CN109483903A - 并入增材制造元件的复合结构 - Google Patents

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Abstract

本发明的名称为并入增材制造元件的复合结构。一种制造复合结构的方法，包括将第一复合层施加至工具的作业表面，所述工具将增材制造元件放置在第一复合层的至少一部分上，和将第二复合层施加在复合层的至少一部分和增材制造元件的至少一部分上，其中增材制造元件的至少一部分被嵌入在第一复合层和第二复合层之间。

Description

并入增材制造元件的复合结构
技术领域
本公开内容涉及与复合结构组合使用增材制造，并且更具体地涉及将增材制造元件并入复合结构。
背景技术
近年来，复合材料已成为航空器结构越来越期望的材料。复合材料通常包括与树脂混合的纤维束(例如，玻璃纤维和/或碳纤维)。例如，许多商业生产的复合材料使用聚合物基体材料作为树脂。在飞机上使用的常见复合材料包括玻璃纤维、碳纤维和纤维增强基体系统，或这些的任一种的任何组合。事实上，取决于起始原料成分，可获得许多不同的聚合物。更常见的聚合物可以包括，例如，聚酯、乙烯基酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯和PEEK。在制造期间，纤维通常可以被卷绕或编织成材料片并且然后用树脂浸渍(例如，注入)。一旦纤维已经用树脂浸渍，然后可以将复合材料成形为期望的形状并且固化，直到适当地硬化。
复合材料具有极其轻质量和具有高强度的优势。因此，它们在航空器应用等中是有用的。另外，复合结构可以被成型为期望的形状和构造。虽然使用复合材料制造的许多部件也可以由金属制成，但是相同强度和刚度的金属部件会显著更重。
然而，使用复合材料制造元件可能是耗时且劳动密集的，尤其是在需要复杂结构时。某些复合材料的另一个缺点是复合材料的实际组装或连接。与更传统的材料(例如，金属)不同，对于组装复合材料必须进行不同的考虑。例如，在复合材料中放置孔用于附接紧固件切断了材料内的纤维束并且在材料内产生薄弱点。虽然通过置换未固化的纤维束在复合材料中形成孔防止了切断纤维，但是该过程是耗时的且通常不切实际。用于组装复合材料的另一个替代方案是使用高强度环氧树脂。环氧树脂具有限制制造步骤数的优势。然而，环氧树脂的分布和部件的放置一起可能需要昂贵的机器和许多夹紧工具(例如，加工工具)。此外，这种结构通常涉及多组工具，非常耗费人力，需要数个固化周期并且可能需要具有设定的有效期的B阶段材料。
增材制造技术，即3D打印，有利于传统的复合材料制造技术，因为与复合材料制造技术相比，它们提供了以降低的成本和时间快速生产和重复打印的聚合物元件的能力。增材制造工艺也允许在打印的元件中实现独特的特征部，其难以使用复合材料制造方法产生。然而，聚合物难以匹配复合材料的机械性能。因此，聚合物通常不是大规模用于构造航空器元件的可行材料。
因此，本领域中存在对于制造如下结构的方法的需求，该结构利用了复合材料和增材制造元件的优点，同时消除了以上讨论的缺点。
发明内容
本公开内容致力于提供将增材制造元件并入到复合结构。
根据第一方面，制造复合结构的方法包括：将第一复合层施加至工具的作业表面；将增材制造元件放置在第一复合层的至少一部分上；并且将第二复合层施加在复合层的至少一部分和增材制造元件的至少一部分上，其中增材制造元件的至少一部分被嵌入在第一复合层和第二复合层之间。
在某些方面，方法进一步包括在施加第二复合层之后固化复合结构的步骤。
在某些方面，方法进一步包括在固化之后去除第一复合层和第二复合层中的一个的至少一部分以暴露增材制造元件的一部分的步骤。
在某些方面，方法进一步包括向增材制造元件提供特征部的步骤以促进第一复合层和第二复合层中的一个的至少一部分的固化后去除。
在某些方面，该特征部配置为与切割工具接合以促进第一复合层和第二复合层中的一个的至少一部分的固化后去除。
在某些方面，方法进一步包括向增材制造元件提供配置为与第二结构配接以使复合结构与第二结构相互连接的特征部的步骤。第二结构可以包括根据以上方法制造的复合结构。
在某些方面，增材制造元件被完全嵌入在第一复合层和第二复合层之间。
