CN114502039A - 具有格架构造的身体支撑构件 - Google Patents

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卡尔·V·福斯隆德
约翰·理查德·汉密尔顿
库尔特·R·海德曼
詹姆斯·路德维希
布鲁斯·史密斯
亚伦·迈克尔·波特菲尔德
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Abstract

一种身体支撑结构，包括具有第一刚度的结构性格架构造、以及由所述结构性格架构造支撑，并具有小于所述第一刚度的第二刚度的压缩格架构造。蒙皮格架构造由所述压缩格架构造支撑，其中所述蒙皮格架构造对于响应于法向力的剪切变形具有抵抗力，并且在垂直于法向力的方向上是可扩张的。

Description

具有格架构造的身体支撑构件
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年9月18日提交的标题为“Body Support Member WithLattice Structure”的62/902,187号美国临时申请的权益，其全部公开内容在此通过引用并入本文。
技术领域
本申请大体上涉及诸如椅子的身体支撑结构，并且更具体地涉及包括一个或多个格架构造的身体支撑结构。
背景技术
身体支撑结构，包括例如办公椅、车辆和飞机座椅、沙发、床和其他家具，通常配置有具有硬质接触点的内部或外部支撑框架。例如，座椅和靠背可以由有弹性的膜或壳结构制成，它们通常由围绕所述膜或壳结构的刚性的外围框架支撑。所述框架具有硬接触点，防止靠背或座椅在其周边弯曲，并且还可以防止围绕靠背或座椅的纵向轴线的扭曲或扭转运动。在其他椅子中，靠背或座椅可以配置有刚性的中央脊柱，允许围绕纵向轴线进行一定的扭转，但是通过所述脊柱与身体支撑构件的连接来提供硬质的接触点。在又一种类型的椅子中，靠背或座椅可以配置有刚性外壳，其支撑垫子或其他有弹性的身体支撑构件。
在许多这些传统的座椅结构中，框架或外壳的刚性限制了身体支撑结构当使用者在座椅结构内移动时进行弯曲和支撑使用者身体的能力。此外，座椅结构边缘具有硬质接触点或者缺乏柔韧性，加上框架、脊柱和/或刚性外壳施加的限制，限制了座椅结构的舒适性和人体工学响应能力。
此外，传统的椅子通常包括多个组件和部件，其包括例如一个或多个靠背、座椅、倾斜控制装置、扶手、气压柱/弹簧等等，它们之中的每一个都必须单独组装，然后集合装配成最终的产品结构。通常，子组件是在较远地点或者由外部供应商制造的，这需要额外的航运、库存和运输成本，而相对较重的金属部件还可能会加大这些成本。例如，传统的倾斜控制装置可能包含几十个零件，其中包括多种必须冲压或铸造，然后使用多种机械紧固件或焊接进行组装的金属零件。所述制造和组装过程可能涉及复杂且昂贵的工具，它们难以调整和适应于其他组件。
发明内容
本发明由以下权利要求限定，且本节中的任何内容均不应被视为对这些权利要求的限制。
一方面，身体支撑结构的一个实施方式包括多个间隔开的支撑构件，其限定了相对的第一和第二表面，其中相邻的支撑构件限定了相邻支撑构件的侧面之间的开口。多个间隔开的基座构件，其限定了相对的第一和第二表面，其中基座构件的第一表面朝向支撑构件的第二表面并且与支撑构件的第二表面间隔开，使得多个支撑构件和多个基座构件限定其间的空间。每个基座构件位于由至少两个相邻支撑构件限定的开口中的至少部分的下方，并且相邻的基座构件限定相邻基座构件的侧面之间的开口。多个连接器穿过该空间延伸并将每个基座构件与至少两个相邻的支撑构件连接。每个连接器限定了相对于相应的支撑构件的第二表面的第一锐角和相对于基座构件的第一表面的第二锐角。
在又一方面，身体支撑结构的一个实施方式包括方面阵列，其具有布置成多行和多列的多个间隔开的支撑构件。每一行具有相同数量(n1)的支撑构件，每一列具有相同数量(n2)的支撑构件。至少一个行具有第一宽度，至少另一个行具有第二宽度，其中第一和第二宽度不同。至少一个列具有第一长度，至少另一个列具有第二长度，其中第一和第二长度不同。周边阵列限定了围绕方面阵列的闭合环。周边阵列包括连接到方面阵列的相对的最外端行的第一和第二行间隔开的支撑构件、以及连接到方面阵列的相对的最外端列的第一和第二列。周边阵列的第一和第二行以及第一和第二列是相连的，并且其中周边阵列的第一和第二行包括n1个支撑构件，其中周边阵列的第一和第二列包括n2个支撑构件。方面阵列和周边阵列中的支撑构件是相连的。
在又一方面，身体支撑结构的一个实施方式包括方面阵列，其具有布置成多行和多列的多个间隔开的支撑构件，其中每一行具有nl个支撑构件，同时其中每一列有n2个支撑构件。方面阵列的最外围具有n3个支撑构件，其中n3＝2*n1+(2*(n2-2))。至少一个行具有第一宽度，至少另一个行具有第二宽度，其中第一和第二宽度不同。至少一个列具有第一长度，至少另一个列具有第二长度，其中第一和第二长度不同。周边阵列限定了一个围绕并连接方面阵列的闭合环。周边阵列包括连接到方面阵列的相对的最外端行的第一和第二行间隔开的支撑构件、以及连接到方面阵列的相对的最外端列的第一和第二列。周边阵列的第一行和第二行以及第一列和第二列具有n4个支撑构件，其中n4＝(2*n2)+(2*n1)。方面阵列和周边阵列中的支撑构件是相连的。
在又一方面，身体支撑结构的一个实施方式包括具有第一刚度的结构性格架构造、以及由所述结构性格架构造支撑并具有小于第一刚度的第二刚度的压缩格架构造。所述压缩格架构造可以响应于施加到其上的第一法向力而压缩。蒙皮格架构造由所述压缩格架构造支撑，其中所述蒙皮格架构造对于响应于施加到其上的第二法向力的剪切变形具有抵抗力，并且其中蒙皮格架构造在垂直于施加到其上的第二法向力的方向上可以响应于施加到其上的第二法向力而扩张。
在又一方面，身体支撑结构的一个实施方式包括基座结构、身体支撑构件和支柱。支柱包括分别耦合到身体支撑构件和基座结构的间隔开的第一和第二端部、以及连接到第一和第二端部的中间压缩格架构造。第一和第二端部在标称位置和压缩位置之间是可移动的，压缩格架构造在对应于标称和压缩位置的标称构型和压缩构型之间是可压缩的。当处于压缩构型时，中间压缩格架构造对第一和第二端部施加偏置力。
在又一方面，身体支撑结构的一个实施方式包括基座结构和耦合到基座结构的身体支撑构件。基座结构和身体支撑结构中的至少一个包括具有集成运动学特性的格架构造。在各种实施方式中，集成运动学特性可以包括运动限制器、锁定系统、部件连接器和/或偏置构件。
在又一方面，制造本文所公开的任何一种身体支撑结构的方法的一个实施方式包括通过增材制造来形成结构性格架构造、压缩格架构造和蒙皮格架构造。在一个实施方式中，增材制造通过3D打印来执行。在一个实施方式中，该方法包括在单次3D打印操作期间一体地形成结构性格架构造、压缩格架构造和蒙皮格架构造。
在又一方面，身体支撑结构的一个实施方式包括多个间隔开的支撑构件，其限定了相对的第一和第二表面，其中相邻的支撑构件限定了相邻支撑构件的侧面之间的开口。多个间隔开的基座构件，其限定了相对的第一和第二表面，其中基座构件的第一表面朝向支撑构件的第二表面并且与支撑构件的第二表面间隔开，使得多个支撑构件和多个基座构件限定其间的空间。每个基座构件位于由至少两个相邻支撑构件限定的开口中的至少部分的下方，并且相邻的基座构件限定相邻基座构件的侧面之间的开口。多个连接腿穿过所述空间延伸并将每个基座构件与至少四个相邻的支撑构件连接，以及将每个支撑构件连接到至少四个相邻的基座构件。至少一些连接腿具有与其他连接腿不同的长度，其中至少一些被连接的支撑构件和基座构件之间的间距不同于其他被连接的支撑构件和基座构件之间的间距。第一区域包括连接基座构件和支撑构件的较长的连接腿，而第二区域包括连接基座构件和支撑构件的较短的连接腿。第一和第二区域可以具有不同的刚度，例如第二区域比第一区域更硬。
