CN111069598A - 用于制造优化的板件和其它复合结构的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及增材制造(AM)复合结构，比如用于运输结构或其它机械化组件的板件。AM芯部可以针对板件的预期应用而被优化。在各种实施例中，比如强度、硬度、密度、能量吸收、延展性等的一个或更多个值可以在单个AM芯部中被优化，以在AM芯部上沿一个或更多个方向变化，以用于支撑预期载荷条件。在一实施例中，预期载荷条件可以包括从不同方向以多达三个维度施加到AM芯部或对应板件的力。在结构是板件的情况下，面板可以被固连到芯部的相应侧。AM芯部可以是定制蜂窝结构。在其它实施例中，面板可以具有传统上或通过增材制造形成的定制3D轮廓，以允许得到具有复杂轮廓的结构板件。AM芯部可以包括突起，以提供固定特征以允许外部连接。在其它实施例中，插入件、紧固件或内部通道可以与芯部共同打印。在再一些实施例中，AM芯部可以用于复合结构，例如转子叶片或车辆部件。

Description

用于制造优化的板件和其它复合结构的方法和设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年10月16日提交的题为“METHODS AND APPARATUS FORMANUFACTURING OPTIMIZED PANELS AND OTHER COMPOSITE STRUCTURES”的美国专利申请号No.16/162,301的权益，其明确地通过引用整 体并入本文。

技术领域

本公开涉及用于比如汽车、卡车、火车、船、飞机、摩托车等运输结构中 的板件和其它部件。

背景技术

通常通过使用专用加工制造蜂窝芯部并且然后在芯部的相应侧上粘附两个 外结构表层(也称为面板)来制造结构板件。蜂窝结构用于许多应用中，包括 作为在运输结构中使用的板件和其它复合结构的芯部或内部部分。基于蜂窝的 芯部的属性可以包括最小密度和相对较高的面外压缩和剪切性质。在一些构造 中，替代的基于栅格的结构可以用作芯部或其一部分，并且可以提供类似的益 处。

典型的蜂窝和栅格制造过程是需要大量劳动和加工密集型的，并且因此可 能是耗时且昂贵的。所得的蜂窝板件还可以包括各向异性的性质，这在涉及运 输结构的许多应用中可能是非常不期望的。例如，用于在板件内部中提供支撑 的传统的芯部材料通常仅在一个方向上(比如在与板件正交的压缩方向上)是 刚性的。然而，预期载荷可以包括在板件具有其芯部各向异性性质无法支撑的 其它方向上施加的预期力。硬度仅仅是板件芯部中的许多性质的一个示例，给 定一组全局的预期载荷，其值对于适当的板件操作可能是必要的。许多其它材 料性质(例如，强度、柔性、刚度等)包括各种形式的类似方向或定向相关的限制，并且因此基本上存在相同的困境。

制造商已经尝试通过生产具有各种不同的层、部段或区域的复合芯部来解 决这些缺点，每个层、部段或区域被设计成通过沿特定方向提供期望的特性值 (例如，密度、硬度、冲击强度、拉伸强度、刚度、柔性、能量吸收等)来针 对预期载荷的一个方面，以适应载荷的该方面。该方案中固有的问题包括在使 用不同材料时的更高制造成本、在设计用于预期目的的每种此类材料时的附加 开发时间、以及需要用于制造每个区域的单独的工艺和加工的潜在地更长的制 造时间和更高的成本。

另外，在该方案中可能导致不期望的物理缺陷。设计问题可以包括复合芯 部与之相关联的板件的增加的总质量以及层边界处的材料特性的急剧梯度。板 件和其它复合结构普遍存在于现代车辆和其它运输系统中。此问题的累积效应 可能损害运输结构的总体性能。

此外，当制造公共蜂窝结构时，制造商的定义限于蜂窝结构的几何属性。 因此，所得夹层板件的特性和性质由蜂窝几何结构的固有特性和性质限制。制 造商已经尝试了蜂窝结构的几何变型来改进这些特性。然而，这些尝试仍然受 到本制造方法所施加的限制和不灵活性的影响，比如用于适应变型的定制工具 的费用。

需要根本上不同的方案来克服这些障碍。

发明内容

用于运输结构的定制面板及其制造将在下文中参考本公开的各种示例性方 面更全面地描述。

在本公开的一个方面中，用于运输结构的板件包括至少一个面板和增材制 造(AM)芯部，所述芯部固连到所述至少一个面板并且被优化以在所述AM芯 部的至少一部分上提供变化的强度，以用于支撑预期载荷条件。

在本公开的另一方面中，用于生产用于运输结构的板件的方法包括：增材 制造芯部，包括优化增材制造(AM)芯部，以在其至少一部分上提供变化的强 度，以用于支撑预期载荷条件；以及将AM芯部固连到至少一个面板。

应该明白的是，从以下详细描述中，用于与车辆和其它运输结构中的定制 板件和复合结构的其它方面及其制造将变得对于本领域技术人员而言是显而易 见的，其中仅通过例示的方式示出和描述了几个实施例。如本领域技术人员将 意识到的是，所公开的主题能够具有其它和不同的实施例，并且其若干细节能 够在各种其它方面进行变型，所有这些都不背离本发明。相应地，附图和详细 描述本质上被认为是示例性的而不是限制性的。

附图说明

现在将在附图中通过示例而非限制的方式在详细描述中提供用于增材制造 运输结构的方法和设备的各个方面，其中：

图1示出了直接金属沉积(DMD)3D打印机的某些方面的示例性实施例。

图2示出了使用3D打印机的3D打印过程的概念流程图。

图3A-D示出了在不同操作阶段期间的示例性粉末床熔融(PBF)系统。

图4示出了根据本公开的一方面的多方面打印机(MAP)的概念图。

图5示出了用于组装包括3D打印芯部和面板的车辆板件的不同示例性方法 的流程图。

图6示出了用于使用多方面打印机(MAP)来生产部件的示例性方法的流 程图。

图7A示出了使用蜂窝栅格芯部的示例性板件的透视图。

图7B示出了使用定制优化的芯部的另一示例性板件的透视图。

图8示出了示例性的部分完成的AM板件的前剖视图，该板件具有定制的 内部结构并且具有从芯部分离的顶部面板，以示出芯部上表面。

图9示出了使用栅格分支以减少下垂的示例性AM蜂窝板件的前剖视图。

图10示出了使用连接特征连接到不同类型结构的示例性AM蜂窝板件的前 视图。

图11示出了具有打印的芯部材料和共同打印的紧固件插入件的示例性碳夹 层板件的前剖视图。

图12示出了用于构建具有优化的芯部并且用于运输结构的板件的各种示例 性方法的示例性流程图。

图13是具有弯曲的定制芯部和弯曲面板的示例性板件的透视图。

图14是具有弯曲的上面板的示例性板件的透视图，其具有可变厚度、与上 面板成轮廓的定制芯部、以及大致平面的下面板。

图15是另一示例性板件的透视图，该板件具有具有可变厚度的弯曲的上面 板、大体平面的下面板以及与面板的轮廓匹配的定制芯部。

图16是另一示例性板件的透视图，该板件具有可变厚度的弯曲的上面板和 下面板、以及被定形状为匹配板件的轮廓的定制芯部。

图17是具有用于并入用于固定的特征的板件面板中的切口的示例性AM板 件的透视图。

图18是具有用于在板件边缘固定的特征的示例性AM板件的透视图。

图19是两个示例性板件部段的透视图，其具有定制的芯部并且构造成使用 在一个板件的接口处的接收部段和在另一板件的接口处的突出部段经由滑入式 特征彼此附接。

图20是两个示例性板件部段的透视图，其具有定制的芯部并且构造成使用 在一个板件接口处的另一接收部段和在另一板件的接口处的突出部段经由滑入 式特征彼此附接。

图21是使用包括突出部段和接收部段的滑入式特征在板件接口处附接的两 个板件部段的透视图。

图22是具有带有板和孔口的芯部的两个板件部段的透视图，其用于使螺钉 穿过以将所述部段固连在一起。

图23是示出包括三轴向优化的复合结构的汽车副框架的示例的图。

图24是示出了根据本文描述的系统和方法的示例方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图阐述的详细描述旨在提供各种示例性实施例的描述，而并不 旨在表示可以实施本发明的仅有实施例。贯穿本公开使用的术语“示例”和“示 例性”意指“用作一个示例、实例或例示”，并且并不一定被解释为优选或优于 本公开中提供的其它实施例。详细描述包括用于提供彻底和完整公开的目的的 具体细节，其向本领域技术人员充分传达了本发明的范围。然而，可以在没有 这些具体细节的情况下实践本发明。在一些情况下，公知的结构和部件可以以 方框图形式示出，或者完全省略，以便避免模糊贯穿本公开提供的各种构思。

本公开涉及使用特定的增材制造技术制造板件结构，以实现用于所述板件 结构的优化的芯部结构。在本公开的示例性方面中，这类运输结构的某些部件 可以表示包括具有三轴向优化特性的复合材料的模块化部件。如下所示，增材 制造技术与组成运输结构部件的模块化和三轴向优化性质的组合可以用于向最 终产品和组装过程增加总体价值和效率。另外，这类技术可以为用户提供明显 的优点。下文更详细地讨论这些点。

受益于该提出的特征组合的制造商包括制造几乎任何机械化形式的运输的 制造商，其组装通常严重依赖于复杂且劳动密集型的机床和模制技术，并且其 产品通常需要开发复杂的板件、节点和互连件，以与复杂的机器(比如，燃烧 发动机)、变速器和日益复杂的电子技术集成。这种运输结构的示例尤其包括小 汽车、卡车、列车、船、飞机、拖拉机、摩托车、公共汽车、列车等。

本文所公开的技术最佳地适用于三轴向优化的基于芯部的结构的组装，包 括三轴向优化的基于芯部的结构和系统、方法和设备，用于形成三轴向优化的 基于芯部的结构。更进一步，虽然系统、方法和设备一般是关于三轴向优化的 基于芯部的结构来描述的，但是应该明白的是，这些系统和方法可以用于在必 要时仅在两个维度上优化基于芯部的结构。(如以上讨论的，传统的复合材料可 以提供仅在单个方向上刚性的内芯部。)如本文中所使用，在特定方向上“优化” 可意味着在特定方向上加固、加强、支撑、增强、系紧或硬化，如可适用于上 下文中和/或基于目标或给定板件应用的。更具体而言，三轴向优化可以表示加 固、加强、支撑、增强、系紧或硬化，如在三个轴中的每个中所需要的一样多。 加固、加强、支撑、增强、系紧或硬化可以从方向到方向变化。更进一步，对 于给定设计，加固、加强、支撑、增强、系紧或硬化可以包括相对于所需支撑 的一些增加。例如，可以针对沿特定轴的预期载荷的100％、150％、200％、500％ 或某个其它百分比来设计结构。该百分比可以从轴到轴变化。

控制器(包括但不限于图3D的控制器329)可以被集成到3D打印机中或 实施在单独的工作站中，并且可以构造成执行用于优化芯部的结构部分的一个 或更多个算法，这取决于包含芯部的板件的预期应用。可以创建包括优化的芯 部的3D版本的数据模型。数据模型可以被提供给3D打印机以用于渲染。在其 它实施例中，芯部与面板(表层)和任选的一个或更多个连结特征(例如，在 板件接口处)共同打印。在这种情况下，控制器可以包括作为相同数据模型的 一部分的面板和/或连结特征，或者控制器可以将数据模型链接在一起，从而实 现结构的共同打印。(此后，如下文所述，结构可以经由粘合剂或机械紧固件连 结以产生具有构造成与邻近板件部段互锁的适当接口的成品板件部段)。

在其它实施例中，控制器329(或单独的计算机上的控制器)可以构造成优 化用于预期的结构应用的芯部，然后将整个板件(芯部和面板)打印为一个一 体单元。在这种情况下，可能不需要板件部段的后续组装。如下文更详细地论 述，优化的板件部段可以构造成以包括突起、滑动特征、紧固件及允许邻近板 件部段以固定角度锁定在一起的其它机构。

优化的芯部不需要是矩形的或平面的，并且不需要采取固定的形状。优化 的芯部可以与设计成沿着所有三个坐标轴(x、y、z)提供必要的结构支撑的定 制零件有机地形成，并且可以设计成处理来自任何可应用的方向的载荷，而不 会向板件增加过多或不必要的质量。芯部也可以在任何点处改变厚度。芯部在 不同区域中可以具有不同密度，并且可以在不同位置处并入实心区域和空的区 域或空隙区域两者。基于这些变量中的任一个来优化芯部的灵活性与以期望的 任何方式成形板件部段的能力一起允许所得板件被用在几乎无限的应用阵列中。

面板可以是3D打印的(与芯部分开或与芯部共同打印)或常规地形成(即， 使用传统技术)。如将在本文中示出的，面板不必是平面的，而是可以以适合于 期望的解决方案的任何几何构造弯曲或成轮廓。可以独立地或通过使用芯部作 为工具来形成面板。面板可以但不必具有均匀的厚度，并且在其它实施例中， 一个或两个面板可以在厚度上广泛地变化。下面进一步描述这些原理。

