CN1192173A - 网格块材料 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种结构材料,它具有一线材网格结构或形式。该结构材料可以通过首先在一编织结构上进行编织的连续线材来生产。当线材被编入一平行线材阵列时,它随后就固定到位并分隔成若干线材段。随后将这些线材段布置到一个框架内。该框架以相对的角度来布置所述各线材段,从而使它们形成一矩阵或网络或网格。在生产的最后步骤中,各线材被焊接到一起,在该过程中可以例如采用一锻压机。或者,也可以这样来生产所述材料,即,先将各线材段保持在一对框架内,然后再将它们焊接起来。本发明的结构材料可以单独使用或者在形成一多层材料时多层地使用。

Description

网格块材料

发明背景

本发明是基于1993年3月18日提交的美国专利08/033,111号申请，并且是该申请的部分继续申请。

本发明涉及建筑材料或结构元件以及它们的制造方法。更具体地说，本发明涉及一种具有多维网格结构的结构材料或建筑材料及其制造方法。

已有技术的描述

在材料科学领域，寻求更轻、更坚固的材料是多年以来的一个主要任务。目前，在该领域的研究主要集中在金属、塑料和陶瓷材料的使用上。这些研究已使现有的技术有了很大提高。此外，还导致了很多新材料和新方法的诞生以满足现代社会在工程和经济上不断变化的需求。

在材料科学领域，对如何改善强度和重量比而言，近来主要将目光集中到基于碳氢化合物的聚合物材料以及相应的化学工艺。即使在某些选定条件下研制出的材料和方法是方便、有用或有效的，一般它们也不涉及需要更高级别的增强结构的问题。此外，利用基于碳的化学配制技术的金属、机械特性的重复或再现仍然是许多这类材料和方法的目的。结果，与更便于获得的金属建筑材料或结构元件相比，很多这些类型的材料只能显示出一种微小的改善。

                        发明概要

本发明的一个目的在于，获得一种高强度、低重量的建筑材料。

根据本发明的建筑材料的特征在于一线材网格结构。通常，所述线材网格是构造成一种三维配置且均匀堆叠的棱锥形式。每一棱锥是由在交叉或交错点之间相互联接的八个线材段组成。这些线材段是一连续线材的一部分。虽然材料是构造成用肉眼看来比较坚固或结实的形式，但实际上它是由一细线材的三维网组成。这些线材通常是由黄铜或不锈钢组成。较佳的是，所述材料是由直径为大约0.005英寸至0.1英寸(0.1mm至2.5mm)、长0.02至0.09英寸的结构部分组成。然而，根据本发明的材料并不限于上述的材料和线材的直径。特别是，本发明概念中的“线材”不仅仅指金属线材，它涵盖了任何类型的细长线材，无论这些线材的组成材料如何，只要根据实际需要对材料加以选择即可。然而，对于机械强度比上述金属线材弱的材料而言，与其它已知的结构例如单一的固体材料相比，本发明的结构可以使网格结构的强度和重量比显著地提高。还有，以上指出的线材的较佳直径范围能可靠地超出或缩减10倍。即使是直径为10μm至250μm的非常细的线材，也可能在制造非常稳定但是比较轻的薄壁构件时产生让人满意的效果。

根据本发明的一种由钢线材构成的材料的密度是实心钢材的五分之一，但它具有同等的强度。这种特性是由于多种因素造成的。例如，作用于所述材料的力是以一种与作用在传统尺寸的框架或支承结构上的力相同的方式来传递的。此外，线材的较小的横截面积会产生一个比较大的表面∶体积比。再者，各元件之间的隔离减少了材料中发生裂缝蔓延或其它缺陷，并有利于载荷的均匀分布或传递。最后，用来制造所述材料的线材的较小横截面积，即直径最好是小于0.01英寸(0.25mm)，会产生优良的强度特性，这是因为线材的小晶粒尺寸可防止裂缝蔓延。

在最通常的形式中，所述材料的特点在于，它是由一个三维网格结构组成，而不是一开始就太多关心所用材料的化学/物理特性。本发明源于这样一种考虑，即，一建筑材料应尽可能好地提供一结构材料的刚性或弯曲强度相对重量的比值。各构件即组成所述结构材料的线材，当然应该具有一良好的抗压和抗拉强度。在此，“线材”不必由金属材料制成，它们也可以由能相互焊接或粘接的塑料或天然纤维制成。实际上，通常借助金属线材可以达到较高强度，但利用例如塑料或天然纤维之类建筑材料使得在具有较高强度的情况下获得非常轻的重量成为可能，利用金属材料不能达到这一可能的轻的重量。

根据本发明的方法，设置了三组在每一组内平行的线材或细线材(包括非金属材料)，这些组是设置成一个位于另一个之上，并以10°至90°之间的一个角度相互对准，这些线材或其它细线材所构成的组在它们的交叉点上最好是通过焊接或粘接相互连接起来。在用这种方式制造出的一个平面的或平的结构材料的情况下，三组平行的线材或细线材形成了一个由若干个覆盖一定面积的相邻的三角形组成的结构。它们可以沿着若干个具有一定间隔的平行线折曲，最好是由平行线材组之一的线材来限定所述折线。不是想有所限制，只是为了简化说明，下文中将只采用“线材”这个词，这个术语还旨在包括非金属材料或意味着类似的非金属材料。

在较佳实施例中，由三组平行的线材制成的三角形网格结构可以从各线材组之一沿着相邻的线材以一种类似手风琴伸缩的方式交替折曲。这种折曲的网格从侧面看呈Z形，为了更好地加以区分，将折线的两个平面称作上平面和下平面。

根据三角形网格的不同结构，最好是采取特别的折角。所述折角表示在一个平面的折线之一处相交、并延伸至与之相邻的另一平面的两根折线的两个平面之间的夹角。

在本发明的特别好的一种变化型式中，折角这样选择的，即，上平面内各相邻折线之间的间隔以及下平面内各相邻折线之间的间隔严格等于沿着这些折线的线材的结点或交叉点的结间距离，或者至少这些折线和结点之间的距离相互之间是一种小的总数关系。这样就可能将两个折曲网格相互叠置，并可彼此相对地旋转90°，一网格的下平面的所有结点或在任何情况大多数结点可与另一网格的上平面的各结点对准，相邻网格之间的联接发生在这些结点之间。这样就能产生一个特别稳定的三维结构。