在一个实施方式中，边缘部分连接并围绕基座构件和支撑构件。在一个实施方式中，边缘部分可以逐渐收窄。
身体支撑结构和方法的各种实施方式提供了优于其他身体支撑结构及其制造和组装方法的显著优势。例如但不限于，身体支撑结构提供整体兼容结构，该结构可配置有柔软的界面部分，例如位于外周边缘且沿着前部、大腿的支撑部分。此外，可以通过软件/编程的改变，而不是通过复杂且昂贵的重新组装来快速且轻松地进行一个或多个组件、或者整个椅子的配置的改变。实际上，可以完全消除对工具的需求。由于整个身体支撑结构可以在单一地点制造，因此运输成本可以大大降低，而且这样的制造地点被战略性地布置在接近最终用户或销售/交付点的各个地理位置。
前述段落是作为一般介绍提供的，并非旨在限制以下的权利要求的范围。通过参考以下的结合附图的详细描述，各种优选实施方式以及进一步的优点将会得到最佳的理解。
附图说明
图1是一种身体支撑结构的一个实施方式的前视立体图。
图2是图1所示的身体支撑结构的后视立体图。
图3是图1所示的身体支撑结构的右侧视图，且左侧视图为其镜像。
图4是图1所示的身体支撑结构的后视图。
图5是图1所示的身体支撑结构的前视图。
图6是图1所示的身体支撑结构的仰视图。
图7是图1所示的身体支撑结构的俯视图。
图8是一种身体支撑结构的立体图，其具有应用于其上的无蒙皮格架构造。
图9是一种身体支撑结构的一部分的局部放大图，其包括结构性格架构造和压缩格架构造。
图10是一种后背支架的一部分的局部放大图，其包括结构性格架构造和压缩格架构造。
图11是第一压缩构件的后视立体图。
图12是图1所示的第一压缩构件的前视立体图。
图13是一种局部身体支撑结构的立体图，其包括各种结构性格架构造。
图14是图13所示的身体支撑结构的侧视图。
图15是图13所示的身体支撑结构的仰视图。
图16是包含有压缩格架构件的支柱的放大的局部前视图。
图17是包含有压缩格架构件的支柱的放大的局部后视图。
图18是结合到图16及17所示的支柱中的压缩格架构造的仰视立体图。
图19是结合到图16及17所示的支柱中的压缩格架构造的俯视立体图。
图20是一种蒙皮格架构造的一个实施方式的后视图。
图21是图20所示的蒙皮格架构造的一个实施方式的仰视图。
图22是图20所示的蒙皮格架构造的一个实施方式的右侧视图，且左侧视图为其镜像。
图23是图20所示的蒙皮格架构造的一个实施方式的前视立体图。
图24是图20所示的蒙皮格架构造的一个实施方式的俯视图。
图25是图20所示的蒙皮格架构造的一个实施方式的前视图。
图26A是图23所示的蒙皮格架构造的一个角部的局部的俯视立体图。
图26B是图23所示的蒙皮格架构造的一个角部的局部的仰视立体图。
图26C是图20所示的蒙皮格架构造的另一个角部的局部的俯视立体图。
图27是一种蒙皮格架构造的局部侧视图。
图28是一种蒙皮格架构造的局部视图。
图29是示出了限定出身体支撑结构的前部的结构性格架构造、压缩格架构造、以及蒙皮格架构造的局部视图。
图30是格架核心单元的示意图。
图31是具有面的格架核心单元的示意图。
图32是蒙皮格架构造的方面和周边阵列的俯视示意图。
图33示出了集成运动学特性的备选实施例。
图34示出了集成运动学特性的备选实施例。
图35是示出了用于制作所述身体支撑结构的制造步骤的流程图。
图36是包含有压缩格架构造的支柱的放大的局部视图。
图37是一种椅子的另一个实施方式的立体图，该椅子在其座位和靠背部分上包含有蒙皮格架构造。
图38是图37所示的靠背蒙皮格架构造的前视图。
图39是图38所示的靠背蒙皮格架构造的一部分的剖视图。
图40是图37所示的座位蒙皮格架构造的俯视图。
图41是图37所示的座位蒙皮格架构造的仰视图。
图42是图41所示的座位蒙皮格架构造的部分角部的仰视图。
图43是图42所示的座位蒙皮格架构造的一部分的放大的仰视图。
图44是一种座位蒙皮格架构造的一个备选实施方式的仰视图。
图45是一种蒙皮格架构造的一个备选实施方式的示意性的剖视图。
图46是一种蒙皮格架构造的一个备选实施方式的示意性的剖视图。
图47是一种蒙皮格架构造的一个备选实施方式的示意性的剖视图。
图48是一种座位蒙皮格架构造的一个实施方式的仰视图。
图49是一种靠背蒙皮格架构造的一个实施方式的后视图。
具体实施方式
应当理解，本文使用的术语“多个”指的是两个或更多个。如图1所示，本文使用的术语“纵向”指的是，或者涉及，长度或纵向的方向2，例如靠背8的从顶部到底部或者座位6的从前到后的方向，反之亦可(从底到顶、以及从后到前)。本文使用的术语“横向”指的是位于靠背或座位的从一侧到另一侧的方向4上、或者指向该方向、或者沿该方向延伸。术语“耦合”指的是例如通过中间构件的直接或间接地连接或接合，并且不要求接合是固定的或永久的，尽管它也可以是固定的或永久的。本文使用的术语“第一”、“第二”等等并非指分配给这类指定术语的特定组件或特征，而是指依照所提及的数字顺序的这类组件和特征，这意味着被指定为“第一”的组件或特征也可以处于“第二”个这样的组件或特征之后，这取决于它被引用的顺序。还应该理解的是，“第一”和“第二”的指定并不一定指这样指定的两个组件、特征或数值不同，这意味着例如第一方向可以与第二方向相同，分别单纯地应用于不同的组件或功能。术语“上”、“下”、“背面”、“正面”、“前”、“后”、“垂直”、“水平”及其变体或派生词指的是如图1和2所示的示例性的身体支撑结构的方向。短语“身体支撑结构”指的是支撑身体的结构，包括但不限于办公家具、家用家具、户外家具和车辆座椅，包括汽车、航空、舰船和旅客列车的座椅，并且可以包括但不限于床、椅子、沙发、凳子、以及其他家具组件或其他类型的座椅结构。方向X、Y和Z被定义成如图1所示：Z方向垂直于座位和靠背，X方向与座位和靠背的横向4重合，Y方向与座位和靠背的纵向2重合。
格架构造：
术语“格架”指的是具有由节点16组成的矩阵和在节点16之间延伸并连接节点16的支柱/梁/腿18的三维结构(参见图30)，节点和支柱被布置为提供高强度和低重量的机械性能，其提供了显著的减重，同时保持必要的整体结构完整性。格架构造提供了出色的通风和空气流通性能。身体支撑结构32的各种部件可以包括格架区域、以及可以保持实心或非格状的其他区域，如下文进一步所述。
格架的核心单位12，或者说单元，例如图19所示，可以不断重复而限定出整体的格架构造。一些示例性的单元结构是立方体、星形、八角形、六角形、菱形和四面体。所述单元结构可以单独改变或调整、以及一体化或混合，以实现格架构造所需的响应、形状和整体性能。一些单元结构可能具有更高的刚度重量比，而另一些可能提供其他特性，例如吸收或抑制能量的能力。单元的大小和密度指的是单个单元的大小以及在一个空间内重复多少个单元格。单元的大小是节点和梁/腿的尺寸(例如，厚度和长度)的函数。格架构造的材料和密度、以及单元和结构的取向，可能对格架的性质产生影响。格架的内在结构特性取决于单位单元的构型，其包括腿的尺寸和形状、单元的整体尺寸和单元的密度。在优选实施方式中，格架构造服从于结构的形状，这意味着单元的朝向可以被改变以适应预期的特性。例如，压缩格架构造在座位区域中被定向用来提供在垂直方向上的可压缩性，但在靠背方向上被定向用来提供在水平方向上的可压缩性，使得载荷在座位和靠背的Z方向上被吸收。这样，格架构造的朝向符合座位/靠背的形状，并随着格架构造填充任意几何形状而变化。格架因此而与负载/应力方向对齐，这提高了该结构的整体结构性能。