增材制造(3D打印)。增材制造(AM)或3D打印的使用可以提供用于使 机械结构和机械化组件的制造商能够制造具有复杂几何形状的零件的显著灵活 性。例如，3D打印技术使制造商能够灵活地设计和建造具有不可能经由传统制 造工艺制造的复杂的内部栅格结构和/或剖面的零件，或者可能经由传统的制造 工艺来制造成本过高。各种不同的AM技术已被用于由各种类型的材料组成的 3D打印部件。存在许多可获得的技术，并且正在开发更多技术。例如，定向能 量沉积(DED)AM系统使用源自激光或电子束的定向能量来熔化金属。这些系 统利用粉末和焊丝进给。焊丝进给系统有利地具有比其它显著的AM技术更高 的沉积速率。单通道喷射(SPJ)结合了两个粉末散布器和单个打印单元来散布 金属粉末，并在显然没有浪费的运动的情况下在单次通过中打印结构。作为另 一例示，电子束增材制造工艺使用电子束经由焊丝给料沉积金属或在真空室中 在粉末床上烧结。单通道喷射是其开发者所要求的比常规的基于激光的系统快 得多的另一示例性技术。原子扩散增材制造(ADAM)是最近开发的又一技术， 其中在塑料粘结剂中使用金属粉末逐层打印部件。在打印之后，移除塑料粘合 剂并且一次烧结整个零件。其它AM技术包括直接金属沉积(DMD)和粉末床 熔融(PBF)。

如上指出的，几种这种AM技术中的一个是DMD。图1示出了DMD 3D 打印机100的某些方面的示例性实施例。DMD打印机100使用在预定方向120 上移动的进料喷嘴102以将粉末流104a和104b推进到激光束106中，激光束 106朝向可以由基板支撑的工件112引导。进料喷嘴还可以包括用于使保护气体 116流动以保护焊接区域免受氧气、水蒸气或其它部件影响的机构。

然后通过激光106将粉末金属熔融在熔池区域108中，熔池区域108然后 可以作为沉积材料110的区域粘结到工件112。稀释区域114可以包括工件的区 域，其中所沉积的粉末与工件的局部材料集成在一起。进料喷嘴102可以由计 算机数控(CNC)机器人或起重机架或其它计算机控制机构支撑。进料喷嘴102 可以在计算机控制下沿着基板的预定方向移动多次，直到在工件112的期望区 域上方形成沉积材料110的初始层。然后，进料喷嘴102可扫描紧接在先前层 上方的区域，以沉积连续的层，直到形成所需的结构。一般而言，进料喷嘴102 可以构造成相对于所有三个轴线移动，并且在一些情况下，在其自身轴线上旋 转预定量。

图2是示出了3D打印的示例性过程的流程图200。渲染待打印的所需3D 对象的数据模型(步骤210)。数据模型是3D对象的虚拟设计。因此，数据模 型可以反映3D对象的几何和结构特征、以及其材料成分。可以使用各种方法(包 括基于CAE的优化、3D建模、摄影测量软件和相机成像)来创建数据模型。 基于CAE的优化可以包括例如基于云的优化、疲劳分析、线性或非线性有限元 分析(FEA)和耐久性分析。

3D建模软件进而可以包括许多商业上可获得的3D建模软件应用中的一个。 可以使用合适的计算机辅助设计(CAD)包(例如以STL格式)来渲染数据模 型。STL(立体光刻)是与商业上可获得的基于立体光刻的CAD软件相关联的 文件格式的一个示例。CAD程序可以用于将3D对象的数据模型创建为STL文 件。因此，STL文件可以经历由此标识和解决文件中的错误的过程。

在错误解决之后，数据模型可被称为切片机的软件应用“切片”，从而产生 用于3D打印对象的一组指令，其中指令与待使用的特定的3D打印技术兼容并 且与其相关联(步骤220)。许多切片机程序是市售的。一般而言，切片机程序 将数据模型转换为表示待打印的对象的薄切片(例如，100微米厚)的一系列单 独层，以及包含用于3D打印这些连续的单独层的打印机特定指令的文件，以产 生数据模型的实际3D打印表示。

与3D打印机和相关打印指令相关联的层不需要是平面的或厚度相同的。例 如，在一些实施例中，取决于如3D打印设备的技术复杂性和特定制造目的等因 素，3D打印结构中的各层可以是非平面的和/或可以在一个或更多个实例中关于 它们各自厚度而变化。例如，在一些示例性实施例中，构建件可以使用PBF增 材制造，之后可以应用DMD以使用具有不同厚度的非平坦层结构和/或层改变 构建件的区域。

用于将数据模型切片成层的常见类型的文件是G代码文件，其是一种包括 用于3D打印对象的指令的数字控制编程语言。将G代码文件或构成指令的其 它文件上载到3D打印机(步骤230)。因为包含这些指令的文件通常被构造为 可用特定的3D打印过程操作，所以应理解的是，根据所使用的3D打印技术， 指令文件的许多格式是可能的。

除了指示待渲染的对象是什么和如何渲染对象的打印指令之外，3D打印机 在渲染对象时必需使用的适当物理材料也可以使用任何常规且常用的打印机特 定方法中任一个装载到3D打印机中(步骤240)。在DMD技术中，例如，可以 选择一种或更多种金属粉末用于具有这种金属或金属合金的层结构。在选择性 激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)和其它基于PBF的AM方法(参见 下文)中，材料可以作为粉末装载到将粉末进给到构建平台的腔室中。根据3D 打印机，可以使用其它装载打印材料的技术。

然后，使用材料基于提供的指令打印3D对象的相应数据切片(步骤250)。 在使用激光烧结的3D打印机中，激光扫描粉末床并将粉末在需要结构的位置熔 化在一起，并避免扫描切片数据指示不打印任何东西的区域。该过程可以重复 数千次，直到形成所需的结构，然后由制作者移除打印部件。在如上所述的熔 融沉积建模中，通过将支撑材料和模型连续层施加到基板来打印部件。一般而 言，出于本公开的目的，可以采用任何合适的3D打印技术。

另一AM技术包括粉末床熔融(“PBF”)。像DMD那样，PBF逐层地创建 “构建件”。通过沉积粉末层并将粉末的各部分暴露于能量束来形成每层或“切 片”。能量束被施加到粉末层的熔化区域，所述熔化区域与层中的构建件的截面 重合。熔化的粉末冷却并熔融以形成构建件的切片。可以重复所述过程以形成 构建件的下一切片，等等。每层沉积在前一层之上。所得到的结构是从底部向 上逐切片组装的构建件。

图3A-D示出了在不同操作阶段期间的示例性PBF系统300的相应侧视图。 如上所述，图3A-D中所示的特定实施例是采用本公开的原理的PBF系统的许 多合适示例中的一个。还应指出的是，本公开中的图3A-D和其它附图的元件并 不一定按比例绘制，但是为了更好地例示本文描述的构思，可以绘制得更大或 更小。PBF系统300可包括可以沉积每层金属粉末的沉积器301、可以生成能量 束的能量束源303、可以施加能量束以熔融粉末的偏转器305以及可以支撑一个 或更多个构建件(比如构建件309)的构建板307。PBF系统300还可以包括定 位在粉末床接收器内的构建底板311。粉末床接收器312的壁通常限定粉末床接收器的边界，其从侧面被夹持在壁312之间，并且在下面抵接构建底板311的 一部分。构建底板311可以逐渐降低构建板307，使得沉积器301可以沉积下一 层。整个机构可处于在腔室313中，腔室313可装进其它部件，从而保护设备， 以允许大气和温度调节并减轻污染风险。沉积器301可包括容纳粉末317(比如 金属粉末)的料斗315以及可以使每层沉积的粉末的顶部平齐的整平器319。

具体参考图3A，该图示出了在构建件309的切片已经熔融之后、但在下一 层粉末已经沉积之前的PBF系统300。实际上，图3A示出了PBF系统300在 多个层(例如150层)中已经沉积和熔融切片，以形成例如由150个切片形成 的构建件309的当前状态的时间。已经沉积的多个层已创建粉末床321，其包括 沉积但未熔融的粉末。

图3B示出了处于构建底板311可以降低粉末层厚度323的阶段的PBF系统 300。构建底板311的降低导致构建件309和粉末床321下降粉末层厚度323， 使得构建件和粉末床的顶部低于粉末床接收器壁312的顶部等于粉末层厚度的 量。这样，例如，在构建件309和粉末床321的顶部上可以创建具有与粉末层 厚度323相等的一致厚度的空间。

图3C示出了处于沉积器301定位成将粉末317沉积在构建件309和粉末床 321的顶表面上创建并由粉末床接收器壁312界定的空间中的阶段的PBF系统 300。在该示例中，沉积器301在被限定空间上逐渐移动，同时从料斗315释放 粉末317。整平器319可以使释放的粉末平齐，以形成具有大致等于粉末层厚度 323的厚度的粉末层325(参见图3B)。因此，PBF系统中的粉末可以由粉末支 撑结构支撑，所述粉末材料支撑结构可包括例如构建板307、构建底板311、构 建件309、壁312等。应该指出的是，粉末层325的所示厚度(即粉末层厚度323(图3B))大于用于涉及参考图3A的以上讨论的350个先前沉积层的示例 的实际厚度。

图3D示出了处于在粉末层325沉积之后(图3C)能量束源303生成能量 束327并且偏转器305施加能量束以在构建件309中熔融下一切片的阶段的PBF 系统300。在多个不同示例性实施例中，能量束源303可以是电子束源，在该情 况下能量束327构成电子束。偏转器305可包括偏转板，所述转板可以生成选 择性地偏转电子束的电场或磁场，以使电子束扫描指定为待熔融的区域。在多 个实施例中，能量束源303可以是激光器，在该情况下能量束327是激光束。 偏转器305可包括使用反射和/或折射来操纵激光束以扫描待熔融的选定区域的 光学系统。

在多个实施例中，偏转器305可包括一个或更多个万向节和致动器，其可 以旋转和/或平移能量束源以定位能量束。在多个实施例中，能量束源303和/或 偏转器305可以调节能量束，例如当偏转器扫描时使能量束接通和关闭，使得 能量束仅施加在粉末层的适当区域中。例如，在多个实施例中，能量束可以由 数字信号处理器(DSP)调节。

如图3D中所示，PBF系统300还可以包括控制器329，控制器329可以指 导打印功能，比如优化板件结构和/或全部控制构建。在一些情况下，这些任务 使用不同的计算机来执行。例如，可以使用远程服务器来提供包括优化的芯部 的板件的数据模型，该远程服务器然后可以在打印机处被接收并且被编译为与 使用中的打印机兼容的一组打印指令。控制器329可以包括用于执行用于执行 上述一些或全部步骤的打印指令的一个或更多个处理器和存储器。例如，控制 器329可以执行构造成引导能量束源303和/或偏转器305熔融所沉积的粉末层 的选定区域的代码，构造成引导沉积器301沉积材料层、控制整平器319、以及 控制构建底板311的竖直运动等的代码。在一些实施例中，控制器329可以完 全集成在3D打印机300内。在其它实施例中，控制器329可以部分集成在3D 打印机300内，和/或控制器329可以在联接到3D打印机300的计算机系统上 执行代码，用于执行这些功能中的一个或更多个。控制器可以物理地构成本地 驻留或分布在3D打印机300的相关部分中的一个或更多个处理器。处理器可以 通过电连接来连接，包括用于将电信号和数字逻辑路由到3D打印机300的适当 位置的一个或更多个总线。处理器可以包括一个或更多个微处理器、数字信号 处理器、数字逻辑电路和/或进行3D打印机300的操作所需的任何物理硬件或 电路。控制器可以联接到或包括静态或动态只读存储器和/或随机存取存储器， 存储器可以是易失性的(例如，DRAM)或非易失性的(例如，EEPROM)，其 中非易失性存储器可以存储3D打印机300原生的代码，包括固件和启动例程。

本领域技术人员应当理解的是，在熟读本公开后，以上讨论的芯部材料不 需要限于应用于板件。相反，应该明白的是，芯部材料可以用作运输结构中可 能需要各向同性特征的其它类型的部件的一部分或内部、或与其它类型的部件 结合使用。在其它示例性实施例中，芯部材料本身可以被认为是本公开的原理 可适用的单独的部件。因为板件普遍存在于所有类型的运输结构中，所以将结 合贯穿本公开的大多数实施例使用该结构。

关于图3A-D描述的系统中的一个或更多个可以提供用于制造增材制造的 芯部材料或其它部件的设备。例如，系统300的一个或更多个方面可以提供控 制器、计算机或处理系统(无论是集成到PBF还是独立的、部分地或整体地)， 用于基于对包括芯部材料在内或结构的其它部分的复合结构上的预期载荷的分 析来接收表征复合结构的一个或更多个设计文件。例如，系统300可以包括用 于接收设计文件的存储器、储存和/或通信子系统。系统300可以进一步提供与 图3A-D(或不同类型的3D打印机)中描述的AM装置类似的AM装置，用于 基于所接收的设计文件来增材制造芯部材料，并且在其中复合结构是夹层板件 的实施例中，系统300可以进一步提供用于在共同增材制造至少一个面板和增 材制造的芯部材料中使用的AM装置，其中所述芯部材料和所述至少一个板件 构成所述复合结构。作为另一示例，系统300可以构造成使用多于一个30D打 印机在单独的打印运行中或并行地3D打印芯部材料和至少一个面板。作为又一 示例，其中复合结构是夹层板件，但是面板预定用于使用RTM或另一非AM过 程的生产，AM装置可以构造成仅基于接收到的设计文件3D打印芯部材料。

系统300或单独的处理系统(例如一个或多个处理器和存储器系统(包括， 例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、可编程只读存储器(PROM)、 可擦除可编程只读存储器(EPROM)和/或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM) 中的任何一个或任何组合，并且包括易失性存储器(例如，静态RAM(SRAM) 或动态RAM(DRAM))和非易失性存储器(例如，磁性硬盘驱动器、固态驱 动器(SSD)、闪存存储器等，或以上的任何组合))、或者企业服务器系统、个 人计算机、工作站、集成到系统300中的控制器等都可以提供用于分析复合结构上的预期载荷的方法。例如，如上所述的系统300或单独的处理系统可以被 构造为允许预期载荷被输入(在模拟或实际构建中)，并且允许处理组件分析板 件结构上的预期载荷。用于分析复合结构上的预期载荷的机制可以包括由(多 个)处理器执行的代码，从而使处理器执行分析。这样的分析可以包括：例如 基于所提供的计算或输入或者提供足以使程序进行确定期望载荷的条件来确定 预期载荷；以及确定在复合结构上的各个载荷点处的载荷的幅值和方向。处理 硬件和代码还可以确定预期载荷将如何在一个或更多个方向上对复合结构施加 力。预期载荷可以是平均载荷、随时间变化的载荷、确定最大载荷和最小载荷 的载荷、或这些或其它参数的某些组合。在一些实施例中，在确定芯部或复合 结构设计时，可以考虑、计算并考虑除了预期载荷之外的参数。