在本发明的一个特别好的实施例中，平面的网格是由若干个等边三角形组成，也就是说三个线材组相互之间都以60°的角度相交，这种布置最好是这样发生的，即，第三组平行的线材必须精确地沿着另两组的交点延伸，而另两组线材则不必是这种情况。

在这样一个实施例中，一个平面的相邻折线之间的间隔折角等于沿着各折曲线的结点的间隔，这样一种较佳的其数量是大约51.3°。

在另一个由此演化而来、在特定使用条件下较为有利的实施例中，所述网格结构是由三组相互对准的线材组成，因而形成了若干个非等边但是等腰的三角形，它们的侧边明显比底边长。这意味着两组线材之间的交角是一个小于60°的锐角，而第三组线材则与前两组线材形成了一个大于60°的角度并延伸过前两组线材的交点。于是，后来的第三组线材还形成了折线，与前面描述的实施例一样，通过折曲就能产生一个棱锥形的三维结构，在该结构中只缺少两个相对的底侧边。在后一个具有较佳折角的实施例中，最后形成的棱锥更高更尖锐，并且上、下平面之间的间隔也比前述的由等边三角形构成的实施例来得大。在这种情况下，根据组成相应平面网格的各三角形的精确形式，维持所述较佳的折角，就能将可相对垂直旋转的两个网格相互叠置，使它们的结点对准，并相互联接。借助这样两个相互叠置的、折曲的网格结构之间的联接，也可以产生一种带有完整底边的所需棱锥。然而，无论将要放到另一网格上的折曲网格情况如何，当平面网格欲精确地具有折曲网格的上或下表面之结点的结构时，平面网格还可以和折曲网格相互焊接。在上述的三角形网格的各种情况下，通过在上、下平面内的折曲可以制成矩形的网格结构，该方形网格结构并具有较佳的折角。特别是，根据本发明的结构还可以由若干层折曲网格来制作，在这些层之间可以有选择地结合一些平面网格的匹配层，例如矩形网格。如果在两个折曲网格之间安置一平面网格，所述折曲网格相互之间90°的旋转就可以被消除，并且在这种情况下，不必维持所述的较佳折角。

本发明的一个实施例涉及一初始元件，即平面网格的专门生产，所述平面网格是可以折曲的，并在若干个层内相互连接，以便形成最终的网格块材料。

为了简化平面网格的生产，根据该实施例，采用了一平面的或平整的网状材料，例如一金属片材，它借助冲切、腐蚀、钻孔或其它方法去除了一部分材料，因而所述网状材料的剩余部分就形成了一个紧密结合的网络或网格，就前述实施例的意义而言，可将网状材料的剩余部分看作是形成了一网格并在一单件内相互连接的若干“线材”。

与前述各实施例相比，后面的这个实施例特别具有下列优点：

1.最终的平面网格整个的厚度都相等，也就是说，在材料的“线材”的“交点”处的厚度等于这些交点或结点之间的厚度。

2.在制作过程中，可以不需要将若干平行线材组相互叠置、并使它们在交点处相互交叉和相互连接的步骤。所述连接从开始就存在于紧密结合的网状材料。

3.在网状材料内冲压或腐蚀掉相应的孔后保留下来的网状材料的“线材”或各个交织件不必沿连续的直线延伸，它们可以在网状平面的各结点处相互成一定的角度。因此，各结点也不必布置在三组相互交错的平行线上，而是可以实现更加复杂的结构，即实际上各个结点是依次沿着平行的直线布置，但所述直线可能需要是大于三组的平行线，以便描述所有结点的位置，或者是与用三组平行线材制成的材料相比小一些或大一些的间隔。例如，可以形成这样一种相对较复杂的结构：当从一由包括若干等边三角形的线材网格开始进行加工时，两组相交的线材实际上并不是直线延伸而是略呈Z形延伸，在各结点处相交成一定角度，并且同一组内的各相邻线材在相反的方向精确地成一角度，于是对一个组内的某一给定的线材而言，每隔一根线材才会沿着同一个Z形线的方向。由此获得的三角形网格不再由等边三角形组成，而是由斜三角形组成，但是将这些三角形的各个角度点放大来看仍具有等边三角形网格的对称性。

4.由网状材料制成的一网格的“线材”或细线材不必在其整个长度上都有相同的横截面积，而是例如可以在结点处宽一些以便获得加强。

此外，在平面网格或网络结构还可以有很多改进的可能性，这些改进当然是越大越好，以便所述结构具有可使网状材料沿其发生折曲的平行的结点线，以便这些结点线在折曲之后限定两个平行的平面，并便于这些平面与其它的在一连接平面内具有一相容结点结构的网格发生连接。在此，既具有相同的对称结构又在各结点具有相同距离的网格结构被称作是“相容的”，这样，两个需要相互连接的网格的相邻网格平面可以相互对准，或者在相邻的网格间至少具有相当大比例(例如10％)的对称和结点距离，以便相互对准进而相互连接。当相邻网格的结点不是相互连接，而是一个网格的一个结点在另一个网格的两相邻结点之间具有一连接用交织件时，上述方法当然可以用类似的方式加以应用。在此必须满足特定的对称和间隔条件，以便让连接点尽可能均匀地分布在整个连接平面上，从而使在接下来的使用过程中施加于材料的力可以均匀地分布和转移。

下文中另外还描述了两种用来生产由等边三角形组成的网格以及相应的折曲网格的方法。

按照第一种方法，本发明的方法包括：提供一装置，它能容纳一系列滑车，以及一其内布置了这些滑车的织机框架。接着，将细线材固定于所述织机框架，随后开始进行织造。在织造之后，各细线材被相互焊接起来。随后以所需的方式来使用如此获得的网或网状材料，或者是根据需要来定形以便制成一折曲材料。在本发明方法的一种变化形式中，可将本发明的材料制作成细长的段，并利用相配的固定和焊接的上层结构。然后可根据需要将这些细长段加以折曲或定形。下面将详细描述本发明方法的各个步骤。

