CN109318479B - 包括具有解耦载荷路径的结构的部件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种单位单元结构。所述单位单元结构包括第一区段和第二区段。所述第一区段限定第一载荷路径，并包括连接在一起的第一多个第一单位单元。所述第二区段限定第二载荷路径，所述第二载荷路径与所述第一载荷路径分开，所述第二区段包括连接在一起的第二多个第二单位单元，所述第二多个第二单位单元的每个第二单位单元嵌套在所述第一区段的所述第一多个第一单位单元的每个第一单位单元内并与所述第一区段的所述第一多个第一单位单元的每个第一单位单元间隔开。本发明还提供一种部件和使用包括固结装置的增材制造系统制造部件的方法。

Description

包括具有解耦载荷路径的结构的部件
技术领域
本申请的领域大体上涉及部件，并且更具体地涉及包括嵌套的单位单元的部件，所述嵌套的单位单元尺寸被确定并被布置成在部件内建立具有独立和解耦的载荷路径的结构。
背景技术
已知的部件和结构被配置成在其应用的使用过程中承载载荷。载荷可包括但不限于机械载荷、热载荷、电载荷或载荷类型的组合。至少一些已知的部件使用对不同载荷具有相同的载荷路径的结构。这些结构必须设计成处理多个载荷，且通常构建得比处理多种类型的载荷所需的更大，同时保持足够的安全因数，这可导致对于应用而言部件过重，且更加昂贵。因此，期望解耦结构内的载荷路径，以针对结构在其期望应用中经历的每种载荷，促进建立具有优化的载荷承受特性的轻量多功能结构。
发明内容
在一方面，提供了一种单位单元结构。所述单位单元结构包括第一区段和第二区段。所述第一区段限定第一载荷路径，并包括连接在一起的第一多个第一单位单元。所述第二区段限定第二载荷路径，所述第二载荷路径与所述第一载荷路径分开，所述第二区段包括连接在一起的第二多个第二单位单元，所述第二多个第二单位单元的每个单位单元嵌套在所述第一区段的所述第一多个第一单位单元的每个第一单位单元内并与所述第一区段的所述第一多个第一单位单元的每个第一单位单元间隔开。
在另一方面，提供了一种部件。所述部件包括第一结构和第二结构。所述第二结构包括第一区段和第二区段。所述第一区段第一载荷路径，并包括连接在一起的第一多个第一单位单元，其中，所述第一区段耦连到所述第一结构和第一载荷。所述第二区段限定第二载荷路径，所述第二载荷路径与所述第一载荷路径分开，所述第二区段包括连接在一起的第二多个第二单位单元，所述第二多个第二单位单元的每个第二单位单元嵌套在所述第一区段的所述第一多个第一单位单元的每个第一单位单元内并与所述第一区段的所述第一多个第一单位单元的每个第一单位单元间隔开，其中，所述第二区段耦连到所述第一结构和第二载荷。
在又一方面，提供了一种使用包括固结装置的增材制造系统制造部件的方法。所述方法包括在增材制造系统的控制器上提供部件的构建文件。所述方法还包括将材料沉积到表面上。所述方法还包括操作所述固结装置以固结材料从而形成第一结构和第二结构。所述第二结构包括第一区段和第二区段。所述第一区段限定第一载荷路径，并包括连接在一起的第一多个第一单位单元，其中，所述第一区段耦连到所述第一结构。所述第二区段限定第二载荷路径，所述第二载荷路径与所述第一载荷路径分开，所述第二区段包括连接在一起的第二多个第二单位单元，所述第二多个第二单位单元的每个第二单位单元嵌套在所述第一区段的所述第一多个第一单位单元的每个第一单位单元内并与所述第一区段的所述第一多个第一单位单元的每个第一单位单元间隔开，其中，所述第二区段耦连到所述第一结构。
技术方案1.一种单位单元结构，包括：限定第一载荷路径的第一区段，所述第一区段包括连接在一起的第一多个第一单位单元；以及限定第二载荷路径的第二区段，所述第二载荷路径与所述第一载荷路径分开，所述第二区段包括连接在一起的第二多个第二单位单元，所述第二多个第二单位单元的每个第二单位单元嵌套在所述第一多个第一单位单元的每个第一单位单元内并与所述第一多个第一单位单元的每个第一单位单元间隔开。
技术方案2.根据技术方案1所述的单位单元结构，其中，所述单位单元结构包括两个以上区段。
技术方案3.根据技术方案1所述的单位单元结构，其中，所述第一区段包括第一材料，且所述第二区段包括第二材料，所述第二材料与所述第一材料不同。
技术方案4.根据技术方案1所述的单位单元结构，其中，所述单位单元结构限定第一通道和第二通道，所述第一通道限定在所述第一区段和所述第二区段之间，并且所述第二通道限定于所述第二区段的第二单位单元内及所述第二区段的第二单位单元之间。