在某些方面，方法进一步包括去除第一复合层和第二复合层中的至少一个的一部分以暴露增材制造元件的一部分的步骤。
在某些方面，在去除第一复合层和第二复合层中的至少一个的一部分之前固化复合结构。
在某些方面，去除步骤包括切割第一复合层和第二复合层中的至少一个的一部分。
在某些方面，增材制造元件包括打印的热塑性材料。
在某些方面，第一复合层和第二复合层由相同材料形成。
在某些方面，复合结构包括航空器元件。
在某些方面，方法进一步包括在工具和增材制造元件上提供定位特征部以促进在放置步骤期间增材制造元件相对于工具的定向的步骤。
在某些方面，定位特征部包括磁体。
在某些方面，定位特征部包括安装在工具和增材制造元件的至少一个中的磁体。
根据第二方面，复合结构包括：第一复合层和第二复合层；和至少部分地嵌入在第一复合层和第二复合层的增材制造元件。
在某些方面，增材制造元件包括未嵌入在第一复合层和第二复合层之间的暴露部分。
在某些方面，暴露部分包括连接特征部，其配置为与第二结构配接以使复合结构与第二结构相互连接。
在某些方面，增材制造元件包括用于促进去除第一复合层和第二复合层的中一个的至少一部分的特征部。
在某些方面，特征部配置为与切割工具接合以促进去除第一复合层和第二复合层中的一个的至少一部分。
在某些方面，增材制造元件包括打印的热塑性材料。
在某些方面，第一复合层和第二复合层由相同材料形成。
根据第三方面，复合结构由以下工艺形成：将第一复合层施加至工具的作业表面；将增材制造元件放置在第一复合层的至少一部分上；并且将第二复合层施加在复合层的至少一部分和增材制造元件的至少一部分上，其中增材制造元件的至少一部分被嵌入在第一复合层和第二复合层之间。
在某些方面，工艺进一步包括在施加第二复合层之后固化复合结构的步骤。
在某些方面，工艺进一步包括在固化之后去除第一复合层和第二复合层中的一个的至少一部分以暴露增材制造元件的一部分的步骤。
在某些方面，工艺进一步包括向增材制造元件提供特征部以促进第一复合层和第二复合层中的一个的至少一部分的固化后去除的步骤。
在某些方面，特征部配置为与切割工具接合以促进第一复合层和第二复合层中的一个的至少一部分的固化后去除。
本发明的实施方式涉及制造复合结构的方法，其包括：将第一复合层施加至工具的作业表面；将增材制造元件放置在第一复合层的至少一部分上；并且将第二复合层施加在复合层的至少一部分和增材制造元件的至少一部分上，其中增材制造元件的至少一部分可以被嵌入在第一复合层和第二复合层之间。方法还可以包括在施加第二复合层之后固化复合结构。方法还可以包括在固化之后去除第一复合层和第二复合层中的一个的至少一部分以暴露增材制造元件的一部分。方法还可以包括向增材制造元件提供特征部以促进第一复合层和第二复合层中的一个的至少一部分的固化后去除。特征部可以配置为与切割工具接合以促进第一复合层和第二复合层中的一个的至少一部分的固化后去除。方法还可以包括向增材制造元件提供特征部，该特征部配置为与第二结构配接以使复合结构与第二结构相互连接。增材制造元件可以被完全嵌入在第一复合层和第二复合层之间。方法还可以包括去除第一复合层和第二复合层中的至少一个的一部分以暴露增材制造元件的一部分。复合结构可以在去除第一复合层和第二复合层中的至少一个的一部分之前固化。去除的步骤可以包括切割第一复合层和第二复合层中的至少一个的一部分。增材制造元件可以包括打印的热塑性材料。方法还可以包括在工具和增材制造元件上提供定位特征部以促进在放置步骤期间增材制造元件相对于工具的定向。定位特征部可以包括安装在工具和增材制造元件的至少一个中的磁体。
本发明的另一个实施方式涉及复合结构，其包括第一复合层和第二复合层；和至少部分地嵌入在第一复合层和第二复合层之间的增材制造元件。增材制造元件可以包括未嵌入在第一复合层和第二复合层之间的暴露部分。暴露部分可以包括连接特征部，其配置为与第二结构配接以使复合结构与第二结构相互连接。增材制造元件可以包括特征部以促进去除第一复合层和第二复合层中的一个的至少一部分。特征部可以配置为与切割工具接合以促进去除第一复合层和第二复合层中的一个的至少一部分。增材制造元件可以包括打印的热塑性材料。
