CN209037710U - 增材制造运输结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一些实施例涉及一种增材制造运输结构。运输结构包括腔体，使用外部接口的部件被插入到腔体中。多个部件被装配并集成到车辆中。在实施例中，部件和框架是模块化的，使得在孤立故障的事件中能够维修和替换单个零件。

Description

增材制造运输结构

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年7月25日提交的名为“用于基于增材制造内骨骼的运输结构的方法和设备”的美国专利申请No.15/659,607的权益，其整体通过引用的方式明确地结合于此。

技术领域

本实用新型总体上涉及用于增材制造(AM)的技术，更具体地，涉及用于 AM运输结构和用作这种运输结构中的模块化部件的子结构的技术。

背景技术

增材制造(AM)工艺包括使用用于在“建造板”上堆积层状材料的存储几何模型，以制造具有由模型定义的特征的三维(3D)物体。AM技术能够使用许多种材料打印复杂部件。基于计算机辅助设计(CAD)模型来制造3D物体。 AM工艺可使用CAD模型产生固体三维物体。

一个这种方法叫做直接金属沉积(DMD)。DMD是一种使用激光熔化金属粉末从而将其转变成固体金属物体的AM技术。与许多其他AM技术不同，DMD 并不以粉末床为基础。相反，DMD使用进料喷嘴将粉末推入激光束中。然后激光使粉末金属熔合。虽然支撑件或者自由基衬底在一些情况中可用来维持结构稳固，但是DMD中的几乎所有粉末都转变成固体金属，因此留下很少的废粉末以回收利用。使用逐层策略，由激光束和进料喷嘴构成的打印头可扫描衬底以沉积连续的层。可使用此技术处理所有类型的金属材料，包括，例如，钢、铝、镍合金、钛、钴、铜等。

诸如粉末床熔合(PBF)的其他AM工艺使用激光烧结或者熔化粉末材料，然后粉末材料使粉末颗粒在目标区域中粘结在一起，以产生具有预期几何形状的3D结构。在PBF中可使用不同的材料或者材料的组合，例如工程塑料、热塑性弹性体、金属，和陶瓷，以产生3D物体。其他更先进的AM技术，包括下面进一步讨论的那些，也是可获得的或者是目前正在发展中的，并且各自可适用于这里的教导。

由于AM工艺持续改进，制造商越来越多地研究在其设计中使用AM部件的好处。尽管最近在AM特征(例如，建造板尺寸、打印速度和精度，以及基于AM技术的其他越来越复杂的特征)方面取得了进展，但是当与运输结构整体的尺寸相比时，AM在各种运输结构行业中的使用多半仍限于生产相对小尺度的部件。因此，使用AM来发展这种机构的更大的和越来越复杂的子结构的可能性在很大程度上仍是未开发的。

实用新型内容

将参考三维打印技术在下文中更充分地描述用于增材制造(AM)运输结构的技术的若干方面。

运输结构的一个方面包括3D打印框架，其具有构造为接受道路负载并在碰撞事件中保护乘员的结构；多个腔体，其通过3D打印框架突出，用于相应的需要外部接口的多个部件；和设置于3D打印框架的外表面上方的本体。

用于生产运输结构的方法的一个方面包括3D打印框架，该3D打印框架包括构造为接受道路负载并在碰撞事件中保护乘员的结构。

该方法进一步包括，在3D打印框架的外表面上方形成本体。

该方法还包括，将多个模块化部件装配到3D打印框架中，其中，3D打印框架包括多个腔体，所述多个腔体用于容纳多个部件的需要外部接口的部件。

将理解的是，对于本领域技术人员来说，增材制造运输结构的其他方面从以下详细描述中将变得显而易见，其中，通过例证仅示出并描述了若干实施例。如本领域技术人员将认识到的，增材制造运输结构能够具有其他不同的实施例，并且其若干细节能够在各种其他方面中改变，所有这些改变都不脱离本实用新型。因此，将附图和详细描述认为本质上是说明性的而不是限制性的。

附图说明

现在将在附图中通过实例而不是通过限制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种方面，其中：

图1举例说明了直接金属沉积(DMD)3D打印机的某些方面的示例性实施例。

图2举例说明了用于使用3D打印机增材制造物体的工艺的概念流程图。

图3A至图3D举例说明了不同操作阶段过程中的实例粉末床熔合(PBF) 系统。

图4举例说明了根据本实用新型的方面的多方面打印机(MAP)的概念图。

图5举例说明了具有根据这里公开的概念的内骨骼框架的增材制造(AM) 的车辆的侧视图。

图6A举例说明了具有根据这里公开的概念的鼻锥和金属本体的车辆的透视图。

图6B示出了图6A的运输结构的侧视图。

图7示出了在内骨骼类型运输结构中使用的安全单元架构的图示。

图8示出了3D打印件，其包括本体结构、上控制臂、下控制臂和3D打印铝组件的其他部分。

图9示出了使用在几何上不同的标称间隙在两个不同位置之间移动以实现不同的物理特征的控制臂的图示。

图10举例说明了带有在枢转轴线处安装到下控制臂的电动机的短长臂 (SLA)悬架几何结构。

图11举例说明了耦接到在枢转点处安装到下控制臂的电动机的麦弗逊支柱式悬架的一个实例。

图12A至图12C举例说明了带有安装在不同构造中的电动机的车辆的不同实施例。

图13示出了可在需要头部碰撞保护的地方增加的增材制造结构内饰。

图14示出了带有为了空气动力学、美观和行人保护而增加的外部面板的增材制造结构内饰。

图15是装配在车架中的增材制造仪表板的透视总览。

图16是3D打印仪表板的透视图。

图17是带有策略性地沿着车辆中心定位的氢燃料箱的车辆的平面图。

图18是本体下部碰撞结构的平面图。

图19是传统车辆封装的后剖视图。

图20是3D打印骨架燃料箱的后剖视图。

图21是举例说明了用于增材制造运输结构的示例性方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图阐述的详细描述旨在提供增材制造运输结构的各种示例性实施例的描述，并非旨在仅代表可实践本实用新型的实施例。在本实用新型中使用的术语“示例性的”表示“用作实例、例子，或者例证”，不应必须解释为比本实用新型中提供的其他实施例优选或者有利。为了提供将本实用新型的范围完全传达给本领域技术人员的充分且完整的公开的目的，该详细描述包括具体细节。然而，没有这些具体细节也可实践本实用新型。在一些情况中，可以以框图形式示出众所周知的结构和部件，或者将其完全省略，以避免使在本实用新型中提供的各种概念模糊。

本实用新型总体上涉及使用AM技术装配运输结构。在本实用新型的一个方面中，AM用来打印车辆或者其他运输结构的整个框架和本体。另外，可将组成运输结构的部件(发动机、挡风玻璃、灯，等等)作为模块化部件集成到运输结构中。也就是说，可将其经由许多互连装置、匹配的穿孔，或者螺母/螺栓连接而固定到车辆，但是当需要维修时，当希望升级时，或者当出现影响某些部件而不是其他部件的碰撞时，容易将其从运输结构和其余部件移除。

如下面示出的，增材制造技术与运输结构的模块化特性的组合可用来特别对运输结构增加价值和效率，一般是对制造工艺增加价值和效率。另外，这种技术可对用户提供独特的优点。这些点在下面更详细地提出。

将要受益于此所提出的特征组合的制造商包括那些实际上制造任何机械化运输工具的制造商，其通常严重依赖于复杂的且劳动密集的机器工具和模制技术，并且其产品通常需要复杂面板、节点和将与复杂机器(例如内燃机、变速器和越来越复杂的电子电路)集成的互连装置的发展。除了别的以外，这种运输结构的实例包括卡车、火车、轮船、飞机、拖拉机、摩托车、公共汽车、火车，等等。