技术方案5.根据技术方案1所述的单位单元结构，其中，所述第一区段和所述第二区段具有晶格结构。
技术方案6.根据技术方案5所述的单位单元结构，其中，所述晶格结构包括单位单元，所述单位单元具有三斜晶、单斜晶、正交晶、四方晶、六方晶、立方晶和球形晶中的至少一个。
技术方案7.一种部件，包括：第一结构；第二结构，所述第二结构包括：限定第一载荷路径的第一区段；所述第一区段包括连接在一起的第一多个第一单位单元，其中，所述第一区段耦连到所述第一结构和第一载荷；以及限定第二载荷路径的第二区段，所述第二载荷路径与所述第一载荷路径分开，所述第二区段包括连接在一起的第二多个第二单位单元，所述第二多个第二单位单元的每个第二单位单元嵌套在所述第一区段的所述第一多个第一单位单元的每个第一单位单元内并与所述第一区段的所述第一多个第一单位单元的每个第一单位单元间隔开，其中，所述第二区段耦连到所述第一结构和第二载荷。
技术方案8.根据技术方案7所述的部件，其中，所述第二结构包括两个以上区段。
技术方案9.根据技术方案7所述的部件，其中，所述第一区段包括第一材料，且所述第二区段包括第二材料，所述第二材料与所述第一材料不同。
技术方案10.根据技术方案7所述的部件，其中，所述第二结构限定第一通道和第二通道，所述第一通道限定在所述第一区段和所述第二区段之间，并且所述第二通道限定于所述第二区段的第二单位单元内及所述第二区段的第二单位单元之间。
技术方案11.根据技术方案7所述的部件，其中，所述第一载荷和所述第二载荷各自为机械载荷、热载荷和电载荷中的至少一个。
技术方案12.根据技术方案11所述的部件，其中，所述第一区段和所述第二区段耦连到一个以上载荷。
技术方案13.根据技术方案7所述的部件，其中，所述第一区段和所述第二区段具有晶格结构。
技术方案14.根据技术方案13所述的部件，其中，所述晶格结构包括单位单元，所述单位单元具有三斜晶、单斜晶、正交晶、四方晶、六方晶、立方晶和球形晶中的至少一个。
技术方案15.一种使用包括固结装置的增材制造系统制造部件的方法，所述方法包括：在增材制造系统的控制器上提供部件的构建文件；将材料沉积到表面上；以及操作所述固结装置以固结材料从而形成：限定第一载荷路径的第一区段，所述第一区段包括连接在一起的第一多个第一单位单元；和限定第二载荷路径的第二区段，所述第二载荷路径与所述第一载荷路径分开，所述第二区段包括连接在一起的第二多个第二单位单元，所述第二多个第二单位单元的每个单位单元嵌套在所述第一区段的所述第一多个第一单位单元的第一单位单元内并与所述第一区段的所述第一多个第一单位单元的第一单位单元间隔开。
技术方案16.根据技术方案15所述的方法，其中，操作所述固结装置还包括固结材料以由第一材料形成第一区段，由第二材料形成第二区段。
技术方案17.根据技术方案15所述的方法，其中，操作所述固结装置还包括固结材料以形成两个以上区段。
技术方案18.根据技术方案15所述的方法，其中，操作所述固结装置还包括固结材料以限定第一通道和第二通道，所述第一通道限定于所述第一区段和所述第二区段之间，且所述第二通道限定于所述第二区段的第二单位单元内及所述第二区段的第二单位单元之间。
技术方案19.根据技术方案15所述的方法，其中，操作所述固结装置还包括固结材料以形成晶格结构。
技术方案20.根据技术方案19所述的方法，其中，形成所述晶格结构还包括形成多个单位单元，所述多个单位单元具有三斜晶、单斜晶、正交晶、四方晶、六方晶、立方晶和球形晶中的至少一个。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，本申请的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在所有附图中相同的标号表示相同的零件，在附图中：
图1是增材制造系统的示意图；
图2是用于操作图1中所示出的增材制造系统的控制器的框图；
图3是具有固态结构部分和耦连到两个载荷的示例性单位单元结构部分的部件的侧视图；
图4是沿图3的剖面线4-4截取的单位单元结构的剖视图；
图5是图示示例性第一通道的图3所示的部件和单位单元结构的侧视图；
图6是图示示例性第二通道的图3所示的部件和单位单元结构的侧视图；以及
图7示出用于在粉末床中制造部件的方法的流程图。
除非另外指明，否则本说明书中所提供的附图用来说明本申请的实施例的特征。这些特征被认为适用于包括本申请的一个或多个实施例的广泛多种系统。由此，附图并非意在包括所属领域的技术人员已知的实践本说明书中所公开的实施例所需的所有常规特征。
具体实施方式