格架固有的复杂性质使其非常适合增材制造，其可以例如通过3D打印来实现。一些示例性的3D打印技术包括熔融沉积建模(FDM)、立体光刻(SLA)、数字光处理(DLP)、选择性激光烧结(SLS)、选择性激光熔化(SLM)、电子束熔化(EMB)、层压物体制造(LOM)、粘合剂喷射(BJ)、数字光合成(DLS)、多喷射融合(MJF)、数字光合成(DLS)、多喷射融合(MJF)和材料喷射/蜡铸。
如图30所示，例如，压缩格架构造可以包含三个相交和正交的矩形16、18、20，它们在第一个矩形18的四个角处定义节点22，在其他两个矩形16、20的交叉处定义一对节点26，还具有在每个角节点22和节点对26之间延伸的一对梁24。如图20所示，具有面的核心单元还包括沿其他矩形16之一的两个角布置的一对节点28，梁30在角节点22、28之间延伸。
身体支撑结构
参考附图，图1-17和29显示了一种身体支撑结构32的一个实施方式，其被配置为一种具有基座34、座位6和靠背8的椅子。基座34包括具有与地板40接合的底部平台38的底座36、以及从平台38向上延伸的立柱42。平台38具有大致水平的方向，且具有从中心线顶点46向后逐渐变细的前边缘44。在一个实施方式中，前边缘限定了身体支撑结构的最前部的边界或表面，而在另一个实施方式中，座椅6的前边缘48限定了身体支撑结构的最前部边界。立柱42包括从前边缘44向后和向上延伸的下部50和从下部50向前和向上延伸的上部52。下部具有与前边缘相邻的第一宽度(W1)以及与连接有上部的接合部54相邻的第二宽度(W2)，第二宽度(W2)小于第一宽度(W1)。下部和上部都具有从前中心线YZ所在的平面101向后逐渐变细的前表面，这样使得上部和下部具有大致三角形的横截面形状。下部50的前表面和前边缘44的逐渐变细为使用者的脚和腿提供了更多的接触。同时，具有突出的中心线顶点58的立柱横截面形状对于围绕水平、横向延伸的X轴的弯曲提供了更多的阻力。从侧视图看，立柱和基座限定了一个大致的L形，这在座位6下方形成了一个开放空间。
座位支架60沿着立柱42的上部52的顶端68连接到基座。座位支撑件包括一对间隔开的梁62，在它们之间限定了开口148、以及一对U形或V形连接器的64，它们将每个梁的前部66与上部52连接起来。连接器64可以向外张开并限定出第一弯曲区域210或柔性接头，从而允许刚性且抗弯曲的梁62相对于基座34(尤其是立柱42)围绕着水平的、横向延伸的X轴进行枢转。座位支架的梁62从连接器64和弯曲区域210向后形成悬臂。
靠背框架70沿着梁62的后部72连接到座位支架并从座位支架60向上延伸，靠背框架70具有一对横向隔开的立柱74，在它们之间限定出开口150，还具有连接立柱74上端的上横向构件76。立柱74通过弯曲的过渡区域78连接到梁的后部72，该过渡区域78限定了第二弯曲区域212或柔性接头，以允许靠背框架70相对于座位支架60进行枢转。如图2、4、8和10所示，立柱的上部80和横向构件76具有更大的宽度和厚度，使得这些部分比立柱的下部82更硬。上部和下部之间的界面限定了具有深度(D1)的凹部84，该凹部84填充有与立柱74的前部表面齐平布置的压缩层，如下文进一步所述。
参考图1-4、8、9、16、17和36，支柱86被设置或延伸到基座34和座位支架60和/或靠背框架70之一之间，且包括所述过渡区域78。支柱包括下部88和上部90。如图3所示，支柱的下端92或其下部在立柱的上部和下部之间的接合部54处连接到立柱上，支柱86以角度α倾斜，该角度通常是与下部50相对于平台38的方向相同的方向，或由地板限定的水平面，使得由支柱86施加的轴向载荷有效地传递到下部50，然后传递到平台38。支柱或其上部连接到座位支架60，特别是连接到过渡区域78前面的间隔开的梁62。支柱通常是一体化的并且沿着身体支撑结构的中心线延伸，尽管应当理解的是，它也可以被配置为分别连接到梁上的两个或更多个横向间隔的支柱。支柱86跨越梁62之间的距离，从而为梁提供横向的稳定性，同时还支撑梁62的后部区域，该后部区域与由连接器64限定的弯曲区域210纵向地向后隔开。支柱的上部和下部88、90是间隔开的，其中上部和下部中的一个具有延伸到开设在上部和下部中的另一个中的通道或轨道98中的柱体或引导构件96。彼此面对的上部和下部的相应端部可以配置有盖或其他支承表面104、106。
使用接口构件144跨过在限定在座位支架的梁62和靠背框架的立柱74之间的开口148、150而被固定，以限定座位6和靠背8的就座表面。
结构性格架构造
基座34、支柱86、座位支架60和靠背框架70中的每一个可以完全或至少部分地由结构性格架构造108形成。结构性格架构造是相对坚硬的抗弯曲结构，而压缩格架构造是一种非抗弯结构，具有柔顺性，虽然不硬，但在压缩时能很好地吸收能量。结构性格架构造具有第一刚度，它是响应于施加的力而沿着自由度(平移或弯曲)测得的位移。刚度由格架构型和材料，例如组件或其横截面的总惯性矩、以及与材料相关的杨氏弹性模量决定或限定。当格架构造有负载时，无论是在压缩还是弯曲时，结构性格架构造可能会经受一些弹性变形，但在预设的弯曲区域之外都保持着相对的刚性，这些弯曲区域是有目的地被设计用来允许弯曲和伸展的。结构性格架构造也是符合要求的，这指的是单元和格架的构型和朝向遵循或符合组件的任意外部几何形状，并经过优化以便与施加到结构上的应力和载荷对准。
如图1-6所示，限定了平台的结构性格架构造108以及下部和上部立柱50、52的一些部分在横向方向2上遵循横向梯度，其中格架构造非常开放，沿着立柱和平台的中心线平面101在节点之间具有较大的空间；而更封闭的构型，沿着平台的侧边缘103和后边缘105，以及沿着立柱42的侧边缘107，在节点之间具有较小的空间，其单元的尺寸沿着梯度逐渐减小。实心(非格架)部分也可以和格架部分互连，实心(非格架)部分的位置提供额外的强度，或者被定位成使得各种组件可以分别制造的，例如通过3D打印，然后进行组装和连接。实心(非格架)部分可以包含连接几何结构，并且可以配置有被实心外壁包围的内部格架构造。
在一个实施方式中，如图1-5、8-10和13-15所示，非格架构造64、100、102位于结构性格架构造的各部分之间，使得结构性格架构造是不连续的，例如非格架构造100设置在立柱的上部和下部50、52的结构性格架构造的各部分之间，尽管该部件是单个同质的、一体形成的单元。具体地，底部平台38和立柱的下部和上部50、52的一些部分由结构性格架构造制成，而非格架构造100限定了立柱的上部和下部之间、还有立柱和支柱的下端以及支承表面104、106、引导件96和轨道98之间的过渡区域。同样地，连接器64可以由非格架构造制成，而支柱的上端和座位支撑梁之间、以及梁62的各部分的接头或过渡部分102亦然。非格架构造比结构性格架构造更坚固，并且非常适合部件之间的各种接头接口可能遇到的因弯曲所致的高载荷和应力。非格架构造可以包括实心的或管状的结构，其包括例如一个或多个具有环绕的外周壁的中心开口。在一个实施方式中，结构性格架构造和非格架构造具有相同的最外部轮廓，其最外部表面齐平。结构性格架构造和非格架构造可以由相同的材料制成并且用作单一的、一体的同质部件，例如通过增材制造，包括如下文进一步解释的3-D打印方式来制造。在一个实施方式中，结构性格架构造由聚乙烯或其他相对较硬的材料例如金属制成。其他材料包括热塑性弹性体，例如TPE和TPU。在一个实施方式中，结构性格架构造由30％GF尼龙制成，杨氏模量为700ksi或更高。结构性格架构造和/或非格架构造提供独立的柔顺性，或被配置用于提供特定的弯曲区域/柔顺性接头以允许部件之间的移动，例如座位和底座之间、或者靠背和座位之间的移动，同时在其他区域和范围内保持刚性和硬度。结构性格架构造可以包括核心单元和具有沿着其最外表面形成的面的核心单元，如图30和31所示，核心单元的取向被布置成使得结构性格架构造是刚性的并且定向为承载施加到其上的载荷，例如具有类似于注塑成型部件的性质。