增材制造(3D打印)。已经使用许多不同的AM技术来3D打印由各种类型的材料构成的部件。例如，直接能量沉积(DED)AM系统使用源自激光束或者电子束的直接能量来熔化金属。这些系统利用送粉和送丝。送丝系统有利地具有比其他主流AM技术更高的沉积速度。单通道喷射(SPJ)结合两个粉末撒布机和单个打印单元，以撒布金属粉末并通过明显没有浪费的运动以单通道打印结构。作为另一例证，电子束增材制造工艺使用电子束经由丝线进料沉积金属，或者通过在真空室中的粉末床上进行烧结来沉积金属。单通道喷射是另一种其开发者要求保护的比传统的基于激光的系统快得多的示例性技术。原子扩散增材制造(ADAM)是又一种最近发展的技术，其中，通过在塑料粘结剂中使用金属粉末来逐层打印部件。在打印之后，去除塑料粘结剂，并将整个零件立刻烧结成预期金属。

如所指出的，若干AM技术中的一种是DMD。图1举例说明了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将粉末流104a和104b推入到激光束106中，该激光束朝向可由衬底支撑的工件112指向。进料喷嘴还可包括用于使保护气体116流动以保护焊接区域不受到氧气、水蒸气，或者其他成分影响的机构。

然后通过激光106在熔池区域108中熔接粉末金属，熔池区域108然后可结合到工件112，作为沉积材料110的区域。稀释区域114可包括工件的使沉积粉末与工件的本身材料集成的区域。进料喷嘴102可由计算机数控(CNC)机器人或者机架，或者其他计算机控制机构支撑。可在计算机控制下沿着衬底的预定方向多次移动进料喷嘴102，直到在工件112的预期区域上方形成沉积材料 110的初始层为止。然后进料喷嘴102可立即扫描前一层正上方的区域以沉积连续的层，直到形成预期结构为止。通常，进料喷嘴102可构造为相对于所有三条轴线移动，在一些情况中围绕其自己的轴线旋转预定的量。

图2是举例说明了3D打印的示例性过程的流程图200。渲染预期的待打印 3D物体的数据模型(步骤210)。数据模型是3D物体的虚拟设计。因此，数据模型可反映3D物体的几何特征和结构特征，以及其材料成分。可使用多种方法产生数据模型，包括基于CAE的优化、3D建模、摄影测量软件，和照相机成像。基于CAE的优化可包括，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建模软件继而可包括多种商业上可获得的3D建模软件应用中的一种。可使用合适的计算机辅助设计(CAD)封装来渲染数据模型，例如以STL格式。 STL(立体光刻)是与商业上可获得的基于立体光刻的CAD软件相关的文件格式的一个实例。CAD程序可用来产生作为STL文件的3D物体的数据模型。于是，STL文件可经历一定的处理由此识别并解决文件中的错误。

在错误解决之后，可通过叫做切片机的软件应用对数据模型“切片”，从而产生一组用于3D打印物体的指令，该指令可与特殊的将使用的3D打印技术兼容且相关(步骤220)。多种切片机程序在商业上是可获得的。总体上，连同包含用于3D打印这些连续单独层以产生数据模型的实际3D打印图示的打印机特定指令的文件，切片机程序将数据模型转换成一系列单独的代表所打印物体的薄片(例如，100微米厚)的层。

与3D打印机和相关打印指令相关的层不需要是平面的或者厚度相同。例如，在一些实施例中,根据诸如3D打印装备的技术成熟度和特定制造目标等的因素，3D打印结构中的层可以是非平面的和/或在一个或多个情况中可相对于其各个厚度变化。例如，在一些示例性实施例中，可使用PBF来增材制造建造件，在此之后可应用DMD通过使用非扁平层结构和/或具有不同厚度的层来改变建造件的区域。

用于此目的的一种常见类型的文件是G代码文件，其是一种包括用于3D 打印物体的指令的数控编程语言。将G代码文件或者构成指令的其他文件上传到3D打印机(步骤230)。因为包含这些指令的文件通常配置为可用特定3D打印工艺操作，所以将认识到，许多格式的指令文件是可能的，这取决于所使用的3D打印技术。

除了指示将渲染什么物体及如何渲染该物体的打印指令以外，将3D打印机渲染该物体所必需使用的合适的物理材料使用若干传统的且常用的打印机特定方法中的任何方法装入3D打印机中(步骤240)。在DMD技术中，例如，可选择一种或多种金属粉末以通过这种金属或者金属合金使结构分层。在选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)，和其他基于PBF的AM方法(见下文)中，可将材料作为粉末装入到将该粉末供应到建造平台的腔室中。根据3D 打印机的不同，可使用用于装载打印材料的其他技术。

然后基于所提供的指令使用材料来打印3D物体的相应数据切片(步骤 250)。在使用激光烧结的3D打印机中，激光器扫描粉末床并在期望结构的地方将粉末熔化在一起，并且避免切片数据表明没有东西要打印的扫描区域。可重复此过程数千次，直到形成预期结构为止，在此之后从制作装置移除打印的零件。在熔接沉积建模中，如上所述，通过将连续的模型层和支撑材料应用于衬底来打印零件。通常，为了本实用新型的目的可使用任何合适的3D打印技术。

另一AM技术包括粉末床熔接(“PBF”)。与DMD相同，PBF逐层产生“建造件”。通过沉积粉末层并将粉末的部分暴露于能量束，来形成每个层或者“切片”。将能量束应用于粉末层的与该层中的建造件的横截面重合的熔化区域。熔化粉末冷却并熔接以形成建造件的切片。可重复该过程以形成下建造件的下一个切片，等等。每个层沉积在前一层的顶部上。形成的结构是从头开始逐片装配的建造件。

图3A至图3D举例说明了不同操作阶段过程中的示例性PBF系统300的相应侧视图。如以上指出的，在图3A至图3D中举例说明的特殊实施例是使用本实用新型的原理的PBF系统的许多合适实例中的一个。还应指出，图3A至图 3D和本实用新型中的其他图的元件并非必须按比例绘制，而是可为了更好地举例说明这里描述的概念的目的而绘制得更大或者更小。PBF系统300可包括：可沉积每层金属粉末的沉积器301、可产生能量束的能量束源303、可施加能量束以熔接粉末的偏转器305，以及可支撑一个或多个建造件(例如建造件309)的建造板307。PBF系统300还可包括位于粉末床容器内的建造底板311。粉末床容器的壁312总体上限定粉末床容器的边界，粉末床容器从侧面夹在壁312 之间并在下面与建造底板311的一部分对接。建造底板311可逐渐降低建造板 307，使得沉积器301可沉积下一层。整个机构可位于可封装其他部件的腔室313 中，从而保护装备，使得能够进行大气和温度调节并缓解污染危险。沉积器301 可包括：包含粉末317(例如金属粉末)的储料器315，和可使每层沉积粉末的顶部变平的轧平机319。

具体地参考图3A，此图示出了在熔接建造件309的切片之后但是沉积下一层粉末之前的PBF系统300。实际上，图3A举例说明了这样一种时刻,在该时刻,PBF系统300已经沉积并熔接成多层(例如150层)的切片以形成建造件309 的当前状态(例如由150切片形成)。已经沉积的多层已经产生粉末床321，其包括沉积但是并未熔接的粉末。