在以下说明书和权利要求书中，将引用若干术语，所述术语应定义为具有以下含义。
除非上下文另外明确规定，否则单数形式“一”以及“所述”包括复数参考物。
“任选”或“视需要”意味着随后描述的事件或情形可能发生或可能不发生，且所述描述包括事件发生的情况和事件不发生的情况。
如本说明书中在整个说明书以及权利要求书中所使用的近似语言可以应用于修饰可以许可的方式变化而不会导致其相关的基本功能改变的任何定量表示。因此，由例如“约”、“大约”和“大体上”等词语修饰的值并不限于所指定的确切值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量所述值的仪器的精度。此处以及在整个说明书以及权利要求书中，范围限制可以组合和/或互换；除非内容或语言另外指示，否则此类范围得以识别且包括其中所包括的所有子范围。
如本说明书中所使用，术语“处理器”和“计算机”及相关术语(例如，“处理装置”、“计算装置”和“控制器”)不仅限于在本领域中被称为计算机的那些集成电路，而是广义地指代微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器(PLC)和专用集成电路以及其它可编程电路，且这些术语在本说明书中可互换使用。在本说明书中所描述的实施例中，存储器可包括但不限于例如随机存取存储器(RAM)等计算机可读媒体和例如闪存等计算机可读非易失性媒体。或者，也可使用软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)和/或数字多功能光盘(DVD)。而且，在本说明书中所描述的实施例中，额外输入通道可以是但不限于与例如鼠标和键盘等操作者接口相关联的计算机外围设备。或者，也可使用其它计算机外围设备，其可包括例如但不限于扫描仪。此外，在示例性实施例中，额外输出通道可包括但不限于操作者接口监视器。
此外，如本说明书中所使用，术语“软件”和“固件”是可互换的，且包括存储在存储器中用于由个人计算机、工作站、客户端和服务器执行的任何计算机程序。
如本说明书中所使用，术语“非暂时性计算机可读媒体”旨在代表在任何技术方法中实现的任何有形的基于计算机的装置，以用于诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块和子模块、或在任何装置中的其它数据的信息的短期和长期存储。因此，本说明书中所描述的方法可被编码为嵌入包括但不限于存储装置和/或存储装置的有形的非暂时性计算机可读媒体内的可执行指令。此类指令在由处理器执行时致使处理器执行本说明书中所描述的方法的至少一部分。此外，如本说明书中所使用，术语“非暂时性计算机可读媒体”包括所有有形的计算机可读媒体，包括但不限于非暂时性计算机存储装置，包括但不限于易失性和非易失性媒体以及可移动和不可移动的媒体，例如固件、物理和虚拟存储、CD-ROM、DVD、和例如网络或因特网的任何其它数字源，以及尚待开发的数字化手段，唯一的例外是暂时性传播的信号。
此外，如本说明书中所使用，术语“实时”指代相关联的事件的发生时间、预定数据的测量和收集时间、处理数据的时间、以及对事件和环境的系统响应的时间中的至少一个。在本说明书中所描述的实施例中，这些活动和事件基本上瞬时地发生。
本说明书中描述的实施例促进使用增材制造过程制造部件，其中，部件包括具有解耦的载荷承载性质的多功能嵌套的单位单元结构。嵌套的单位单元结构包括连接在一起并限定第一载荷路径的单位单元的第一区段，及嵌套在单位单元的第一区段内并限定第二载荷路径的连接在一起的单位单元第二区段。通常，经受多个载荷的单体(即单件)结构将以与积累载荷一致的方式经历变形和/或材料性质变化。这种载荷可包括但不限于机械载荷、热载荷和电载荷。然而，当单位单元作为嵌套的多个解耦区段结构的一部分布置时，解耦的载荷承载区段能够在不影响相邻的解耦载荷承载区段下独立地承载载荷。另外，单位单元区段内和单位单元区段之间的体积可用作冷却或加热回路，每个回路与相邻回路隔离。
增材制造方法和系统包括例如但不限于光聚合固化(vatphotopolymerization)、粉末床融合、粘结剂喷射、材料喷射、片材层合、材料挤出、定向能量沉积和混合系统。这些方法和系统包括例如但不限于SLA-立体光刻设备；DLP-数字光处理；3SP-扫描、自旋和选择性光固化，CLIP-连续液体界面生成；SLS-选择性激光烧结；DMLS-直接金属激光烧结；SLM-选择性激光熔融；EBM-电子束熔融；SHS-选择性热烧结；MJF-多喷嘴融合；3D打印；体元喷射；聚合物喷射；SCP-平滑曲率打印；MJM-多喷嘴建模项目；LOM-分层物体制造；SDL-选择性沉积层压；UAM-超声增材制造；FFF-粘结丝制造；FDM-融合沉积建模；LMD-激光金属沉积；LENS-激光近形制造；DMD-直接金属沉积；混合系统；以及这些方法和系统的组合。这些方法和系统可使用例如但不限于所有形式的电磁辐射、加热、烧结、熔化、固化、结合、固结、压制、嵌入和其组合。
