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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zum Herstellen gekrümmter Mikrofachwerk-Sandwichstrukturen und insbesondere auf ein Verfahren zum Herstellen von Mikro-Mikrofachwerk-Sandwichstrukturen unter Verwenden eines rekonfigurierbaren Befestigungselements, an dem UV-Lichtquellen bereitgestellt werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung beschreibt einen Prozess für ein Herstellen eines gekrümmten Sandwichbalkens, einschließlich einer Mikrofachwerkstruktur. Das Verfahren umfasst ein Positionieren einer Form in Kontakt mit einer gekrümmten unteren Deckschicht, so dass die Form und die untere Deckschicht ein Reservoir definieren. Das Reservoir wird mit einem flüssigen photopolymeren Harz gefüllt und eine Maske wird über dem Reservoir positioniert. Eine Serie von UV-Lichtquellen wird auf einem Befestigungsteil relativ zu der Maske bereitgestellt und das Befestigungsteil ist gebogen, um der Gestalt der unteren Deckschicht zu entsprechen. Das Licht von den UV-Quellen scheint durch Öffnungen in der Maske, um polymerisierte Stege in dem Reservoir zu vernetzen und zu formen, um die Mikrofachwerkstruktur, die zu einer Platte geformt ist, zu definieren. Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung werden klarer durch die nachfolgende Beschreibung und die anhängenden Ansprüche, in Verbindung genommen mit den begleitenden Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1–4 zeigen eine Serie von Herstellungsschritten für eine gekrümmte Sandwichplatte, die einen Mikrofachwerkkern aufweist;
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5 ist eine querschnittsartige Ansicht eines Mikrofachwerkstrukturbalkens, einschließlich geschlossener Seiten;
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6–10 zeigen eine Serie von Herstellungsschritten für eine gekrümmte Sandwichplatte, die einen Mikrofachwerkkern aufweist;
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11 ist eine Darstellung eines Mikrofachwerk-Herstellungsprozesses, einschließlich eines Montagelements;
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12 ist eine Darstellung eines Mikrofachwerk-Herstellungsprozesses, der ein Montageelement in einem flexiblen Zustand zeigt;
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13 ist eine Darstellung eines Mikrofachwerk-Herstellungsprozesses, der UV-Quellen auf einem Förderwagen zeigt, welcher auf einem gekrümmten Montageelement gesichert ist, welches fixiert oder umgestaltbar sein kann;
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14 ist eine Darstellung eines Mikrofachwerk-Herstellungsprozesses mit einem Förderwagen auf einem gekrümmten Montageelement;
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15 ist eine Darstellung eines Mikrofachwerk-Herstellungsprozesses, der ein gerades Montageelement und eine Maske in einer gekrümmten Gestalt zeigt; und
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16 ist eine Darstellung eines Mikrofachwerk-Herstellungsprozesses, der ein Montageelement in einer geraden Konfiguration und eine Maske in einer gekrümmten Konfiguration mit einer Linse dazwischen zeigt.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
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Die folgende Erörterung der Ausführungsformen der Erfindung, die auf Verfahren zum Herstellen gekrümmter Aufprallsandwichbalken unter Verwenden eines UV-Befestigungselements gerichtet ist, ist nur beispielhafter Natur und es ist in keiner Weise beabsichtigt, die Erfindung oder ihre Anwendungen oder ihren Gebrauch zu begrenzen.
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Wie unten im Detail erörtert wird, schlägt die vorliegende Erfindung eine Anzahl von Strukturen und darauf bezogene Verfahren für das Bereitstellen eines Balkens vor, wie eines Aufprallbalkens für ein Fahrzeug mit einer Sandwichkonstruktion, die ein architektonisches Kernmaterial beinhaltet, auf das hier als eine Mikrofachwerkstruktur oder einen Mikrofachwerkkern Bezug genommen wird. Das architektonische Kernmaterial ist aus sich wiederholenden Sätzen von geordneten dreidimensionalen Polymerwellenleitern zusammengesetzt. Obwohl sandwichartige Strukturen in der Fahrzeugaufprallbalkentechnik bekannt sind, ist das, was die vorliegende Erfindung von anderen Entwürfen unterscheidet, die Verwendung eines Formatierungsprozesses für den Mikrofachwerksandwichkern. Wie erörtert werden wird, ermöglicht eine Sandwichstruktur mit einem architektonischen Mikrofachwerkkern Balkenfähigkeiten und Ausführungen, die vorher unter Verwenden bekannter Verfahren nicht möglich waren.