压缩格架构造
参考图1-12和16，座位6和靠背8还包括第一压缩构件110，第一压缩构件110具有：一对横向间隔开的梁114，其覆盖座位支撑梁62并由座位支撑梁62支撑；一对横向间隔开的立柱116，其横向延伸到梁114并且沿着后背框架立柱74的前部表面向上延伸；以及前横梁118，其在靠近座位前部的横梁114的前端之间横向延伸。这样，压缩构件具有下部的U形部分，一对立柱从下部向上延伸并限定出大致的叉车车架形状，其具有由立柱116限定的尖齿。立柱116填满由后背框架立柱形成的凹部84并提供与后面框架70的上部80齐平的表面。
参考图1-4、16-19和36，第二压缩构件120设置在支柱的上部和下部88、90之间，并且具有和支承表面104、106邻接的上下表面122、124。第二压缩构件层具有中央通孔126，引导件96穿过该通孔设置。、
第一压缩层和第二压缩层由压缩格架构造112制成，压缩格架构造112由如上所述的结构性格架构造和/或实心构造支撑(或位于它们之间)。压缩层具有小于第一刚度的第二刚度，这意味着压缩层响应于在至少一个方向上施加到相同尺寸的材料样品上的相同的力，将会在至少一个方向上经受或承受更大程度的位移或偏转。在一些实施方式中，第一刚度比第二刚度大许多倍。在一些实施方式中，第二刚度是第一刚度的50％或更少。例如，所述刚度是可变的，例如所述格架构造的可压缩性可以更高，其方法是通过改变格架构造的取向使得菱形单元结构(图30)的长边垂直于负载FN，该负载垂直于表面。换言之，刚度是载荷方向和格架方向、格架构造尺寸(例如梁的直径)、体素密度(节点密度)以及与构成格架构造的材料相关的杨氏弹性模量的函数。一些示例性的材料是热塑性聚氨酯(TPU)，并且可以具有200ksi或更小的杨氏模量，而且在一个实施方式中为100ksi或更小，同时具有压缩特性与一些泡沫类似的压缩格架构造。压缩格架构造提供分布式的顺应性。压缩格架构造是可以响应于施加到其上的法向力FN而被压缩的，所述法向力是例如由支柱的上支承面104和下支承面106施加的，或者由坐在如图4、8和16所示的座位上的使用者施加的。如图1-12和16所示，压缩格架构造，例如梁，包括具有第一部分126和第二部分128的单元矩阵，第一部分126具有一层或多层单位单元，第二部分128具有多层单位单元，其中第二部分具有比第一部分更多的单位单元层，并且包括位于第一和第二部分之间的过渡区130。例如，梁的前部和横梁件具有很多的层数，从而响应于施加到其上的法向载荷提供更大程度的压缩位移。
参考图1-4、16-19和36，第二压缩构件120用作弹簧，当使用者坐在椅子上和斜靠在椅子上时，该弹簧被压缩，其由结构性格架构造和/或实心部件构成的上、下支柱部分88、90当导轨96在轨道98内移动时会压缩轴承表面之间的弹簧。第二压缩构件提供偏置力以抵抗座位的倾斜，并将支柱的上部和下部向远离彼此的方向偏置，以在无载荷时将座位返回到标准位置。特别地，由中间压缩格架构造限定的第二压缩构件连接到支柱的相对刚性的上部和下部88、90的第一和第二端部，第一和第二端部可在标准位置和压缩位置之间移动。中间压缩格架构造在对应于标准和压缩位置的标准构型和压缩构型之间是可压缩的，其中中间压缩格架构造在处于压缩构型时向第一和第二端部施加偏置力。当第二压缩构件达到最大压缩程度并在支承表面104、106之间触底时，支柱还将提供最大的倚靠/后仰的倾斜位置。
这样，包括第二压缩构件129的支柱86就具有了集成的运动学特性，该运动学特性被定义为影响或控制身体或身体系统的运动的特征，包括例如但不限于将两个或多个主体朝彼此靠近或远离的方向进行偏置、限制两个或多个主体之间的移动、和/或将两个主体锁定在一个或多个相对位置。应当理解，集成的运动学特性可以包括下面讨论的结构性格架构造、实心构造、压缩格架构造和/或蒙皮格架构造中的一种或两种，或者由它们中的一种或多种组成。
格架构造可以包括各种集成的运动学特性，例如用作偏置构件的第二压缩构件120。或者，参考图33和34，集成运动学特性可以包括运动限制器，例如倾斜限制器，其具有压缩构件134(格架构造)；当相邻的格架构造136、138邻接(图34)时，或当可延伸的格架构造(与压缩格架构造相同，但响应于拉伸力而膨胀)达到最大延伸度时，所述运动限制器触底。这种集成的运动学特性可以是任何格架构造，包括本文定义的结构性和压缩格架构造。
所述压缩格架构造可以包括核心单位以及具有沿着如图30及31所示的其最外侧表面的面的核心单位。
蒙皮格架构造
参考图1-7、20-29和37-49，用户界面构件144、344，或者称为蒙皮构件，被连接到压缩构件110的上部和前部表面、以及背框的上部80的前部表面。应当理解，在替代实施方式中，覆盖物可以位于在用户界面层上，例如装饰织物，并且可以包括设置在覆盖物和用户界面构件之间的泡沫层。蒙皮构件144、344跨越梁之间和立柱之间的开口148、150并形成座位构件201和靠背构件203，在它们之间具有凹形过渡区域205，其限定了就座表面。如图37所示，蒙皮构件344可以耦合到非格架的框架，例如座位框架360或靠背框架362，它们中的任一者可以包括横向隔开的相对侧构件364(靠背上的立柱366)和纵向隔开的前部和后部构件(靠背上的顶部和底部构件)，且侧面/直立、前部/底部和后部/顶部构件构成一个环形。蒙皮构件344可以备选地仅固定到侧面(直立)构件、仅固定到前部(底部)和后部(顶部)构件、以及侧面/直立、前部/底部和后部/顶部构件，或这些构件的任意组合。在所示实施方式中，单独的座位和靠背蒙皮构件分别附接到座位和靠背框架。蒙皮构件144、344由蒙皮格架构造146制成，该蒙皮格架构造146响应于施加到其上的法向载荷FN而抵抗剪切变形。因此，蒙皮格架构造可以吸收使用者的重量并将其通过开口148、150传输到间隔开的梁构件62、114、364和/或间隔开的立柱74、116、366。同时，蒙皮格架构造在垂直于在Z方向上施加的第二法向力的横向X和纵向Y方向上是可扩张的，这样蒙皮格架构造可以在传输由用户施加到梁和立柱上的载荷的同时发生偏转。覆盖横向隔开的梁之间的开口148和横向隔开的立柱之间的开口150的至少一部分蒙皮格架构造没有被任何其他结构支撑。
参考图20-29和37-49，蒙皮格架构造包括与多个连接器156连接的第一和第二层152、154。在一个实施方式中，蒙皮格架构造包括面向使用者的身体的多个间隔开的支撑构件158、以及背向使用者的多个间隔开的基座构件160，且所述多个连接器156或腿连接支撑构件与基座构件。第一层152包括多个支撑构件158，其限定了朝向和背离用户身体的相对的第一和第二表面162、164。相邻支撑构件在相邻支撑构件的侧面之间限定了开口166。