先来看本发明的第一方法，在第一步骤中，安装一框架或拉幅框架以及各种滑车。这些装置是用来使线材在焊接之前保持保持一定的张力和正确的布置。拉幅框架是一个大致平的环，它具有三组带有T形狭缝并布置成120°间隔的相对的网。对滑车的上层结构加以测量和定形，以将它们装配到网或轨道或张紧框架上，滑车具有平行的成排的槽，以便抓住线材并将它们确实地保持在位。在下一个步骤中，制备织机框架，它是由三组设置在三角形平台上的带槽支柱构成。更精确地说，织机框架是这样制备的：它包括三个立柱或支柱，它们具有定位表面，在将线材从绕线架上拉下来之前，滑车的上层结构锁定在所述定位表面上。随着绕线框架或织机框架进而是支柱的旋转，线材通过滑车的槽连续地向下运行，在旋转一圈之后，线材运行到下一个深槽内。

一旦线材已经被布置到织机或绕线框架上，线材就会和滑车的侧面分开。然后，将滑车安装到先前制备号的框架上，从而形成线材网络或矩阵。随后，利用锻压机将线材矩阵的结点，即线材相互覆盖或相互叠置的各个点相互连接起来。锻压机可以对所有连接点加热并加压，从而在每个结点上都形成焊接。一旦所有的结点都相互连接起来，就可以将材料从滑车和张幅框架上取下。利用本发明的方法生产的平面材料可以被用于如建筑材料的隔离。作为一种变例，可利用一压力机、压力机压头和模具、或者是经过一组带锯齿的辊子对最终形成的材料加以弯折或扭折，从而形成折曲的网或以手风琴形式收折的网。后一种材料可以和该材料的平面网交替地层叠并连接，以形成一个较厚的三维材料。

在根据本发明的变化型方法中，开始时，一组线材是处在一第二保持架上。接着，一线材被布置到一第一保持架上。随后，第一和第二保持架移动成相互面对的叠置，使得第二保持架的线材被布置成相对第一框架上的线材大约成60°。在各交点上，第二框架的线材与第一框架上的线材焊接到一起。这种焊接可以根据需要在线材与线材之间以及线材组与线材组之间实现。当焊接完成之后，各线材在第二框架内被拉到前面，致使第一框架内的线材可移至一相邻的槽内。然后，在第一框架内布置一第二线材，并重复焊接过程。这一焊接过程要一直持续到生产出由两组焊接的线材构成的具有所需尺寸的子结构。

在本发明方法的下一阶段，将第三组线材焊接到上述的由两组线材制成的子结构上。接下来，将一线材布置到第一保持架内。然后，第一和第二保持架移动成相互面对的叠置，使所有线材都以一个大约为60°的角度对准。因此，这就意味着形成了一系列等边三角形。如上所述，焊接完全可以根据需要逐根线材逐个组地进行。当各线材的焊接完成之后，将最终形成的材料从保持架上释放下来。

利用本发明的变化型方法生产出来的材料也可以通过其本身的隔离而作为一结构材料或建筑物及建筑材料。可选择的是，这样生产的材料可以借助一压力机、压力机压头和模具、或者是经过一组带锯齿的辊子对最终形成的材料加以弯折或扭折，从而形成折曲的网或以手风琴形式收折的网。后一种材料可以和材料的平面网交替地层叠并连接，以形成一个较厚的三维材料。

在用于生产网格材料的另一种方法中，不限于在各组线材间形成一60°的夹角，它是将一系列平行的线材夹紧，随后使这些线材沿着平行于其长度方向的方向通过一焊接装置。这个对应的装置另外包含导线和/或夹紧装置以使第一组线材保持平行，并且还包含用于第二组平行线材的导向和夹紧装置，所述第二组线材相对前述第一组线材成一角度，这个角度可以是在10°至90°之间。最后，该对应的装置还具有一第三组导向元件或夹紧装置，借助它们就可以使第三组平行线材对准，从而延伸成为相对前面的两个组成一个10°至90°的夹角，最好是它与第一组所成的夹角等于第二组和第一组所成的夹角。在此，布置导向和夹紧元件是为了让三组线材在任何情况下都具有共同的交点或覆盖点。一焊接过程可以连续地发生，即，首先是在第一和第二组之间，然后在第三和第二组之间发生，但也可以在所有三个组或各单独线材之间同时发生。然后，将线材从相应的导向装置中提升出来，并相应于焊接装置的工作范围而移动一距离。

这样，就可以将线材组很简单地布置在相互叠置的层中，如果需要，它们也可以是相互编织在一起的，当然，这会使制造工艺更加复杂。

然而，在本发明原理的基础上，不但可以生产平面结构的材料，而且可以生产例如管子之类的三维的弯曲物体。对此，可以生产出例如上述的折曲网格，然后再把它弯折成管段。然而，在这种情况下，一个进一步折曲过的网格之类与一个或两个平面网格的连接只是在弯折之后发生在弯折成管子的折曲网格的内和/或外表面上。特别是在这种情况下，必须注意的是，在弯折过的折曲网格之内表面上的各结点之间的间距的曲率不同于在外表面上的情况。因此，较方便的是，平面网格和折曲网格是用不同网格测量方式生产的，这对于某一给定的管径而言可以使一弯折的折曲网格的各结点确实地对准。因此，最好是生产管径固定的特定产品，这样就可以产生相应大数量的相配的折曲网格和平面网格。

本发明其它的一般的和特别的目的部分是明显的，其余部分将在下文中变得清楚起来。

因此，本发明提供了一种方法和一种装置，它们具有若干步骤和结构特征，各部分的元件及布置的组合都是为了实现这些步骤。以下通过实施例作了详细描述，而本发明的保护范围是由所附权利要求限定。

