弹簧元件的第二臂的第二端在所述中心轴线上附接到其中的所述其他V型弹簧元件的第二臂的第二端。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述给定阵列中，其中的V型弹簧元件的第一端附接到在所述阵列网格中的至少一个相邻阵列的V型弹簧元件的第一端。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述给定阵列中，其中的V型弹簧元件的第一端附接到在所述阵列网格中的多个相邻阵列的V型弹簧元件的第一端。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定义阵列形状为六边形。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定义体积是使用计算机辅助设计(CAD)技术定义的3D模型。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定义体积被成型为座椅底盘。
13.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
定义给定V型弹簧元件的所述坚固度或滞后性特性；以及
使用所述3D打印系统根据所述定义的坚固度或滞后性特性来生产所述V型弹簧元件。
14.根据权利要求13所述的方法，其中在给定阵列中的第一V型弹簧元件的坚固度或滞后性特性与在所述给定阵列中的第二V型弹簧元件的坚固度或滞后性特性不同。
15.根据权利要求13所述的方法，其中第一阵列的总体坚固度或滞后性特性与相邻于所述第一阵列的第二阵列的总体坚固度或滞后性特性不同。
16.根据权利要求13所述的方法，其中阵列的第一区段的总体坚固度或滞后性特性与相邻于所述第一区段的阵列的第二区段的总体坚固度或滞后性特性不同。
17.根据权利要求13所述的方法，还包括以下步骤：
定义所述给定V型弹簧元件的尺寸、形状、或材料，以实现期望的坚固度或滞后性特性；以及
使用所述3D打印系统根据所述定义的尺寸、形状、或材料来生产所述V型弹簧元件。
18.根据权利要求13所述的方法，还包括以下步骤：
定义所述给定V型弹簧元件的宽度或所述给定V型弹簧元件的厚度，以实现期望的坚固度或滞后性特性；以及
使用所述3D打印系统根据所述定义的宽度或厚度来生产所述V型弹簧元件。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述定义的宽度或厚度是指所述给定V型弹簧元件的中心部分，并且在所述中心部分处的所述定义的宽度或厚度分别与在所述给定V型弹簧元件的端部处的宽度或厚度不同。
20.根据权利要求13所述的方法，还包括以下步骤：
提供用户界面，以允许用户选择所述给定V型弹簧元件的所述坚固度或滞后性特性；以及
使用所述3D打印系统根据所述选择的坚固度或滞后性特性来生产所述V型弹簧元件。
21.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
根据所述预定义体积的大小对所述至少一个阵列网格成型，使得所述至少一个阵列网格配合在所述预定义体积内。
22.一种三维(3D)打印的柔性支撑装置，包括：
使用3D打印系统生产的V型弹簧元件的阵列，每个阵列包括附接到彼此并且布置成预定义阵列形状的多个V型弹簧元件，每个V型弹簧元件具有预定义的坚固度或滞后性特性，其中：
使用所述3D打印系统将所述V型弹簧元件的阵列布置在至少一个二维(2D)阵列网格中，使得每个阵列的至少一个V型弹簧元件附接到至少一个相邻阵列的V型弹簧元件，以及
所述至少一个阵列网格被根据预定义体积进行成型。
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