图3B示出了建造底板311可降低粉末层厚度323的量的阶段的PBF系统 300。建造底板311的降低导致建造件309和粉末床321下降粉末层厚度323的量，使得建造件和粉末床的顶部比粉末床容器壁312的顶部低一定的量，该一定的量等于粉末层厚度。这样，例如，可在建造件309和粉末床321的顶部上方产生带有等于粉末层厚度323的一致厚度的空间。

图3C示出了将沉积器301定位为在一定空间(该空间在建造件309和粉末床321的顶面上方产生并被粉末床容器壁312界定)中沉积粉末317的阶段的 PBF系统300。在此实例中，沉积器301在限定空间上方逐渐移动，同时从储料器315释放粉末317。轧平机319可使所释放的粉末变平以形成粉末层325，粉末层325具有与粉末层厚度323(见图3B)基本上相等的厚度。因此，PBF系统中的粉末可由粉末支撑结构支撑，粉末支撑结构可包括，例如，建造板307、建造底板311、建造件309、壁312，等等。应指出，粉末层325的举例说明的厚度(即，粉末层厚度323(图3B))比用于以上参考图3A讨论的包括350个之前沉积的层的实例的实际厚度大。

图3D示出了在粉末层325(图3C)的沉积之后能量束源303产生能量束 327且偏转器305施加能量束以在建造件309中熔接下一切片的阶段的PBF系统300。在各种示例性实施例中，能量束源303可以是电子束源，在该情形中，能量束327构成电子束。偏转器305可包括偏转板，其可产生使电子束选择性地偏转以导致电子束扫过指定待熔接区域的电场或者磁场。在各种实施例中，能量束源303可以是激光器，在该情形中，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所选择的待熔接区域的光学系统。

在各种实施例中，偏转器305可包括一个或多个万向节和执行机构，其可使能量束源旋转和/或平移以定位能量束。在各种实施例中，能量束源303和/或偏转器305可调节能量束，例如，当偏转器扫描时打开和关闭能量束，使得仅在粉末层的合适区域中施加能量束。例如，在各种实施例中，可通过数字信号处理器(DSP)调节能量束。

多方面打印。根据本实用新型的一个方面，为了使制造工艺流线化并将效率最大化，使用多方面打印。在许多情况中，使用多个制造工艺生产部件可能是希望的或者必要的。传统地，为了完成此结果，使用不同的专用机器。因此，例如，可使用基于DMD或者PBF的AM技术来部分地生产面板，然后面板的一部分可经历使用FDM或者喷射成型工艺的加工技术。另外，减材制造工艺也可能是必要的，例如，以从3D打印面板移除不想要的材料，或者进一步限定部件内的特征。

在此传统情况中，必须在不同的专用机器之间运输部件以经历多个不同的工艺。不同机器的使用可能是耗时的且低效的，并且可能会对零件的制造增加成本。当生产能力增加时，这些成本可能会大量增加。

在一个方面中，可将这些不同的功能组合到单个多方面机器中。在一个示例性实施例中，单个多方面打印机(MAP)包括两个或多个AM特征。在其他实施例中，该机器可包括各种减材制造(SM)功能。例如，MAP可包含由CNC 机器执行的功能。MAP可包括机械臂，其联接到用于从衬底上的部件切除材料的工具。机械臂可另选地构造为接收可操作为以执行不同SM程序的多个工具中的一个。

将多种技术集成到单个机器中可大幅增加制造速度和制造能力，同时降低另外从移动部件引起的劳动力的成本和用于购买专用AM机器的资本。另外，组合功能使得能够串行地或并行地打印部件，增加设计灵活度并进一步使得生产效率最大化。通常，可以以任何顺序执行MAP的AM和SM操作。

MAP可包括单个打印机，单个打印机具有使用多个打印头的单个打印区域，包括一个或多个DMD打印头，其可操作为同时打印多个区域。MAP在打印3D 结构时可用来实现更多的功能和更大的速度。MAP具有建立并实施局部PBF处理的能力。MAP也可增材制造AM操作所需的定制建造板。在一些实施例中， MAP可使用DMD来生产“建造板支撑件”，其附接到打印板并支撑所附接的建造板。这些建造板支撑件可附接在建造板下方，(如果希望的话)并可制造为可从建造板破裂以使得建造板能够变成打印结构的一部分。

MAP可进一步包括机械臂，其在需要PBF可用的特征尺寸和特性的区域中需要的地方引入建造板。MAP可包括另一机械臂，其可用来在更大的腔室中局部需要的地方引入建造板。然后机器涂覆臂在烧结操作之间可涂覆建造板和后续的层。MAP可进一步包括真空臂，其用于在操作完成时移除多余粉末，允许在PBF区域上进行DMD操作。

在一个示例性实施例中，打印头可在适当的地方通过DMD进行打印。在另一实施例中，MAP可包含熔接沉积建模(FDM)打印能力，包括FDM挤出机，其加热并喷射从用于打印热塑性塑料的FDM线轴提供的熔化细丝材料，及其理想地用于内部支撑和塑料可能是有利的功能的其他材料。

图4举例说明了根据本实用新型的方面的多方面打印机(MAP)400的概念图。参考图4，MAP可包括，如所指出的，在机械臂组件上用于3D打印DMD 结构的一个或多个DMD头或者涂抹器416。MAP可进一步包括PBF装备，例如电子束源或者激光束源。例如，PBF激光器414示出为设置于单独的机械臂组件上。PBF装备可进一步包括偏转器(未示出)、位于另一机械臂组件上的局部粉末涂抹器412，和FDM机械臂组件415。如上面指出的，在其他实施例中，在机械臂上可包括一个以上打印头或者涂抹器。另选地或者另外地，一个以上机械臂可包括支持相同技术(例如，DMD、PBF、FDM，等等)的打印头。还可能具有许多不同类型的、在一个或多个机械臂组件上使用的PBF技术(例如， SLS、SLM，等等)。

图4的一个或多个涂抹器和机械臂组件可在在所示实施例中包括PBF结构 408(已经在PBF结构408上形成更大的DMD结构410)的结构上执行操作。 PBF结构408可连接到由FDM和PBF形成的支撑结构406,该支撑结构用于支撑PBF结构408和DMD结构410。接着，将PBF结构408布置在局部DMD 建造板子结构404上，其进一步由更大的DMD建造板支撑结构402支撑。

MAP还可包括一个或多个用于铣削的工具。MAP还可在建造件的顶层上使用FDM以进行表面精加工。还可提供用于便于SM技术的结构，例如自动铣削工具，等等。

在一些实施例中，MAP可使用DMD打印结构，并且同时地或者随后地，增加带有建造板的部分和固定支撑结构。另选地，MAP可3D打印建造板，然后应用包含粉末的机械臂以在使激光器位于粉末床上方的同时实施PBF处理。激光器可指向镜子或者偏转器，其可以是移动的或者固定的。

MAP可广泛地适用于运输结构和其他机械组件的制造。例如，MAP可使用 PBF或者FDM(在塑料栅格板的情况中)打印位于不可压碎区域中的栅格板。 MAP可使用DMD打印金属车辆面板。MAP还可使用FDM来3D打印支撑特征。在弯曲面板的情况中，例如，可能需要FDM来打印对应的用于支撑面板的栅格结构。如以上指出的，FDM还可用来提供表面精加工以增加3D打印零件的质量。在其他实施例中，MAP可使用FDM和PBF技术的组合来3D打印支撑材料。这些支撑件可选地可在所打印物体上进行AM处理之后破裂。