系统300或单独的处理系统可以提供或使用基于对预期载荷的分析来确定 芯部材料的设计的代码。基于对预期载荷的分析来确定芯部材料的设计的机制 可以包括由处理器执行的代码，该代码使得处理器基于对预期载荷的分析来确 定芯部材料的设计。在示例性实施例中，确定设计可以包括将复合结构上的载 荷的概念作为单个单元而进一步分解成复合结构上的在复合结构内一系列位置 处的载荷。

使用多物理模型的分析可以基于在实际使用期间结构预期经历的载荷来确 定结构的失效点。通过获取失效点，可以选择材料，并且所述分析可以再次运 行。通常，材料性质(材料、密度、强度等)是分析的输入。分析的结果可以 被优化算法使用。对于一组给定的载荷和边界条件，优化算法将优化给定空间 中的材料的布局。这些负荷和边界条件可以通过先前描述的分析来确定。因此， 在实施例中，优化算法可以运行如下：

1.对结构(例如，面板和/或芯部)进行建模。

2.基于具体识别的材料性质来识别结构的输入。材料性质通常对应于在板件 或芯部中使用的(多种)初始物理材料的性质。也可以使用被认为与分析相关 的附加或替代输入。

3.所述结构经受多个载荷(所述载荷可以包括例如在该结构的各个点处、 在一段时间内或以其它方式断定的一个或多个载荷/力矢量)以及边界条件。

4.基于这些输入来生成材料。这是所述优化的输出。优化的部件可以经受 分析，并且失效点可以提供多物理模型来确定。识别失效点。失效点可以包括 例如芯部或板件的材料破裂、压碎、变形或断裂的位置。在一些实施例中，这 些故障点可以包括失效的时间。

5.基于所识别的失效点，可以选择一种或多种材料以在板件/芯部中使用。 (多种)材料的后续选择可以由优化算法执行，或者它可以手动执行。在任一 情况下，通常选择期望解决失效点的(多种)材料。关键的失效点可能需要更 坚固或更牢固的材料。在一些实施例中，如果适当的话，可以修改板件的几何 形状参数。例如，改变芯部几何形状以解决失效点。

6.基于对应于所选择的一种或多种材料的输入来重新运行优化算法。

在各种实施例中，优化算法可以运行任意次数，直到其收敛到可接受的解。 可接受的解可以包括，例如，芯部成分和几何形状，其有利于在不同的方向上 接收和承受不同的载荷，并且与在单个方向上坚固的板件部分和紧紧相邻的在 相反方向上坚固的板件部分(如在常规方法中经常看到的那样)相比，具有更 平缓的载荷承受梯度。关于这点，板件几何形状(包括芯部几何形状)和构成 材料可以被识别并用在数据模型中，以打印期望的AM芯部。

系统300或单独的处理系统可以使用基于对总体设计的确定来生成(多个) 设计文件的代码。设计文件可以例如包含对应于位置或特定能量束处理参数的 位置与材料密度或特定能量束处理参数的矩阵。材料密度继而可以基于复合结 构内的给定位置处的强度需要、柔性要求等。在其它实施例中，复合结构可以 被设计为比所需强度更坚固，达一定系数，例如200％。当处理系统确定在不同 位置和方向上的复合结构的所需材料性质时，可以考虑这些和其它考虑因素。

虽然系统300或单独的处理系统可以在上述计算中利用预期载荷、强度测 量和材料密度，但是芯部的实际设计可以包括涉及本文未具体提及的其它参数 或材料性质的附加的或不同的计算。因此，其它参数和材料性质可以被处理系 统考虑并且被认为落入本文的一个或更多个实施例的范围内。简言之，如本文 所公开的引领芯部的结构设计的处理和计算可以有利地考虑每个位置和X、Y 和Z方向中的每一个以及它们之间的任何中间方向的上的性质的期望值。也可 以考虑时间的变量。因此，可以精确地确定在每个位置和方向处的芯部的材料 组成及其属性。代码可以向3D打印机提供指令以根据成分和属性来构建芯部。

上述技术与常规解决方案相反，其中芯部或类似组件包括材料的多个单独 的层、部段或区域，其中每个层被单独制造以提供在单个方向上突出的预期的 材料特性。使用常规方法的最终结果是多层芯部，其预期的材料性质在整个不 同的层、部段或区域中都是分开的。常规方法可以使其本身在性能上折衷，潜 在的问题尤其是，不同层或区域可以不利地影响相同复合结构中的其它层或区 域的性质。常规方法还倾向于造成具有潜在显著更大质量的组件，这增加了燃 料消耗。常规方法进一步增加了生产时间，因为它可能需要多个单独构建来创 建每个层、部段或区域。可能需要额外的制造步骤以将这些层粘合在一起。本 文公开的实施例通过允许复合结构在许多或大多数情况下形成为单次构建或基 本上有限数量的构建来提供对这些问题的解决方案，由此将芯部的所有期望特 性和方向属性集成到单个结构中。

如上所述，形成板件内部的芯部可以使用多种密度制成，以增加的质量为 代价，更大的密度就反映出更坚固的板件。复合材料的芯部结构可以使用AM 来形成。M是非设计特定的，其提供了常规制造过程不能提供的几何和设计灵 活性。此外，3D打印技术可以生产具有非常小的特征尺寸和几何形状的部件， 这些尺寸和几何形状对于使用常规制造过程是明显难以或不可能产生的。超过 打印机尺寸规格的非常大的组件可以在设计阶段被分开，并行地3D打印并组合。 然而，3D打印机的尺寸以及因此打印的物件的尺寸持续增加以驱动需求。AM 的多功能性及其产生高度复杂结构的能力代表了驱动增加AM被工业采用的主 要动力。

多方面打印根据本公开的一个方面，为了使制造过程流水线化并使效率最 大化，使用了多方面打印。在许多情况下，使用多个制造过程生产组件可能是 期望的或必要的。传统上，为了实现该结果，使用不同的专用机器。因此，例 如，板件可以部分地使用基于PBF或DMD的AM技术来生产，并且然后板件 的部分可能经历使用FDM或喷射成形过程的精加工技术。另外，也可以实施减 材制造过程，例如以从3D打印板件上移除不需要的材料或进一步限定组件内的 特征。

在这种常规情况下，所述部件必须在不同专用机器之间运输，以经历多个 不同过程。使用不同机器可能是耗时且低效的，并且可能增加部件的制造的成 本。这些成本可能随着生产能力增加而显著增加。

在一方面，这些不同的功能可以被组合成单个多方面机器。在一个示例性 实施例中，单个多方面打印机(MAP)包括两个或更多个AM特征。在其它实 施例中，所述机器可以包括各种减材制造(SM)功能。例如，MAP可以包含由 CNC机床执行的功能。MAP可以包括机械臂，其联接至用于在基底上从组件上 切割材料的工具。可替代地，所述臂可以被构造成接收可操作用于执行不同SM 过程的多个工具中的一个。

将多种技术集成到单个机器中可以显著地增加制造速度和产能，同时减少 由移动组件所遭受的劳动力的成本和用于购买专用AM机器的资金的成本。另 外，组合功能使得组件能够被串行打印或并行打印，从而增加设计灵活性并且 进一步最大化生产效率。通常，MAP的AM和SM操作可以以任何顺序执行。

MAP可以包括具有单个打印区块的单个打印机，其使用可操作以同时打印 多个区块的多个打印头，包括一个或更多个DMD打印头。MAP可以用于在打 印3D结构中实现更大的多功能性和速度。MAP具有建立和实施局部PBF处理 的能力。MAP还可以增材制造AM操作所需要的定制的构建板。在一些实施例 中，MAP可以使用DMD来生产“构建板支撑件”，其附接到打印机板并且支撑 所附接的构建板。这些构建板支撑件可以附接在构建板下方，并且如果需要， 可以被制成可从构建板处断裂，以使得构建板能够成为打印结构的部分。

MAP可以进一步包括机械臂，其在所需位置处在需要由PBF可获得的特征 尺寸和性质的区域中引入构建板。MAP可以进一步包括机械臂，其可以用于在 较大的室中所需局部位置处引入构建板。然后，机械涂覆臂可以在烧结操作之 间涂覆构建板和随后的层。MAP可以进一步包括用于在完成操作时移除过量粉 末从而允许DMD到PBF区域上的真空臂，

在一个示例性实施例中，打印头可以由DMD打印在适当位置。在另一实施 例中，MAP可以包括熔融沉积成型(FDM)打印能力，其包括FDM挤出机， 该FDM挤出机加热和喷射由FDM卷轴提供的融化的长丝材料以用于打印热塑 性塑料和对于内部支撑和其它功能而言理想的其它材料(其中塑料可能是有益 的)。

图4示出了根据本公开的一个方面的多方面打印机(MAP)400的概念图。 参考图4，如指出的，MAP可以包括用于3D打印DMD结构的机械臂组件上的 一个或更多个DMD头或施用器416。MAP可以进一步包括PBF设备，比如电 子或激光束源。例如，PBF激光器414被示出为设置在单独的机械臂组件上。 PBF设备可以进一步包括偏转器(未示出)、另一个机械臂组件上的局部粉末施 用器412和FDM机械臂组件415。如上所述，在其它实施例中，可以在机械臂 上包括多于一个的打印头或施用器。替代地或附加地，多于一个的机械臂可以 包括支持相同技术(例如，DMD、PBF、FDM等)的打印头。在一个或更多个 机械臂组件(例如SLS、SLM等)上也可以采用多种不同类型的PBF技术。

图4的施用器和机械臂组件中的一个或更多个可以对一定结构执行操作， 所述结构在所示实施例中包括PBF结构408，较大的DMD结构410形成在该 PBF结构上。PBF结构408可以连接到用于支撑PBF结构408和DMD结构410 的FDM形成的和PBF形成的支撑结构406。PBF结构408继而布置在局部DMD 构建板的子结构404上，其进一步由较大的DMD构建板支撑结构402支撑。

MAP还可以包括用于铣削的一个或更多个工具。MAP还可在构建件的顶层 上使用FDM来表面修整。还可以提供有助于SM技术的结构，比如自动铣削工 具等。

在一些实施例中，MAP可以使用DMD来打印结构，并且同时或随后添加 具有构建板和固定支撑结构的部件。替代地，MAP可以3D打印构建板，并且 然后在令激光定位在粉末床上的同时，施用包含粉末的机械臂以实施PBF过程。 激光可以指向镜子，该镜子可以是移动的或是静止的。

MAP可以对运输结构和其它机械组件的制造具有广泛的适用性。例如， MAP可以使用PBF或FDM(在塑料栅格板件的情况下)来打印位于非可压溃 区块中的栅格板件。MAP可以使用DMD打印来金属车辆板件。MAP还可以使 用FDM来3D打印支撑特征。例如，在弯曲板件的情况下，可能需要FDM来 打印用于支撑该板件的对应栅格结构。如上所述，FDM还可以用于提供表面修 整以提高3D打印的部件的质量。在其它实施例中，MAP可以使用FDM和PBF 技术的组合来3D打印支撑材料。在被打印的物件上的AM过程之后，这些支撑 件可以可选地被断开。

在另一示例性实施例中，MAP可以包括喷射成形能力。喷射成形是将液态 金属流用惰性气体雾化成各种尺寸的液滴(10-500微米)，所述液滴然后被快速 流动的雾化气体推离雾化的区域。液滴轨迹被基底中断，该基底收集液滴并将 其固化成连贯的、接近完全致密的预成形件。通过使基底相对于雾化器连续移 动，可以以各种几何形状(包括坯、管和带)生产大型预成形件。添加用于喷 射成形的机械臂为MAP提供了额外的多功能形。

此外，如上所述，MAP可以包括一个或更多个SM过程。例如，MAP可以 包括用于在所需位置处准确地移除材料或结构的CNC电脑控制臂。

此外，MAP可以包括多个臂和/或打印头，以用于以更快的方式执行相同的 AM功能。例如，MAP可以提供用于并行执行金属沉积的多个DMD打印头， 或用于实施PBF过程的多于一个的能量束。

执行独特功能的多个机械臂的可用性还使一些AM过程能够并行地进行。 例如，在制造板件时，板件的一个部段可以经历PBF处理，而已经施用PBF技 术的另一部段可以同时经历喷射成形。部件也可以是串行3D打印的，其中一个 过程紧跟在另一个之后，而没有与将部件移动到另一打印机或另一生产区块相 关联的延迟。

MAP可以在中央处理系统、控制器或计算机的总体控制下，所述中央处理 系统、控制器或计算机执行对应于每个MAP的不同能力的指令。处理系统可以 操作以将这些指令集成在一起，从而提供有意义的指令序列，该指令序列将多 个MAP的能力结合到一个整体制造操作中。MAP可以包括例如控制器429，其 可以是集成控制器，或者它可以是控制MAP的各个部分的分布的一系列处理器。 控制器429可以执行用于进行上文参考图3D所论述的控制器329的功能中的一 个或更多个的代码。控制器429还可以包括或可以链接到接收CAD或CAE文 件(包括数据模型和/或打印/处理/制造指令)的一个或更多个存储器系统。在一 个实施例中，控制器429可以接收在板件中使用的芯部的优化数据模型。在其 它实施例中，例如通过无线或有线网络连接，MAP可以从外部接收一个或更多 个来自单独的CAD或CAE应用的数据模型。控制器429还可以经由网络和存 储器接收用于制造连结特征(与一个或更多个板件部段一起使用)的代码。