                       附图的简要说明

为了更彻底地理解本发明的特征和目的，下面将结合附图对本发明作具体描述，在各附图中：

图1是本发明建筑材料的一实施例的立体图；

图2是图1所示建筑材料或结构材料的某一局部的放大俯视图；

图3是本发明结构材料的另一实施例的立体图，它具有一横截面为波状或凹槽状的结构；

图4是本发明结构材料的又一实施例的立体分解图，它具有图1-图3所示的本发明实施例的交错层；

图5是处于组装状态的图4所示本发明结构材料实施例的立体图；

图6是用来制造本发明结构材料的框架或拉幅架(tentering frame)，它使用的是本发明的第一方法，其中诸滑车和诸线材行将在某一位置被锻压；

图7是用来制造本发明结构材料的织机或绕线架(spool frame)的立体图，它使用的是本发明的第一方法，所述线材正被编织入诸滑车的某一部分上；

图8A和图8B是用来制造本发明结构材料的第一和第二保持架的俯视图，它使用的是本发明的另一种方法；

图9是由诸个小锐角的等腰三角形组成的平面网格；

图10示意性地示出了与一折曲过程有关的结构变化；

图11是一具有较佳折角经折曲的网格的俯视图，因此一平面的诸结点就形成了一方形网格；

图12是图11的某一局部的立体图；以及

图13示出了一由网状材料制成的网格。

                     较佳实施例的具体描述

下面将结合图1-图8，对本发明进行描述，其中相同的标号表示相同的部件，藉助本发明而实现的结构材料由10来示出。结构材料10是由一在各结点14处彼此相连的细线材部分12构成的网格或网而制成的。诸细线材部分12是诸个连续的线材16。

如图1-图5所示，结构材料10的特点在于由诸个细线材部分12构成的网格。如图1-图3所示，结构材料10的横截面可以根据预计的技术应用是平的或者是锯齿状。在图4和图5中示出了本发明的几个更大更复杂的实施例，结构材料10具有一种多层结构，它包括诸个采用三维设置的、均匀堆叠的棱锥18。每一棱锥18均包括八个线材段12，它们在结点14处彼此相连。在所有的这些实施例中，线材段12主要包括诸个由黄铜、不锈钢或EDM制成的线材。细线材12的直径最好在0.005英寸和0.01英寸[0.125-0.254毫米]之间。此外，线材段12的长度通常在0.02英寸和0.1英寸[0.5-2.5毫米]之间。一种目前认为较佳的线材材料是直径为0.08英寸[近似0.2毫米]，并且是由不锈钢制成的。

本发明还考虑到了用来制造结构材料10的几种方法。第一种方法使用了若干个将在下文中描述的框架或拉幅架22和织机上部结构(loomsuperstructure)26。另一种方法使用了如图8A和图8B所示的保持架70和72，用来制造本发明的材料。

在用来制造本发明材料的第一种方法的一开始，提供一设计得能容纳一系列滑车24的框架22。此外，预备一织机26，在最初的编织过程中可以将诸滑车24设置在所述织机内。在本发明方法的下一步骤中，安装一用来编织的连续线材16。然后，根据各种要求，将所述线材16拉入织机26内并进行编织。在编织之后，将线材或诸根线材16定位在框架22内并彼此相连，并通常是焊接在各线材部分12的结点或交点14处。然后可以根据具体需要来使用或者根据具体要求来成形由此得到的诸丝网或片材，以制造一多层的材料。下面将对本发明的各制造步骤进行具体描述。

在本发明方法的第一步骤，安装框架22和诸滑车24。如图6和图7所示，这些装置可以保持住诸线材或金属细丝16在焊接之前的张紧力以及具有正确的取向。通常，框架22是一平面式环35，它具有三组具有T形狭缝35的对置导轨或导向件30。诸导轨30以120°的夹角或间隔进行设置。因此，对该角度加以选择，从而当将三组具有从其延伸出来的诸线材或金属细丝16的滑车24设置在框架22内时，彼此相互叠置的诸线材部分12能形成多个等边三角形。

在每一种情况中，诸滑车24均有一具有表面33的第一部分32，所述表面具有一系列平行凹槽34，以容纳诸线材16并能将它们精确地保持在其位。在每一滑车24的可见侧上设置一第二表面37，从而可以将它安装在织机26的诸支柱38上，这将在下文中作更为具体的描述。每一滑车24还具有一构造得与第一部分32相适应的第二部分36。第二部分36具有一定的尺寸和形状，从而当完成了将在下文中描述的编织时所述第二部分可以嵌入诸线材。第一和第二部分32、36可以例如藉助使用机用螺钉、螺栓和其它专家们熟悉的固定装置而连接起来。

接下来，预备或制造一如图7所示的、包括三个位于一旋转的三角形平台40上的支柱38的织机26。每一立柱38具有一定位表面42，在将线材16编织拉入织机26内之前，诸滑车24的各第一部分32固定在所述定位表面上。支柱38上的诸定位表面42构造得可以固定诸滑车24，诸滑车上设置有诸凹槽的表面33向外转动。在运作中，诸滑车24上的第一部分32的每一第二表面37设置成与其中一支柱38的一表面相接触，以预备好用来编织的织机26。诸滑车24可以藉助例如机用螺钉、螺栓或其它专家们熟悉的固定装置而固定于诸支柱38。

在本发明方法的下一步骤中，为了将线材16穿过诸滑车24的诸凹槽34，转动编织框架26以及诸支柱38。具体地说，转动框架26，从而在转过一圈之后，线材16可以穿过每一滑车24的下一较深凹槽34。该步骤一直进行到诸滑车24的所有凹槽34都容纳了一部分线材16为止。在编织过程中，金属细丝16最好能保持一在0.05和0.2盎司[1.4-6克]之间的张紧力。在实施该方法时，在所有支柱38之间就形成了诸线材或诸线材16的一平行区域。在将该线材平行设置在织机26上或者绕线架上时，将每一滑车24的第二部分36设置在每一第一部分32上。然后，将线材16固定在其位以进行进一步加工。紧接着，将线材16分隔出来。更为精确的说，线材16是藉助例如使用一焊炬、沿着诸支柱38来分隔的。该工艺能制造出三个在一丝段48的每一端处均具有一滑车24的独立部分46。然后，将诸滑车24与诸定位表面42松开并传送至框架22。