在另一示例性实施例中，MAP可包括喷射成型能力。喷射成型是使液体金属流惰性气体雾化成各种尺寸的液滴(10-500微米)，然后通过快速流动的雾化气体将液滴从雾化区域驱离。收集液滴并使其凝固成一致的、几乎完全致密的预成型件的衬底会使液滴轨迹中断。通过衬底相对于雾化器的连续移动，可生产多种几何形状的大的预成型件，包括刚坯、管子和条带。用于喷射成型的机械臂的增加对MAP提供了又一附加的多功能性。

进一步，如上所述，MAP可包含一个或多个SM过程。例如，MAP可包括 CNC计算机控制臂，以在需要的地方用于精确地移除材料或者结构。

另外，MAP可包括多个臂和/或打印头用于以更快的方式执行相同的AM功能。例如，MAP可提供多个DMD打印头以并行地执行金属沉积，或者提供一个以上能量束以实施多个PBF过程。

多个执行独特功能的机械臂的可利用性还使得能够并行地进行其他AM处理。例如，在制造面板中，面板的一个部段可经历PBF处理，同时，已经应用 PBF技术的另一部段可同时经历喷射成型。也可串行地3D打印零件，一个过程立即在另一个之后，没有与使部件移动到另一打印机或者另一生产区域相关的延迟。

MAP可在执行与MAP的每个不同能力对应的指令的中央处理系统、控制器或者计算机的一般控制之下。处理系统可操作以使此代码集成在一起，以提供有意义的指令顺序，该指令将多个MAP的能力包含在一个整体制造操作中。在其他希望的实施例中，MAP可包括用于使用单独的AM或者SM技术的多个模式。例如，MAP可在FDM打印模式中使用以增材制造多个专有的基于FDM 的物体。为了完成此目标，处理系统一般可包括多种处理模式，由此对于特定应用使用MAP的不同能力。在希望效率或者作为渲染特殊物体的固有希望的方面的地方，这些模式还可包括同时使用多个MAP特征的特定模式。

增材制造零件的能力使得制造商能够产生在传统的制造工艺中得不到的形状、构造和结构。进一步，预期AM技术中的进展会继续。打印速度正连续增加。还看到3D打印机的形状因子已经有规律地发展。这意味着，除了别的以外，与待打印的部件的尺寸相比，建造平台的面积正变得越来越大。建造板和打印机外形的发展可继续在尺寸、速度和复杂度上超过前所未有的边界。用作产生 AM结构的基材的候选材料和化合物的可用性和适用性同样增加。总而言之， AM的多功能性可继续有利地影响复杂的机械组件(例如这里描述的车辆)的制造。

模块化。在一些示例性实施例中，运输结构的设计和制造本质上可以是模块化的。模块化车辆是那些通过将多个离散系统连接在一起来装配以形成一个车辆的车辆。与传统的车辆不同，模块化车辆提供可定制性的自由度。为了功能和美观的目的，可轻松地移除复杂的零件和控制台，并可以直接的方式增加新的零件和控制台。因为AM技术不是工具密集型的，所以AM可用来通过有效地制造多种与顾客需求和要求保持步调的定制化设计，而促进模块化系统的发展。

AM还提供模块化处理，其具有定义并建造复杂且有效的限定模块之间的分隔或者边界的接口特征的能力。这些特征可包括凹口、榫舌凹槽技术、粘合剂、螺母/螺栓，等等。对车辆实施模块化设计的另一优点是易于维修。模块化设计确保易于接近实际上车辆中的任何部件。在碰撞的事件中，可简单地更换受影响的模块化块。这些块也可与其余的结构共同打印以节约装配时间。这些块甚至可包含原地扫描和观察，以确保模块的精确结合和维修。

可在一些有限的方面中考虑车辆的模块化设计，例如乐高块。增材制造技术为顾客提供实际上定制每个块的机会。为了安装更高性能的动力传动系，移除旧的动力传动系并安装新的动力传动系，通过将其在合适的接口处连接到车辆的其余部分来实现。也可简单地更换外部面板，这继而提供了改变车辆的整体外观的能力。

使用上述模块化技术，可使车辆制造和操作会变得非常有效。用户可将其车辆保持更长时间，因为其具有在任何时候定制车辆外观、系统和性能的选择。车辆的骨架可保持相同，同时新的系统替换旧的系统。可只从车辆取出内部控制台以为将插入的新的、高级的控制台提供空间。用于这些控制台的安装座将是3D打印的，并且将容易使连接端口与模块匹配。

所替换或者损坏的模块可回收利用，以回收用于在AM过程中使用的原材料。因为整个零件是增材制造的，所以在回收处理过程中具有最小的材料损耗。回收的材料进入3D打印机以制造新铸造的零件。在回收利用基本上所有旧零件中的这些类型的能力可明显地增加汽车行业的对应相关方面的效率和灵活性。

使用模块化设计方法，可将AM车辆装配为一组经由一些如以上指出的用于使部件附接在限定边界处或者过渡处的互连装置集成在一起的3D打印部件和非打印部件。不需要改变车辆的其他部件便可增加和移除各个部件。使用模块化方法，可将车辆认为是一组可替换的可经由标准互连装置连接到功能运输结构中的装配零件。

如这里描述的模块化包括可共同打印车辆框架(例如，内骨骼)、本体和集成部件的实施例，其中,组成车辆的共同打印的零件可进一步构成更小子结构的设备。装配工件本质上是模块化的车辆可提供许多附加优点。如以上指出的，车辆的框架和其他部分可由使用一个或多个互连特征的联接在一起的多个组成零件限定。这种互连特征可包括螺母和螺栓、螺钉、夹具、搭扣式接合装置，或者其他机械附接机构。模块化部件还可包括穿孔、用于适应钻孔的凹陷、榫舌凹槽连接或者其他公母互连，和由螺栓孔限定的再附接机构。在一些情况中，粘合剂可能是希望的。可以以可使得能够分离和回收组成的模块化零件的方式来共同打印包括框架的结构。

在另一实施例中，可在单通道中或者在几个渲染中打印车辆的整个框架(和可选地集成在框架内的其他零件)。如果将框架进一步细分成更小的模块，那么可打印框架的更小的零件。在某些实施例中，这种模块化框架结构可使得更容易接近车辆的位于框架下方的零件。

这里描述的模块化方法提供了许多超过现有方法的优点。归纳起来，这种优点的非排他性列表可包括：

1.设计和制造简化。可使用与模块化设计相关的AM技术来简化并流线化设计和制造运输结构的整个过程。通常，与3D打印车辆及其组成部件相关的成本和时间，及与将部件集成并装配到车辆中相关的成本和时间，比与传统的机加工过程相关的成本和时间小得多，该传统的机加工过程包括很大程度上定制化的设计和专用的制造基础设施(例如，排他地专门用来生产运输结构的各个模块的装配线)。

2.打印部件和非打印部件的集成。以模块化分段来3D打印车辆还允许制造商在设计过程期间定义打印部件和任何非打印部件之间的过渡。然后可使用这些过渡装配车辆，使得可将非打印部件当做类似打印部件的模块化部段。这便于之后的影响各个部件的维修和更换程序，包括车辆内的非打印部件。

3.简单部件到复杂部件的可利用性。主要通过传统的机加工和加工技术生产零件的制造方法受到部件的容许复杂度的限制，特别是对于设定的价格范围来说。传统地，基于复杂设计的车辆部件需要使用定制模具和增材制造步骤，这可能会增加成本。通过使用3D打印技术，可使用模块化设计和增材制造，以简单且节约成本的方式，实现使用传统的机加工技术另外地不实际或者不可能生产的复杂且精致的形状。进一步，可使整体设计的复杂度和精致度分解到各个部件中，可比覆盖多种功能的更大的部件更简单地管理这些各个部件。