在期望的其它实施例中，MAP可以包括使用单独的AM或SM技术的多种 模式。例如，可以在FDM打印模式中使用MAP以增材制造多个专门的基于FDM 的对象。为了实现该目的，处理系统通常可以包括各种处理模式，由此针对特 定应用利用MAP的不同能力。这些模式还可以包括在所需位置同时利用多个 MAP特征的特定模式，以为了效率或作为渲染特定物件的固有期望方面。

增材制造部件的能力使得制造商能够生成在常规制造工艺中不可用的形状、 构造和结构。此外，预期的是，AM技术继续进步。打印速度不断增加。3D打 印机成形因素还经历了常规的进步。这意味着，与要打印的部件的尺寸相比， 随着构造板和打印机轮廓在尺寸、速度和复杂性上交叉前所未有的边界，构建 平台的面积变得越来越大。在AM中使用的候选材料和化学化合物的可用性和 适用性同样增加，这意味着AM的多功能性应当继续影响其它应用和传输结构 的其它部分。

在本公开的一个方面中，增材制造了完整的输送结构。出于本公开的目的， 使用通过汽车的AM技术来演示这些高级制造技术的能力。然而，使用如在本 公开中概述的基本上类似的原理，本领域技术人员将认识到，类似的图案和相 同的原理可以以相等的力施加到多种类型的运输结构、飞机、火车、公共汽车、 船、摩托车和飞机仅举几例。

AM还提供模块化过程，其具有限定和构建复杂且高效的接口特征的能力， 所述接口特征在板件之间限定分区或边界。这些特征可以包括缺口、榫槽技术、 粘合剂、螺母/螺栓等。实现车辆的模块化设计的另一个优点是易于维修。模块 化设计确保容易接近车辆中的几乎任何部件。在碰撞的情况下，可以简单地替 换受影响的模块化块体。(多个)块体还可以与其余结构共同打印以节省组装时 间。这些块体甚至可以结合原位扫描和观察，以确保模块的准确连结和修复。

模块化板件接口可以是3D打印的，以包括端口、突起、接收槽、集成紧固 件、螺纹解决方案、紧固件接收解决方案和/或板件定向固定特征。这些解决方 案可以以不同的角度(包括直角)提供相邻面板的对准。更具体地，两个面板 可以连结在一起，使得板件的芯部包括维持板件之间的角度的一个或多个结构。 用于实现接口的结构可以广泛地变化，并且可以包括使用突起和槽的滑动特征、 使用紧固件的互锁解决方案、用于胶合的多个端口、3D打印的结构、具有螺纹 (能够使用螺栓与另一个板配合)的板，所有这些都被共同地用于实现接口(图 17)。下面进一步示出具有用于连接板件的各种模块化板件接口的3D框架的示 例。

使用模块化设计方法，AM车辆可以被组装为经由一些互相连接装置(用于 将部件附接在如上所述的限定边界或过渡处)集成在一起的3D打印和非打印的 部件的集合。在不需要改变车辆的其它部件的情况下，可以添加和移除单独的 部件。使用模块化方法，车辆可以被认为是可经由标准的互相连接而连接到功 能运输结构中的组装部件的可替换集合。

在另一个实施例中，车辆的整个框架(和可选的集成在框架内的其它部件) 可以在单个通过或几次渲染中打印。如果框架被进一步划分为较小的模块，则 可以打印框架的较小部件。在某些实施例中，这种模块化框架结构可以使其更 容易接近框架下方的车辆的部件。

简而言之，使用如上所述的AM能力和模块化构造技术，3D打印的车辆部 件可以被容易地制造，并且稍后在必要时被重新打印和替换。修理和更换对于 部件是可能的，而不管它们的复杂性或它们在库存中的当前可用性如何。定制 的模块化板件和具有独特形状的其它部件可以被制造并组装到AM车辆中。与 需要更换汽车的相邻部件的常规技术不同，如果在冲击期间损坏一个部件，则 使用本文的技术替换的部件可以被限制为受冲击影响的部件。

应当理解，在其它实施例中，在必要或期望的情况下，具有模块化特征的 板件和其它部件不限于3D打印，而是也可以使用其它技术构造，包括使用模具 或模制技术、或其它非AM技术。相反地，应当理解，在涉及特定条件或制造 标准的其它实施例中，某些AM部分不必由模块化特征限定。

图5示出了用于组装AM车辆的示例性方法的流程图500。图5描绘了三种 不同的制造技术：(1)3D打印优化的芯部结构，然后使用各种技术添加表层， 以随后组装到3D打印的框架中(即，502(1)等)；(2)将表层和优化的芯部 结构共同打印在一起，随后组装成3D打印的框架(即，502(2)等)；并且(3) 将芯部和蒙皮3D打印成单个集成且组装的3D打印框架结构(也在502(2)等 中示出)。

在步骤502(1)，在一个实施例中，可以3D打印优化的芯部结构。在步骤 502(1)之后的第一替代方案中，可以按照设计获取表层(面板)，或者通过另 一种制造方法形成表层(面板)，并且然后将其添加到3D打印的芯部(504(1))。 表层可以(但不是必须的)是平面的。例如，表层可以替代地弯曲或以其它方 式定形状为包括各种非平面的几何形状特征。例如，步骤502(1)中的3D打 印的芯部结构可以在每一侧上具有弯曲表面，并且在504(1)中添加的表层可 以是弯曲的，使得它们装配到芯部的相应侧面中。在步骤502(1)之后的第二替代方案中，使用芯部作为工具将包括表层的材料铺设在芯部表面上(504(2))。 在步骤502(1)之后的第三替代方案中，可以3D打印表层，使得它们形成为 适合3D打印的芯部表面的轮廓(504)(3)。因此，在芯部表面在本质上是非平 面的情况下，可以3D打印表层以匹配相应的芯部表面的非平面轮廓。

应当理解，在步骤502(1)和随后的步骤504(1)-(3)中的任一个中， 3D打印的芯部和/或表层可以被构造成包括附加结构，该附加结构包括需要外部 接口(比如各种类型的接合特征)的空腔壳体组件。

在步骤502(2)，在另一个实施例中，可以共同打印表层和优化的栅格芯部。 如在上面的实施例中，共同打印的芯部和表层可以被构造成包括附加的结构， 该附加的结构包括需要外部接口的空腔壳体组件。在一些实施例中，步骤504 (1)-(3)还可以包括根据期望的构造使用粘合剂、密封剂或机械夹具来将表 层粘结到芯部上。在三个可选步骤504(1)、(2)和(3)中的每一个之后，共 同打印步骤502(2)，组装好的打印板件可以用在期望应用中(506)。

图6示出了用于使用多方面打印机(MAP)来产生组件的示例性方法的流 程图600。在步骤602处，可以经由第一AM技术来增材制造MAP的基底上的 部件的第一部分。例如，板件的一部分可以使用选择性激光熔化(SLM)或另 一种PBF技术来进行3D打印。在步骤604处，可以将减材制造(SM)操作应 用于部件。在步骤606处，可以经由第一AM技术来增材制造MAP基底上的部 件的第二部分。

作为步骤604的示例，可以切除或移除材料以产生铰链。在一个实施例中， SM过程604可以由MAP执行。在替代实施例中，步骤604可以在步骤602和 606中的AM操作之后执行。在其它实施例中，步骤604可以与步骤602和606 中的一个或两个并行地执行。在其它实施例中，在该过程中以不同的时间来应 用多个SM步骤。

在一个实施例中，可在步骤602中使用PBF或DMD技术来产生金属板件。 当在步骤602中打印金属板件的一个部分或区域时，金属板件的已经通过PBF 或DMD经历3D打印的另一部分可以进一步使用FDM来3D打印，例如以提 供平滑的光洁度。或者，可以使用喷射成形以在步骤606中提供修整。

上述的AM步骤602和606可以以不同的顺序执行。AM步骤602和606 可以例如同时(全部或部分地)、串行地或以任何合适的顺序执行。

图7A示出了具有增材制造的芯部的示例性蜂窝板件700的透视图。通常， 常规的蜂窝板件在汽车和飞机工业中(除许多其它之外)具有广泛的应用。所 述板件可以用于底板。板件还可以形成为用作内部和外部门、引擎罩、行李箱 区块、机身(飞机的)、船、艇或航天器的框架、以及通常需要镶板的运输结构 的任何区块中的部件。板件700是大致平坦的板件，其包括顶部面板702a、底 部面板702b和设置在顶部面板702a-b和底部面板702a-b之间的芯部708。如果 需要，增材制造的芯部708可以包括均匀分布的六边形铝制蜂窝的基质。虽然 示出了扁平板件，但是板件可以是弯曲的或者可以包括任何合适的几何形状。 在一个实施例中，增材制造了芯部708。面板、芯部或两者也可以使用其它非 AM方法形成。芯部可以形成有弯曲表面，并且其可以在横截面厚度或其它非平 面特性上变化。表层或面板702a-b可以形成在弯曲表面上。在一些情况下，可 以使用芯部作为工具来形成表层。在其它实施例中，表层可以被增材制造或使 用传统方法单独制造。

在本公开的一方面，增材制造的芯部708可以包括栅格结构和/或定制的蜂 窝结构的独特阵列。图7B示出了使用定制的优化的芯部的另一示例性板件的透 视图。与图7A一样，图7B中的板件部段包括形成在AM芯部上方和下方的面 板702a和702b。在一些实施例中，顶部面板702a和底部面板702b可以是共同 打印的。在其它实施例中，面板702a-b可以使用传统方法形成。在任一情况下， 面板702a-b可以使用粘合剂粘附至增材制造的芯部708。可替代地，面板702a 和/或702b可以使用AM芯部708作为工具而在AM芯部708上方形成。面板 可以由任何材料制成，比如例如铝或复合材料。

仍然参考图7B，定制的AM芯部708示出了形成半椭圆形空区域(例如， 在箭头723的左侧开始)的多个大致竖直的芯部连接。进一步在箭头的方向上 沿着723移动，开孔和突起开始成为对角的。AM芯部的这些不同形状可以考虑 到板件部段中预期的不同类型的力，例如，随着芯部连接开始对角地转向沿着 板件的更大的剪切力，以及相对于面板702a-b朝向723的左侧的更多竖直力。 对于所讨论的板件，可以使用并优化任何数量的定制的或模式化的芯部材料。

根据所讨论的板件应用的最理想的结构优化，AM芯部材料通常可以采用各 种常规形状或有机形状中的任一种或之间的某种情况。常规的芯部材料可以包 括例如泡沫芯部，其可以包括开放单元或闭合单元，并且其可以提供对表层的 大致均匀的支撑。其它常规的芯部材料可以为表层提供更结构化的、非均匀的 支撑，其包括用于点状支撑的纺织芯部、用于为两个表层提供区域支撑的杯形 芯部、提供单向支撑的波纹芯部和提供双向支撑的蜂窝芯部。除了这些和其它 常规的芯部模式之外，任何类型的定制的芯部模式都可以独立地生成和使用， 或者与任何一个或更多个常规模式组合使用。板件的优化可以考虑多个参数， 并且支撑的结构模式可以作为板件上的任何点处的位置的函数而不同。因此， 可以以最优方式在操作板件上的每个点处适应不同的载荷幅值和方向。

面板702a-b可以被增材制造，或者在一些实施例中，与面板件芯部共同打 印。或者，面板702a-b可以使用常规方法制造。例如，面板702a-b可以使用手 动或自动复合叠层来制造，其包括将干织物层或预浸料片层铺设到工具上以形 成层压堆叠。在湿叠层过程中用树脂灌注干纤维层压体叠层，并使得到的材料 固化。或者，可以在放置到工具上并加热以允许固化之后压紧预浸渍层压堆叠。 在示例性实施例中，使用树脂传递模塑(RTM)生产面板。在RTM中，预成形 件材料可以被放置到模具中，然后模具被封闭。包括用于快速渗透和均匀分布 的低粘度树脂的特定树脂混合物可以经由入口端口添加到模具中。可以真空来 促进树脂注入过程。部件然后被固化以产生一个或两个面板702a-b。

在其它示例性实施例中，面板702a-b使用树脂注射模制(RIM)、真空辅助 树脂传递模塑(VARTM)、树脂膜输注(RFI)、压缩模制、注射模制等产生。

在组装之后，可以如所描述的那样将面板粘合至增材制造的芯部708。在一 些替代实施例中，面板702a-b可以与增材制造的芯部708共同打印。在这些实 施例中，面板702a-b可以在AM过程结束之后通过粘合剂粘附至增材制造的芯 部708。替代地或附加地，面板702a-b可以使用另一常规方法(比如经由热融 合等)固连至增材制造的芯部708。面板和芯部也可构建为一个连续的AM构建 体。替代地，如果在MAP或类似的过程中组装，则板件部件可以被共同打印， 其中组件的连结是通过替代的AM过程完成的。因此，例如，MAP可以共同打 印板件组件，然后例如通过施加粘合剂来连结组件。例如，如果不使用MAP的 话，还可以使用单独的过程来执行组件的连结。

虽然图7A-B的面板702a-b被讨论为直接地或经由粘合剂层固连到增材制 造的芯部708，但在不脱离所要求保护的发明的精神和范围的情况下，可以在增 材制造的芯部708(或粘合剂层)与面板之间沉积一个或更多个附加的(多种) 材料的片层或层，以优化用于期望的结构应用的芯部。另外，在一些示例性实 施例中，增材制造的芯部是栅格类型的结构。然而通常，可使用任何合适的芯 部的几何形状，其中一些几何形状与其它几何形状相比是期望的，这取决于诸 如板件的目标设计目的和传输结构(板件可以组装到其中)的总体组装的因素。