第二层154包括多个间隔开的基座构件160，其限定了朝向和背向用户身体的相对的第一和第二表面168、170。基座构件的第一表面168朝向支撑构件的第二表面164并且与该第二表面164间隔开，使得多个支撑构件和多个基座部分在它们之间限定出空间174。每个基座构件160位于由至少两个(优选3或4个)相邻的支撑构件158限定的开口166中的至少部分的下方，并且还位于相邻的支撑构件158中的一部分的下方。相邻的基座构件在相邻基座构件的侧面之间限定开口176。一部分开口176位于一部分开口166下方，在基座构件的侧面和支撑构件的侧面之间提供了穿过整个蒙皮格架构造延伸的贯穿开口181。多个连接器156穿过该空间并将每个基座构件160延伸并与至少两个相邻的支撑构件158连接，例如在每个支撑构件和基座构件的相应角部连接。支撑构件和基座构件在X和Y方向上都相互偏移1/2个单位。在一个实施方式中，每个连接器156限定了相对于相应支撑构件的第二表面的第一锐角Θ1和相对于基座部分的第一表面的第二锐角Θ2，在一个实施方式中Θ1和Θ2相等。连接器沿着远离角部并朝向它们所附接的相应支撑构件和基座构件的中心线的方向张开角度，与支撑构件和/或基座构件的侧面边缘形成角度β(例如，45或135度)。通过将连接器定向到朝向中心线的角度，支撑构件之间的空间或开口166的宽度、以及基座构件之间的空间或开口176的宽度可以达到最小，这样就在允许碎屑通过开口166、176的同时提供了尽可能连续的表面168。例如，开口166和176的宽度可以等于或大于0.5mm。此外，连接器156在张开角度时比垂直于基座延伸的连接器更长，并且以特定的间隔支撑构件。较长的连接器156与其角度相结合，可以提供更高的连接器柔韧性，并使得蒙皮构件144、344产生柔韧性/可扩展性。具有张开角度的连接器的蒙皮构件可以通过增材制造技术形成。相反，当连接器156基本上沿法向相对于(例如，垂直于)基座和支撑构件延伸时，如图39所示，蒙皮构件344可以更容易地通过常规模制技术，例如注模进行制造。
蒙皮格架构造146提供了分布式的顺应性。连接器156是弹性的并且可以弹性变形以允许连接的支撑构件158和基座构件160之间的相对运动。例如，蒙皮格架构造可以响应于平移力(由施加法向力产生的)在表面(例如平面)内压缩和膨胀，使得座椅结构在阵列平面内表现出柔韧性；但应理解，该表面可以例如在两个方向上弯曲为马鞍形，或在一个方向上弯曲为弓形，使得平移力在任何特定位置都与表面相切。特别地，连接器156弹性变形以提供相对的膨胀/压缩。压缩或膨胀可以在纵向和/或横向，或者其他方向上同时发生，这取决于包括连接器的阵列的布置方式。连接器的变形可以通过连接器的几何形状和/或材料中的一方面或两方面来实现。
蒙皮格架构造146也可以是柔性的，或者响应于弯曲力和扭转力而经受弯曲和/或扭转/扭曲变形。弯曲和扭曲可以围绕各个纵向和/或横向的轴线(位于弯曲表面内或与其相切)或围绕其他切向轴线同时发生，这取决于包括连接器的阵列的布置方式。相比之下，蒙皮格架构造相对较硬，并且响应于例如沿法向或垂直于弯曲表面施加的剪切力FN而抵抗变形。蒙皮格架构造146可以由比压缩格架构造更硬的材料制成，例如由聚丙烯或刚性TPU制成，在一个实施方式中具有200-300ksi的杨氏模量，或者其模量大于压缩格架构造的模量而小于结构性格架构造的模量。
用语“弹性的”或“可弹性变形的”及其变体或派生词是指主体例如连接器抵抗扭曲影响或应力、以及在应力消除时恢复其原始尺寸和形状的能力。这样，连接器156优选地不经受任何塑性(例如，永久的)变形。支撑构件和基座构件也可能经受一些弹性变形，尽管主要的变形或偏转，无论是平移还是枢转/弯曲/扭转，都是通过连接器156的变形来实现的。
支撑构件158的外表面162是齐平的，虽然蒙皮格架构造的整个表面可能限定出弯曲的、非平面的外表面。这样，尽管在支撑构件之间形成开口166，外部(朝向身体的)表面162也会向使用者呈现出视觉和触觉上的光滑表面。如图所示，蒙皮格架构造的外表面具有凸形的前沉降部分180、凸出的靠背上边缘部分182、凹陷的过渡部分184以及凹陷的座位和靠背构件部分。
参考图26A-29和39，连接器156为细长形状，显示为直线形的腿，其连接支撑构件的内部部分例如第二表面和基座构件的内部部分例如第一表面。例如，每个基座构件160可以位于相邻支撑构件158的四个角部下方，每个基座构件的角部连接到相邻支撑构件的角部。在本实施方式中，四个相邻的支撑构件限定了开口166，所述开口166被限定在它们的侧面之间，具有十字或X形的形状，并覆盖连接到其上的基座构件160。在一个实施方式中，至少一些支撑构件和/或基座构件具有四边形形状；并且在一个实施方式中，所有的支撑构件和基座构件都具有四边形形状。在一个实施方式中，至少一些支撑构件和/或基座构件具有矩形形状，在一个实施方式中所述矩形形状可以被定义为正方形。
如图13-15所示，至少一些，并且优选地为所有的基座构件160具有形成在其中心部分中的通孔172，通孔172至少位于由至少两个，并且优选为四个相邻的支撑构件158限定的一些部分的下方，同时还位于一部分开口166的下方。这样，通孔172、181提供额外的通风，同时还为蒙皮格架构造上沉积或溢出的碎屑(固体或液体)提供出口，该出口穿过相邻支撑构件之间的开口166，还穿过通孔172、181。在一个实施方式中，支撑构件和基座构件的第一和第二表面中的至少一些可以是平面，而在其他实施方式中，支撑构件和基座构件的第一和第二表面中的至少一些可以是弯曲的。
连接器156与支撑构件和基座构件相结合，允许或提供蒙皮格架构造的扭转或扭曲变形，同时限制或防止移动，例如剪切和垂直于表面的移动。如图所示，连接器可以配置为连接到四个支撑构件的四个腿156，基座构件与这些腿连接。同样地，连接器与支撑构件之间的开口166和基座构件之间的开口176相结合，允许实现各种运动自由度，包括平移(压缩/膨胀)、弯曲和/或扭曲/扭转。应当理解，具有三个腿156的连接器也可以连接三个支撑构件，例如图42所示，其具有位于图40所示的三个相邻支撑构件163下方的三角形基座构件161。如图43所示，可以简单地填充与基座构件161相邻的其他基座构件之间的空间，从而连接相邻的基座构件并省去连接器腿156，同时覆盖基座构件161和支撑构件163之间的通孔181。实际上，各种连接器可以构造成连接任意数量(2、3、4、...、n)的相邻支撑构件。支撑构件158可以具有不同的宽度，并且可以间隔开更大或更小的距离以限定不同尺寸的开口166。
参考图20-29、32、38和40，蒙皮格架构造，特别是第一层152，包括中心方面阵列186，其外围由周边阵列188界定。周边阵列188限定了围绕中心方面阵列186的整个外围区域的封闭环。在一个实施方式中，方面阵列186包括布置成多个行190、190'、190”、190”'、(例如在图21中显示为4行)…190n和多个列192、192'、192”、192”'、(例如在图21中显示为四列)…192n的多个间隔开的支撑构件158，其中每行具有相同数量(n1)的支撑构件，并且其中每列具有相同数量(n2)的支撑构件。应当理解，行数可以是任意数值，并且可以不同于列数，列数可以是任意数值。此外，至少一行具有第一宽度(W3)，而至少另一行具有第二宽度(W4)，其中第一宽度和第二宽度不同。同样地，至少一个列具有第一长度(L1)，而至少另一个列具有第二长度(L2)，其中第一和第二长度不同。应当理解，图21的说明示出了具有相同宽度的行和具有相同长度的列，但是这些都可以改变，例如图1-7、20-29、38和40所示。这样，当从Z方向观察时，蒙皮格架构造可以被构造成具有弯曲的侧边缘、弯曲的前边缘和弯曲的后/上边缘。此外，方面阵列在X和Y方向上可以是非平面的，并且至少一些行和至少一些列可以是非直线形的或直线形的。
参考图20-29、32和40，周边阵列188至少包括第一闭合环194，其具有第一和第二行196、196'的间隔开的支撑构件，这些支撑构件连接到方面阵列186的相对的最外端行190、190”'；其还具有连接到方面阵列186的相对的最外端列192、192”'的第一和第二列198、198'。外围阵列的第一和第二行196、196'以及第一和第二列198、198'被连接起来以限定所述闭合环194。这样，周边阵列的第一行和第二行包括nl个支撑构件，或者与方面阵列相同的行数；而周边阵列的第一和第二列包括n2个支撑构件，或与方面阵列相同的列数。方面阵列和周边阵列中的支撑构件158通过连接器156和下方的基座构件160进行连接。