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Das Mikrofachwerkkernmaterial besitzt eine vergrößerte Steifigkeit und Festigkeit gegenüber alternativen stochastischen Sandwichkernmaterialien, wie bekannte Metall- oder Polymerschäume, dadurch, dass es eine genaue Steuerung der Materialverteilung und der Ausrichtung ermöglicht. Mikrofachwerkkernmaterialien können zu deutlich geringeren Kosten hergestellt werden, verglichen zu anderen Kernmaterialien hoher Festigkeit und hoher Biegesteifigkeit, wie metallische oder Verbundhonigwaben. Weil der Mikrofachwerkkern an einer Stelle gebildet wird und direkt auf den gekrümmten Oberflächen, den Fixierungen und Winkelflächen gebondet ist, eliminiert das die Notwendigkeit für kostspieliges sekundäres Bearbeiten und mehrstufige Bondvorgänge, die mit Honigwabenkernen verbunden sind. Der Mikrofachwerk-Herstellungsprozess ermöglicht funktionelles Graduieren, räumliche Steuerung der physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Kerns in allen drei Dimensionen unter Verwenden eines einzigen Materials, etwas, das mit all den anderen Sandwichkernformen, welche homogene physikalische und mechanische Eigenschaften an unterschiedlichen Stellen in dem Kern aufweisen, nicht möglich ist. In einem Balken kann ein funktionelles Graduieren verwendet werden, um eine verbesserte strukturelle Stützung in örtlichen Regionen des Balkens bereitzustellen, wie an Fixierungspunkten, Balkenmittenspannweiten oder ähnlichen Aufprallbelastungsorten. Polymere Mikrofachwerk-Kernmaterialien können in Sandwichentwürfen integriert sein, die Aluminium, Stahl, Kohlenstofffaser verstärkte Polymerdeckschichten, oder irgendeine Kombination davon ohne die Notwendigkeit von Korrosionsschutzvorrichtungen oder Abdeckungen enthalten. Dies ist nicht bei Kernmaterialien wie Aluminiumhonigwaben oder Schwämmen der Fall, welche einen galvanischen Schutz erfordern, wenn sie mit Stahl oder Kohlenstofffaser verstärkten Polymeren verwendet werden. Die Oberflächen der Front- und Heckbalken werden oft mit einer weichen Energie absorbierenden Schicht bedeckt, um Verletzungen von Fußgängern bei niedriger Geschwindigkeit der Aufprallkonditionen zu verhindern. Dieses Energie absorbierende Material wird nach der Herstellung des Balkens hinzugefügt, so dass die Teileanzahl und die Herstellungskomplexität erhöht werden. Im Vergleich dazu kann der gleiche Mikrofachwerkprozess verwendet werden, um sowohl die weiche Energie absorbierende Schicht als auch die harte Energie absorbierende Schicht durch Ändern der Dicke, der Ausrichtung, der Dichte und der chemischen Zusammensetzung der photopolymeren Wellenleiter in jeder Schicht zu bilden. Die Bildung einer integralen Energie absorbierenden Schicht auf der Außenseite des Trägers während der Herstellung von sandwichartigen Konstruktionen spart Zeit, Kosten und vermindert die damit verbundene Anzahl der Teile.
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Das Verwenden einer Sandwichkonstruktion, insbesondere einer mit einem Mikrofachwerkkern, öffnet außerdem Entwurfsräume für Balken, um Geometrien zu formen, die nicht allein unter Verwenden monolithischen Metalls für faserverstärkte Polymer-Verbundstoffen hergestellt werden können. Der Sandwichentwurf kann inhärente Grenzen der Extrusions-, Strangzieh-, Präge- und Laminierprozesse durch Verwenden einfacher Formen für das Metall oder die Verbunddeckschichtmaterialien umgehen, um eine komplexe Sandwichgeometrie zu erzeugen.
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Innerhalb der Sandwichkonstruktion ergibt sich für die Struktur des Mikrofachwerkkerns eine höhere Biegesteifigkeit und Festigkeit, verglichen mit stochastischen Kernmaterialien aus dem Stand der Technik. Zusätzlich ermöglicht die Mikrofachwerk-Architektur Eigenschaften des Balkens, die räumlich zugeschnitten sind, um erwartete Belastungsbedingungen zu erfüllen. Die Fähigkeit, die Ausführung des Mikrofachwerkkerns über den ganzen Balken funktionell zu graduieren, stellt das höchste Niveau der strukturellen Wirksamkeit sicher, indem nämlich Material nur dort und in einer solchen Ausrichtung angeordnet wird, in der es erforderlich ist. Das Verfahren der Herstellung, das hierin dargestellt wird, bietet also wesentliche Vorteile gegenüber früheren Sandwichbalken-Herstellungsverfahren. Die Netzgestaltungsformation des Mikrofachwerks ergibt eine kostengünstigere Struktur, verglichen mit einer gleichwertigen Ausführungsform eines Honigwabenkerns als Ergebnis einer arbeitsintensiven Bearbeitung und mehrstufiger Bondvorgänge, die für das Einbauen der Honigwabenstruktur erforderlich ist. Weiterhin kann der gleiche Mikrofachwerk-Herstellungsprozess verwendet werden, um zusätzliche Teile, wie eine Front- und Heckenergie absorbierende Füllung, in der Struktur des Balkens mit Heruntersetzen der Teileanzahlen und der Herstellungszeit zu integrieren.