在替代实施例中，面板702a-b可以在AM过程期间连接到增材制造的芯部 708的相应侧，而不是在AM过程之后。

芯部708可以使用不同的输入。例如，芯部708可以被增材制造为蜂窝结 构或另一结构，比如基于跨物理模型的多个输入的优化结构。非设计特定的AM 过程可以使用提供给3D打印机的指令，该3D打印机包含增材制造的芯部708 的优化设计以满足期望的结构应用的目的。例如，取决于板件708的应用，比 如用于底板中或用作内侧板件的部件等，优化将使规范物理参数(例如，拉伸 强度、刚度、厚度、包括剪切力和垂直力的力矢量等、压力和梯度、通过碰撞 方向等的能量吸收特性等)以及其它可能的几何、热和基于材料的性质能够与 制造用于期望的结构应用的部件700相关。在另一示例性实施例中，板件700 可以是机身或车辆外部的一个部段，在这种情况下，可以通过在三维中改变面 板的形状来针对期望应用优化各种空气动力学特性。如下所述，为应用定制增 材制造的芯部可以简单地涉及描述数据模型中的期望结构的几何形状。

通常，送至3D打印机的指令可以提供改变板件的性质以使其更适合于给定 应用的修改过的蜂窝结构(或其它定制的结构，例如，栅格结构)。该优化过程 通常可以是复杂的并且涉及大量的实验和设计努力。然而，根据本公开的某些 方面，可以使用CAD或其它软件套件来大规模地替换或至少基本上加速这种潜 在的艰巨过程以形成芯部。所得到的数据和指令可以被包括作为表示芯部以及 其它部分的数据模型的一部分(如果有的话，要被增材制造的部分)。然后可以 将具有对应指令的优化数据模型提供给3D打印机，然后3D打印机渲染该物理 结构。

还可以改变该结构的CAD指令和/或数据模型以产生蜂窝结构的相应变化。 在这一点上的一个优点是在该周期中不需要工具或其它硬件；设计过程可以有 利地由用于优化板件本身的算法替代，而不是涉及识别或构造昂贵模具以生产 芯部的常规耗时过程。更一般地，传统上使用复杂的物理加工和劳动密集型的 人力以及在一些情况下的低效的试验和错误方法所实现的，现在可以在软件中 实现，并且使用较少的劳动在较低的价格下容易且高效地转换为硬件结构。

3D打印的广泛通用性还意味着设计者不限于常规蜂窝结构。相反，在其它 示例性实施例中，芯部708可以使用针对预期应用而优化的任何类型的结构来 增材制造，如将在下面的示例中描述的。在期望的增材制造的芯部708被增材 制造之后，板件700可以通过将板件702a和702a粘合到相对侧而形成。在示例 性替代实施例中，整个夹层板件(增材制造的芯部和面板)可以被增材制造在 一起，可以与其它共同打印的结构一起制造。也就是说，在示例性实施例中， 这些结构可以与板件(如图7的面板700)一起被增材制造。在替代的示例性实 施例中，这些结构可以被制造为单独的芯部结构。这些芯部结构此后可以结合 到传统的蜂窝夹层板件构造中。

此外，在一些实施例中，打印或成形的面板在不同位置处的厚度可以变化， 类似于芯部的可变厚度。因此，一些面板可以在轮廓上厚度上都变化。这使得 能够使用本文所述的原理生产弯曲板件或具有基本上任何轮廓的板件。

常规生产的蜂窝板可以造成各向异性的性质。各向异性的性质是方向相关 的，因为它们在不同的方向上变化。不同类型的各向异性的性质对于传输结构 中的板件设计考虑可能是重要的。示例性的各向异性的性质按照所讨论的材料 而不同，并且可以包括例如拉伸强度、热传导、剪切力和其它材料相关性质。 虽然各向异性的性质可以存在于某些有用且高质量的材料中，例如碳纤维复合 材料，但对于本公开所涉及的定制的蜂窝板件的应用而言这些性质通常是不期 望的产物。

增材制造用于夹层板件的芯部(而不是使用制造过程来制造芯部)可导致 结构上优化的芯部。与传统的蜂窝板件不同，具有增材制造的芯部结构的板件 有利地可提供准各向同性性质，同时保持与常规制造的蜂窝芯部相同或相似的 重量特性。准各向同性性质是在面内不是定向相关的那些性质。例如，当板件 的拉伸刚度和强度保持大体相同，而不管板件被拉伸或以其它方式经受面内拉 伸力的方向，板件可以展现准各向同性特征。

图8示出了示例性的部分完成的AM板件的前剖视图，该板件具有定制的 内部结构并且具有从芯部分离的顶部面板，以示出芯部上表面。更具体而言， 参照图8，示出了示例性AM蜂窝板件边缘800的前视图，其具有代替面板802a 和802b、AM芯部808和外边缘805的定制蜂窝结构。来自3D打印机(比如挤 出机或能量源，这取决于打印机类型)的打印机构812可以渲染结构的各层。 在所示示例中，面板802a和802b与芯部808共同打印。这可以在例如3D打印 机是MAP的情况下发生，其中芯部和面板由相同的金属材料制成和其它情况。然而，在仅芯部808被增材制造并且面板802a-b传统地形成、从第三方获取和/ 或单独打印的其它实施例中，面板802a-b不需要出现在该示例中。3D打印机可 以在没有面板802a-b的情况下或在其它实施例中与面板802a-b一起打印AM芯 部808。在该示例中，增材制造的芯部是一节段。如从图示中显而易见的，芯部 808可以被增材制造成包括各种各样的几何形状。如图所示，多个中空的大体六 边形结构810在与面板802a-b的内表面正交的方向上打印。这些结构可以例如 用于提供支撑，而不会对板件贡献过多的质量。区域中的更多数量的六边形结 构810可以建议在板件的该区域中需要额外的强度。也可以使用不同的径向尺寸制造不同的六边形结构810，使得密度(即，竖直设置的六边形结构的数量) 可以在芯部808中的不同位置上变化。

另外，在与面板正交的方向上需要大量强度的情况下，六边形芯部810或 圆柱形芯部820中的一个或更多个可以不是中空的，而是可以是实心的。这些 结构可以具有不同的高度、宽度和密度。示出了高度h1的附加圆柱形结构820。 另外，示出了在结构820和810之间横向延伸的多个细长芯部结构818。这些结 构的密度可以变化。例如，在一个实施例中，结构818可以包括一个或更多个 实心区域。在横向延伸结构之间包括空的区域815。取决于所讨论的板件的最佳 载荷，这些芯部材料的形状和质量实际上可以包括任何构造。应理解的是，尽 管为了简单起见，表层802a-b被示出为平面的，但是在实践中，表层802a、802b 或它们两者可以被成型以配合芯部，并且可以以不同的厚度实施。表层802a-b 还可以包括凹槽以容纳可以被构造为与其它结构对接的芯部中的突起。在h1＝h2 的情况下，例如，表皮/面802a-b片材可以是部分或完全平面的。应指出的是， 该示例中的芯部结构是不完整的，并且3D打印机可以添加另外的结构来充注面 板。

在板件的外边缘805处或附近，可以包括一个或更多个连接特征或紧固件， 以便以预定的定向将板件800的部段连接在一起。下面参照25-30进一步讨论这 些特征。由于3D渲染的灵活性打开面板802a-b和外边缘805的突起，以构造 或共同打印用于连接到其它结构(比如3D接头构件、固定件、节点、挤出件、 其它面板等)上的紧固件的连接特征。因此，使用本文描述的原理。可以通过 使用增材制造作为构造芯部808的基础来快速且有效地执行与连结板件相关联 的复杂工作。

在一实施例中，上面描述的图8的AM芯部808的几何结构可以由执行迭 代算法产生，其中当根据本文描述的示例性算法使用载荷支承和边界条件对结 构进行建模时，基于所识别的失效点来优化芯部材料和/或几何结构。

图9示出了使用栅格分支以减少下垂板件变形的示例性AM蜂窝板件的前 视图。图9不一定按比例绘制，并且沿任何合适的定向、宽度、长度、高度等 制成。在一个示例性应用中，定制板件可能有必要是非常轻型的。同时，如果 芯部中的常规蜂窝材料的量减小以降低总重量，这可导致板件在面板的接收力 但具有不足的材料的某些部分下垂，以防止由于下垂而导致的板件形状的变形。 在航空航天应用中，作为示例，变形形状可以改变机翼或飞机的板件位于其的 其它关键部分的空气动力学特性。然而，还可以设想许多附加的应用。

再次参考图9，板件900包括面板902b和902b、增材制造的芯部904、下 栅格结构908a、上栅格结构908b、粘合剂区域910a和粘合剂区域910b。增材 制造的芯部904使用不同的几何形状并且在一些实施例中基于包括下栅格结构 908a和上栅格结构908b的栅格设计而被增材制造。应该指出的是，虽然在某些 附图中的该图示和另一板件图示可以咋两个维度中，但是应当理解的是，增材 制造的芯部904可以包括简单的节段，或者替代地，栅格材料的更复杂的椭圆 形或其它形状的截面。换言之，栅格元件可以采取任何合适的形状。栅格元件 本身可以是复杂的、拓扑优化的结构，其可以在其内部具有中空区域。

预期的应用包括最小化板件板的总质量(包括增材制造的芯部904)，同时 防止变形。在一个实施例中，在下栅格节段908a处，更多的材料可以定位在底 部面板902b上的栅格结构中，或者可以通过经由扩张的粘合剂区域910b将下 栅格节段910b粘附在一起而提供更多的支撑。当AM芯部904在向上方向上通 过结构908b被增材制造时，节段和材料可以分支出以提供对面板902b的支撑， 但是以减小的质量和体积。

根据实施例，板件可以被构造成使得面板902a在传输结构的内部，并且面 板902b在外部，或者反之亦然，或者板材可以完全地内置在传输结构240S内 部中。在这些情况中的任何情况下，设计者可以认识到板件可能经历各种力。 重力是一个示例。另外，设计者可以认识到，在所讨论的实施例中，在面板902a 上被指定为“A”和“B”的区域可能经常地经历大致的竖直力FA和FB。因此， 板件可以是定制设计的，使得栅格在那些区域中提供足以防止实质的板材变形 的额外支撑。

相反地，在点D处，设计者可以认识到所施加的力F_D通常更小或者沿着更 接近平行于面板902a的方向，以使得板件不需要在点D处的相同水平的支撑。 替换地，可以确定的是，在区域D中允许特定的变形。类似分析可以适用于区 域C。可以施加可变力F_C，包括在所示的方向上。根据该图示，明显的是，面 板910b与下部栅格结构908a一起可以助于抵抗所述力并防止任何显著的变形。 关键是在解决使用本文的技术和板件的问题的解决方案中，设计者可获得大量 的灵活性，其中的一个可以减少板件重量，同时解决随时间由施加的力引起的 板件变形。

参照图9，粘合剂区域910a和910b可以存在于相应的面板902a和902b上。 在其他实施例中，可以在嵌板区域上连续地施加粘合剂。在粘合剂被施加并允 许固化的情形下，面板902a-b可以以常规铺敷方式施加到芯部904。将面板粘 附到板件的替代机构是可能的。

图10示出了使用连接特征连接到不同类型结构的示例性AM蜂窝板件的前 视图。板件1000不一定按比例绘制。板件1000可包括增材制造的芯部1008， 其也可以是定制蜂窝结构。增材制造的芯部1008可以由热塑性材料增材制造。 还打印连接特征1021，其可构成用于与另一特征1027紧固的舌部。在示例性实 施例中，连接特征1021可以与增材制造的芯部1008被共同打印。在另一实施 例中，连接特征1021可以是金属，并且结构可以可替代地被单独地打印。在共 同打印实施例中，增材制造的芯部可以使用MAP(图4)或可以渲染不同材料 的任何合适的3D打印机来被共同打印。在又一示例性实施例中，金属连接特征 1021可以使用PBF 3D打印机(图3A–D)被3D打印，并且增材制造的芯部 1008可以使用FDM打印机进行3D打印。应当注意的是，这些结构不必限于如 上所述的塑料和金属，并且任何数量的材料可以是同样合适的。

仍然参考图10，板件1000包括面板1002a-b，面板1002a-b也可以是共同 打印的，或者可以常规地制造，例如通过在AM工艺结束之后用面板和增材制 造的芯部1008之间的粘合剂覆盖。板件1000还包括连接特征1023，其可以是 用于接收连接到连接管1029的舌状突起的凹槽。还示出了联接到连接管或挤出 件1029的3D接头构件1031。在一个实施例中，接头构件1031是用于将多个 结构连接在一起的一种类型的节点。在未明确示出的一个实施例中，节点1031 用于将连接管或挤出件1029附接到舌部1033，并且舌部1033是作为节点1031 的一部分的连接特征。

使用增材制造，可快速且高效地制造定制面板以连接到相邻装置和结构。 AM的非设计特定性质使制造商能够共同打印或单独打印任何数量的不同类型 的紧固结构或非紧固结构。在图10中的实施例中，特征1027是联接到单独节 点的连接特征。在一个实施例中，连接特征1027是增材制造的。在某些实施例 中，连接特征1027可以与板件1000被共同打印。连接特征1027和1021可由 金属制成。在另一实施例中，连接特征1021可经由粘合剂固接到增材制造的芯 部1008。替代地，连接特征1021可以在制造过程的AM部分中集成到增材制造 的芯部中。