增材制造方法和系统使用的材料包括，例如但不限于聚合物、塑料、金属、陶瓷、沙子、玻璃、蜡、纤维、生物质、复合物和这些材料的混合。这些材料可以适合给定材料和方法或系统的各种形式用在这些方法和系统中，包括例如但不限于液体、固体、粉末、板、箔、带、丝、球团、液体、浆、线、雾化、糊剂和这些形式的组合。
图1为示例性增材制造系统100的示意图。坐标系102包括X轴，Y轴和Z轴。在示例性实施例中，增材制造系统100包括固结装置138，固结装置138包括用于使用逐层制造过程制造部件104的激光装置130、扫描电机140、扫描镜142和扫描透镜160。可选择地，固结装置138可包括促进使用本说明书中描述的任一过程和系统的材料的固结的任何部件。激光装置130提供高强度热源，其被配置成使用能量束132在粉末状材料中生成熔体池134(未按比例示出)。激光装置130包含于外壳136内，外壳136连接到安装系统108。增材制造系统100还包括计算机控制系统或控制器106。安装系统108由致动器或致动器系统112移动，致动器或致动器系统112被配置成在XY平面中移动安装系统108以与扫描镜142合作来促进在增材制造系统100内制造部件104的层。例如但不加限制，安装系统108关于中心点枢转，在线性路径、曲线路径移动和/或旋转以覆盖粉末床110上的粉末的一部分，从而促进沿部件104的表面引导能量束132。可选择地，外壳136和能量束132在使得增材制造系统100能够如本说明书中所描述而起作用的任何定向和方式移动。
扫描电机140由控制器106控制，并被配置成移动镜142，使得能量束132被反射以沿着粉末床110沿预定路径入射，如例如但不限于线性和/或旋转的扫描路径152。在示例性实施例中，扫描电机140和扫描镜142的结合形成二维扫描检流计。可选择地，扫描电机140和扫描镜142可包括三维(3D)扫描检流计，动态聚焦检流计和/或可用来偏转激光装置130的能量束132的任何其它方法。
在示例性实施例中，将粉末床110安装到支撑结构114，其通过致动器系统112而移动。如上文关于安装系统108所描述，致动器系统112还被配置成在Z方向上(即，垂直于粉末床110的顶部表面)移动支撑结构114。在一些实施例中，致动器系统112还被配置成在XY平面中移动支撑结构114。举例来说且不受限制，在外壳136是静止的可选择实施例中，致动器系统112在XY平面中移动支撑结构114以与扫描电机140和扫描镜142合作，围绕粉末床110沿着扫描路径152引导激光装置130的能量束132。在示例性实施例中，致动器系统112包括例如但不限于线性电动机、液压和/或气动活塞、螺钉传动机构和/或传送机系统。
在示例性实施例中，操作增材制造系统100以根据部件104的3D几何形状的计算机模型表示而制造部件104。所述计算机模型表示可产生于计算机辅助设计(CAD)或类似文件中。将部件104的CAD文件转换成包括针对部件104的每一层，例如部件104的构建层116的多个构建参数的逐层格式。在示例性实施例中，相对于增材制造系统100中所使用的坐标系的原点在期望取向上对部件104建模。将部件104的几何形状切分成具有期望厚度的层的堆叠，使得每一层的几何形状为在所述特定层位置处穿过部件104的横截面的轮廓。跨越相应层的几何形状产生扫描路径152。沿着扫描路径152施加构建参数以由用于构造部件104的材料制造部件104的层。针对部件104的每一相应层的几何形状重复所述步骤。一旦完成所述工艺，产生包括所有层的一个或多个电子计算机构建文件。将所述构建文件载入到增材制造系统100的控制器106中以在每一层的制造期间控制所述系统。
在将构建文件载入到控制器106中之后，操作增材制造系统100以通过实施逐层制造工艺，例如直接金属激光熔融方法产生部件104。示例性逐层增材制造工艺并不使用预先存在制品作为最终部件的前体，相反地，所述工艺由呈例如粉末的可配置形式的原料产生部件104。举例来说且不受限制，钢部件可使用钢粉末增材制造。增材制造系统100实现了使用例如但不限于金属、陶瓷、玻璃和聚合物的广泛范围的材料制造例如部件104的部件。