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Entlang der Längsrichtung kann der Balken einen nicht-prismatischen Querschnitt aufweisen, wobei der Querschnitt entlang der Länge entweder durch Ändern der Dicke der Deckschichten, der Dicke des Kerns oder der Dichte, Architektur oder Zusammensetzung dessen Kern variieren kann, nämlich durch funktionelles Graduieren. In bestimmten Ausführungsformen der Erfindung weist der Balken eine Krümmung entlang einer Achse auf, so dass die Oberflächennormalenvektoren des Sandwichquerschnitts nicht parallel entlang der Länge des Balkens zueinander sind. In einer zusätzlichen Ausführungsform kann der Balken gerade sein, so dass alle Balkenquerschnitts-Oberflächennormalen entlang der Längendimension des Balkens parallel sind. In einer Ausführungsform ist die Breitendimension des Balkens gegenüber Luft oder Feuchtigkeitseinfluss abgedichtet, so dass die zwei Deckschichten, welche die äußere Oberfläche des Balkens umfassen, einen geschlossenen Umfang bilden. Alternativ kann der Querschnitt des Balkens offen sein, so dass die oberen und unteren Deckschichten nicht verbunden sind und nur durch den architektonischen Kern befestigt sind.
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Zusätzlich zu dem architektonischen Mikrofachwerkmaterial, das den Kern des Sandwichbalkens bildet, können andere Mikrofachwerkmaterialien an der oberen Deckschichtoberfläche des Balkens angebracht sein, um als ein Energie absorbierendes Polstermaterial zu funktionieren. Diese Energie absorbierenden Fachwerkschichten werden nur auf einer Seite der Deckschicht, mit der nach außen gerichteten Oberfläche die zwanglos für ein späteres Aufbringen der Frontverkleidung ist, unterstützt. Typischerweise sind diese Energie absorbierenden Fachwerkmaterialien aus unterschiedlicher Polymerchemie, verglichen mit denen, die für den Balkensandwichkern verwendet werden, zusammengesetzt, so dass das äußere Energie absorbierende Material mehrere Größenordnungen passender als der innere strukturelle verstärkende Kern ist.
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In dem Entwurf des Balkens kann eine mechanische Befestigung oder Hardware-Stützvorrichtungen zu dem Balken hinzugefügt werden, um ihn mit der umgebenden Struktur zu koppeln. Insbesondere kann der Mikrofachwerkkern direkt rund um interne oder externe schraubbare Einsätze gebildet sein, die Orte für mechanische Befestigungen, die durch eine oder beide Deckschichten führen, bereitstellen. Aschleppösengeräte können auch zu der Sandwichbalkenstruktur hinzugefügt werden, um einen Festpunkt für eine Abschleppseilbefestigung bereitzustellen. Die Aschleppösengeräte können an dem Balken unter Verwenden des vorhergehend erwähnten Befestigungs-Integrationsprozesses befestigt werden, oder können direkt auf den Balken geschweißt werden, wenn eine der Sandwichdeckschichten metallisch ist.
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Kohlefaser verstärkte Polymermatrix-Verbundwerkstoffe können zum Bilden der Deckschichten des Sandwichbalkens verwendet werden. Der Mikrofachwerk-Herstellungsprozess, der hierin beschrieben wird, ist jedoch veränderbar für eine Vielfalt von unterschiedlichen Materialien, einschließlich diskontinuierlichen Kohlefaserverbundwerkstoffen, kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Glasfaserverbundwerkstoffen, unverstärkten Polymeren, Aluminiumlegierungen, strukturellen Stählen oder irgendwelchen Kombinationen davon. Das bedeutet, dass beide Deckschichten in dem Balken aus dem gleichen Material zusammengesetzt sein können oder sie können aus unähnlichen Materialien zusammengesetzt sein. In dem letzteren Fall ist es höchst vorteilhaft, wenn die kritische Eigenschaft, welche die Materialauswahl bestimmt (z.B. Steifigkeit, Masse, Kosten, Formbarkeit usw.), beider Deckschichten unterschiedlich ist. Wenn jedoch unähnliche Materialien für die Deckschichten verwendet werden, dann kann der offene Querschnittsentwurf erforderlich sein, um eine galvanische Korrosion oder ähnliche Materialpotenziale, die von den Deckschichten selbst ausgehen und nicht von dem Kern, zu vermeiden.