本发明的另一个实施方式涉及由以下工艺形成的复合结构：将第一复合层施加至工具的作业表面；将增材制造元件放置在第一复合层的至少一部分上；并且将第二复合层施加在复合层的至少一部分和增材制造元件的至少一部分上，其中增材制造元件的至少一部分可以被嵌入在第一复合层和第二复合层之间。工艺还可以包括在施加第二复合层之后固化复合结构的步骤。工艺还可以包括在固化之后去除第一复合层和第二复合层中的一个的至少一部分以暴露增材制造元件的一部分的步骤。工艺还可以包括向增材制造元件提供特征部以促进第一复合层和第二复合层中的一个的至少一部分的固化后去除的步骤，其中所述特征部配置为与切割工具接合以促进第一复合层和第二复合层中的一个的至少一部分的固化后去除。
附图说明
通过参考以下说明书和附图，将容易理解本公开内容的这些和其他优势，其中：
图1图解了带有嵌入的增材制造元件的复合结构的示例性实施方式。
图2A至2H图解了制造带有嵌入的增材制造元件的复合结构的方法。
图3A和3B图解了根据示例性实施方式的在复合层之间共固化的增材制造牺牲帽和增材制造牺牲π型夹具。
图4A和4B图解了根据示例性实施方式的在复合层之间共固化的带有增材制造表层接合器的增材制造牺牲帽。
图5A和5B图解了根据示例性实施方式的与增材制造天线在复合层之间共固化的增材制造牺牲帽的某些方面。
图6A至6C图解了根据示例性实施方式的在复合层之间共固化的增材制造表层接合器的某些方面。
图7A至7D图解了根据示例性实施方式的磁性定位特征部的某些方面。
具体实施方式
以下将参考附图描述本公开内容的优选的实施方式。在以下描述中，没有详细描述某些熟知的功能或构造，因为它们会以不必要的细节模糊本公开内容。对于本申请，将适用以下术语和定义：
如本文所使用，词语“大约”和“近似于”，当用于修饰或描述值(或值的范围)时，意思是合理地接近该值或值的范围。因而，本文描述的实施方式不仅限于所叙述的值或值的范围，而是应当包括合理的可行的偏差。
如本文所使用，术语“航空交通工具”和“航空器”是指能够飞行的机器，包括但不限于，传统航空器和垂直起降(VTOL)航空器。VTOL航空器可以包括固定翼航空器、旋翼飞行器(例如，直升飞机)和/或倾转旋翼/倾斜翼航空器。
如本文所使用的术语“复合材料”是指包括增材材料和基体材料的材料。例如，复合材料可以包括纤维增材材料(例如，纤维玻璃、玻璃纤维(“GF”)、碳纤维(“CF”)、芳族聚酰胺/对芳族聚酰胺合成纤维等)和基体材料(例如，环氧树脂、聚酰亚胺和氧化铝，包括但不限于热塑性塑料、聚酯树脂、聚碳酸酯热塑性塑料、浇注树脂、聚合物树脂，丙烯酸树脂(acrylic)、化学树脂)。在某些方面，复合材料可以采用金属，诸如铝和钛，以生产纤维金属层压材料(FML)和玻璃层压材料铝增强环氧树脂(GLARE)。进一步地，复合材料可以包括混合复合材料，其经由将一些补充材料(例如，两种或多种纤维材料)添加至基础纤维/环氧树脂基体来实现。
如本文所使用的术语“复合层压材料”，是指由增材材料和基体材料的层(即，“层片”)组装的一类复合材料。
如本文所使用的术语“复合结构”，是指至少部分地使用包括但不限于复合层压材料的复合材料制造的结构或元件。
术语“示例性”意思是用作非限制性实例、例子或说明。如本文所使用，术语“如”和“例如”引出一个或多个非限制性实例、例子或说明的列表。
如本文所使用的术语“工具”和“加工工具”是指用于形成结构——诸如由复合材料制造的复合结构——的模具或类似结构。
本文公开了用于制造并入增材制造元件的复合结构的技术。增材制造技术有益于传统复合材料制造技术，因为与复合材料制造技术相比，它们提供了以降低的成本和时间快速生产和重复打印的热塑性材料元件的能力。增材制造还允许产生用复合制造方法难以实现的复杂形状和特征部。例如，如以下所描述，特征部可以在打印的热塑性元件中形成以促进并入这种打印的热塑性元件的复合结构的相互连接。
打印的热塑性材料元件，无论是单件式元件还是多件式元件，可以通过一种或多种增材制造技术打印，也被称为三维(3D)打印。增材制造通常是指用于制造3D物体的工艺，其中材料(例如，热塑性塑料)的连续层在计算机控制下形成以产生3D物体(例如，打印的材料工具，诸如打印的热塑性材料部件或元件)，其几乎可以是任何形状或几何结构。打印的热塑性材料元件可以由数字模型数据或另外的电子数据源诸如增材制造文件(AMF文件)(例如，StratasysCMB文件)产生。换句话说，设计者可以使用建模程序(例如，计算机辅助设计(CAD)包)在数字空间中创建用于打印的热塑性材料元件的设计模型。用CAD(而不是扫描)创建的设计模型的优势是减小误差，误差可以在打印3D物体之前被校正，从而允许在物体被打印之前检验其设计。