在一个实施方式中，周边阵列188具有多个环，在图26A-27中显示为三个，其中每个环在第一和第二行中具有n1个支撑构件，在第一和第二列中具有n2个支撑构件；周边环具有至少一对第一和第二行，显示为三个，还具有至少一对第一和第二列，显示为三个，或者如图40所示的五行和五列。可以理解，周边阵列的角部包括一对角部支撑构件200，其连接到方面阵列的角部支撑构件202，这意味着需要三个连接器来将方面阵列角部支撑构件与周边阵列角部支撑构件连接起来，如图26B和42所示。由于添加了额外的周边阵列环，周边角部支撑构件被扩大以形成蒙皮格架构造的弯曲角部，但是每个环中的支撑构件的数量(从每行和每列中组合)是相同的。应当理解，周边阵列可以具有一个、两个或三个或更多个环194。这样，蒙皮格架构造可以配置有平缓弯曲的角部，具有相对较大的半径或曲率，否则这是无法实现的。
换言之，方面阵列186的最外围包括n3个支撑构件，其中n3＝2*n1+(2*(n2-2))。周边阵列的封闭环194具有n4个支撑构件，其中n4＝(2*n2)+(2*n1)。同样，周边阵列可以包括一个以上的环，每个附加环具有相同数量的支撑构件。例如，第二周边环可以围绕并连接到第一环，其中第二环具有n5个支撑构件，且n5＝n4。
参考图27-42和44-47所示，周边阵列的最外部的环过渡到实心或单层的边缘部分370。边缘部分370可以由柔性材料制成，或者可以是刚性的，并且被固定到下方的框架360、362，无论它是实心的还是由结构性的或压缩的格子结构制成的。例如，边缘部分可以固定到下面的框架360、362之一上。如果未被框架支撑，则边缘部分可以提供例如沿着座位前部与使用者接触的柔性周边构件，其中该座位前部支撑使用者的大腿或靠背的顶部。边缘部分可以从较厚的内部区域向较薄的外部区域逐渐变细。当周边阵列过渡到边缘部分时，在支撑构件和基座构件之间形成一些残余狭缝390、392。边缘部分还可以包括周向或外围环缘396或肩部，例如从其底部表面向下延伸，并围绕整个边缘部分或仅仅其某些部分延伸。环缘或肩部提供了一个界面以连接覆盖在蒙皮构件顶面上的织物，以及设置在其顶部上的任何垫子，例如采用缝合、粘合剂或其他类型进行连接。
在一个备选实施方式中，如图44所示，蒙皮格架构造的角部配置有分叉的角阵列。中央阵列可以具有十字形的形状，其中多个纵向延伸的列402与多个横向延伸的行404相交。该阵列包括中心区域406、一对间隔开的纵向区域408、410和一对间隔开的横向区域412、414，每个区域中的每一行(404、408、410)在该区域内具有相同数量的基座构件和/或支撑构件，并且每个区域中的每一列402、412、414在该区域内具有相同数量的基座构件和/或支撑构件。每个角阵列包括多个分叉区(例如，B1、B2、B3...)。在第一分叉区中，角部基座构件或支撑构件420具有连接到多个第一周边阵列422的外侧，例如包括从每一侧分叉或连接到每一侧的两个基座构件或支撑构件，即总共四个基座或支撑构件。第一区B1可以包括一个或多个第一周边阵列，在图44中显示为两个。在第二分叉区B2中，第一周边阵列中的每个基部或支撑构件具有连接到多个第二周边阵列424的外侧，例如包括从每一侧分叉或连接到每一侧的两个基部或支撑构件，即总共八个基座或支撑构件。第二区域B2可以包括一个或多个第二周边阵列，如图44中所示的四个。在第三分叉区B3中，第二周边阵列中的每个基座或支撑元件具有连接到多个第三周边阵列426的外侧，例如包括从每一侧分叉或连接到每一侧的两个基部或支撑构件，即总共十六个基座或支撑构件。第三区域B3可以包括一个或多个第三周边阵列，如图44中所示为五个。应该理解的是，虽然图44中所示的区域是图44包括区域B1、B2、B3之间的2:1分叉，但是其他比率，例如3:1或更大，也可以是合适的。边缘部分围绕阵列并与阵列一起模内成型。
参考图45-49，蒙皮格架构造的横截面构造或深度在横向和/或纵向方向上变化，并且腿156具有可变的长度(例如，11与12)，这导致蒙皮格架构造具有可变的刚度。中心区域482可以具有长度一致(11)的腿156，而边缘部分480是逐渐变细的，腿156随着它们接近边缘部分而逐渐变短。不同的区域可以配置有不同长度的腿156以使这些区域具有或大或小的刚度，例如，较长的腿位于具有期望的较低刚度的范围或区域(434、436、438)中，而较短的腿位于具有期望的较大刚度的区范围或区域(430、432)中。例如图48所示，例如当在座椅结构中支撑使用者的臀部时，可以使区域434的硬度低于其他区域430。如图49所示，通过改变腿156的长度和/或材料，例如在靠背的腰部区域横向延伸的靠背带460可以进一步被制作成比相邻区域470更硬。同样，身体支撑构件的任何部分450可以被制作成比其他周边/相邻区域470更硬(或更软)。最后，腿156可以被缩短以在蒙皮格架构造的顶部/底部或前/后提供可见设计(例如，450)。该设计可以采用任何形状或形式，例如可见设计450可以类似于或说明符号(例如，字母数字字符)、图片、品牌或公司标志，它们是结构的组成部分并嵌入结构中。
制造
结构性格架构造108(和非格架构造100、102)、压缩格架构造134和蒙皮格架构造146可以各自单独地和共同地通过增材制造方式制造。如果单独制造，不同的格架构造可以通过各种方法和材料连接，例如通过焊接、粘合(例如，使用粘合剂)或使用诸如螺钉的紧固件，和/或使用集成紧固系统，其中连接特性例如通过3-D打印被集成到格架和/或实心结构中。在一个实施方式中，整个身体支撑结构32，包括底座34、座位6和靠背8，可以通过包括例如3-D打印的增材制造方式一体成型为单个、同质的单元，尽管有需要时用于不同格架构造的材料不同。
参考图35，在一个实施方式中，结构性格架构造、压缩格架构造和蒙皮格架构造中的一种或多种是通过创建二维表面图或BREP(边界表示)来设计的，通过体素化地图将其转换为体积模型来配置一个三维(3-D)模型。一致的体素模型本质上是一个3-D矩阵，矩阵的每个元素代表一个体素。在3D打印中，体素表示三维空间中规则网格上的值，类似一个具有体积的像素。每个体素包含有限定了具有所需属性的结构的体积信息。如上所述，格架构造符合外部几何形状，其可以是任意的，例如结构性格架构造在沿着座位和靠背的不同方向上提供抗弯性和/或拉伸和压缩刚度，以及压缩格架构造沿着座位和靠背在不同方向上提供压缩特性；格架构造符合或遵循座椅结构的几何形状，以确保格架构造及其所得特性在整个身体支撑结构中正确定向。例如，一种体素模型包括假定逻辑值的体素，其中1表示实心空间，0表示空空间。在一个实施方式中，重复元素可以在区域中被镶嵌，格架在边界处被修整。蒙皮可以例如通过一体成型或3-D打印v被敷设到修整后的格架构造上，以改善格架构造沿着结构的最外边界的完整性和外观。
3-D模型可用于对3-D打印机进行编程以执行3-D打印或其他增材制造手段。因此，设计者可以快速且轻松地修改3-D模型，例如通过改变整个座椅表面和几何边界的尺寸、形状和曲率，以及通过修改格架构造和材料来改变每个结构的刚度和重量特性。整个身体支撑结构或其部件可以完全在一个地点制造而无需复杂的工具、组装过程或机械紧固件。此外，一个或多个组件或整个椅子的配置的更改可以通过编程更改来快速且轻松地进行，而不是通过复杂和昂贵的重装工具进行。
应当理解，整个身体支撑结构可以在没有任何机械互连的情况下制成，所述机械互连的定义为两个可相对于彼此移动并以锁定配置连接的部分，包括例如但不限于机械紧固件，例如螺钉和螺栓、卡扣配合的凸块或棘爪，这样就省去了各种组装步骤。例如，底座、座位和靠背可以在没有任何机械互连或紧固件的情况下组装，尽管应该理解的是其他辅助物品，例如扶手、平板电脑工作面、头枕等等可以连接到所述身体支撑结构，无论是通过机械互连、焊接、胶粘，或通过增材制造工艺集成这些功能均可。