图11示出了具有打印的芯部材料和共同打印的紧固件插入件的示例性碳夹 层板件1100的前剖视图。板件1100不一定按比例绘制且出于说明性目的而展 示。板件1100包括增材制造的芯部1108，其可通常包括定制的或改性的蜂窝结 构。如前所述，面板1102a-b联接到增材制造的芯部1108的相应侧部。在实施 例中，板件1100还包括具有插入件1115的增材制造的紧固件1110。在实施例 中，具有插入件1115的紧固件1110与增材制造的芯部1108被共同打印并且集 成到增材制造的芯部1108中。插入件1115可以是带螺纹的或不带螺纹的。孔口 1151a和1151b(其可以是使得能够进入插入件1115的任何类型的开口)被刺穿 到相应的面板1102a和1102b中或以其他方式构建在相应的面板1102a和1102b 中。如箭头1120a和1120b所示，插入件可进入任何合适种类(例如，螺栓/螺 母组合、舌部等)的外部连接特征。

虽然图11的板件1100被示出为二维的横截面，但是应当理解，在另外的实 施例中，板件1100可以包括分散在三维面板上的适当位置中的多个紧固件1110。 例如，多个紧固件可围绕面板的周边或其一部分。或者，可在板件1100的表面 上实施紧固件的阵列以在整个面板上向传输结构中的其它特征提供高连接强度。 在其它构造中，紧固件的使用可以是最少化的以减小重量，同时将板件充分地 固接到相邻的结构。

其他类型的连接特征和紧固装置可以与板件1100共同打印。在一个实施例 中，使用类似于紧固件1110的结构，不同的是，代替用于将面板紧固到其它结 构的插入件1115，插入件1115可以是用于使得流体流能够流动到面板的不同侧 部或从面板的不同侧部流动的通道。替代地，插入件1815可以填充有与面板 1102a-b不类似的类型的实体材料，以提供具有一些热或结构特征的面板1100。 为此，各种示例性实施例预期，插入件不需要限于圆形或椭圆形区域，而是其 可以是包括相对于图11中的横截面视图的深度的区域。换句话说，板件可具有 一个或多个开口，所述一个或多个开口在板件的表面上是细长的，或者沿板件 以其他取向布置。可使用本文中所描述的技术有效地实现面板中的可由多种考 虑因素推动且为应用特定的此类开口。

仍参考图11，增材制造的芯部1108提供多个“X状”字符，以展示芯部的 总体存在，而不是限定或限制其形状。X形1141以虚线呈现以指示在紧固件的 区块中的增材制造的芯部的相关部分可被腾出以提供用于打印该特征以容纳紧 固件的空间。在一些实施例中，可在AM工艺中可以使用不同材料将紧固件1110 集成到增材制造的芯部1108中，或者紧固件可通过一些其他手段粘附到增材制 造的芯部1108，诸如经由粘合剂入口和真空通道(未示出，以避免模糊图示) 在紧固件与芯部之间施加粘合剂。粘合剂通道可以与增材制造的芯部1108和/ 或板件1800被共同打印或使用常规手段构建。

图12示出了用于构造用于运输结构或其它机械化组件的面板的方法的示例 性流程图。使用CAD应用首先创建3D增材制造的芯部的数据模型(1202)。芯 部可以是均匀成形的，或者其可以在轮廓、形状或厚度上变化。在如以下步骤 中所描述的一些实施例中，数据模型可包括面板或所集成的整个定制板件。用 于优化用于预期的结构应用的增材制造的芯部的指令可以存在于数据模型中或 者本领域中已知的其他位置中。这些指令可以包括(1)指定增材制造的芯部的 整体架构(例如，指定结构的每个元件的几何形状和具体物理尺寸)和(2)指 定待用于每个区块的材料/复合材料。取决于打印机或应用，指令还可包括识别 其它特性，例如温度范围、各种材料系数等，然而一旦识别待使用的几何形状、 物理尺寸和材料，此信息中的一些或大部分可能已经被固有地并入到指令中。 这是因为所使用的材料可能已经具有某些已知的性质或规格。板件或芯部的组 成和几何形状可以使用迭代算法来确定，在该迭代算法中，失效点在仿真中被 识别，并且板件的输入被渐进地微调，直到获得期望的结构，例如被配置为承 受特定的结构负载而不结合过多的质量。

在特征将被共同打印(或打印为连接到)增材制造的芯部(诸如连接特征、 紧固件、插入件和其他结构)的实施例中，这些指令和规范可以与在1202中标 识的数据模型被包括在一起(或者如果应用需要，则可以创建和链接用于特征 的新数据模型)(1204)。在其他实施例中，连接特征和紧固件可以是3D打印的， 常规地单独制造或以其他方式从供应商接收，并且随后与板件结合。

面板可以是由供应商提供的3D打印的，或者传统上形成的(1206)。如上 所述，面板可以是平面的或定制形成的，并且可以具有一致的或可变的轮廓和 其他性质(例如，厚度)。在增材制造(在位置上或以其他方式)面板的情况下， 可以创建一个或多个数据模型，并且面板可以是3D打印的。例如，在使用MAP 和/或其中面板像芯部一样是金属的情况下，板件元件(包括芯部和面板)可以 被共同打印，或者可替换地，单个集成面板可以被打印。在该示例中，面板可 以被包括作为在1202中标识的数据模型的一部分；替换地，它们可以被包括在 单独的数据模型中。在替代实施例中，面板可通过常规手段(例如，机加工、 加工、铸造等)定制形成和制造。

AM芯部可以使用上述数据模型(1208)来增材制造。此外，基于数据模型， 面板可以被单独地3D打印，或者它们可以与芯部共同打印或者作为面板的一部 分。用于实现芯部的AM的任何3D打印机特定过程被寻址、执行和解决。

在需要该过程的实施例中，面板可以粘附或固定到增材制造的芯部的相应 侧部(1210)。例如，在形成面板或芯部与面板共同打印的情况下，面板和芯部 可以在该步骤中接合。该步骤还可适用于使用作为模具的芯部来形成面板的其 它实施例。相反，在单个集成板件是3D打印的情况下，该步骤可能不是必需的。

对于1210，这可以使用常规方法来完成，例如使用具有真空的粘合剂的敷 层等。替代地或另外地，面板可以使用额外的机械紧固件接合。在一些实施例 中，使用中间层。在各种实施例中，面板连接特征可以粘附或连接到芯部的侧 部。在上述其他实施例中，面板可以与增材制造的芯部共同打印，并且在AM 过程期间固定到增材制造的芯部/与增材制造的芯部集成在一起。

在1210处，接合特征、紧固件、板件取向固定特征和其它结构也可粘附到 芯部以形成板件接口。在一些实施例中，特征可以与表层或/或芯部3D打印， 使得其已经在物理上附接。

所制造的板件然后可以与运输结构集成(1212)。例如，板件可用作汽车、 船、火车、公共汽车或飞机中的内部或外部板件。板件可用作飞行器中的外部 机翼或机身板件。在卡车、火车、船等的制造中，板件还具有多种应用。

芯部结构可被优化以用于任何预期应用中。上述常规型芯部材料可使用均 匀的分布。返回参考图3A-D，3D打印可以允许除了均匀分布之外的分布。例 如，分布可以在两个(x，y)方向或三个(x，y，z)方向上变化。可用作复合 结构的支撑材料的芯部可被设计成在两个或三个方向上提供支撑。举例来说， 可使用本文中所描述的系统及方法来设计三轴优化的基于芯部的结构。物件的 形状和施加到物件的力可以在所有三个方向上被考虑。因此，在设计物件以承 受在所有三个方向上的力之前，手动地或通过优化，可以执行在所有三个方向 (例如x方向、y方向和z方向)上的力的分析。例如，三轴优化的基于芯部的 结构可以被设计为在分析力之后在x方向、y方向和z方向上提供支撑。三轴优 化的基于芯部的结构可被设计成提供100％的预期负载或更大的支撑，例如 100％、150％、200％、300％、500％或可被选择的任何其他百分比。每个 方向可被设计用于不同负载和/或最高预期负载的不同百分比。例如，x方向可 以被设计为期望负载的200％，y方向可以被设计为期望负载的300％，并且z 方向可以被设计为预期负载的500％。(可以选择其它数值。)此外，在一实例中， 可基于预期最大或接近最大负载在给定方向上多久发生来选择针对特定方向选择的百分比。

在实践中，在渲染这些计算时，可以使用任何合适的单元。例如，三轴优 化算法的上下文中的芯部或其他部件上的预期负载可以被测量为力矢量的阵列 (例如，每个具有在磅力、牛顿等中的量值并且具有使用X-Y-Z坐标、相对 于参考平面的角度值等表示的方向)。对于平均力和其它值，预期负载也可被评 估为每单位时间的力。在额外或替代实施例中，预期负载可被视为不同区域上 的压力(每单位面积的力)。简而言之，各种预期或预期的负载测量类型可由应 用和预期目标控制的三轴优化代码使用。输出确定可以是同样灵活的，并且可 以根据方向被提供为比例或密度，或者如以上示例中反映的百分比。输出确定 还可指定材料类型及其几何形状、材料内的单元的形状和三维中的那些形状上 的任何变型以及其它已知参数。在一实施例中，输出包括整个芯部结构的组件 级设计模型，所标识的芯部材料的相关特征在设计模型中的相关位置处示出或 以可被转换成与要在渲染阶段中使用的3D打印机兼容的3D打印指令的方式单 独地指定。

基于结构正在执行的功能，任何结构可以在所有三个方向(x，y，z)上具 有负载情形。(一个例外可以是当结构在单个方向上被拉伸测试时)。在一方面 中，可以分析两个或两个以上方向上的负载，例如三个方向(x,y,z)。在所有三 个方向上的负载的分析可用于设计用于结构的优化的芯部。结构的设计可以基 于所有三个方向上的预期负载。如本文所使用的，“优化”芯部可以意味着基于 芯部的预期负载(例如，在所有三个方向上)来设计芯部。负载可以是平均值、 最大值或随时间变化的值。如上所述，设计的负载可以是期望负载的百分比， 诸如预期负载的200％。通过利用AM技术，可以优化芯部以给出由在所有三 个轴中的预期的、模拟的或实际测量的全局负载确定的变化的支撑和刚度，并 且可以在各种支撑方法之间无缝地过渡。出于本公开的目的，在任何参考或坐 标系中计算三个维度中的负载的算法被认为跨笛卡尔坐标系中的所有三个轴(x， y，z)计算负载，因为角、圆柱形和球形坐标系以及任何其他坐标系都可以被 转换成笛卡尔坐标。

如上所述，打印芯部可以提供3D打印部分，该3D打印部分可以同时生成， 而不是通过将芯部的不同部分在不同方向上粘合在一起以在不同方向上提供强 度而形成。与使用不同的芯部、芯层或芯段相比，本文中所描述的系统和方法 可提供在单次打印期间或通过较少的打印来生成的芯部，以向特定轴的区块提 供强度。在示例中，复合零件的芯部和面板可以是共同打印的。

另外，在一实施例中，图3A-D中的系统300可使用AM来将芯部与零件的 其他功能接口集成以无缝地从芯部转变到零件的功能接口中。打印芯部、接口 和/或面板的一些组合可减少负载中的不连续或尖锐梯度，这在实施时可能是不 期望的。例如，芯部可以用在组装到船或飞行器中的外部板件中。在这种情况 下，各种基于流体的力可能在方向和时间上持续变化。这些流体对板件产生应 力，所述应力可以在不连续区域处显著加剧，其不被优化以支撑它们。这种类 型的问题在传统的制造技术中通常是固有的，传统的制造技术可以装配芯部， 然后使用突然过渡至另一种材料以提供接口。在一方面，芯部可被打印成使得 材料的密度可在芯部上增加，直到例如在芯部的端部使用增材制造形成实体的 接口。3D-打印可允许从例如低密度芯部到中间密度芯部的逐渐过渡，并且最终 过渡到完全填充密度芯部(固体接口部分)。外表层可作为3D打印的一部分被 直接添加，或者它们可使用RTM或另一常规工艺来组装，其后它们可被添加到 芯部。

在示例性实施例中，可以使用AM而不是使用常规方法的分段制造过程。 虽然分段制造可使用粘附力，但AM可使用与粘结到结构芯件的面板的所有粘 合。在AM的情况下，核部未被结合到接口；相反，核部是接口的一部分。在 3D打印的情况下，可以将碳纤维层压到金属部件上，而不是使用胶层将金属二 次粘结到芯部上。芯部还可结合到固化的复合面板上。

在一方面，在单一材料将足够的情况下，可以将芯部的优化结合到包括外 部面板的均匀结构中。各方面还可包括到非芯部功能和/或结构元件的过渡。包 括到非芯部功能和/或结构元件的过渡的方面可以用于运输结构和其它机械化组 件中的各种板件应用中。

图13是具有弯曲的定制芯部1308和弯曲的面板1302a-b的示例性板件1300 的透视图。AM芯部1308可以基于板件/板件部段的预期结构应用而被增材制造。 如前所述，面板/表层130a-b可以是3D打印的，传统地形成和/或使用作为工具 的弯曲的AM芯部1308来形成。与前面的示例的平面面板不同，面板1302a和 1302b以满足应用要求的方式形成轮廓。如前所述，整个板件部段可以被共同打 印并且稍后被接合或共同打印为组装单元(例如，在MAP应用中或在芯部/表 层材料相同的情况下，并且其某些其他应用)。

图13的AM芯部1308是以预期应用所需的任何方式使用AM来成形芯部 的结构的能力的良好图示，诸如以最佳地提供无必要质量的负载支撑结构，并 且在板件部段的不同位置处提供不同的结构。例如，诸如构件1305的某些芯部 元件通常在面板2012a和1302b处与其相应的相交点正交地延伸。相比之下， 芯部构件1303可以基本上沿着面板的路径延伸，并且与构件1305成直角。此 外，芯部1308可在这两个极端之间提供任何类型的构件或元素结构，诸如相对 于面板1302a-b对角地延伸的芯部元件1307。从图13可以明显看出，芯部1308 可以包括不需要质量的多个空的区域。在实施例中，可应用的物理模型和主输 入(例如，力、扭矩等)可以被输入到优化算法中以根据面板的应用和预期的 环境产生理想的结构集合。