4.部件的可互换性。在售出车辆之后，可升级零件以包含更新的特征或者增加的功能。不管部件的复杂度如何，AM的使用都使得能够以直接的方式生产部件升级，并通过移除旧部件且使用标准互连机构将新部件装入合适位置，而将其简单地装配到车辆中。在一些实施例中，可使用“搭扣”技术或者其他为了易于可互换而特殊设计的互连装置，来使新部件的装配简单。具有标准互连装置(包括可用于电气管道、流体输送，和其他复杂特征的互连装置)的可替换部件的组合促进易于可互换性。车辆的用户可获得对车辆的升级，而不用必须引起对与定制互连装置相关的劳动力费用，和对车辆的其他不相关零件的明显改变。

5.易于维修。车辆的模块化设计简化了对由于磨损和碰撞事件中的撕裂或者损坏而导致的降级的零件的维修。传统地，当车辆卷入影响部件的某一子集的碰撞时，维修过程需要用附加部件替换受影响的部件。对另外不受影响的部件(例如车辆面板和前段)的这些替换升高了维修成本。这是因为在传统的缺少模块化特征的车辆中，各个部件通常构造为单个较大的且不可分离的部件，其包含多个可能不相关的特征。在其他情况中，如果各个部件中的任何一个受损，那么这些各个部件通常以需要大量替换所有这种部件的方式而与相邻部件相连。例如，在涉及传统的非模块化车辆的事故的过程中，如果危及单个侧面板，那么也可能必须替换与受损侧面板不可分离的相邻面板。相反，使用模块化设计，仅需要替换受影响的侧面板，相邻面板不受影响。总而言之，如果车辆的一个模块受损，那么可提供替换模块，并且简单地通过用新的零件替换受损模块来维修车辆。

6.过时的或者停产的部件。在制造行业中，零件可能变得过时和废弃。这可能大幅度限制对需要废弃零件来实现维修过程的车辆拥有者的选择。如果不再生产零件，特别是像定制车辆或者不太流行的型号的情况一样，可能需要使用传统加工从头重新制造零件。相比之下，这里描述的运输结构的模块化性质意味着可基于原始的CAD数据模型来简单地3D打印过时的或者废弃的部件(然而其是复杂的或者独特的)。然后可将该零件装配到车辆中。

7.升级：改变外观和感觉。比如以上所述的用于受损或者受影响零件的维修和替换过程,模块化更一般地对拥有者提供车辆的易定制性。此定制包括改变车辆的外观。在一个实施例中，可用更新的AM结构整体替换现有的多面板组件。可经由简单的互连装置构造并装配更新的和更现代的面板以替换更旧的面板。这种面板和相关的结构可具有范围从琐碎的到精致和复杂的设计。不管下层零件的复杂度如何，模块化都使得可能能够以可管理的成本明显地改变车辆的外观。

除了美观以外，拥有者可通过更换发动机或者其他这种零件来选择增加车辆的性能。AM的能力与如应用于发动机、变速器、传动系，和其他与性能相关的结构的模块化部件的使用一起，促进易于以与为了美观目的的升级几乎相同的方式进行性能升级。

简而言之，使用如上所述的AM能力和模块化建造技术，可简单地制造3D 打印车辆部件，并且以后必要的时候重新打印和替换。不管其复杂度如何或者不管其当前是否可在库存中获得，都使得维修和替换是可能的。可制造定制模块化面板和其他具有独特形状的零件，并将其装配到AM车辆中。与如果一个零件在碰撞过程中受损则也需要替换汽车的相邻零件的传统技术不同，将使用这里的技术替换的零件可限制于受碰撞影响的那些零件。

将认识到，在其他实施例中，面板和具有模块化特征的其他零件不限于是 3D打印的，但是在必要的或者希望的地方，也可使用其他技术构造，包括使用加工或者模制技术，或者其他非AM技术。相反，将认识到，在另一些涉及具体条件或者制造标准的实施例中，某些AM零件不需要由模块化特征限定。

在本实用新型的一个方面中，增材制造整个运输结构。为了本实用新型的目的，使用车辆的AM技术用来证明这些先进制造技术的能力。然而，使用如在本实用新型中概述的基本上类似的原理，本领域有技能的专业人员将认识到，这里描述的技术可同样力度地延伸到其他类别的运输结构——仅列举几个，飞机、火车、公共汽车、轮船、摩托雪橇、摩托车，和航空器。

在一个示例性实施例中，运输结构可包括一组通用部件。在示例性实施例中，这组通用部件可包括部分地或者整体地集成在框架内的部件。在实施例中，这组通用部件，例如，可包括位于框架内部或者部分地或完全地位于框架外部并以其他方式联接到框架的部件的子集。在一些实施例中，这组通用部件还可包括并非必须集成在框架内但直接或间接地附接到或者附加到框架或本体的部件。进一步，在其他示例性实施例中，这组通用部件的至少一部分可包括模块化部件。

框架可包括用于容纳使用外部接口的部件的多个腔体。在示例性实施例中，这组通用部件可包括使用外部接口的部件的子集。

鼻锥结构。图5举例说明了增材制造(AM)的车辆的侧视图，其具有根据这里公开的概念的内骨骼框架。内骨骼框架是位于运输结构的本体下方的内部支撑结构。在本实用新型的一个方面中，整个运输框架和本体可以是增材制造的。根据建造板的尺寸和3D打印机的几何形状，框架和本体是增材制造成模块的，或者是在单次渲染中增材制造获得的。此类别的运输结构和基于外骨骼的运输结构之间的主要差异是，在内骨骼运输结构中，框架基本上由另一材料(本体)“覆盖”。

图5更具体地示出了带有鼻锥结构的内骨骼运输结构50的实例。鼻锥结构允许自由地包括用于吸收冲击的多个优化安全特征。可以以这样的方式设计整个结构，使得鼻锥仅是在碰撞事件过程中受到损害的分段。然后，可在碰撞之后简单地移除鼻锥并轻松地将其替换。运输结构50包括带有前表面52和后表面54的内骨骼51。在示例性实施例中，与内骨骼框架51的前表面52平齐抵靠地3D打印前鼻锥结构56。与内骨骼框架41的后表面54平齐抵靠地3D打印后鼻锥结构59。如轮廓58和50所示，可使用可分支到驾驶室中用于结构性支撑的泡沫或者栅格结构覆盖鼻锥56、59。在此构造中使用AM的一个优点是，可实体地打印此零件的增强结构(例如鼻锥)，同时可通过覆有面板的栅格打印诸如本体58、50的其他零件以节约重量。除了3D打印以外，这种面板可以是模制的、激光切割的，或者使用其他传统技术制造的。

在一个实施例中，驾驶员的脚可藏在鼻结构内。继而，鼻结构可通过接口中心与铰接柱平台匹配。此设计有利地提供将踏板直接放在底板上的能力。在示例性实施例中，以这样的方式3D打印踏板组件，使得驾驶座保持在踏板的前部。

在另一实施例中，3D打印的鼻结构(例如鼻锥56)也可过渡到金属外部本体中。在此实施例中，铰接柱凸出到车门后面的位置中。当运输结构从鼻锥向外部移动时，该结构可从内部向外部过渡。图6A举例说明了具有根据这里公开的概念的鼻锥和金属本体的车辆的透视图。在此构造中，将前防撞梁68安装在鼻锥66上，这组装置代替了对运输结构上的框架轨道的需求。与图5中相同，可将包括泡沫或者栅格的本体放在元件之间(例如，放在防撞梁68之间并沿着鼻锥66的表面一直到挡风玻璃60的底部)。进一步，大约在虚线62和63的交叉处，本体的位于鼻锥66下方的内部结构可安装到前悬架。在后部(未示出)，本体也可直接安装到后悬架。