在本发明的下一步骤中，将诸滑车24和线材段48安装在框架22上，并藉助使用一锻压机使各线材段48彼此相连。具体地说，是将诸滑车24定位在诸导轨30的各T形狭缝35内。将相同的T形狭缝35、滑车24和线材段48以120°的夹角安装在框架22上。采用方式来进行设置能制造出一由线材部分12形成的三角形网格，它具有多个等边形50的形式。每一三角形50均具有三个与其相邻三角形50共有的结点14。当所有的线材部分12都得到正确或适当取向时，利用一在该领域内为专家们所熟悉的锻压机，将热量和压力同时作用于所有的结点14。所述压机最好能提供一每平方英寸约为50磅的压力以及1250°的华氏温度。诸线材部分12的焊接最好是在真空下进行的。一旦所有的结点14都彼此相连，就将由此开始的结构材料10从框架22上取下来，并且如有可能的话从侧向块(side blocks)24上取下来。

图8A和图8B示出了可以用于本发明另一种方法的保持架70和72，以制造本发明的材料。根据图8A，保持架70具有一近似矩形的形状。在框架70的表面76内挖切有一系列凹槽74。对于本技术领域的专家们来说清楚的是：诸凹槽74的尺寸是由用来构造本发明的材料和网格的线材的尺寸来决定的。诸凹槽74彼此相互隔开地均匀分布在表面76上。通常，诸凹槽74之间的间隔距离是由所制造的材料和网格的所需特征来决定的。一般来说，诸凹槽74是以约0.03英寸和0.07英寸的间距而彼此隔开的[0.75毫米-1.8毫米]。诸凹槽74最好是彼此相互隔开约0.05英寸[约1.27毫米]。诸凹槽74彼此相互平行。在框架70的边缘80内挖切有一狭缝78，以确保能接触到电焊条(未示)。

根据图8，保持架72具有一多边形的形状，并且至少具有两条彼此之间夹有一夹角的侧边82、84。在此对保持架72的侧边82、84之间的夹角加以选择，从而当诸线材设置在框架72上时，诸线材相对于一设置在保持架70上的线材是以近似60°的夹角而排列的。框架72同样具有一系列挖切入其表面88内的凹槽86。同样，在此处，本技术领域的专家们也可以认识到诸凹槽86的尺寸是由用来构造本发明材料和网格的线材的尺寸来决定的。诸凹槽86在表面88上彼此相互均匀隔开。诸凹槽86之间的间距是由所制造的材料和网格的所需特征来决定的。一般来说，诸凹槽彼此相互隔开约0.03英寸至0.07英寸[约0.75毫米-1.8毫米]。诸凹槽86最好彼此隔开0.05英寸[约1.27毫米]。诸凹槽86是平行的。一藉助螺钉92而固定在位的凸缘90延伸过保持架72的一部分表面88。在使用中，凸缘90和螺钉92相互协作，从而它们固定或紧固那些设置在框架70上的诸线材。

在本发明另一种方法的一开始，将第一组线材设置在框架72的诸凹槽86内。一旦对它们进行设置，就将凸缘90设置在诸线材上并藉助螺钉92而固定。接下来，将一线材安装在离框架70的边缘80最近的凹槽74内，。然后使第一和第二框架70和72变成一彼此相邻的接触位置，从而使诸线材相互叠置并且彼此以近似60°的相对角度而对齐。保持在框架72内的诸线材最好能迭盖住保持在框架70内的线材。然后，将诸线材焊接在诸交点处。所述焊接作业可以根据其具体需要，而一根一根或成组地进行。

当对保持在框架70和72内的线材进行了焊接之后，移动局部结构或下层结构(substructure)，从而使框架70内的线材现在能静置在离边缘80更靠外的那一凹槽内或者下一凹槽内。然后，将一新的线材设置在离边缘80最近的凹槽74内，并重新开始所述焊接作业。采用这种方式，可以将保持在第一框架70内的诸连续线材设置在保持在第二框架72内的诸线材上。在本发明方法的下一阶段中，将第三组线材设置在根据上述方法制造的线材下层结构上。为了完成这种结合步序，再次将一线材设置在离框架70的边缘80最近的凹槽74内。移动第一和第二框架70、72，使它们彼此相邻从而再次接触，从而使所有的线材彼此相互叠置并且彼此之间以近似60°的相对角度进行设置。然后，再次将诸线材在各交点处焊接一起。所述焊接作业可以根据需要而一根接一根或者成组地进行。

当完成了诸线材的焊接时，将本发明的材料10从诸框架上取下来。然后根据各种具体要求，对材料10进行进一步的处理。

利用本发明的诸方法进行制造的结构材料10可以用在隔离作业之中，如图1所示的那样。作为任选的，所述结构材料也可以例如通过利用一压机、一压力机滑块和一压模，或者使它穿过一组锯齿辊而呈波状或者折曲状，如图3所示的那样，以形成波状的或者折曲状的丝网。如图3所示的结构材料10的折曲状或波状实施例最好被制造成：图1所示的平面式结构材料穿过一辊式压制机。所述辊式压制机具有一基本平整的突伸部分和一弯曲的返回部分。所述弯曲的返回部分沿着一条线条而与平整的突伸部分相切地接触。在运作中，结构材料10是沿着所述压机的突伸部分和返回部分之间的接触线而弯曲的。这种结构是较佳的，因为它可以将结构材料10压延在一起而同时它又是弯曲的或者是扭结的。