图14是具有弯曲的上面板1402a的示例性板件1400的透视图，该弯曲的上 面板1402a具有可变的厚度、与上面板1402a成轮廓的定制芯部、以及大致平坦 的下面板140b。在该板件部段1400中，面板1402b被打印或形成为大致平面(或 矩形)的，而上面板1402a在特定的几何方向上是弯曲的。此外，虽然在该实 施例中的下表层140b的厚度通常是均匀的，但是上表层1402a的厚度在整个板 件部段上变化。因此，虽然显而易见的是，上表层1402a的壁1406a的横截面厚 度是更均匀的或更不均匀的，但是还明显的是，上表层1402a的横截面壁1406b 沿着板件的侧部逐渐变薄。在该实施例中，可以使用考虑整个面板上的负载的 算法来优化板件，并且除了芯部1408的结构优化之外，该算法还提供面板1402a 和1402b的推荐尺寸。在其他实施例中，设计者可以至少部分地基于面板的设 计的美学价值来选择弯曲形状和可变厚度，并且面板140a-b的这些选择的尺寸 可以成为优化AM芯部1408的结构组成的算法中的输入。在其它实施例中，可 以通过基于设计者的面板的选定曲率的算法来优化核心的组成(例如，其可变 厚度)。

图15是具有可变厚度的弯曲的上面板1502a、大致平坦的下面板1502b和 与面板的轮廓匹配的定制芯部1508的另一示例性板件部段1500的透视图。图 15的实施例与图14的实施例具有相似性。一个差异是上表层1502a的厚度看起 来显著大于下表层1502b中的相应厚度。否则，AM芯部1508看起来具有可以 基于一个或多个物理模型而开发的类似有机特征。

图16是具有可变厚度的弯曲的上面板和下面板1602a-b的另一示例性板件 部段1600的透视图，以及被成形为匹配面板的轮廓的定制芯部1608。在图16 的板件部段1600中，面板1602a-b看起来非常厚，并且至少表层1602a具有比 图15的对应表层更大的曲率。下表层1602b在大多数区域中也看起来具有类似 的厚度，除了最右边之外。

上述实施例中的每一个都证明，如本文所述的板件可以具有独特的优化AM 芯部以及独特的面板，所有这些都可以从地面产生、定制和优化，以确保在结 合到车辆、运输结构或其它机械化组件中时起到预期作用的面板。

在本公开的另一方面中，定制AM板件包括面板接口，其提供结合端口、 突起、接收狭槽、集成紧固件、螺纹解决方案、紧固件接收解决方案、取向固 定特征、插入件或用于连接到其它结构的紧固件的其它特征的能力，或用于其 它目的。传统上，这些结构的结合是涉及大量机械加工的费力的过程。在涉及 用于夹层板件和插入件的增材制造的芯部的实施方案中，这些特征可以替代地 与芯部增材制造。在一个示例性实施例中，增材制造的芯部的本体可以是塑料 材料，而构成用于连接到紧固件的特征的插入件可以使用金属或金属合金来打 印或共同打印。在MAP应用中，可以使用不同的AM技术或AM和SM的组合 来将结构组装和粘附在一起。本文所讨论的面板接口特征可以是可以是3D打印 的、与板件(芯部和/或面板)共同打印的、或传统上形成的单独的部件。此后， 面板接口特征可被粘合到芯部。在其他实施例中，面板接口特征是定制芯部的 一部分，并且可以在芯部的AM期间被打印。

图17中示出了固定特征的示例。具体地，图17是示例性的AM蜂窝板件 1700的透视图，该板件1700在板件面板1702中具有用于结合用于固定的特征 的切口。图17不一定按比例绘制，而是强调各种重要特征。如上所述，增材制 造的芯部1706布置在面板1702和1704之间。面板1702包括切口1710，切口 1710可以是面板1702中的圆形(或其他)区域，打印材料在AM过程中不从该 区域被沉积或熔合。在使用常规技术形成面板1702的情况下，切口1710可实 际上从面板切割，或者可使用合适的工具冲压开孔以产生切口。AM芯部1706 可以是3D打印的，以包括向上延伸的突出部分2507。在突出部分1707的表面 上，可以提供用于固定的特征1708。可使用粘合剂将固定特征1708粘附到突出 部分1707，或者可以使用紧固件、螺钉、螺栓或类似硬件将固定特征1708以其 他方式粘附到突出部分1707。在示例性实施例中，芯部结构可被加热并熔合到 固定特征1708以实现连接。在其中使用MAP或芯部结构1706、面板1702、1704 和固定件1708是单件材料的又一实施例中，板件部段1700可作为单个整体结 构被3D打印。

特征1708可以与AM芯部1706、面板1702和1704或整个组件共同打印。 面板1700因此可以牢固地固定到节点(未示出)或可以提供其它功能。特征1707 上的圆形区域1712可以是用于接收管、挤出件等的接收器，在实施例中，固定 特征1708可以用于将板件1700固接到车辆的内部部分。特征1708可以与固连 到车辆或以其他方式与车辆相关联的外部结构接合。固定特征1708和外部结构 之间的固接连接可用于帮助相对于运输结构固定和稳定板件。固定特征1708也 可以用于其他目的。

固定特征的另一示例在图18中示出，图18是具有用于在板件边缘处固定 的特征的示例性AM板件部段1800的透视图。这里再次，图18不一定按比例 绘制。图18的实施例类似于图17的实施例，板件包括布置在两个面板1802和 1804之间的AM芯部以及用于固定的特征1807粘合或以其他方式连接到其的突 出部分1821。特征1807进一步包括圆形区域1812(例如，提供用于紧固件或 连接器的接收器)。图17和图18之间的一个不同之处在于，在图18中，用于 固定的特征1807设置在板件1800的边缘上，而不是如图17中那样通过面板设 置在部上。该构造消除了对如图17所示的切口区域2507的需要。根据本公开 中描述的所有制造可能性，AM芯部1806(如在图17中)可以是单独3D打印 的或与一个或多个其他特征(诸如面板1802、1804和特征1807)共同打印。当 板件1800被结合到运输结构中用于预期的日常使用时，使用哪一个配置的选择 可以取决于预期作用在板件1800上的相关力的大小和方向。固定特征1807可 以包括圆形接收器1812，用于通过使用紧固件或其他元件向另一结构(例如， 管、节点、另一板件等)提供接口。

可以设想对图17和18中的布置进行修改。例如，虽然在每个实施例中示 出了对应于用于固定的一个特征的一个芯部突出部，但是另一AM板可以具有 多个这样的突出部和特征。在又一实施例中，AM芯部可以包括穿过如图17中 的面板的切口的部分和源自图18中的板件边缘的部分，在这种情况下，用于固 定的多个特征可与单个板件中的不同取向一起使用。在其它实施例中，AM芯部 突出部和相关联的特征不需要限于垂直或水平取向，而是可以在任何方向上倾 斜。这样的实施例可以是有用的，例如，以固定的角度将不同的板件部段连接 在一起。在示例性实施例中，这样的板件的设计可以通过CAD或CAE优化程 序在分析预期在不同面板上或由不同面板施加的各种力(例如，通过其在车辆 或其他传输结构中组装时的用途)之后被优化。

图19是两个示例性板件部分1900a和1900b的透视图，两个示例性板件部 段1900a和1900b分别具有大致平坦的上面板和下面板(1902a、1904a用于板 件部段1900a并且1902b、1904b用于板件部段1900b)并且被构造成通过在一 个板件1900a的接口处使用接收部段1945和在另一板件1900b的接口处使用突 出部段1917经由滑入特征1915可固定地附接到彼此。在一些实施例中，可提 供用于粘合剂的开孔，以在板件部段可滑动地连接之后固定板件部段之间的接 合。

图20是两个示例性板件部段2000a和2000b的透视图，两个示例性板件部 段2000a和2000b分别具有定制芯部2006a和2006b，和大致体平坦的上面板和 下面板(2002a和2004a用于板件部段2000a，并且2002b和2004b用于板件部 段2000b)，并且构造成通过在一个板件2000a的接口处使用另一接收部段2045 和在另一板件2000b的接口处使用突出部段2017经由滑入特征2015附接至彼 此。在此，接收部段2045和相关联的滑入特征2015可以作为芯2006a的一部 分被3D打印，尽管在其他实施例中，接收部段2045可以是共同打印的，或者 传统上形成并接合到芯部2006a。接收部段2045被设计成通过使突出部分2017 滑动穿过两个接收段2015而固连到板件部段2000b。类似于图19，孔口可以被 包括作为粘合剂或真空通道，以将两个板件部段2000a和2000b可固定地附接 在相对于彼此的期望对准位置中。

图21是使用包括突出部分和接收部段的使用滑入特征附接在板件接口2145 处的两个板件部段2100a和2100b的透视图。突出部分2117可以是芯部2106a 的一部分，或者可以是共同打印形成的并且随后结合到芯部2106a。板件2100a 分别包括上面板2102a和下面板2104a以及定制AM芯部2106a。面板2100b分 别包括上面板2102b和下面板2104b以及定制AM芯部2106b。由于在接口2145 处的突出部分和接收部段2117和2115的设计，板件2100b可以无缝地滑动到 接收部段2115中并且以特定角度对准。此后，粘合剂或其它紧固件可用于经由 一个或多个通道接合突出部分2117和接收部段2115。以这种方式，板件部段 2100a和2100b可以相对于彼此以预定角度固定地附接和牢固地对准。

应当注意的是，虽然附图通常使用大致平坦的面板示出了板件部段的接合， 但是这不需要是这种情况，并且面板和AM芯部可以以任何合适的方式形成轮 廓，并且之后接合。

虽然上面已经示出了突出部和滑入特征以实现板件部段相对于彼此的牢固 紧固，但是在阅读本公开时将理解的是，可以实施各种各样的紧固件和固定类 型以连接板件。

图22是两个板件部段2200a和2200b的透视图，其分别具有AM芯部2206a 和2206b，在接口2200i处的板2202a和2202b以及孔口2288，该孔口用于将螺 钉或其它紧固件螺纹连接以将部段固连在一起。螺钉可以沿相对的对齐孔2288 插入。作为另外一种选择或除此之外，粘合剂可施加到板3502A和3502B。在 该实施例中，通过使用螺钉，板件2200a和2200b的紧固特征(即，分别为板 2252A和2252B)可被直接接合以沿着相同的轴线可固定地附接板件。即，板件 部段2200a和2200b可以使用作为固定特征的板以平面方式对齐。板2252A-B可以是相应的AM芯部2206a-b的一部分。可替代地，它们可以与它们的AM 芯部2206a-b被共同打印或以其他方式使用胶水接合。在一些实施例中，孔口 2288可以容纳具有螺纹的螺栓，以便将板牢固地紧固在一起以确保适当的对准。

图23是示出示例性的三轴向优化的复合结构2300的图示。示例三轴向优 化的复合结构2300可以是汽车子框架。另外，图23的示例三轴向优化复合结 构2300可以包括两个示例复合结构。两个示例性复合结构中的每一个可包括三 轴优化芯部2302。三轴优化芯部2302可以提供从结构硬点(hardpoint)到优化 芯部的均匀过渡，这可显著地减少或消除在常规板件中发现的尖锐梯度。另外， 每个芯部可被碳纤维复合表层2304覆盖。因此，图23中的构件可包括包括优 化的AM芯部2302和面板2304的板件。

在一个方面，本文描述的系统和方法可以用于汽车子框架。在这样的示例 中，硬点(承力点)可以与三轴向优化的芯部2302成一体并过渡到三轴向优化 的芯部2302中。在一方面，功能硬点之间的跨度可以是三轴向优化芯部2302 的一部分。另外，三轴向优化芯部2302可以过渡到结构硬点。

在另一个实施例中，在使用多材料解决方案的情况下，三轴向优化的芯部 2302可适于与其他表层材料(诸如碳纤维片材)对接。

在使用复合表层的另一实施例中，优化的3D打印芯部(即，三轴向优化芯 部2302)可以包括真空和/或树脂注入端口或密封剂端口。在实施例中，端口被 包括在设计阶段的结构中并且在AM阶段被共同打印。这些端口可用于共同模 制工艺，例如，其中复合表层直接形成在芯部上。

在另一个实施例中，可以集成一体地共同打印的紧固件。例如，可以包括 允许附接各种附接紧固件的通用紧固件接口。

图24是示出根据本文描述的系统和方法的示例方法的流程图2400。虚线框 示出可选的实施例。在框2402处，实施该方法的系统可以分析复合结构上的预 期负载。例如，系统300内的处理系统可以分析板件结构上的预期负载。替代 地，独立于系统300的处理系统可以分析复合结构上的预期负载。该分析可以 是本文描述的优化算法的一部分，或分析的初始步骤。

在框2404处，实施该方法的系统可基于对预期负载的分析来确定用于芯部 材料的设计。例如，系统300(图3A-D)内或单独工作站/服务器上的处理系统 可以基于特定输入和预期负载的分析来确定芯部材料的设计。预期负载可以基 于零件的预期设计或应用而变化。失效点可以基于如上所述的负载来确定。失 效点可以用作下一组基于迭代的优化的输入。

在框2406处，实施该方法的系统可以基于设计的确定来生成设计文件。例 如，系统300内的处理系统可以基于设计的确定来生成设计文件。替代地，独 立于系统300的处理系统可以基于设计的确定来生成设计文件。