非格架构造100、102还可以提供制造单独的零件或部件的位置和机会，这些零件或部件随后在这些位置接合，例如通过使插入部分从容纳在另一部件的空腔中的一个部件延伸出来，所述两个部件被进一步用粘合剂或其他包括机械紧固件的紧固系统连接。这样的构造允许通过增材制造方式制造更小的部件，同时仍然实现其所有益处，例如省去工具和机械紧固件，如螺钉和螺栓，尽管在一些实施方式中也可以使用这类紧固件。不同的格架构造也可以在生坯状态下单独印刷，然后将格架构造组装起来(彼此相邻设置或相互支撑)，其中在整个结构/组件被烘干后，其粘合或连接相邻结构，同时还设置了格架构造。另外或替代地，格架或实心结构可以包括集成特性，例如钩子、凸块或其他特性，它们可以接合以将一个组件或部分与另一个固定。
整个身体支撑结构或其部件可以完全在单个制造地点制造而无需复杂的工具、组装过程或机械紧固件。制造地点可以分散在不同的地点，例如最近的销售点或交付点，并且例如通过无线通信从远程地点接收3-D模型和指令。
身体支撑结构的操作
在操作中，使用者将力施加到身体支撑结构32，例如蒙皮格架构造146，其为使用者提供柔韧性和支撑，蒙皮格架构造通过抵抗剪切而膨胀并将载荷传输到间隔开的压缩格架构造的梁114。限定了沿座位前部定位的横向构件118的压缩格架构造为使用者的大腿提供柔软的、可压缩的支撑。同样，压缩格架构造的立柱116例如沿着腰部区域为使用者的背部提供柔软的、可压缩的支撑。使用者的LN载荷从蒙皮格架构造146转移到压缩格架构造134，然后转移到结构性格架构造，或直接转移到底层框架360、362。
当使用者在身体支撑结构中后仰时，弯曲区域210、212可以允许座位和靠背发生后倾，而支柱86向座位提供偏置力和最大的倾斜/后仰。
本文公开的各种座椅结构实施方式提供了柔软的外周边边缘，其允许使用者在不遭遇硬质接触点的情况下支撑和弯曲周边边缘。外围边缘是独立灵活的并且对负载有响应。各种格架构造可以被调整以优化和改变各类期望位置的支撑，例如但不限于靠背的腰部、胸部和骨盆区域，或座位的大腿和臀部区域。应当理解，尽管本文已经针对椅子结构描述了许多实施方式，但是相同的实施方式同样适用于其他身体支撑结构，例如床、沙发或车辆座椅结构。
尽管已经参考优选实施方式对本发明进行了描述，但是本领域技术人员将认识到可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下在形式和细节上作出改变。因此，这意味着前述详细描述被视为说明性而非限制性的，并且旨在限定本发明的范围的是所附权利要求，包括其所有等同物。

Claims (66)

1.一种身体支撑结构，包括：多个间隔开的支撑构件，其限定了相对的第一和第二表面，其中相邻的支撑构件限定了相邻支撑构件的侧面之间的开口；多个间隔开的基座构件，其限定了相对的第一和第二表面，其中基座构件的第一表面朝向支撑构件的第二表面并且与支撑构件的第二表面间隔开，使得多个支撑构件和多个基座构件限定其间的空间；每个基座构件位于由至少两个相邻支撑构件限定的开口中的至少部分的下方，并且相邻的基座构件限定相邻基座构件的侧面之间的开口；多个连接器穿过所述空间延伸并将每个基座构件与至少两个相邻的支撑构件连接；每个连接器限定了相对于相应的支撑构件的第二表面的第一锐角和相对于基座构件的第一表面的第二锐角。
2.如权利要求1所述的身体支撑结构，其中至少一些基座构件位于由至少四个相邻的支撑构件限定的开口中的至少部分的下方。
3.如权利要求2所述的身体支撑结构，其中所述开口中的至少一部分具有十字形的形状。
4.如权利要求2所述的身体支撑结构，其中所述多个支撑构件中的至少一些是矩形的。
5.如权利要求4所述的身体支撑结构，其中所述多个基座构件中的至少一些是矩形的。
6.如权利要求1所述的身体支撑结构，其中至少一些基座构件具有位于由至少两个相邻的支撑构件限定的开口中的至少部分的下方的通孔。
7.如权利要求1所述的身体支撑结构，其中所述支撑构件的第一表面和所述基座构件的第二表面彼此相背。
8.如权利要求1所述的身体支撑结构，其中所述连接器中的至少一些包括直线形的腿。
9.如权利要求1所述的身体支撑结构，其中所述第一和第二表面的至少一些部分为平面。
10.如权利要求1所述的身体支撑结构，其中所述第一和第二表面是弯曲的。
11.一种座位，包括如权利要求1所述的身体支撑结构。
12.一种靠背，包括如权利要求1所述的身体支撑结构。
13.一种身体支撑结构，包括：方面阵列，其具有布置成多行和多列的多个间隔开的支撑构件，其中每一行具有相同数量(n1)的支撑构件，每一列具有相同数量(n2)的支撑构件；至少一个行具有第一宽度，至少另一个行具有第二宽度，其中第一和第二宽度不同；至少一个列具有第一长度，至少另一个列具有第二长度，其中第一和第二长度不同；周边阵列限定了围绕方面阵列的闭合环，其中所述周边阵列包括连接到方面阵列的相对的最外端行的第一和第二行间隔开的支撑构件、以及连接到方面阵列的相对的最外端列的第一和第二列；周边阵列的第一和第二行以及第一和第二列是相连的，并且其中周边阵列的第一和第二行包括n1个支撑构件，周边阵列的第一和第二列包括n2个支撑构件；方面阵列和周边阵列中的支撑构件是相连的。
14.如权利要求13所述的身体支撑结构，其中周边阵列至少包括周边阵列的第一行和第二行中的每一个中的一对以及周边阵列的第一列和第二列中的每一个中的一对，其中周边阵列的第一行和第二行中的每一个包括n1个支撑构件，周边阵列的第一列和第二列中的每一个包括n2个支撑构件。
15.如权利要求13所述的身体支撑结构，其中所述方面阵列是非平面的。
16.如权利要求13所述的身体支撑结构，其中所述行中的至少一些和所述列中的至少一些是非直线形的。
17.一种身体支撑结构，包括：方面阵列，其具有布置成多行和多列的多个间隔开的支撑构件，其中每一行具有nl个支撑构件，每一列具有n2个支撑构件；方面阵列的最外围具有n3个支撑构件，其中n3＝2*n1+(2*(n2-2))；至少一个行具有第一宽度，至少另一个行具有第二宽度，其中第一和第二宽度不同；至少一个列具有第一长度，至少另一个列具有第二长度，其中第一和第二长度不同；周边阵列限定了围绕并连接方面阵列的闭合环，其中所述周边阵列包括连接到方面阵列的相对的最外端行的第一和第二行间隔开的支撑构件、以及连接到方面阵列的相对的最外端列的第一和第二列；周边阵列的第一行和第二行以及第一列和第二列具有n4个支撑构件，其中n4＝(2*n2)+(2*n1)；方面阵列和周边阵列中的支撑构件是相连的。
18.如权利要求17所述的身体支撑结构，其中所述闭合环包括第一环，所述周边阵列包括至少一个围绕并连接第一环的第二环，第二环具有n5个支撑构件，其中n5＝n4。
19.如权利要求1y所述的身体支撑结构，其中所述周边阵列包括多个同心的闭合环。
20.如权利要求17所述的身体支撑结构，其中相邻的支撑构件在相邻支撑构件的侧面之间限定开口，并且还包括：多个间隔开的基座构件，其与支撑构件间隔开而使得多个支撑构件和多个基座构件限定其间的空间，其中每个基座构件的至少一部分位于由至少两个相邻支撑构件限定的开口中的至少部分的下方，并且相邻的基部构件限定了相邻基部的侧面之间的开口；多个连接器在每个基座构件与至少两个相邻的支撑构件之间延伸并将所述基座构件与支撑构件连接。
21.如权利要求20所述的身体支撑结构，其中每个连接器限定了相对于相应支撑构件的第一锐角和相对于基座构件的第二锐角。
22.如权利要求20所述的身体支撑结构，其中至少一些基座构件位于由至少四个相邻的支撑构件限定的开口中的至少部分的下方。
23.如权利要求20所述的身体支撑结构，其中至少一些基座构件具有位于由至少两个相邻的支撑构件限定的开口中的至少部分的下方的通孔。