图6B示出了图6A的运输结构的侧视图。尤其是，驾驶员的脚可放置在鼻锥结构66的表面67上。乘员的开门可使用集成的门铰接件。后部式外壳69可向回延伸得更远，以进一步保护乘员不受到碰撞事件的影响以及容纳更大的储存容量。

安全单元运输。在本实用新型的另一方面中，增材制造安全单元。安全单元是一种可靠的内骨骼结构，其帮助防止将能量在碰撞事件过程中转移到车辆的乘员。在示例性实施例中，安全单元是3D打印的，以在任一端处包括缓冲区域，并在乘员隔室中包括紧凑的笼状空间。在来自前部的碰撞事件中，前端被压碎并像这样吸收尽可能多的惯性能量。其同样适用于来自后不的碰撞事件中的后端。缓冲区域帮助使运输结构在碰撞过程中减速。安全单元也可由坚固的材料(例如钢或另一耐久的金属材料)制成，其可承受这种碰撞事件。

安全单元设计通过如上讨论地在碰撞事件过程中防止将负载转移到乘员，按照其第一优先级顺序使车辆乘员安全。在实施例中，可将安全单元制造得尽可能紧凑以容纳整体车辆设计中的先进封装特征。在一个实施例中，安全单元内骨骼将由用泡沫制成的本体覆盖。在其他实施例中，AM金属或者塑料也可用作覆盖安全单元的本体。栅格结构的使用将导致可观的重量减小。

图7示出了在内骨骼类型运输结构中使用的安全单元架构的图示。如图7 的实施例所示，将安全单元70增材制造得尽可能小，使得可包括附加封装特征。由于安全单元70构成主要承载装置，所以最小尺寸的安全单元可使得设计者能够提供不同类型和不同尺寸本体类型的多种阵列。在图7的实例中，可对本体类型的尺寸和形状选择多种选项，以封装安全单元70。例如，本体可在运输结构的前部和后部进一步伸出。悬架也可位于使车轮不同地定位的地方。在实施例中，安全单元可以是一遍或几遍3D打印的，并且可3D打印不同的模块(或者与安全单元共同打印)。在一些实施例中，安全单元70的小尺寸使得其能够使用最少数量的渲染来3D打印，少到只有一次。还可在安全单元之外和面板下方打印栅格材料以提供重量轻的车辆。

部件的增材制造。在本实用新型的另一方面中，增材制造运输结构的多个部件并将其装配到框架中以生产集成的、模块化的运输系统。运输结构中的公共部件的实例包括接头。车辆和其他运输结构通常包括大量接头。接头件的集合可同时共同打印以实现最佳效率。与任何其他传统技术不同，这些构件的增材制造提供更大的设计自由度，以当其使能设计从动性能时从这些接头的性能获取最大效率。

活铰接件也可以是增材制造的。一个这种实例包括车辆的控制臂和本体结构之间的铰接件。在汽车悬架中，控制臂是底盘和承载车轮的悬架立柱或者轮毂之间的铰接悬架连杆。控制臂的内侧端(底盘端)可通过单个枢轴附接，通常是橡胶衬套。可仅以单个自由度控制控制臂的外侧端的位置，保持距内侧安装座的径向距离。虽然不是有意地自由移动，但是单个衬套不控制臂前后移动；此运动受单独的连杆或者半径杆约束。

大多数控制臂形成悬架的下连杆。少数设计使用其作为上连杆，通常带有下叉形杆。然后将附加半径杆附接到上臂。可使控制臂与本体结构被共同打印，带有标称间隙。然后可用橡胶或另一类型的弹性体填充标称间隙，用于提供预期的弹性特征和旋转特征。

图8示出了示例性的控制臂构造的前视图。参考图8，本体结构802、上控制臂806和下控制臂808均包括3D打印铝组件的分段。上控制臂806和下控制臂810在一侧上经由立柱808连接。上控制臂806可在另一侧上连接到聚合物衬套804。聚合物衬套804可提供位置稳定性，连同有限旋转和振动隔离。在此实施例中，下控制臂810连接到更大的星形聚合物衬套812，其可提供位置稳定性、弹性旋转和振动隔离。可经由将熔融橡胶材料注入到腔体中在适当位置处来模制在元件804和812中使用的橡胶衬套。在另一示例性实施例中，橡胶/弹性体反而可以是3D打印的。另选地，可通过结构的其余部分3D打印用来注入橡胶/弹性体的进料管。

图9示出了一个示例性实施例中的使用在几何上不同的标称间隙在两个不同位置之间旋转的控制臂902的图示。由元件904限定的区域的成分包括橡胶/ 弹性体材料。如元件904的矩形形状所示，形状通常可改变以影响弹性特征和旋转特征。另外，部件906和908可构成流体或者气体填充的腔体，其可包含在橡胶/弹性体材料中以影响弹性系数。

3D共同打印的另一实例包括打印带有控制臂的用于电动机的壳体。共同打印这些部件可使得能够设计很好的用于车辆的推进系统，其仅可能通过AM来实现。还可将电动机安装在控制臂的质心上，如参考图9所示的。

图10举例说明了短长臂(SLA)悬架几何结构1000，其中，电动机1002 在枢转轴线1004处安装到下控制臂1006。传统地，在电动车辆中，电动机通常位于前轴或者后轴的中心处。在一些情况中，将电动机包含在轮毂中。在图10 的实例中，将电动机1002安装为靠近下控制臂枢轴1004，并且当悬架系统进入跳动并弹回时，电动机1002随着悬架系统摇动。虽然涉及一些惯性，但是与轮毂电动机相比，簧下质量(unsprung mass)的增加是最小的，这是因为将电动机行程减到最小。因此，此概念的一个关键优点是，其在不会对车辆操纵产生负面影响的情况下提供封装效率。电动机1002经由短传动轴1008通过恒速(CV) 接头1010连接到传动轮毂，以适应轮毂和控制臂/电动机之间的任何角度变化。可将电动机壳体与下控制臂1006一起增材制造以产生完全优化的壳体。电动机壳体可包括以上讨论的特征以及电动机的质心1012、车辆结构/悬架支架1016、上枢轴1018、上控制臂1020、转向轴1022、控制臂1024、立柱1026，和制动转子1028。

图11举例说明了麦弗逊支柱式悬架1108，其中，电动机1102在枢转轴1104 处安装到下控制臂1106。应指出，此安装控制臂的电动机系统将与任何控制臂枢轴和轮旋转轴线垂直的悬架系统一起工作。在示例性实施例中，这些零件中的一个或多个可以是增材制造的，并作为模块化部件而包含在车架中。

图12A至图12C举例说明了带有安装在不同构造中的电动机的车辆的不同实施例。在图12A中，电动机1202安装在前挤压空间中的前轴的中心处。在图 12B中，电动机1202安装在后货物区域中的后轴的中心处。在图12A和图12B 的情况中，电动机占据宝贵的货物空间或者安置空间，因为电动机在碰撞下不会被挤压，所以其也需要对车辆的前部(图12A)或者后部(图12B)增加附加的挤压空间。图12C代表了这样的实施例：其中，轮毂电动机1202有效地安装在后轮处，但是其将簧下质量增加至车轮，这可能对车轮的操纵具有负面影响。对于图12A至图12C，电池组和电气部件放置在区域1204中，并且挡风玻璃示出为1206。