也可以利用藉助本发明方法制造的结构材料以形成一较大的多层结构，如图4和图5所示的那样。在本实施例中，图1所示的平面式结构材料10的交错层与图3所示的波状或折曲状的结构材料10相连。为了形成这种材料，首先将诸层彼此堆叠，如图4所示的那样。接下来，将疏松材料10设置在锻压机内并按照以上所描述的方法以及用来使结构材料10的各片层变形的方法进行焊接。

以下是用来制造本发明材料的步序的一说明性、非限制性例子。

                           例子1

在制造过程的一开始，在任一种情况中，都是将一线材的一部分插入那些挖切入一第二保持架的凹槽内(图8B)。将一根线材设置在一第一保持架的第一凹槽内(图8A)。设置在两保持架内的线材是由不锈钢制成的，并且直径为0.008英寸[0.2毫米]，并且由马萨诸塞州的Hingham市的All Stainless Co.公司进行制造。接下来，利用一笔直的边缘，使设置在第二保持架内的诸线材的端部对齐，从而使每一丝延伸超过所述框架大约0.01英寸。然后，使设置在第二保持架内的诸线材与设置在第一框架内的单根丝相接触。更具体地说，对诸线材进行定向，从而使第二保持架内的诸线材能以相对于第一框架内的丝为60°的相对角度进行延伸。

在所述方法的下一步骤中，使一焊条与第二框架内的诸线材和第一框架内的单根线材相接触。更为精确地说，将一焊条设置在每一交点处从而使它能将一个五(5)英镑的压力作用在每一丝转变点(wire transition)上。所述焊条与一电流源相连，从而可以获得一调节百分比在百分之一(1)至百分之九十(90)的范围内、以1％为递增的额定电流，也就是说，对于一个以六十(60)赫兹为周期的调节数来说(其中每一周期约为16.7毫秒)，在以一(1)个周期为步进的、一(1)至七十个(70)周期范围内。利用电源，在一(1)个周期内，可以将一占标准额定电流55％的电流供送在所述交点处。重复该过程直到所有的交点都彼此相互焊接在一起。在合成过程的结束阶段，再次将第一和第二丝的局部结构设置在第二框架内，并随后将一第三框架设置在所述第一框架内。在每一交点处，将一焊条设置成与诸线材相接触，从而使它们可以将一个五(5)英镑的压力施加在每一丝转变点上。利用上述电源，在一个周期内可以将一近似为百分之六十五(65)标准额定电流的电流供送至所述交点处。重复该过程，直到所有的交点都彼此相互焊接在一起。因此，可知本发明以一种有效的方式实现了上述目的以及从以上描述中显而易见的所有其它目的。具体地说，本发明提供了一种重量较轻的高强度结构材料，以及一种用于制造该结构材料的有效方法。

应予理解的是，还可以对上述构造和上述操作或制造步序作出各种不背离本发明构架的变化。因此，包含在以上描述中的每一部件在相关附图中予以示出，并且仅作为举例说明之用，而不应该被认为是限制性的。

还应予以理解的是，以下的权利要求书为此处描述的本发明所固有，它应能覆盖某些具体特征，并同样也能覆盖本发明构架的所有说明或本发明的保护范围，所述权利要求书可以基于表述方式而介于该两者之间。

图13示意性地示出了一作为一例子的平面式网状材料的某一局部，它已通过穿孔或蚀刻而具有规则三角形网格的结构。在俯视图中，被除去的诸区域近似呈角部被倒圆的等边三角形的形式，从而可以制造出相对于形成诸结点的诸细丝来说有所增强的诸结点或结表面(node surface)。点划线示出了通过折曲这样一种网格而可能形成的扭折线。

应予理解的是，在所述网状材料内的诸凹部基本上可以具有任何一种所需的形式和设置情况，因此不仅可以制造出所有形式的结构，所述这些结构也可以用平行的丝组来制造，而且还可以制造出更复杂的网格和网状物结构。从这样一种平面网格或网状物开始，它随后还可以被折曲并具有类似的网格或其它具有经折曲的或平面网格，并被堆叠成诸层，以由此制造出块状材料。

在图9中，示出了一平面网格的某一局部，其中三组丝1、2和3分别是彼此相互平行的，丝组2和3彼此之间以近似40°的角度相交，并且在任何一种情况中都与第三丝组1形成一近似70°的角度。

如果一折曲式网格是由该丝组制造而成的，则诸折线最好是沿着诸线材的第一丝组1而延伸的，并且第二和第三丝组2、3可以形成一棱锥结构。

在图10中，示出了在一折曲式网格的上、下平面4、4’内的所述结构的折曲过程的效果图。

首先，在图10的左下方示出了一由等边三角形构造成的平面网格。

从诸平行丝组中的一组丝组中选择出丝1、1’并用作诸折线。这种折曲作业可以藉助诸辊子、弯曲装置或压机来进行。在图10的左上方，示意性地示出了经折曲的网格的侧视图。诸线材1形成了一上网格平面4，诸线材1’形成一下网格平面4’。在图10左上方中还示出了作为两相交平面夹角的折曲角α，所述两平面相交在其中一折线处并通过其它平面的每一下一相邻折线。

在图10的右侧，示出了经折曲的网格的俯视图。为了能与所述平面网格有一个较好的比较，在形成上平面4的诸线材1上的四个网格点在所述平面网格中通过划圈来强调。在经折曲的网格的右侧也可以看到诸个被同样划圈的网格点，其中朝着诸折线1方向的距离没有改变，但是垂直于折线1、1’的距离却有所改变。事实上，在折曲式网格内的这种水平距离仅仅取决于折角α。利用一由诸个等边三角形组成并具有一六角形结构的平面网格，人们可以获得一种折角近似为51.3°的情况，其中由图1中a所示的诸网格点的水平间距，即同一平面4或4’的相邻折线的间距变得等于沿折线1、1’的诸网格点间的间距b。在图11中示出了这样一种情况。

在图11中，可以看到：在折过所述较佳角之后，上网格平面的诸结点形成一方形网格，并且还可以看到：在一些点处作有圆圈记号的、下网格平面的诸结点形成一形状相同的方形网格。为了更好地说明清楚这种立体结构，下网格平面的诸这些仅仅用虚线来画出，而类似于诸成形棱锥的诸侧缘的、上网格平面的诸折线是用连续线来画出的。