图2为用于操作增材制造系统100(图1中示出)的控制器106的框图。在示例性实施例中，控制器106为通常由增材制造系统100的制造商提供的用以控制增材制造系统100的操作的任何类型的控制器。控制器106执行操作以至少部分地基于来自操作人员的指令而控制增材制造系统100的操作。控制器106包括例如待通过增材制造系统100制造的部件104的3D模型。由控制器106执行的操作包括控制激光装置130(图1中示出)的功率输出，并通过致动器系统112调节安装系统108和/或支撑结构114(全部在图1中示出)，从而控制能量束132的扫描速度。控制器106还被配置成控制扫描电机140以引导扫描镜142进一步控制在增材制造系统100内能量束132的扫描速度。在可选择实施例中，控制器106可执行使得增材制造系统100能够如本说明书中描述的作用的任何操作。
在示例性实施例中，控制器106包括存储装置118和连接到存储装置118的处理器120。处理器120可包括一个或多个处理单元，例如但不限于多核配置。处理器120是准许控制器106如本说明书中所描述而操作的任何类型的处理器。在一些实施例中，可执行指令存储于存储装置118中。控制器106被配置成通过编程处理器120来执行本说明书中所描述的一个或多个操作。举例来说，可通过将操作编码为一个或多个可执行指令且提供存储装置118中的可执行指令来编程处理器120。在示例性实施例中，存储装置118是实现例如可执行指令或其它数据等信息的存储和检索的一个或多个装置。存储装置118可包括一个或多个计算机可读媒体，例如但不限于随机存取存储器(RAM)、动态RAM、静态RAM、固态磁盘、硬盘、只读存储器(ROM)、可擦除可编程ROM、电可擦除可编程ROM或非易失性RAM存储器。关于可用于计算机程序的存储的存储器类型，以上存储器类型仅为示例性的，且因此并不是限制性的。
存储装置118可被配置成存储包括但不限于与部件104相关联的构建参数的任何类型的数据。在一些实施例中，处理器120基于数据的年限而去除或“清除”来自存储装置118的数据。举例来说，处理器120可覆盖与后续时间或事件相关联的先前记录和存储的数据。另外，或另一选择为，处理器120可去除超过预定时间间隔的数据。另外，存储装置118包括但不限于足够数据、算法和命令以促进监视通过增材制造系统100制造的部件104的构建参数和几何条件。
在一些实施例中，控制器106包括连接到处理器120的呈现接口122。呈现接口122将例如增材制造系统100的操作条件等信息呈现给用户124。在一个实施例中，呈现接口122包括连接到例如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、有机LED(OLED)显示器或“电子墨水”显示器等显示装置(未示出)的显示适配器(未示出)。在一些实施例中，呈现接口122包括一个或多个显示装置。另外，或另一选择为，呈现接口122包括音频输出装置(未示出)，例如但不限于音频适配器或扬声器(未示出)。
在一些实施例中，控制器106包括用户输入接口126。在示例性实施例中，用户输入接口126连接到处理器120且接收来自用户124的输入。用户输入接口126可包括例如但不限于键盘；指示装置；鼠标；手写笔；触敏面板，例如但不限于触摸垫或触摸屏；和/或音频输入接口，例如但不限于麦克风。例如触摸屏等单个部件可充当呈现接口122和用户输入接口126两者的显示装置。
在示例性实施例中，通信接口128连接到处理器120且被配置成与例如激光装置130的一个或多个其它装置通信连接，且在作为输入通道执行的同时执行关于此类装置的输入和输出操作。举例来说，通信接口128可包括但不限于有线网络适配器、无线网络适配器、移动电信适配器、串行通信适配器或并行通信适配器。通信接口128可从一个或多个远程装置接收数据信号或将数据信号发射到一个或多个远程装置。举例来说，在一些实施例中，控制器106的通信接口128可将数据信号发射到致动器系统112/从致动器系统112接收数据信号。
呈现接口122和通信接口128都能够提供适合于供本说明书中所描述的方法使用的信息，例如将信息提供到用户124或处理器120。因此，呈现接口122和通信接口128可被称为输出装置。类似地，用户输入接口126和通信接口128能够接收适合于供本说明书中所描述的方法使用的信息，且可被称为输入装置。