在另一示例性实施例中，可在制造的同时在车辆的预定区域设置接口中心。这些区域可用作在碰撞过程中出故障的车辆的两个分段或者更多分段之间的接头。通过移除受损分段并通过车辆的其余部分3D打印新的分段，可简单地实现对车辆的维修。此方法与不仅替换受损结构而且也替换周围零件的传统方法相反。此新颖方法还使受损零件的回收利用简单得多。

内部结构部件。可通过使用模块化技术的AM来生产内部结构部件。例如，图13示出了可在需要头部撞击保护的地方增加的AM结构内饰。内饰可由刚性结构1302支撑，内饰的尖头从刚性结构1302伸出。相比之下，当出现碰撞时，可将元件1304放在乘员头部的可能位置附近。元件1304可以是头部损伤标准 (HIC)顺从的。

图14示出了带有为了空气动力学、美观和行人保护而增加的外部面板的增材制造结构内饰。在一个实施例中，内饰包括单件“笼”。内饰可包括用于门、门槛和底板的结构内部面板1406。内饰进一步包括底板1408。密封件1410和 1414可用来将内部结构面板1406密封至底板1408。内饰可与外部门槛面板1416 和外部门面板1412邻接，外部门槛面板1416和外部门面板1412可以是从单件内饰设置的分开的部件。

模块化仪表板结构。仪器面板和防火墙构成车辆的最复杂区域的一部分。典型的仪表板结构具有多个零件并需要复杂固定。使用AM和模块化设计，可优化仪表板以减小总零件数量并降低固定要求。而且，AM可使得能够3D打印重量轻但耐久的材料，这可导致明显的成本节约。除了其他优点以外，此方法可对OEM产生大量增加各种仪表板组件的生产并使得OEM能够在降低资本支出的同时生产多种不同组件的机会。

在本实用新型的一个方面中，公开了一种3D打印的大仪表板。根据一个示例性实施例的3D打印的大仪表板可替换多种单独的冲压件，例如仪表板、上下整流罩、支柱塔、上负载路径梁，和整流罩侧。柱体降低外部件、铰接件、加固件和支架。进一步，可将3D打印的大仪表板概念轻松地实施到传统的白车身 (BIW)建造策略中。

图15是装配在车辆框架1504中的增材制造的大仪表板1502的透视总览。如可看到的，仪表板1502可与框架共同打印，或者其可以是3D打印的并在之后增加到框架。

目前，仪表板组件包括显著的灵活性，并且是任何平台衍生策略的核心。目前，鉴于加工、固定和房地产中的大量投资，来严格地限制使用另选仪表板的衍生车辆的尺寸范围。

与传统技术相比，可充分地优化AM大仪表板结构，以附接适配在仪表板内的所有关键部件。AM仪表板结构可构造为包括用于组件的各种部件的开孔和 /或安装座。图16是3D打印仪表板的透视图。3D打印仪表板包括用于所有关键部件的配件。这些包括外侧通风口开孔1602、乘客气囊开孔1604、扬声器开孔1606、除霜器管道1608、横撑1610、簇开孔1612、支柱托架1614、转向柱托架1616、铰接件1618、带有密封凸缘的门槛段1620、轨道1622和中心堆叠开孔1624。在一个实施例中，可将HVAC单元安装在仪表板的前侧上。

还可优化AM仪表板以在碰撞事件中帮助乘员。特别地，可以这样的方式设计AM仪表板，使得可将大多数前部冲击力转移到本体下部结构，而不是仪表板本身。这种设计保护乘员的头部和其他重要的器官区域。进一步，可使AM 仪表板附加到内部安全物品，包括，例如，转向柱、膝部阻断器、踏板和气囊。将后者安装到附接于柱体/整流罩侧的车辆横段。在头部撞击的事件中，可使转向柱让路。

安全性增加和自主车辆。汽车专家预期未来若干年后车辆碰撞的频率会降低。此预测很大程度上是由于自主/辅助驾驶技术的进步。当这些技术成熟时，主动安全可使得能够进一步大规模优化运输结构。在这种情况中，车辆可制造得轻得多并可以更大的效率操作。集中于其他设计考虑因素的能力可能继而会导致总体上的运输系统的车辆的整体设计的进步。例如，自动车辆可能潜在地导致交通堵塞的明显减小。由于运动的精确自动化和车辆之间的自动协调，道路上可容纳更多车辆。可使这些车辆更平稳地运动，因为自动车辆系统不知疲倦监控状态并执行必要的指令以防止出现碰撞。而且，增加的主动安全性也可使得车辆结构技术能够导致更环境友好的运输结构。这继而可限制排放和污染物，并且运输结构的AM性质将使得运输行业能够变得更生态友好。

氢燃料车辆。在本实用新型的另一方面中，一种先进的车辆系统构造为使得能够相对安全地将氢气用作燃料。氢气的主要优点是，其是一种清洁燃料，因为其在燃烧之后的产物是水。然而，氢气储存和运输并不容易，并会增加许多安全考虑因素。举例来说，氢气是高度易燃的。目前，氢燃料车辆使用燃料电池来起作用。这些电池经由氢气的燃烧产生电并对一个或多个电池充电。于是将储存的电能，像任何电动车一样，转换成用于使车辆移动的动能。简而言之，这些电池对电动机提供动力以实现运动。

在一个实施例中，AM可以相对于氢气箱、电池和电动机布置通过提供很大的自由度来优化车辆系统的布局。传统的封装系统受可利用加工的约束。也就是说，在目前的燃料电池车辆中，封装氢气气体是主要障碍。为了获得与使用传统内燃机的车辆大约相同的范围，氢燃料电池动力传动系可需要容积大2-3 倍的气箱，甚至当将氢气压缩到10000psi时。除了需要大容积和压力以外，氢燃料箱限制于使用圆柱形端部来承受高压力，这与可符合封装约束的传统气箱不同。另外，这些高压氢气箱是非常昂贵的。

图17是带有策略性地定位为沿着车辆中心的氢燃料箱1702的车辆1700的平面图。在此图中，氢燃料箱1702变成结构“骨架”件，其位于封装内的空的空间中。此位置具有许多优点。首先，其不会损害车辆封装，并且不需要在目前的车辆系统的布局中进行明显改变。相反，将氢燃料箱封装在底板下方，升高足跟高度和/或货物底板高度。第二，氢燃料箱兼做本体结构的骨架，没有附加重量地对本体增加抗扭刚度。第三，可能的尺寸增加允许减小压力，从而加速填充时间并减小箱壁厚度。此特征是特别有利的，因为高压填充设备是昂贵的且需要较长的填充时间。第四，氢燃料箱的中心位置是最安全的位置。这在图18中最佳地看到，图18是本体下部碰撞结构的平面图。如图18所示，骨架结构周围的框架1815意味着，矩形1818限定车辆的刚性部分。使燃料箱1802 沿着车辆中心定位。此位置使燃料箱位于距所有外部冲击点最远距离的地方，并有效地将燃料封装在许多车辆中通常不使用的空间中。因此，前防撞梁1806、后防撞梁1808和侧防撞梁1810都尽可能远离骨架，这对于转移由于碰撞而产生的能量给予时间，以经由框架1815和其他结构进行消散。

图19是传统车辆封装的后剖视图。如可看到的，在此视图中，在两个乘员之间是中央控制台1902，其用于储存并且是驾驶员界面。在中央控制台1902下方，底板通道1904传统地用来容纳后驱传动轴和/或排气系统。