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Die Mikrofachwerkkernstruktur in dem Sandwichbalken besteht aus einem geordneten dreidimensionalen Netzwerk von selbst sich ausbreitenden polymeren Wellenleitern, die von einem Photomonomerharz aus wachsen, unter Verwenden einer gesteuerten Belichtung mit kollimierten UV-Lichtquellen in spezifizierten Ausrichtungen durch eine Vielzahl von Öffnungen in einer Maske. Jedes UV-vernetzbare Photomonomer oder eine Mischung davon, die das Selbstausbreitungsphänomen zeigt, kann zum Bilden der Mikrofachwerk- oder Mikrogitter-Architektur verwendet werden. Alternativ kann die Mikrofachwerkstruktur unter Verwenden der vorher erwähnten Photo-Polymerisationstechnik gebildet und dann über Elektro- oder Elektrofreies-Abscheiden, umgekehrtes Abgießen, Gasabscheidung, Oxidation, Tauchbeschichten, Sputtern oder andere geeignete Prozesse in ein hohles oder festes metallisches, keramisches oder Polymermaterial konvertiert oder verbessert werden, unterschiedlich von dem anfänglichen Photo-Polymer. In bestimmten Ausführungsformen des Balken-Herstellungsprozesses wird der Mikrofachwerkkern direkt auf einem der beiden Sandwichdeckschichten gewachsen. Die zweite Deckschicht wird dann mit dem Kern unter Verwenden eines Klebematerials verbunden, das auf die Deckschicht und/oder auf das Mikrofachwerk aufgetragen wird. Dieser Klebstoff kann aus einer einzel- oder mehrteiligen Komponente für eine kontinuierliche Filmschicht zusammengesetzt sein. Zusätzliche Materialien, wie Glas, Gitterstoffe oder syntaktische Füller, können zu dem Klebstoff hinzugefügt werden, um die Bondnahtstärke zu steuern.
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Eine Herstellung der oberen und unteren Deckschichten ist der erste Schritt zum Produzieren des Balkens, der hierin dargestellt ist. In einer Ausführungsform sind diese Deckschichten aus einem kontinuierlichen Kohlefaser verstärkten Duroplast- oder einem Polymerverbundwerkstoff, der aus stranggezogenen Abschnitten hergestellt wird, zusammengesetzt. Zusätzlich zu diesen Ausführungsformen können die Deckschichten mit diskontinuierlicher Kohlestofffaserverstärkung, kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Glasfaserverstärkung, thermoplastischen Polymermatrixen, nicht verstärkten Polymeren, metallischen Deckschichten, wie aus Stahl, Aluminiumlegierungen usw., oder irgendeine Kombination davon hergestellt sein. Konsequenterweise können die Herstellungsverfahren, die für jede Art der Materialien geeignet sind, verwendet werden, um die Deckschichten herzustellen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Thermoformen, Sprühen, Spritzgießen, Harztransferverfahren, Blasformen, Prägen, Vergießen, Bremsformen, Walzformen, Streckformen, Ziehverfahren usw.
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Die oberen und unteren Deckschichten werden gebildet, um ein offenes oder geschlossenes Sandwichprofil zu erhalten. Zusätzlich kann jede Deckschicht einen prismatischen oder nicht-prismatischen Querschnitt entlang der Balkenlänge aufweisen, in Abhängigkeit von dem Balkenentwurf und den Fähigkeiten des Herstellungsprozesses, der verwendet wird, um den Balken zu formen, gezogene Deckschichten müssen nämlich prismatisch sein. Klebstoffunterstützer oder Konversionsbeschichtungen können auch auf den Oberflächen der Deckschichten, die in Kontakt mit dem Mikrofachwerkkern sind, angewendet werden, um eine höhere Festigkeit der Klebstoffverbindung zu erreichen.
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Wenn der Balkenentwurf eine Krümmung entlang einer oder mehrerer Achsen enthält, besteht ein Verfahren zum Einführen der Krümmung darin, mit einem flachen Deckschichtmaterial zu beginnen und dieses in die endgültige gekrümmte Form nach der Bildung des Mikrofachwerkkerns zu formen. In diesem Fall muss die untere Deckschicht keine anfängliche Krümmung vor dem Wachstum des Kerns aufweisen. Die obere Deckschicht wird vorgeformt, um das endgültige Profil des Mikrofachwerkkerns, nachdem er vollständig ausgehärtet ist, anzupassen. In zusätzlichen Ausführungsformen besitzen die Deckschichtmaterialien eine anfängliche Krümmung, sind nämlich nicht flach geformt, und sind nur in einer flachen Gestalt während des Mikrofachwerk-Herstellungsprozesses fixiert, und dann wird ihnen ermöglicht, ihre gekrümmte Gestalt nach Freigabe der Befestigung zurückzugewinnen.