图3为具有第一固态结构202和耦连到第一载荷216和第二载荷218的示例性第二单位单元结构204的部件200的侧视图。图4为沿剖面线4-4(图3中示出)截取的第二结构204的剖视图。部件200包括第二结构204，第二结构204耦连到第一结构202，并促进包括具有解耦的载荷路径的轻量多功能嵌套的单位单元结构。部件200的纵向或第一轴线201被限定。横向或第二轴线203正交于第一轴线201延伸。竖直或第三轴线205在正交于第一轴线201并正交于第二轴线203的方向上延伸。因此，第一轴线201、第二轴线203和第三轴线205相互正交。
在示例性实施例中，第二结构204包括第一区段208和第二区段210。第一区段208限定第一载荷路径212，并包括连接在一起的第一多个单位单元206。第二区段210限定第二载荷路径214，第二载荷路径214与第一载荷路径212分开并隔离开，并包括连接在一起的第二多个单位单元206。第一载荷路径212和第二载荷路径214被配置成使得载荷能够从第一结构202分别行进到第一载荷216和第二载荷218，还使得载荷能够分别从第一载荷216和第二载荷218行进到第一结构202。例如，第一载荷216处存在的热载荷可促进热能通过第一载荷路径212从第一载荷216传递到第一结构202。第一载荷216处存在的热载荷还可促进基于第一结构202和第一载荷216之间存在的温度梯度将热能从第一结构202传递到第一载荷216。第二区段208的每个单位单元206嵌套在第一区段210的第一多个单位单元206的每个单位单元206内，并与第一区段210的第一多个单位单元206的每个单位单元206间隔开。在可选择实施例中，第二结构204包括单位单元206的超过两个区段。在另外的可选择实施例中，第一区段208包括第一材料，第二区段210包括第二不同的材料。在可选择实施例中，第二结构204可以使得部件200能够如本说明书中所描述而起作用的任何方式配置。
在示例性实施例中，第一区段208耦连到第一结构202和第一载荷216，第二区段210耦连到第一结构202和第二载荷218。在示例性实施例中，第一载荷216是机械载荷，第二载荷218是热载荷。在可选择实施例中，第一载荷216和第二载荷218可以是机械载荷、热载荷和电载荷中的至少一个。在另外的可选择实施例中，第一区段208和第二区段210可以耦连到超过一个载荷。在其它可选择实施例中，第一区段208和第二区段可以耦连到使得部件200能够如本说明书中所描述而起作用的任何数目的载荷，可以不耦连到任何载荷。
在示例性实施例中，第一区段208和第二区段210包括连接在一起的多个球形单位单元206。第一区段208的每个单位单元206具有基本上连续的内壁224和基本上连续的外壁226，每个内壁224连接到相邻的单位单元206的至少一个内壁224，每个外壁226连接到相邻的单位单元206的至少一个外壁226。在可选择实施例中，第一区段208和第二区段210包括布置为晶格结构的多个单位单元206。在另外的可选择实施例中，第一区段208和第二区段210包括多个晶格结构单位单元206，其中，每个晶格单位单元206具有三斜晶、单斜晶、正交晶、四方晶、六方晶、立方晶和球形晶的至少一个的晶格形状。在其它可选择实施例中，第一区段208和第二区段210包括具有束结构的多个单位单元206。在又一可选择实施例中，第一区段208和第二区段210包括使得部件200能够如本说明书中所描述而起作用的单位单元206的任何布置。
图5为图示示例性第一通道220的部件200和第二结构204(图3中示出)的侧视图。图6为图示示例性第二通道222的部件200和第二结构204(图3中示出)的侧视图。在示例性实施例中，参照图4-6，第二结构204限定第一通道220和第二通道222。第一通道220限定于第一区段208和第二区段210之间。第二通道222限定于第二区段210的每个单位单元内和第二区段210的每个单位单元之间。更具体讲，第一通道220在第一区段208的耦连的单位单元206的多个内壁224和第二区段210的多个外壁230之间延伸，并在第一结构202和第一载荷208之间延伸。第二通道222在第二区段210的耦连的单位单元206的多个内壁228之间延伸，并在第一结构202和第二载荷218之间延伸。在示例性实施例中，第一通道220和第二通道222与外部环境232隔离。在可选择实施例中，第一通道220和第二通道222中的至少一个对外部环境232至少部分地开放。在又一实施例中，第一通道220和第二通道222中的至少一个填充流体和/或气体，其促进在第一区段208、第二区段210和外部环境232之间的热传导。在其它可选择实施例中，第一通道220和第二通道222以使得部件200能够如本说明书中所描述而起作用的任何方式配置。