在图12所示的立体图中再次对图11中由5画出的区域进行了说明。在图12中，可以看到总共有十二个棱锥，诸棱锥的顶点藉助诸线材1而彼此相连，而在任何一种情况中，下平面4’的诸线材1’形成诸棱锥下平面的平行侧缘。采用这种形式，所述结构只能抵抗一个方向的弯曲，并且具有一较高的、用来抵抗围绕一在垂直于诸轴线的平面4或4‘内延伸的轴线而弯曲的抗弯形。但是，这样一种网格最初仍然具有一极小的、用来抵抗围绕一平行于诸折线的轴线而弯曲的抗弯性，因为在诸棱锥上，这些在图12中水平延伸的棱锥的下缘仍然是没有的。但是，如果人们采用一相同的主动式网格，并相对于图11和图12所示的网格转过90°，并随后将它放置在第一网格上，然后使其这些垂直于所示网格的折线1、1’而精确地延伸，可以使所述两网格彼此相对的设置，从而使形成诸棱锥的顶点或下角的诸结点精确地重合。如果诸网格以这种方式而相互焊接在一起，那么诸棱锥的诸顶点或基点在水平方向也是彼此相连的，并形成一能极好地抵抗扭转的结构。此处，可以将几个这样的层彼此焊接在一起，彼此相互错开90°。在各最低层上，其格子尺寸与棱锥基点尺寸相同的一个平面式方形网格可以被焊接在其上，或者仅仅是可以将一组垂直于折线1’延伸并且彼此之间距离与折线1’相同的、平行张紧的线材组(因此也与诸棱锥的下顶点相同)焊接在下平面上的诸结点位置，

当然，这种块状网格最上层的棱锥点也是如此，所述块状网格由几层组成，并且已藉助诸线材1而在一个方向彼此相连的诸棱锥点也是藉助一方形网格或一组相应的平行丝组而彼此水平相连。此外还应予指出的是，与此同时，每一棱锥的下顶点还形成了倒棱锥顶点，正如随后藉助图12而可以很方便地实现的那样。因此，诸棱锥点的连接与诸棱锥下顶点的连接是完全相同的。

当然，当将这些经折曲的网格的几层彼此相连时，就会牵涉到所有网格点的准确对齐，从而使那些位于相邻折曲网格的连接平面4、4’内的诸结点刚好彼此相抵。诸网格的折曲必须以一种相应准确的方式而预先进行。当两网格刚好彼此对齐时，在只有两个网格的情况中，所述焊接作业可以仅仅藉助一锻压机而进行，所述两网格分别从诸网格的一侧啮合入诸棱锥点。但是，在具有几层的上层结构中，这样一种工作方式就是不可能的了。但是如果诸网格制造得极其准确，并且是以一种精确配合的方式而位于彼此之上，那么也可以进行所述焊接，即：将那些具有大面积的焊条放置在诸网格的两条靠外的侧边上，一具有适当大小的电流冲动随即将流过所述两侧边，从而可以在它们的转熔点将两网格彼此焊接起来，从而可以形成一比剩余材料更大的电阻。

当然，也可以使用机械连接技术，诸如那些使半导体芯片与例如金丝接触而已知的技术。

如果不用一个或多个平面网格，或者除了这些之外，当然也可以将诸平板或薄片焊接或胶粘至折曲式网格的诸棱锥点和基点上。具体地说，它是作用于网格的最外层或者单层或多层网格。本发明的结构材料也可以用于气密和不透水的隔离墙或容器。

同样，独立于表面覆盖物或者除此之外。也可以用例如一种合成树脂或其它可流动的、最好是可硬化的物质来填满所述网格的诸中间空间。

Claims (35)

1.一种由线材，特别是细线材制成的网格结构，它具有第一、第二和第三组连续的线材段，这些线材段在它们的交点处相互焊接，第一、第二和第三组线材段中的至少两组是布置成相对另一组成大约60°，所述第一、第二和第三组线材段相互固定或连接，因而它们形成一个由若干个三角结构组成的连续的区域，所述各三角形结构是以一系列等边三角形的形式出现的。

2.如权利要求1所述的一种线材网格，其特征在于，所述第一、第二和第三线材段是由从黄铜、不锈钢和EDM所构成的组中选择的。

3.如权利要求2所述的一种线材网格，其特征在于，形成所述第一、第二和第三组线材段的材料的直径是在大约0.005英寸至0.01英寸左右(0.125mm-2.5mm)。

4.如权利要求3所述的一种线材网格，其特征在于，形成所述第一、第二和第三组线材段的材料的直径是在大约0.008英寸(0.2mm)。

5.如权利要求1所述的一种线材网格，其特征在于，所述第一、第二和第三组线材段的各交点之间的距离是在大约0.01英寸至0.1英寸左右(0.25mm至2.5mm)。

6.一种用于生产一线材网格特别是细线材网格的方法，所述方法具有如下步骤：

a)制备一框架，该框架具有环形形状，并至少有三组相对的导轨，这些导轨中的每一个具有一定的尺寸和形状，因而它可以接纳一滑车，所述的组和两相对的导轨是布置为相互之间成120°，

b)制备若干个滑车，这些滑车具有一第一部分，在其第一表面上具有一系列平行的槽，滑车还具有一第二部分，该部分是构造成能进入与所述第一部分的第一表面配合的状态，

c)制备一织机，该织机至少有三个位于旋转的三角平台上、并设有若干凹槽的支柱，所述支柱具有若干定位表面，它们是构造成能以一种可靠的方式接纳所述滑车的第一部分，

d)将细线材拉到织机中，并拉入处在所述滑车第一部分的表面内的各槽中，

e)通过使各滑车的第二部分与各滑车的第一部分的第一表面相配合并将邻近于各滑车的线材分开，将线材固定到各滑车内，

f)将各滑车固定到框架的相对的导轨组上，以便形成一个由细线材构成的线材矩阵，各滑车是安装在所述框架上，使得固定在框架上的各线材彼此相交成大约120°，所述各线材形成了一个由等边三角形子结构构成的区域，以及

g)将各线材焊接起来，从而形成具有平面结构的线材网格。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，它还包括如下步骤：对线材网格加以弯折，从而形成一个具有折曲结构或安置在各折线内的结构。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，它还包括如下步骤：一具有平面结构的线材网格的第一部分焊接于一具有折曲或收折结构的线材网格的一侧。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，它还包括如下步骤：所述具有平面结构的线材网格的第二部分焊接于一具有折曲或收折结构的线材网格的第二侧，所述具有折曲结构的线材网格的第二侧与所具有折曲结构的线材网格的第一侧相叠置。