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Der nächste Schritt in dem Balken-Herstellungsverfahren ist dann die Mikrofachwerkkerngestalt direkt auf einer oder beiden der Deckschichten zu bilden. Der Mikrofachwerkbildungsprozess besteht aus einem Platzieren einer Photomonomerlösung in einer Form in Kontakt mit einer der Deckschichten, Maskieren eines zweidimensionalen Bereichs auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Form, Belichten des flüssigen Monomers mit kollimierten UV-Lichtquellen mit bestimmten Ausrichtungen durch die bemusterte Maske, und dann Entfernen der Maske, der Form und des überschüssigen Monomers, um eine vernetzte dreidimensionale Polymerstruktur zu bilden, die an der Oberfläche an einer oder an beiden Deckschichten gebondet ist. Wenn eine Deckschicht in der Sandwichstruktur bei der Wellenlänge des kollimierten Lichtes, das verwendet wird, um das Mikrofachwerk zu bilden, transparent ist, dann kann die gesamte Sandwichstruktur in einem einzigen Verfahrensschritt durch Belichten des Monomers mit den UV-Lichtquellen durch die transparente Deckschicht erfolgen. Nachfolgend formt sich in dieser Ausführungsform das Mikrofachwerk und verbindet sich an beiden Deckschichtoberflächen in Kontakt mit dem Monomer. Wenn beide der Deckschichten nicht bei der Wellenlänge des kollimierten Lichts, das verwendet wird, um das Mikrofachwerk zu bilden, transparent sind, dann muss eine der Deckschichten auf der belichteten Mikrofachwerkoberfläche unter Verwenden eines sekundären Prozesses befestigt werden, wie es in den nachfolgenden Abschnitten beschrieben wird.
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Wenn die Deckschichten anfänglich gekrümmt sind, dann muss eine der Deckschichten in einer flachen Konfiguration vor dem Bilden des Mikrofachwerks fixiert werden. Wenn im Gegensatz dazu die Deckschichten anfänglich flach sind, dann ist keine zusätzliche Fixierung erforderlich. Wenn der Sandwichbalken einen geschlossenen Abschnittsentwurf enthält, dann ist eine Form, welche den flüssigen Monomerharz enthält nicht auf der geschlossenen Seite des Balkens erforderlich, sondern nur an den Endpunkten des Balkens, wenn diese Abschnitte offen sind. Während des Mikrofachwerk-Bildungsprozesses können interne oder externe schraubbare Befestigungseinsätze in das flüssige Monomer eingeführt werden, um an Ort und Stelle mechanische Befestigungspunkte in dem Kern zu bilden.
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Unabhängig von der Krümmung, der Transparenz und den Abschnittseigenschaften des Balkens, werden im Anschluss an das Bilden des Kerns auf einer der Deckschichten der überschüssige Monomerharz, die Form und die gemusterte Maske entfernt. Die Form und die Maske werden dann gereinigt für die Wiederverwendung und der nicht-polymerisierte Harz kann rückgewonnen werden und verwendet werden, um den Kern eines nachfolgenden Balkens zu bilden. Die dreidimensional vernetzte Polymermikrofachwerkstruktur wird dann nachgehärtet unter Verwenden einer weiteren Belichtung unter UV-Licht, um die Struktur vollständig zu polymerisieren und sie in einer endgültigen Konfiguration zu fixieren. Alternativ kann die Nachhärtung durch thermische Behandlung erreicht werden, nämlich in einem Ofen oder unter Verwenden von IR-Quellen. Vor diesem Nachhärteprozess kann das Mikrofachwerk weiterhin einer Deformation, ohne Einführen einer Restspannung in den Kern, unterworfen werden. Wenn deshalb der Balken mit einer Krümmung mit Bezug auf eine oder mehrere Achsen entworfen ist und das Deckschichtmaterial in einer flachen Form produziert wird, kann eine Fixierung verwendet werden, um die erforderliche Form auf die Kombination der Deckschicht und dem teilweise vernetzten Mikrofachwerkkern, der auf der Oberseite der Deckschicht vor der Nachhärtung des Kerns gewachsen ist, zu übertragen. Nach dem Nachhärten wird diese Kombination mit der übertragenen Krümmung, die durch die Biegesteifigkeit, den nachgehärteten Mikrofachwerkkern und der deformierten z.B. elastischen Deckschicht aufrecht erhalten wird, welche mit dem Mikrofachwerkkern verbunden ist, von der Fixierung entfernt. Die obere Deckschicht wird separat geformt, um das Profil dem Mikrofachwerkkern in der nachgehärteten Konfiguration anzupassen und wird auf den nachgehärteten Mikrofachwerkkern gebondet. Wenn im Gegensatz dazu die Deckschicht anfänglich in einer gekrümmten Form gebildet ist, wird das Nachhärten freistehend ausgeführt.