在示例性实施例中，第一区段208和第二区段210在第一区段208和第二区段210之间没有机械相互作用下，促进由部件200在分开的载荷路径上承载非均匀载荷。更具体讲，第一载荷216可由第一区段208通过第一载荷路径212承载，第二载荷218可由第二区段210通过第二负载路径214承载，在第一区段208和第二区段210之间不发生的机械相互作用。另外，因为结构204的嵌套的间隔开的单位单元配置，i)由第一区段208通过第一载荷路径212承载的热载荷和ii)由第二区段210通过第二载荷路径214承载的热载荷与第一区段208和第二区段210的相邻一个不传导连通。例如，通过将第一机械载荷216耦连到第一区段208，并通过将第二热载荷218耦连到第二区段210，结构202可用来隔离由热载荷引起的机械载荷和偏转。在另一实施例中，第一载荷216是电载荷，第二载荷218是散热器，其被配置成通过第二区段210从部件200接收热能。另外，隔热物质可被引入到第一通道220和第二通道222的至少一个以促进抑制热能在第一载荷路径212和第二载荷路径214之间传递。
图7为图示使用包括固结装置138的增材制造系统100制造部件104的方法400的流程图。参照图1、图2和图7，方法400包括在增材制造系统100的控制器106上提供402部件104的构建文件。方法400还包括将材料沉积404到部件104的表面上。最后，方法400还包括操作406固结装置138以固结材料从而形成限定第一载荷路径212的第一区段208，第一区段208包括连接在一起的第一多个第一单位单元206；以及形成限定第二载荷路径214的第二区段210，第二载荷路径214与第一载荷路径212分开，第二区段210包括连接在一起的第二多个第二单位单元206，第二多个第二单位单元206的每个第二单位单元206嵌套在第一区段208的第一多个第一单位单元206的围绕第一单位单元206内并与第一区段208的第一多个第一单位单元206的围绕第一单位单元206间隔开。
上述的单位单元结构提供了用于解耦部件内的载荷路径的有效方法。具体讲，单位单元结构包括连接在一起并限定第一载荷路径的单位单元的第一区段和连接在一起并嵌套在单位单元的第一区段内且限定第二载荷路径的第二区段。解耦的载荷承载区段能够在不影响相邻的解耦载荷承载区段下独立地承载载荷，每个载荷承载区段在结构的同一边界体积内。另外，单位单元区段内和单位单元区段之间的体积可用作冷却或加热回路，每个回路与相邻回路隔离。解耦部件的给定单位单元结构内的载荷路径促进制造轻量的多功能单位单元结构，其对结构暴露于的每个载荷具有优化的载荷承载特性。
本说明书中所描述的方法、系统和设备的示例性技术效果包括以下各项中的至少一项：(a)用多功能嵌套的单位单元结构代替部件的固态结构的至少一部分；(b)对出现在部件上的载荷解耦载荷路径；以及(c)建立具有优化的载荷承载性质和特性的部件。
在上面详细地描述了具有解耦的载荷承载特性的多功能嵌套的单位单元结构的示例性实施例。多功能嵌套的单位单元结构和制造包括这种结构的部件的方法不限于本说明书所描述的具体实施例，但相反地，系统的部件和/或方法的步骤可以独立地且与本说明书所描述的其它部件或步骤分开地使用。举例来说，方法还可结合需要具有解耦的载荷路径的单位单元内部结构的其它部件使用，且不限于仅使用如本说明书中所描述的系统和方法来实践。相反，示例性实施例可结合需要多功能解耦的载荷路径单位单元结构的许多其它制造或构造应用来实施和利用。
尽管本申请的各种实施例的具体特征可在一些附图中示出而不在其它附图中示出，但这仅仅是为了方便。根据本申请的原则，附图的任何特征可以与任何其它附图的任何特征组合引用和/或要求保护。
本书面描述用实施例来描述包括最佳模式的本发明，且还使所属领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及进行任何所并入的方法。本申请的可获专利的范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种单位单元结构，包括：
限定第一载荷路径的第一区段，所述第一区段包括连接在一起的第一多个第一单位单元；以及
限定第二载荷路径的第二区段，所述第二载荷路径与所述第一载荷路径分开，所述第二载荷路径承载的载荷具有与所述第一载荷路径承载的载荷不同的特性，所述第二区段包括连接在一起的第二多个第二单位单元，所述第二多个第二单位单元的每个第二单位单元嵌套在所述第一多个第一单位单元的每个第一单位单元内并与所述第一多个第一单位单元的每个第一单位单元间隔开。