在框2408处，实现该方法的系统可基于对包括芯部材料的复合结构上的预 期负载的分析来接收设计文件。例如，系统300内的处理系统可以基于对包括 芯部材料的复合结构上的预期负载的分析来接收设计文件。例如，可以从独立 于系统300的处理系统接收基于包括芯部材料的复合结构上的预期负载的分析 的设计文件。在另一实例中，如上文所论述，设计文件可由系统300中的处理 器产生。设计文件可存储在存储器中并且例如在框2408处从存储器接收。

在框2410处，实施该方法的系统可以基于所接收的设计文件来增材制造增 材制造的芯部材料。例如，系统300内的处理系统可以基于所接收的设计文件 来增材制造增材制造的芯部材料。与3D打印机相关联的控制电路可以接收设计 文件并将其转换为与3D打印机的语言相兼容的一系列指令。替代地，单独的处 理系统可以运行将设计模型转换为打印机特定指令的应用，其然后可以经由网 络传递到3D打印机。

在框2412处，实施该方法的系统可以共同增材制造至少一个表层或面板、 增材制造的芯部材料和包括复合结构的至少一个表层/面板。例如，系统300内 的处理系统可以共同增材制造至少一个表层、增材制造的芯部材料和包括复合 结构的至少一个表层。如所指出的，表层可以是平坦的或非平坦的，并且可以 包括可变的轮廓、可变的厚度或两者。

复合结构可以包括增材制造的芯部材料，增材制造的芯部材料在至少第一 方向和第二方向上基于使用芯部和同共模制到芯部材料以形成复合结构的至少 一个结构表层所形成的所得复合结构的预期负载的分析而增强。

在一方面，增材制造的芯部材料在第三方向上被增强。

在一方面，第一方向、第二方向和第三方向彼此垂直。

在一方面，增材制造的芯部材料包括均匀结构。

在一方面，该复合结构包括均匀结构。

在一方面，复合结构还包括到非芯部功能元件或非芯部结构元件的过渡部。

在一方面，复合结构包括完整的内部结构。

一个方面可以包括加热器覆盖通道、用于钛、不锈钢或其他金属材料中的 至少一个的结合接口、或一体真空或粘合剂端口中的至少一个。

一方面可以进一步包括由过渡到芯部中的材料制成的至少一个集成硬点。

一方面可以进一步包括由过渡到芯部中的材料制成的至少一个集成硬点。

一方面可以进一步包括真空端口、树脂注入端口、排放端口、密封剂端口 或另一类型的端口或通道中的至少一个。

一个方面还可以包括至少一个共同打印的紧固件。

3D打印的芯部可以包括增材制造的芯部材料，增材制造的芯部材料基于使 用芯部形成的复合结构的预期负载的分析在至少第一方向和第二方向上被增强。

在一方面，增材制造的芯部材料在第三方向上被加强。

在一方面，第一方向、第二方向和第三方向彼此垂直。

在一方面，增材制造的芯部材料包括均匀结构。

一方面可以进一步包括与芯部材料共同模制以形成复合结构的至少一个结 构表层。

在一方面，该复合结构包括均匀结构。

在一方面，复合结构还包括到非芯部功能元件或非芯部结构元件的过渡部。

在一方面，复合结构包括完整的内部结构。

一方面可以进一步包括加热器覆盖通道、用于钛、不锈钢或其它金属材料 中的至少一个的结合接口、或一体式真空或粘合剂端口中的至少一个中的至少 一个。

提供先前的描述是为了使所属领域的技术人员能够实践本文中所描述的各 种方面。贯穿本公开内容给出的对这些示例性实施例的各种修改对于本领域技 术人员来说是显而易见的，并且本文公开的概念可以施用至用于打印具有增加 的能量吸收特性的结构的其它技术。因此，权利要求不旨在限于贯穿本公开内 容给出的示例性实施例，而是与符合语言权利要求的全部范围相一致。贯穿本 公开内容所描述的示例性实施例的元件的所有结构和功能等同物都是本领域普 通技术人员已知的或以后将为本领域普通技术人员所公知的，其旨在由权利要 求书涵盖。此外，无论在权利要求中是否明确地叙述了这样的公开内容，本文 所公开的内容都不旨在致力于公众。在35U.S.C§112(f)的条款或适用司法管辖权内的类似法律下，将不解释权利要求的要素，除非使用短语“意味着”来 清楚地叙述该要素，或者在方法权利要求的情况中，使用短语“用于……的步 骤”来叙述该要素。

Claims (65)

1.一种用于运输结构的板件，包括：

至少一个面板；以及

增材制造(AM)芯部，其固连到所述至少一个面板且经优化以提供在AM芯部的至少一部分上的变化强度，以用于支撑在所有三个坐标轴(x、y、z)上确定的预期载荷条件。

2.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，所述至少一个面板包括非平面轮廓。

3.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，所述至少一个面板包括可变厚度。

4.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，所述AM芯部包括均质材料。

5.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，所述AM芯部被优化以提供沿着多个方向的变化的强度。

6.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，所述预期载荷条件包括在三个维度中确定的力。

7.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，所述预期载荷条件包括从多个方向确定的力。

8.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，所述预期载荷条件包括在所述板件或所述AM芯部中的任一者或两者上确定的力。

9.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，所述预期载荷条件包括在所述板件或所述AM芯部的多个位置上确定的力。

10.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，所述AM芯部进一步被优化以提供用于横跨所述AM芯部的一个或更多个部分的变化的硬度、刚度、柔性、延展性、密度、能量吸收和压溃中的一个或更多个的值，以用于支撑所述预期载荷条件。

11.根据权利要求10所述的板件，其特征在于，变化的硬度、刚度、柔性和密度中的一个或更多个在所述AM芯部中沿多个方向变化。

12.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，所述预期载荷条件是从所述板件的预期应用推算出的。

13.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，所述AM芯部包括改进的蜂窝结构。

14.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，所述至少一个面板是3D打印的，并且具有在与所述AM芯部连结时形成非平坦板件的轮廓形状。

15.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，所述至少一个面板被形成，并且具有在与所述AM芯部连结时形成非平坦板件的轮廓形状。

16.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，

所述至少一个面板包括第一和第二面板，

所述AM芯部被固连在第一和第二面板之间；以及

所述第一和第二面板是3D打印或被形成中的一种，并且具有在与所述AM芯部连结时形成非平坦板件的轮廓形状。

17.根据权利要求16所述的板件，进一步包括：

第一粘合剂层，所述第一粘合剂层构造成将所述第一面板粘附到所述AM芯部的第一侧；以及

第二粘合剂层，所述第二粘合剂层构造成将所述第二面板粘附到所述AM芯部的第二侧。

18.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，所述AM芯部是准各向同性的。

19.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，所述AM芯部基于预期的板件应用是各向异性或正交各向异性中的一种。

20.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，所述第一和第二面板包括碳纤维增强复合材料。

21.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，所述AM芯部包括金属、合金或塑料材料。

22.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，所述AM芯部材料被增材制造以包括一个或更多个插入件。

23.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，所述AM芯部被增材制造成在芯部边界处或附近包括连接特征，该连接特征构造成与联接到另一结构的对应连接特征或紧固件配合。

24.根据权利要求1所述的板件，进一步包括与所述AM芯部共同打印的连接特征或紧固件。

25.根据权利要求1所述的板件，进一步包括固定特征，其构造成与外部结构接合，其中：

所述至少一个面板包括切口区域；

所述AM芯部进一步包括延伸穿过所述切口区域的突出部分；以及

所述突出部分联接到所述固定特征。

26.根据权利要求25所述的板件，其特征在于，所述固定特征包括构造成与所述外部结构接合的至少一个接收区域。

27.根据权利要求25所述的板件，其特征在于，所述外部结构包括运输结构的一部分，并且所述固定特征被联接到所述外部结构以将所述板件固接到所述运输结构。

28.根据权利要求25所述的板件，其特征在于，所述固定特征经由粘合剂粘附到所述突出部分。

29.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，所述AM芯部包括构造成与具有第二定制接口特征的邻近板件互锁的第一定制接口特征，第一和第二定制接口特征各自包括突起特征和接收特征中的一个，以允许固定所述板件，以用于附接。

30.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，所述AM芯部包括定制接口特征，该定制接口特征具有构造成将所述板件连接到一个或更多个邻近板件的至少一个连接器。

31.根据权利要求30所述的板件，其特征在于，所述至少一个连接器包括突出连接器。

32.根据权利要求30所述的板件，其特征在于，所述至少一个连接器包括构造成与突出连接器接合的接收连接器。

33.根据权利要求32所述的板件，其特征在于，所述突出连接器包括凸片，并且所述接收连接器包括狭槽。

34.根据权利要求29所述的板件，其特征在于，所述接收特征包括滑入式特征。

35.根据权利要求29所述的板件，其特征在于，第一和第二定制接口特征中的至少一个包括板，该板具有用于接收紧固件的孔口。

36.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，所述AM芯部包括粉末移除特征。

37.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，所述AM芯部包括构造成允许树脂流动的至少一个通道。

38.根据权利要求37所述的板件，其特征在于，所述AM芯部进一步包括至少一个真空通道。

39.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，所述AM芯部和所述至少一个面板被共同打印。

40.根据权利要求1所述的板件，其特征在于，所述AM芯部和所述至少一个面板被3D打印为单个一体结构，并且

所述AM芯部在所述3D打印期间固连到所述至少一个面板。

41.根据权利要求40所述的板件，其特征在于，所述AM芯部和所述至少一个面板包括相同的材料。

42.一种用于生产用于运输结构的板件的方法，包括：

增材制造芯部，包括优化增材制造(AM)芯部，以提供在其至少一部分上的变化的强度，以用于支撑在所有三个坐标轴(x、y、z)上确定的预期载荷条件；以及

将所述AM芯部固连到至少一个面板。

43.根据权利要求42所述的方法，其特征在于，所述至少一个面板包括非平面轮廓。

44.根据权利要求42所述的方法，其特征在于，所述至少一个面板包括可变厚度。

45.根据权利要求42所述的方法，其特征在于，优化所述AM芯部包括沿着多个方向提供变化的强度。

46.根据权利要求42所述的方法，其特征在于，所述预期载荷条件包括从多个方向在多达三个维度中确定的力。

47.根据权利要求42所述的方法，其特征在于，所述预期载荷条件包括在所述板件或所述AM芯部中的任一者或两者上确定的力。

48.根据权利要求42所述的方法，其特征在于，增材制造所述AM芯部进一步包括将所述AM芯部优化到用于在所述AM芯部的一个或更多个部分上的变化的硬度、刚度、柔性、能量吸收、延展性和密度中的一个或更多个的值，以用于支撑所述预期载荷条件。

49.根据权利要求48所述的方法，其特征在于，变化的硬度、刚度、柔性、能量吸收、延展性和密度中的一个或更多个在所述AM芯部中沿多个方向变化。

50.根据权利要求42所述的方法，其特征在于，所述预期载荷条件是从所述板件的预期应用推算出的。

51.根据权利要求42所述的方法，其特征在于，将所述AM芯部固连到至少一个面板包括：

将所述AM芯部的第一侧固连到第一面板；以及

将所述AM芯部的第二侧固连到第二面板。

52.根据权利要求51所述的方法，其特征在于，将所述AM芯部的第一和第二侧固连到相应的第一和第二面板进一步包括：

使用第一粘合剂层将所述AM芯部的第一侧粘附到所述第一面板；以及

使用第二粘合剂层将所述AM芯部的第二侧粘附到所述第二面板。

53.根据权利要求42所述的方法，其特征在于，所述至少一个面板包括碳纤维复合材料。

54.根据权利要求42所述的方法，其特征在于，所述AM芯部包括金属、合金或塑料材料。

55.根据权利要求42所述的方法，其特征在于，增材制造所述AM芯部包括在芯部边界处或附近包括连接特征，该连接特征构造成与联接到另一结构的对应连接特征或紧固件可固定地配合。

56.根据权利要求42所述的方法，其特征在于，增材制造所述AM芯部包括与所述AM芯部共同打印连接特征或紧固件。

57.根据权利要求42所述的方法，进一步包括：

共同打印所述AM芯部和所述至少一个面板；以及

将所述至少一个面板粘附到所述AM芯部。

58.根据权利要求42所述的方法，其特征在于，所述至少一个面板包括切口区域，

其中增材制造所述AM芯部进一步包括在所述至少一个面板固连到所述AM芯部的一侧时形成从所述AM芯部的一侧延伸到与所述切口区域重合的位置中的突起；以及

其中所述方法进一步包括:

将所述至少一个面板固连到所述AM芯部的一侧，使得所述突起延伸穿过所述切口；

提供构造成与外部结构接合的固定特征；以及

将所述固定特征连接到所述突出部分。

59.根据权利要求42所述的方法，进一步包括：

3D打印所述至少一个面板；以及

将所述至少一个面板粘附到所述AM芯部的表面。

60.根据权利要求42所述的方法，进一步包括：

形成所述至少一个面板；以及

将所述至少一个面板粘附到所述AM芯部的表面。

61.根据权利要求42所述的方法，进一步包括：

形成所述至少一个面板包括在所述AM芯部上铺设所述至少一个面板，其中所述AM芯部包括工具。

62.根据权利要求42所述的方法，进一步包括：

将所述AM芯部和所述至少一个面板形成为单个结构。

63.根据权利要求42所述的方法，进一步包括将固定特征添加到所述AM芯部，以允许所述板件附接到另一板件。

64.根据权利要求42所述的方法，进一步包括将所述AM芯部和所述至少一个面板3D打印为单个一体结构，其中

所述AM芯部在所述3D打印期间固连到所述至少一个面板。

65.根据权利要求64所述的方法，进一步包括使用相同的材料3D打印所述AM芯部和所述至少一个面板。

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