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Sobald der Mikrofachwerkkern in seine endgültige Form nachgehärtet ist und wenn beide Deckschichten nicht transparent sind, wird der Sandwichbalken durch Bonden der oberen Deckschicht mit dem Mikrofachwerkkern und mit der unteren Deckschicht zusammengebaut, falls eine geschlossene Querschnittsgestaltung verwendet wird. Während die Verbindung zwischen dem Mikrofachwerkkern der unteren Deckschicht direkt während eines Mikrofachwerk-Bildungsprozesses geformt wird, erfordert die Verbindung zwischen der oberen Deckschicht und dem Mikrofachwerk einen sekundären Vorgang. In einer Ausführungsform betrifft dieser sekundäre Vorgang ein Tauch- oder Rollbeschichten einer Schicht einer Klebepaste auf die ungeschützte obere Fläche des Mikrofachwerks und auf die untere Deckschicht, und danach wird die obere Deckschicht in Kontakt mit der Klebstoffschicht platziert. Die Bondoberfläche der oberen und unteren Deckschichten kann ein Einformungsbeschichten, eine Grundierung oder ein anderes Haftmittel aufweisen, das vor diesem Zusammenbauschritt aufgebracht wird. In zusätzlichen Ausführungsformen können andere Bond- oder Fügevorgänge verwendet werden, um die obere Deckschicht mit dem Mikrofachwerkkern und die untere Deckschicht zu verbinden, einschließlich, aber nicht begrenzt auf, Fusionsschweißen, Ultraschallschweißen, Klebstofffilmbonden, Reibschweißen, Sprühklebstoffbonden, Pressverbinden, mechanisches Befestigen usw. Es ist wichtig anzumerken, dass nicht das gleiche Fügeverfahren auf die Mikrofachwerk/obere Deckschicht-Schnittstelle angewendet werden muss, wie es bei der oberen Deckschicht/unteren Deckschicht-Schnittstelle verwendet wird.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform werden ein oder mehrere Mikrofachwerkstrukturen zu der oberen Deckschicht der Sandwichstruktur vor dem Bonden der oberen Deckschicht auf dem Balken hinzugefügt. Diese zusätzlichen Mikrofachwerkstrukturen wirken als harte oder weiche Energie absorbierende Schichten, die nach außen von dem Fahrzeug aus gerichtet sind, um Fußgänger, die in Kontakt mit dem Balken während eines dynamischen Ereignisses kommen können, zu schützen. Diese Energie absorbierenden Schichten werden auf die obere Deckschicht in exakt der gleichen Weise wie der strukturelle Mikrofachwerkkern zu der unteren Deckschicht hinzugefügt.
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Sobald die obere Deckschicht auf dem Balken angebracht ist, werden Endbearbeitungen ausgeführt, um die oben beschriebenen möglichen Merkmale zu integrieren. Zum Beispiel können subtraktive maschinelle Bearbeitungen durchgeführt werden, um die Abschnitte des Balkens zu trimmen oder um Durchgänge für eine Feuchtigkeitsdrainage aus dem Kern bereitzustellen. Zusätzliche Stützblöcke oder mechanische Befestigungen können hinzugefügt werden, um dem Balken zu ermöglichen, mit umgebenden Fahrzeugkomponenten zusammenzuwirken und Belastungen zu übertragen. Wenn eine Abschleppöse in dem Balkenentwurf eingeschlossen ist, wird sie auch in diesem Zustand durch mechanische Befestigungen oder durch Schweißen an eine mechanische Deckschicht angebracht.
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Wie hierin erörtert, erzeugt das Bilden einer Sandwich-Mikrofachwerkstruktur, während die Deckschicht, auf der die Mikrostruktur gebildet ist, flach ist, ein strukturell gehärtetes Stück, sobald die Mikrofachwerkstruktur vollständig ausgehärtet ist und beide Deckschichten damit gebondet sind. Für Fahrzeugplatten und andere Konstruktionen, bei denen es wünschenswert ist, die Platten dann in einer bestimmten Gestalt zu formen, induziert das Biegen der festen Mikrostruktur einen unerwünschten Stresszustand in dem Material. Wenn zum Beispiel die feste Mikrofachwerkstruktur in eine gekrümmte Form gebogen wird, kann die Integrität der Knoten, die durch das vielfache überkreuzen der polymeren Wellenleiter in dem Mikrofachwerk geformt werden, nachgeben, brechen oder in anderer Weise strukturell beeinträchtigt werden. Ferner verursacht ein Biegen und Deformieren der vollständig gehärteten Mikrofachwerkstruktur eine interne Restenergie und Restspannung innerhalb der Struktur, was zu Leistungsproblemen in Bezug auf Integrität, Langlebigkeit usw. führen kann.