2.根据权利要求1所述的单位单元结构，其中，所述单位单元结构包括两个以上区段。
3.根据权利要求1所述的单位单元结构，其中，所述第一区段包括第一材料，且所述第二区段包括第二材料，所述第二材料与所述第一材料不同。
4.根据权利要求1所述的单位单元结构，其中，所述单位单元结构限定第一通道和第二通道，所述第一通道限定在所述第一区段和所述第二区段之间，并且所述第二通道限定于所述第二区段的第二单位单元内及所述第二区段的第二单位单元之间。
5.根据权利要求1所述的单位单元结构，其中，所述第一区段和所述第二区段具有晶格结构。
6.根据权利要求5所述的单位单元结构，其中，所述晶格结构包括单位单元，所述单位单元具有三斜晶、单斜晶、正交晶、四方晶、六方晶、立方晶和球形晶中的至少一个。
7.一种部件，包括：
第一结构；
第二结构，所述第二结构包括：
限定第一载荷路径的第一区段；所述第一区段包括连接在一起的第一多个第一单位单元，其中，所述第一区段耦连到所述第一结构和第一载荷；以及
限定第二载荷路径的第二区段，所述第二载荷路径与所述第一载荷路径分开，所述第二载荷路径承载的载荷具有与所述第一载荷路径承载的载荷不同的特性，所述第二区段包括连接在一起的第二多个第二单位单元，所述第二多个第二单位单元的每个第二单位单元嵌套在所述第一区段的所述第一多个第一单位单元的每个第一单位单元内并与所述第一区段的所述第一多个第一单位单元的每个第一单位单元间隔开，其中，所述第二区段耦连到所述第一结构和第二载荷。
8.根据权利要求7所述的部件，其中，所述第二结构包括两个以上区段。
9.根据权利要求7所述的部件，其中，所述第一区段包括第一材料，且所述第二区段包括第二材料，所述第二材料与所述第一材料不同。
10.根据权利要求7所述的部件，其中，所述第二结构限定第一通道和第二通道，所述第一通道限定在所述第一区段和所述第二区段之间，并且所述第二通道限定于所述第二区段的第二单位单元内及所述第二区段的第二单位单元之间。
11.根据权利要求7所述的部件，其中，所述第一载荷和所述第二载荷各自为机械载荷、热载荷和电载荷中的至少一个。
12.根据权利要求11所述的部件，其中，所述第一区段和所述第二区段耦连到一个以上载荷。
13.根据权利要求7所述的部件，其中，所述第一区段和所述第二区段具有晶格结构。
14.根据权利要求13所述的部件，其中，所述晶格结构包括单位单元，所述单位单元具有三斜晶、单斜晶、正交晶、四方晶、六方晶、立方晶和球形晶中的至少一个。
15.一种使用包括固结装置的增材制造系统制造部件的方法，所述方法包括：
在增材制造系统的控制器上提供部件的构建文件；
将材料沉积到表面上；以及
操作所述固结装置以固结材料从而形成：
限定第一载荷路径的第一区段，所述第一区段包括连接在一起的第一多个第一单位单元；和
限定第二载荷路径的第二区段，所述第二载荷路径与所述第一载荷路径分开，所述第二载荷路径承载的载荷具有与所述第一载荷路径承载的载荷不同的特性，所述第二区段包括连接在一起的第二多个第二单位单元，所述第二多个第二单位单元的每个单位单元嵌套在所述第一区段的所述第一多个第一单位单元的第一单位单元内并与所述第一区段的所述第一多个第一单位单元的第一单位单元间隔开。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，操作所述固结装置还包括固结材料以由第一材料形成第一区段，由第二材料形成第二区段。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，操作所述固结装置还包括固结材料以形成两个以上区段。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，操作所述固结装置还包括固结材料以限定第一通道和第二通道，所述第一通道限定于所述第一区段和所述第二区段之间，且所述第二通道限定于所述第二区段的第二单位单元内及所述第二区段的第二单位单元之间。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，操作所述固结装置还包括固结材料以形成晶格结构。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，形成所述晶格结构还包括形成多个单位单元，所述多个单位单元具有三斜晶、单斜晶、正交晶、四方晶、六方晶、立方晶和球形晶中的至少一个。
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