增材制造技术以三维方式打印物体，因此在整体打印机分辨率中考虑了XY平面的最小特征尺寸(即，分辨率)(水平分辨率)和Z-轴的层高度(垂直分辨率)二者。水平分辨率是打印机的挤出机在X和Y轴上的层内可以做出的最小移动，而垂直分辨率是打印机在一次通过中产生的层的最小厚度。打印机分辨率以每英寸点数(dpi)或每微米(μm)点数为单位描述了层厚度和X-Y分辨率。水平分辨率中粒子(3D点)的直径可以是约50至100μm(510至250DPI)。典型的层厚度(垂直分辨率)是约100μm(250DPI)，尽管层可以薄至16μm(1,600DPI)。粒子越小，水平分辨率越高(即，打印机产生的细节越高)。类似地，Z-轴的层厚度越小，垂直分辨率越高(即，打印的表面将越平滑)。然而，以更高的垂直分辨率打印的打印工艺将花费更长的时间来产生更精细的层，因为打印机必须产生更多的层。因此，打印的热塑性材料元件可以被非常精确地打印且打印有许多细节，这是特别有利的，例如，在产生需要复杂和/或精确特征的元件中。
图1图解了具有嵌入的增材制造元件的复合结构的示例性实施方式。具体地，图1是为了解释的目的而显示的一般的且简化的航空器机身结构100。传统的复合材料制造工艺是昂贵的且劳动密集的。通过将增材制造元件选择性地并入到复合结构，可以降低制造复合结构诸如航空器部件所需的总成本、时间和技术。例如，如以下所讨论，增材制造的好处可以有助于制造复合结构诸如机身结构，通过例如沿着自然的模具线将机身结构拆分成部分，并且使用3D打印的结合元件将机身结构的完成的部分相互连接。例如，3D打印的结合元件可以在机身部分的构造期间嵌入复合材料中(并且与其共固化)。在某些方面，结合元件的部分可以被暴露(在固化之前或之后)以允许机身部分经由配接的3D打印的接合结构相互连接以组装完整的机身结构。
图2A至2H图解了制造具有嵌入的增材制造元件的复合结构诸如图1的示例性机身结构100的方法。图2A图解了根据本公开内容的某些方面的可以用于制造具有嵌入的增材制造(例如，3D打印的塑料)元件的复合结构的示例性制造工具200的横截面图。工具102包括作业表面104，其限定了所得到的复合结构的预定形状。例如，在图解的实施方式中，作业表面可以对应于航空器机身结构100的一部分。机身结构的其他部分(未显示)可以以类似的方式制造。
制造工具102可以根据待审的共有美国临时专利申请系列号62/410,181中描述的原理构造，该申请于2016年10月19日提交，名称为“Increased Utility CompositeTooling through Additive Manufacturing”，其全部公开内容通过引用并入本文。工具102可以由打印的热塑性材料诸如高性能熔融沉积成型(FDM)热塑性塑料制造。合适的打印的热塑性材料包括，例如，聚醚酰亚胺(PEI)，其提供优异的强度、热稳定性和耐受高压釜(高压和高温)的能力。聚碳酸酯是用于打印的热塑性材料工具的合适材料，因为它具有较低的成本并且能够耐受所需的250°F的温度；然而，考虑其他材料，因为材料选择由给定复合元件的固化温度驱动。因此，取决于应用(例如，复合材料的类型)，可以采用具有更高或更低温度容限的其他材料。
在图2B中，第一(例如，外部)复合层106被施加至工具102的作业表面104。第一复合层106可以是任何数量的复合材料的一个。用于航空交通工具的合适的复合材料包括但不限于从Cytec Industries可获得的977-3树脂和IM7/977-3预浸料，其是具有350°华氏度(F)(177℃)的干使用能力和270°F(132℃)的湿使用能力的强化环氧树脂。然而，可以使用其他类型的复合材料。因此，工具102能够耐受例如至少350°F和至少90磅每平方英寸(PSI)的压力下的多次固化循环。如本领域普通技术人员可以领会的是，术语预浸料是指“预浸渍的”复合纤维，其中在复合纤维中已经存在诸如环氧树脂的材料。最初，预浸料是柔软且粘性的，但是一旦其被加热(即，在固化工艺期间)并且被冷却，变得坚硬且刚性。第一复合层106可以由复合材料的单个层或多个层组成。当使用多个层时，相同或不同的复合材料可以用于形成第一复合层106。