24.一种身体支撑结构，包括：具有第一刚度的结构性格架构造；由所述结构性格架构造支撑的压缩格架构造，其中所述压缩格架构造具有小于第一刚度的第二刚度，所述压缩格架构造可以响应于施加到其上的第一法向力而压缩；以及由所述压缩格架构造支撑的蒙皮格架构造，其中所述蒙皮格架构造对于响应于施加到其上的第二法向力的剪切变形具有抵抗力，并且其中蒙皮格架构造在垂直于施加到其上的第二法向力的方向上可以响应于施加到其上的第二法向力而扩张。
25.如权利要求24所述的身体支撑结构，其中压缩格架构造结构包括一对间隔开的梁，在它们之间限定了开口，其中蒙皮格架构造耦合到压缩格架构造并跨越所述开口。
26.如权利要求25所述的身体支撑结构，其中覆盖开口的蒙皮格架构造的至少一部分未被任何其他结构支撑。
27.如权利要求24所述的身体支撑结构，其中压缩格架构造包括单元矩阵，所述矩阵包括具有至少一层单位单元的第一部分和具有多层单位单元的第二部分，其中第二部分具有比第一层更多的单位单元层，并且包括第一和第二部分之间的过渡部分。
28.如权利要求25所述的身体支撑结构，其中压缩格架结构包括连接所述梁并位于接近座位部分前部的位置的横向构件。
29.如权利要求24所述的身体支撑结构，其中压缩格架构造包括内部核心格架和连接到核心格架并限定压缩格架构造的最外侧表面的面格架。
30.如权利要求24所述的身体支撑结构，进一步包括位于结构性格架构造的各部分之间的非格架构造，使得结构性格架构造是不连续的。
31.如权利要求24所述的身体支撑结构，其中所述非格架构造包括实心或管状结构。
32.如权利要求24所述的身体支撑结构，其中结构性格架构造限定至少一部分基座、连接到基座的座位支撑件、以及连接到基座或座位支撑件二者之一的靠背框架。
33.如权利要求32所述的身体支撑结构，其中基座包括具有地面接合部分的底座。
34.如权利要求33所述的身体支撑结构，进一步包括设置在基座和座位支撑件或靠背框架中的一个之间的支柱。
35.如权利要求34所述的身体支撑结构，其中所述支柱包括：间隔开的第一和第二端部，其分别连接到基座和座位支撑件或靠背框架中的一个；以及连接到第一和第二端部的中间压缩格架构造；其中第一和第二端部在标称位置和压缩位置之间是可移动的，中间压缩格架构造在对应于标称和压缩位置的标称构型和压缩构型之间是可压缩的；当处于压缩构型时，中间压缩格架构造对第一和第二端部施加偏置力。
36.如权利要求32所述的身体支撑结构，其中座位支撑件的前部在弯曲区域处枢转地连接到基座，其中座位支撑件从弯曲区域向后形成悬臂，并且其中靠背框架从座位支撑件向上延伸。
37.如权利要求24所述的身体支撑结构，其中蒙皮格架构造包括：多个间隔开的支撑构件，其限定了相对的第一和第二表面，其中相邻的支撑构件限定相邻支撑构件的侧面之间的开口；多个间隔开的基座构件，其限定了相对的第一和第二表面，其中基座构件的第一表面朝向支撑构件的第二表面并且与支撑构件的第二表面间隔开，使得多个支撑构件和多个基部构件限定其间的空间；其中每个基座构件位于由至少两个相邻的额支撑构件限定的开口中的至少部分的下方，并且其中相邻的基座构件限定相邻基座构件的侧面之间的开口，其中至少一些基座构件是连接到压缩格架构造；多个连接器穿过所述空间延伸并将每个基座部分与至少两个相邻的支撑构件连接。
38.如权利要求37所述的身体支撑结构，其中至少一些基座构件具有位于由至少两个相邻的支撑构件限定的开口中的至少部分的下方的通孔。
39.如权利要求24所述的身体支撑结构，其中结构性格架构造或压缩格架构造中的一个的至少部分是不连续的。
40.如权利要求24所述的身体支撑结构，其中结构性格架构造、压缩格架构造和蒙皮格架构造之间没有任何机械互连。
41.如权利要求24所述的身体支撑结构，其中结构性格架构造、压缩格架构造和蒙皮格架构造中的至少一者包括集成运动学特性。
42.如权利要求41所述的身体支撑结构，其中集成运动学特性包括运动限制器。
43.如权利要求41所述的身体支撑结构，其中集成运动学特性包括偏置构件。
44.如权利要求24所述的身体支撑结构，其中压缩格架构造包括热塑性聚氨酯。
45.如权利要求24所述的身体支撑结构，其中结构性格架构造包括聚丙烯。
46.一种制造如权利要求24所述的身体支撑结构的方法，包括通过增材制造方式形成所述结构性格架构造、压缩格架构造和蒙皮格架构造。
47.如权利要求46所述的方法，其中所述增材制造包括3-D打印。
48.如权利要求47所述的方法，其中所述3-D打印包括在单次3-D打印操作中一体成型所述结构性格架构造、压缩格架构造和蒙皮格架构造。
49.如权利要求47所述的方法，还包括通过创建二维表面地图并将该地图体素化以配置可操作用于对3-D打印机进行编程以执行3-D打印的三维模型，来定义结构性格架构造、压缩格架构造和蒙皮格架构造的一个或多个。
50.一种身体支撑结构，包括：基座结构、身体支撑构件和支柱；支柱包括分别耦合到身体支撑构件和基座结构的间隔开的第一和第二端部、以及连接到第一和第二端部的中间压缩格架构造；其中第一和第二端部在标称位置和压缩位置之间是可移动的，压缩格架构造在对应于标称和压缩位置的标称构型和压缩构型之间是可压缩的；当处于压缩构型时，中间压缩格架构造对第一和第二端部施加偏置力。
51.如权利要求50所述的支柱，其中第一和第二端部分别包括第一和第二格架构造。
52.如权利要求50所述的支柱，还包括连接到第一端部的引导件和连接到第二端部的轨道，其中引导件和轨道可移动地连接。
53.如权利要求50所述的支柱，其中轨道和引导件设置在压缩格架构造的内部。
54.如权利要求50所述的支柱，其中所述身体支撑结构包括座位和/或靠背中的至少一者。
55.一种身体支撑结构，包括：基座结构、以及耦合到基座结构的身体支撑构件；基座结构和身体支撑结构中的至少一个包括具有集成运动学特性的格架构造。
56.如权利要求55所述的身体支撑结构，其中集成运动学特性包括运动限制器。
57.如权利要求55所述的身体支撑结构，其中集成运动学特性包括偏置构件。
58.一种身体支撑结构，包括：多个间隔开的支撑构件，其限定了相对的第一和第二表面，其中相邻的支撑构件限定了相邻支撑构件的侧面之间的开口；多个间隔开的基座构件，其限定了相对的第一和第二表面，其中基座构件的第一表面朝向支撑构件的第二表面并且与支撑构件的第二表面间隔开，使得多个支撑构件和多个基座构件限定其间的空间；每个基座构件位于由至少两个相邻支撑构件限定的开口中的至少部分的下方，并且相邻的基座构件限定相邻基座构件的侧面之间的开口；多个连接腿穿过所述空间延伸并将每个基座构件与至少四个相邻的支撑构件连接，以及将每个支撑构件连接到至少四个相邻的基座构件；至少一些连接腿具有与其他连接腿不同的长度，其中至少一些被连接的支撑构件和基座构件之间的间距不同于其他被连接的支撑构件和基座构件之间的间距。
59.如权利要求58所述的身体支撑结构，还包括第一区域，其具有连接基座构件和支撑构件的较长的连接腿；以及第二区域，其具有连接基座构件和支撑构件的较短的连接腿。
60.如权利要求59所述的身体支撑结构，其中第二区域比第一区域更硬。
61.如权利要求58所述的身体支撑结构，还包括连接和围绕基座构件和支撑构件的边缘部分。
62.如权利要求61所述的身体支撑结构，其中边缘部分向外逐渐收窄。
63.一种座位，包括如权利要求59所述的身体支撑结构。
64.一种靠背，包括如权利要求59所述的身体支撑结构。
65.如权利要求64所述的靠背，其中第二区域限定了靠背的腰部区域。
66.如权利要求59所述的靠背，其中多个间隔开的支撑构件或多个间隔开的基座构件中的一者包括视觉显示器。
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