图20是3D打印骨架燃料箱的后剖视图。中央控制台2002保持在乘员之间的位置中。氢燃料箱2003(其可以是3D打印的)用来填充空的空间。如果必要的话，附加的燃料箱2004a和2004b可包含在骨架燃料箱附近。如可从图20 看到的，3D打印骨架的使用并不会损害车辆封装，并导致空间的高效使用。

专家通常并不期望由氢气驱动的电池效率会变得更高。因此，在一个另选的示例性实施例中，氢燃料箱可储存液态氢以直接在内燃机中使用。通过AM 技术，可将氢储存箱设计为带有加固装置以满足安全要求，例如厚金属壁和定制把手，以在避免接触冷温度的同时使氢储存箱移动。3D打印允许灵活地放置车辆系统。与模块化设计耦接，顾客可简单地取出用过的氢燃料箱并放入一个满的。为了解决使用氢气作为燃料的内燃机(ICE)周围的一些设计和效率顾虑，可使得使用3D打印制造的发动机比目前的设计为一次处理更小量的液态氢的发动机更有效。

图21是举例说明了用于增材制造运输结构的示例性方法的流程图。在2102，接收车辆框架(内骨骼或外骨骼)的CAD模型。框架包括用于承载的支撑件和冲击维持输入。

在2104，在单次渲染中或多次渲染中增材制造内骨骼/外骨骼框架，后者作为多个模块化零件。在2106，在多次操作的事件中，如果必要的话，框架可经由任何已知的技术互相连接，包括焊接、粘合剂、互连装置、螺母/螺栓、卡扣布置，等等。

在2108，组成车辆的内部的模块化部件可以是增材制造的。在实施例中，将一个或多个模块化部件与框架共同打印。可使用其他方法制造一些模块化部件，例如减材制造。在2110，将模块化部件一起装配到框架中，并且将接口部件(从框架外部连接的模块化部件)插入框架腔体中以生产运输结构。

提供之前的描述以使得本领域任何技术人员能够实践这里描述的各种方面。对应本领域技术人员来说，对在本实用新型中提供的这些示例性实施例的各种修改将是容易显而易见的，并且这里公开的概念可应用于其他用于打印节点和互连的技术。因此，权利要求并非旨在限制于本实用新型中提供的示例性实施例，而是将符合与语言权利要求一致的全部范围。所有对于本领域普通技术人员来说已知的或者以后知道的与本实用新型中描述的示例性实施例的元件在结构和功能上等价的等价物，旨在由权利要求覆盖。而且，这里公开的内容都并非旨在专门用于公众，不管是否在权利要求中清楚地叙述这些公开内容。不在美国专利法第112(f)条或者适用管辖区中的类似法律下解释所要求的元件，除非使用术语“用于...的装置”明确地叙述该元件，或者在所要求的方法的情况中，使用术语“用于...的步骤”叙述该元件。

Claims (31)

1.一种增材制造运输结构，其特征在于，包括：

3D打印框架，其包括构造为接受道路负载并在碰撞事件中保护乘员的结构；

多个腔体，其通过所述3D打印框架突出，用于接收使用外部接口的部件；和

本体，其设置于所述3D打印框架的外表面上方。

2.根据权利要求1所述的增材制造运输结构，其特征在于，进一步包括至少部分地集成在所述3D打印框架中的一组通用部件。

3.根据权利要求2所述的增材制造运输结构，其特征在于，所述组通用部件的至少一部分包括模块化部件。

4.根据权利要求3所述的增材制造运输结构，其特征在于，所述组通用部件的子集包括使用外部接口的部件。

5.根据权利要求1所述的增材制造运输结构，其特征在于，所述本体是3D打印的。

6.根据权利要求1所述的增材制造运输结构，其特征在于，在单次渲染中3D打印所述3D打印框架。

7.根据权利要求1所述的增材制造运输结构，其特征在于，将所述本体与所述3D打印框架分段共同打印，或者在单次渲染中共同打印。

8.根据权利要求1所述的增材制造运输结构，其特征在于，进一步包括联接到所述3D打印框架的前表面和后表面中的一个或两个的至少一个鼻锥。

9.根据权利要求8所述的增材制造运输结构，其特征在于，用泡沫或者栅格的分段覆盖所述至少一个鼻锥。

10.根据权利要求9所述的增材制造运输结构，其特征在于，所述泡沫或者栅格是3D打印的。

11.根据权利要求8所述的增材制造运输结构，其特征在于，联接到所述3D打印框架的前表面的至少一个鼻锥构造为与具有接口中心的铰接柱平台匹配。

12.根据权利要求4所述的增材制造运输结构，其特征在于，所述组通用部件包括设置于底板面板上的3D打印踏板。

13.根据权利要求8所述的增材制造运输结构，其特征在于，进一步包括前防撞梁，其安装到联接到所述3D打印框架的前表面的所述至少一个鼻锥的前表面。

14.根据权利要求8所述的增材制造运输结构，其特征在于，进一步包括前悬架系统，其安装到联接到所述3D打印框架的前表面的所述至少一个鼻锥的内部。

15.根据权利要求1所述的增材制造运输结构，其特征在于，进一步包括后悬架系统，其安装到所述3D打印框架的后部。

16.根据权利要求1所述的增材制造运输结构，其特征在于，所述3D打印框架包括构造为在碰撞事件中保护乘员的安全单元。

17.根据权利要求1所述的增材制造运输结构，其特征在于，所述本体包括泡沫、3D打印金属或者3D打印塑料中的至少一个。

18.根据权利要求1所述的增材制造运输结构，其特征在于，所述本体为了空气动力学性能而被优化，并且所述3D打印框架被优化用于接受结构负载。

19.根据权利要求4所述的增材制造运输结构，其特征在于，所述组通用部件包括3D打印结合构件。

20.根据权利要求4所述的增材制造运输结构，其特征在于，所述组通用部件包括定位在控制臂和所述本体之间的铰接件。

21.根据权利要求20所述的增材制造运输结构，其特征在于，将所述控制臂与所述本体共同打印，所述本体具有标称间隙。

22.根据权利要求20所述的增材制造运输结构，其特征在于，所述组通用部件包括带有所述控制臂的用于电动机的3D打印壳体。

23.根据权利要求21所述的增材制造运输结构，其特征在于，所述标称间隙填充有弹性体，所述弹性体构造为对所述控制臂提供弹性和旋转特征。

24.根据权利要求15所述的增材制造运输结构，其特征在于，所述本体或者框架包括多个接头，其表征为车辆的构造为在碰撞事件中出现故障的分段。

25.根据权利要求4所述的增材制造运输结构，其特征在于，所述组通用部件的另一子集包括3D打印仪表板组件。

26.根据权利要求25所述的增材制造运输结构，其特征在于，所述3D打印仪表板组件包括构造为容纳仪表板部件的多个开孔和安装座。

27.根据权利要求4所述的增材制造运输结构，其特征在于，所述组通用部件进一步包括3D打印的一个或多个柱体或者车辆轨道。

28.根据权利要求25所述的增材制造运输结构，其特征在于，所述仪表板组件包括用于能够使空气分布的盒体分段。

29.根据权利要求4所述的增材制造运输结构，其特征在于，所述组通用部件包括用于氢燃料箱的封装系统，所述氢燃料箱包括多个氢燃料电池。

30.根据权利要求29所述的增材制造运输结构，其特征在于，所述封装系统位于所述运输结构的中心区域中或者附近。

31.根据权利要求29所述的增材制造运输结构，其特征在于，所述多个氢燃料电池包括模块化部件，其中，使用过的燃料电池是可替换的。