接着，在图2C-2D中，一个或多个增材制造元件被放置在第一复合层106的至少一部分上的选定位置上。工具102可以由打印的热塑性材料诸如高性能熔融沉积成型(FDM)热塑性塑料或聚碳酸酯制造。如上所述，合适的打印的热塑性材料包括例如聚醚酰亚胺(PEI)、聚碳酸酯等。
在图解的实施方式中，增材制造元件包括沿着第一复合层106的顶部边缘水平地延伸的表层接合器110和在第一复合层的顶部和底部之间垂直延伸(即，垂直于表层接合器110)的多个π型夹具112(见图2C)。安装在第一复合层上的另外的增材制造元件可以包括芯板114(图2D)和增材制造天线116(图2E)。如以下所更详细解释，定位特征部可以被提供在例如工具102和/或增材制造元件110-116上以促进当增材制造元件被安装在第一复合层上时增材制造元件相对于工具(和第一复合层)的定向。
接着，在图2F中，第二或内部复合层120被施加在第一复合层106的至少一部分和增材制造元件110-120的至少一部分上，使得增材制造元件的至少一部分被嵌入在第一复合层106和第二复合层120之间。在图解的实施方式中，第二复合层120通常与第一复合层共同延伸，并且增材制造元件110-120完全或几乎完全被嵌入(或封装)在第一复合层和第二复合层之间。与第一复合层106一样，第二复合层120可以由相同或不同的复合材料的多个层组成。类似地，第一复合层106和第二复合层120可以包括相同或不同的复合材料。
在施加第二复合层120之后，所得到的结构(即，具有嵌入的增材制造元件的复合结构)和工具104可以根据例如待审的共有美国专利公开号2015/0210019A1中描述的装袋原理进行装袋并固化，该专利于2015年7月30日公开并且标题为“Methods For CombiningComponents Of Varying Stages Of Cure”，其全部公开内容通过引用并入本文。一旦复合结构被适当地固化，工具104可以被破坏以允许从工具104去除固化的结构(见，例如图2G和2H，其图解了固化的复合结构的横截面图和等距视图)。
在固化之后，复合材料层106、120的部分可以被去除(例如，通过切割或修整)以暴露增材制造元件的选定部分。例如，在图解的实例中，第二(内部)复合层120的部分被修整以暴露π型夹具112、表层接合器110和天线116的选定部分。在π型夹具和表层接合器110被适当地修整的情况下，隔板124可以滑动到π型夹具中的适当位置(见，例如图2G和2H)并且用适当的方式固定在位置上，诸如通过用环氧树脂或胶带粘合。
根据本公开内容的实施方式的某些方面，牺牲元件——其可以被增材制造——可以被嵌入在复合层之间并且随后在固化工艺之后被去除。例如，图3A和3B图解了在复合层106、120之间与π型夹具112共固化的增材制造牺牲帽126。在固化之后，第二复合层120被切割或修整以允许去除增材制造牺牲帽126。如图解，增材制造牺牲帽126可以被成形以限定通道从而帮助切穿第二复合层120。一旦帽126被去除，π型夹具的部分128被暴露(见图4B)而π型夹具112的部分130保持嵌入在第一复合层和第二复合层106、120之间以将π型夹具112固定在适当位置。该技术的优势是，它使得各种元件更容易更快地粘合。
π型夹具112的暴露部分128提供了配置为与隔板124的一个配接的界面132。根据某些实施方式，隔板124还可以制造为具有嵌入的增材制造元件的复合结构。根据一个示例性实施方式，隔板124包括增材制造元件，其提供安装界面，该安装界面与π型夹具112的安装界面(例如，狭槽134和型面136)互逆配接以相对于机身部分定位隔板。如图解，隔板124可以滑动到π型夹具112(例如，狭槽134)上并粘合。