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In einer Ausführungsform schlägt die vorliegende Erfindung ein Bilden eines gekrümmten Mikrofachwerk-Sandwichbalkens vor, während die Mikrofachwerkstruktur noch in einem teilweise vernetzten und leicht plastischen Grünzustand ist. 1 zeigt einen Prozessschritt 10 für diese Ausführungsform, die eine Form 12 zeigt, in der die Mikrofachwerkstruktur gebildet wird, wobei die Form 12 eine Hülle definiert, in der der flüssige Photomonomerharz enthalten ist. Eine dünne flache untere Deckschicht 16, die in Verbindung mit der Form 12 bereitgestellt wird, bildet die Schicht, auf welcher die Mikrofachwerkstruktur anhaften wird. Die untere Deckschicht 16 kann aus irgendeinem Material sein, das geeignet ist für den Balken, der herzustellen ist, wie aus Aluminium, Stahl, thermoplastischen polymeren Kohlefaserverbundwerkstoffen, Glasfaserverbundwerkstoffen usw. sein. Eine Maske 14, die Öffnungen 26 aufweist, wird über der Form 12 positioniert. Kollimiertes ultraviolettes (UV) Licht 44 von den Lichtquellen 18 und 20, wie Quecksilberbogenlampen, wird auf die Maske 14 gerichtet, so dass die kollimierten Strahlen des Lichtes durch die Öffnungen 26 wandern und den Monomerharz in der Form 12 bestrahlen, um eine Mikrofachwerkstruktur 24 zu bilden, die aus einer Vielzahl von untereinander verbundenen, teilweise vernetzten, selbst ausbreitenden photopolymeren Wellenleitern 28 in der bekannten Weise zusammengesetzt ist. Die Belichtungszeit und die Intensität der Lichtquellen 18 und 20 werden so gesteuert, dass die Mikrofachwerkstruktur 24 nur teilweise vernetzt ist, so dass sie leicht plastisch und biegsam in einem Grünzustand ist, während sie sich noch in der Form 12 befindet.
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Sobald dieser Zustand erreicht ist, wird das nicht vernetzte flüssige Monomerharz aus der Form 12 entfernt und die untere flache Deckschicht 16, die nun die teilweise vernetzte Mikrofachwerkstruktur 24, die darauf gesichert ist, umfasst, wird von der Form getrennt. 2 zeigt einen Mikrofachwerkaufbau 30, der die untere Deckschicht 26 und die Mikrofachwerkstruktur 24 aufweist. Wie augenscheinlich ist, wurde der Aufbau 30 in einer flachen Konfiguration gebildet.
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Da die Deckschicht 16 dünn ist, kann sie leicht gebogen und in eine gewünschte Gestalt geformt werden. Die Kombination der Deckschicht 16 und der teilweise vernetzten Mikrofachwerkstruktur 24 kann auch leicht verformt werden, weil die Deckschicht 16 dünn ist und die Mikrofachwerkstruktur 24 leicht plastisch ist. 3 zeigt einen nächsten Prozessschritt 32, der eine gekrümmte Fixierung 34 zeigt, auf welcher der Aufbau 30 positioniert ist, der konform mit der Arbeitsoberfläche der Fixierung 34, wie gezeigt, gebogen wird. Die Struktur 30 kann in die gekrümmte Konfiguration in jeder geeigneten Weise geformt werden, wie durch ein Ansaugen, mechanisches Biegen usw., und kann in dieser Position durch irgendeine geeignete mechanische Vorrichtung (nicht gezeigt), wie Klammern, gehalten werden. Wenn die Deckschicht 16 aus einem duktilen Material, wie aus Stahl, hergestellt ist, ist es plastisch während dieses Schrittes verformbar, um es zu der Arbeitsoberfläche der Fixierung 34 konform anzupassen. Während die Struktur 30 in dieser Position gehalten wird, trifft UV-Licht von den Lichtquellen 36 und 38 auf den Aufbau 30, um die Mikrofachwerkstruktur 24 vollständig in ihren endgültigen festen Zustand auszuhärten. Da die Mikrofachwerkstruktur 24 in der gekrümmten Konfiguration ausgehärtet ist, wird sie keine internen Spannungen aufweisen, die sonst auftreten würden, wenn die Mikro-Struktur 24 in die gewünschte Form nach dem endgültigen Aushärtezustand gebogen würde. Sobald die Mikrofachwerkstruktur 24 vollständig ausgehärtet ist und die gewünschte Gestalt geformt ist, wird sie von der Fixierung 34 entfernt.