10.一种用于生产一线材网格的方法，它具有如下步骤：

a)制备一第一框架，该第一框架具有一系列用于接纳第一组细线材的槽，

b)制备一第二框架，该第二框架具有一系列用于加纳第二组细线材的槽，

c)在所述第二框架的各槽内布置一组线材，并将该组线材固定在它们各自的位置上，

d)在第一框架的一槽内布置一线材段，

e)使第一和第二框架移动成相互接合状态，从而使第二框架的各族线材以一个60°的相对角与第一框架内的线材段对准，

f)将第二框架内的线材组焊接于第一框架内的线材段，

g)将各线材段连续地插入第一框架，并将线材段焊接于第二框架内的线材组，从而形成一焊接线材的子结构，

h)在第二框架内布置焊接线材的子结构，该子结构具有一保持在第二框架内线材组，并且所述线材段保持在第一框架内，

i)在第一框架内布置一线材段，

j)将线材的部分结构与布置在第一框架内的线材段相焊接，

k)在第一框架内连续地插入线材段，并将这些线材段与焊接线材的部分结构相焊接，从而形成具有平面结构的线材网格，

l)从第一和第二框架中去除线材网格。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，它还具有如下步骤：对线材网格加以弯折，从而形成一具有折曲或收折结构的线材网格。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，它还包括如下步骤：一具有平面结构的线材网格的第一部分焊接于一具有折曲或收折结构的线材网格的一侧。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，它还包括如下步骤：所述具有平面结构的线材网格的第二部分焊接于一具有折曲结构的线材网格的第二侧，所述具有折曲结构的线材网格的第二侧是布置成与所述具有折曲结构的线材网格的第一侧相对。

14.一种带有若干组平行线材的线材网格，其特征在于，所述网格至少有三组相互平行的线材，各线材组之间形成了一个至少为10°至多为90°的角度，各线材在它们的交叉点上相互焊接。

15.如权利要求14所述的网格，其特征在于，每一组线材内各线材之间的间隔以及不同线材组之间的相对角度是选择成：在每种情况下，三组线材内的每一线材均延伸过每一交点。

16.如权利要求14所述的线材网格，其特征在于，所述网格是以一种类似手风琴的形式收折的。

17.如权利要求16所述的线材网格，其特征在于，各折线是沿着各交叉点的平行排延伸的。

18.如权利要求17所述的线材网格，其特征在于，沿着垂直于各折线方向测量的所述折角和折曲部分的长度是选择成这样，即，在所述折曲网格的一平面内的各交叉点的格子尺寸是与一平面的、未折曲的网格的格子尺寸相一致。

19.如权利要求17所述的网格，其特征在于，所述折曲后的网格的一平面内各交叉点的格子尺寸相对于一平面且未折曲的网格的各交叉点的格子尺寸之比是比较小的。

20.如权利要求16以及涉及权利要求16的任一项权利要求所述的线材网格，其特征在于，在任何情况下，所述平面的、尚未折曲的网格的两个不同线材组之间的夹角是60°，各折线沿着一由平行线材构成的组延伸，所述折角大约是51.3°，因而在一折线上的各交点的间隔等于各相邻的折曲顶点或谷点之间的间隔。

21.一种纤维网格结构，所述纤维是布置在平行组内的，并且各组之间形成一至少为10°至多为90°的角度，其特征在于，所述纤维的至少一部分是通过在一平面网状材料上去除一些规则布置的区域而生产出来的。

22.如权利要求21所述的网格材料，其特征在于，所述被去除区域大致为若干个三角形形式，最好是带有圆角的区域。

23.如权利要求22所述的网格结构，其特征在于，所述各三角形是布置在至少两个组内，在任何情况下一个组内的各三角形的取向都是相同的，该两组之间的取向不同，一个组转过180°后即为另一组三角形。

24.如权利要求21至23之一所述的网格结构，其特征在于，至少一个原始网格是由一金属片材生产的。

25.一种用于生产一线材网格的方法，其特征在于，由平行线材组成的三个组是相互叠置或相互编织地布置，一组线材相对另一组线材所成的角度至少是10°至多为90°，各组线材在它们的交叉点处焊接在一起。

26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述各线材布置成：每一交叉点均有三个线材，也就是说在每种情况下每一线材均来自不同的组。

27.如权利要求25或26所述的方法，其特征在于，所述线材网格是以类似手风琴的方式收折的。

28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，平面的或折曲的若干个网格相互叠置成若干层，并在它们的各接点处的至少一部分上相互焊接。

29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，两个折曲网格最好是通过焊接而相互连接，并且相互之间可在转过90°后折曲对准。

30.如权利要求21至24中任一项所述的用于生产网格材料的方法，其特征在于，从一网格材料上去除若干个规则布置的区域。

31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述各区域是从所述材料上冲切掉的。

32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述各区域是借助腐蚀剂而从所述材料上去除的。

33.如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述各区域结构是通过光刻技术腐蚀而去除的。

34.如权利要求30至33之一所述的方法，其特征在于，将一金属片材用作所述网状材料。

35.如权利要求30至34所述的方法，其特征在于，在去除了若干平面区域并留下一规则的网格或网络结构后形成的网格材料可沿着相邻各结点的连线形成的平行结点线的最终网格或网络折曲。

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