在图4A和4B中图解了增材制造牺牲元件的另一个实例。这些图图解了在复合层106、120之间与增材制造表层接合器142共固化的增材制造牺牲帽140。在固化之后，例如，通过切割或修整去除增材制造牺牲帽140以暴露表层接合器142的部分144。表层接合器的暴露部分144包括界面146，该界面146与第二复合结构(例如，机身部分)(未显示)上的表层接合器的互逆界面配接以允许复合结构固定至彼此。牺牲帽140在固化工艺期间覆盖界面146并且确保界面保持干净以便随后将复合结构彼此接合。
类似地，图5A和5B图解了与增材制造天线116共固化的增材制造牺牲帽。在固化之后，例如，通过切割或修整可以去除增材制造牺牲帽150以暴露天线的一部分(例如，RF端口)。牺牲帽150的优势是，它用于在固化期间保护嵌入的AM天线。然而，一旦固化，牺牲帽150可以被去除以提供至天线导管和其电子设备的通路。
根据本公开内容的实施方式的某些方面，增材制造元件可以并入特征部以促进第一复合层和第二复合层中的一个的至少一部分的固化后去除。例如，如图6A至6C中所显示，表层接合器142的暴露部分144可以用作引导切割工具154诸如槽刨的指示，以允许沿着表层接合器的边缘精确地去除/修整第一(外部)复合层106，从而产生用于随后将复合结构例如机身部分彼此接合的干净界面。
如上所述，可以提供定位特征部以促进增材制造元件相对于复合层的快速且精确的安装。例如，增材制造元件可以包括打印标志、销、止动销、孔、导向器等以帮助制造技术人员将增材制造元件相对于彼此以及相对于复合层定位。根据一个实施方式，定位特征部可以包括磁性定位特征部。例如，在某些实施方式中，磁体可以被安装在工具104和增材制造元件中。可选地，磁体可以被安装在工具104中并且金属构件(或另一个磁体)可以被安装在增材制造元件中，或者反之亦然。磁性定位特征部可以用于相对于工具104(并且因此相对于施加至作业表面的第一复合层)适当地且精确地定向增材制造元件。
图7A至7C图解了磁性定位特征部的示例性实施方式。如显示，磁性构件162的阵列160被定位在工具102上。在至少一些实施方式中，每个磁性构件162是由以预定模式布置的多个磁体168组成的磁性子阵列16的形式。根据一些方面，磁性子阵列包括以相对极关系布置的多个磁体，其中至少一些磁体对齐为北极面向第一方向(例如，从图7B的页面的平面出来)并且其他磁体布置为它们的北极面向相反方向(例如，进入图7B中页面的平面)。根据一个具体实施方式，每个磁性子阵列由以X-形布置的多个单独磁体组成(见，例如图7B和7D)。在至少一些实施方式中，每个X-形子阵列由中心、北极磁体(即，面向页面外的北极)和沿着北极磁体的边缘布置的四个南极磁体(面向页面外的南极)组成。这种磁体布置使得元件更容易适当地卡接在位置上。
在一些实施方式中，磁性子阵列安装在制造工具102中形成的凹槽174中。在图解的实施方式中，凹槽在工具102的非作业部分中形成。然而，在其他实施方式中，可能期望的是在工具的作业表面中形成。在图解的实施方式中，磁体168和凹槽174都是方形的，其有助于在凹槽内和相对于彼此定向并支撑磁体168。可以提供增材制造的插入物(例如，塑料方块，未显示)以填充凹槽174内磁体168之间的空隙。增材制造的插入物可以配置为将磁性子阵列牢固地固定在凹槽内，例如，通过要求插入物压扣到磁体168和凹槽的边缘之间的孔隙中。
由增材制造元件承载的互逆磁性构件(或金属构件)配置为与工具上的磁性构件磁性连接以在施加第一复合层之后相对于工具定位增材制造元件。工具和增材制造元件之间的磁性界面还起到在第二复合层的后续施加期间和在固化工艺期间保持增材制造元件的相对位置的作用。例如，安装在π型夹具中的磁性构件与工具中的磁性构件磁性连接以相对于工具和第一复合层定向π型夹具。在一些实施方式中，由工具承载的磁性阵列包括一对垂直对齐的磁性构件，其中每对被用于相对于第一复合层定位π型夹具。在至少一些实施方式中，由增材制造元件承载的每个磁性构件是由以预定图案布置的多个磁体168组成的磁性子阵列176的形式。根据一个具体实施方式，每个磁性子阵列由以X形布置的多个单独磁体组成(见图7D)。在至少一些实施方式中，每个X形子阵列由中心南极磁体和沿着南极磁体的边缘布置的四个北极磁体组成，使得当增材制造元件被适当地定位在工具上时磁性子阵列166、172彼此吸引。
虽然已经关于目前认为是优选实施方式的内容描述了本公开内容，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施方式。相反，本发明旨在包括包含在所附权利要求的精神和范围内的各种更改和等同布置。所附权利要求的范围将得到最广泛的解释以包含所有这些更改和等同的结构和功能。
本文引用的所有文件，包括期刊文章或摘要、已公布的或相应的美国或外国专利申请、已授权的或外国的专利、或任何其他文件，均通过引用被全部并入本文，包括引用文件中呈现的所有数据、表格、图和文字。

Claims (15)

1.一种制造复合结构的方法，其包括：
将第一复合层(106)施加至工具的作业表面；
将增材制造元件放置在所述第一复合层的至少一部分上；和
将第二复合层(120)施加在所述第一复合层(106)的至少一部分和所述增材制造元件的至少一部分上，其中所述增材制造元件的至少一部分被嵌入在所述第一复合层(106)和所述第二复合层(120)之间。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在施加所述第二复合层之后固化所述复合结构。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括在固化之后去除所述第一复合层(106)和所述第二复合层(120)中的一个的至少一部分以暴露所述增材制造元件的一部分。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括向所述增材制造元件提供特征部以促进所述第一复合层(106)和所述第二复合层(120)中的一个的至少一部分的固化后去除。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述特征部配置为与切割工具接合以促进所述第一复合层(106)和所述第二复合层(120)中的一个的至少一部分的固化后去除。
6.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4或权利要求5所述的方法，进一步包括向所述增材制造元件提供配置为与第二结构配接以使所述复合结构与所述第二结构相互连接的特征部。
7.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4、权利要求5或权利要求6所述的方法，其中所述增材制造元件完全被嵌入在所述第一复合层(106)和所述第二复合层(120)之间。
8.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4、权利要求5、权利要求6或权利要求7所述的方法，其中所述增材制造元件包括打印的热塑性材料。
9.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4、权利要求5、权利要求6、权利要求7或权利要求8所述的方法，其进一步包括在所述工具和所述增材制造元件上提供定位特征部以促进在所述放置步骤期间所述增材制造元件相对于所述工具的定向。
10.一种复合结构，其包括：
第一复合层(106)和第二复合层(120)；和
至少部分地嵌入在所述第一复合层(106)和所述第二复合层(120)之间的增材制造元件。
11.根据权利要求9所述的复合结构，其中所述增材制造元件包括未嵌入在所述第一复合层(106)和第二复合层(120)之间的暴露部分。
12.根据权利要求9或权利要求10所述的复合结构，其中所述暴露部分包括连接配置为与第二结构配接以使所述复合结构与所述第二结构相互连接的特征部。
13.根据权利要求12所述的复合结构，其中所述增材制造元件包括促进去除所述第一复合层(106)和所述第二复合层(120)中的一个的至少一部分的特征部。
14.根据权利要求13所述的复合结构，其中所述特征部配置为与切割工具接合以促进去除所述第一复合层(106)和所述第二复合层(120)中的一个的至少一部分。
15.根据权利要求12所述的复合结构，其中所述增材制造元件包括打印的热塑性材料。
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