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4 zeigt einen endgültigen gekrümmten Sandwichbalken 40, einschließlich der unteren Deckschicht 16, der ausgehärteten Mikrofachwerkstruktur 24 und einer oberen Deckschicht 42, die auf der Mikrofachwerkstruktur 24 gegenüber der unteren Deckschicht 16 durch einen geeigneten Bondprozess gesichert ist, typischerweise durch Kleben der Knoten an den Enden der Stege 28 zu einer unteren Oberfläche der oberen Deckschicht 42. So wie die untere Deckschicht 16, kann die obere Deckschicht 42 irgendein dünnes Material aufweisen, das für das Herstellen des Sandwichbalkens geeignet ist, wie Aluminium, Stahl, thermoplastische Polymere, Verbundlaminate, Kohlefaserverbundwerkstoffe, Glasfaserverbundwerkstoffe usw. Es ist anzumerken, dass die obere Deckschicht 42 aus einem unterschiedlichen Material als die untere Deckschicht 16 sein kann, was für bestimmte Sandwichstrukturen, wie Aufprallbalken wünschenswert sein kann.
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Der Balken 40 ist eine offen endende Struktur, wobei die Seiten oder Ränder der Mikrofachwerkstruktur 24 nicht durch Platten oder Folien eingeschlossen sind. 5 zeigt einen Sandwichbalken 50, bei dem die Enden der Mikrofachwerkstruktur durch dünne Folien eingeschlossen sind. Insbesondere umfasst der Balken 50 eine geschlossene untere Deckschicht 52, einschließlich Seitenwänden 54 und 56, die eine Kavität, in welcher eine Mikrofachwerkstruktur 58 gebildet ist, definieren, wie durch den Prozess, der oben erörtert wurde. Obwohl der Balken 50 in einer flachen Konfiguration gezeigt wird, ist anzumerken, dass der Balken 50 durch den oben beschriebenen Prozess geformt werden kann, wobei die untere Deckschicht 52 über eine Fixierung 34 gekrümmt sein kann, wenn die Mikrofachwerkstruktur 58 in ihrem grünen und teilweise vernetzten Zustand ist. Sobald die untere Deckschicht 52 und die Mikrofachwerkstruktur 58 in ihrer endgültigen Gestalt sind, wird die Mikrofachwerkstruktur 58 ausgehärtet, dann wird eine obere Deckschicht 60 auf einer oberen Fläche der Mikrofachwerkstruktur 58 befestigt, in der Weise die oben erörtert wird, und kann an den Flanken, die sich von den Seitenwänden 54 und 56 erstrecken, gebondet werden. Alternativ kann die Mikrofachwerkstruktur 58 an die obere Deckschicht 60 gebondet und die Flanken der Seitenwände 54 und 56 können an die entsprechenden Ränder der oberen Deckschicht 60 geschweißt werden. Es ist anzumerken, dass das gleiche Endergebnis durch Aufwachsen der Mikrofachwerkstruktur 58 auf der Deckschicht 60 erhalten werden kann, welche dann über eine Fixierung gebogen wird und der vorgeformte Kanalabschnitt später gebondet/geschweißt wird.
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Der oben beschriebene Prozess für das Bilden eines gekrümmten Sandwich-Mikrofachwerkbalkens kann gemäß einem anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung modifiziert werden. In dieser Ausführungsform startet die untere Deckschicht für den Sandwichbalken in einer gekrümmten Form, wie es durch die untere Deckschicht 70 in 6 gezeigt wird. Die gekrümmte Deckschicht wird dann positioniert auf und geformt zu einer flachen Fixierung 72 durch geeignete Techniken, wie ein Saugen, das es in eine flache Konfiguration zwingt, wie in 7 gezeigt. Es ist wichtig anzumerken, dass das Material und die Geometrie der Deckschicht 70 so gewählt werden, dass sie nicht einer deutlichen permanenten Deformation als Konsequenz dieses Schrittes unterworfen wird.
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8 ist ein Prozessschritt 76, der die untere Deckschicht 70 auf einer flachen Fixierung 72 befestigt, und zeigt eine Form 78, die auf der Deckschicht 70 positioniert ist, wobei die Form 78 eine Hülle für ein Halten des flüssigen Photomonomerharzes definiert, um die Mikrofachwerkstruktur in der gleichen Weise, wie mit der Form 12, die oben erörtert wird, zu bilden. Eine geeignete Maske 80, einschließlich Öffnungen 82, wird oben auf der Form 78, wie oben gezeigt, positioniert, UV-Lichtquellen 84 und 86, wie Quecksilberbogenlampen, strahlen kollimiertes UV-Licht 94 durch die Öffnungen 82 der Maske 80 in den nicht vernetzten Harz, um eine Mikrofachwerkstruktur 90, die aus einer Serie von selbst ausbreitenden photopolymeren Wellenleitern 92 besteht, zu bilden. Auch, wie oben gezeigt, vernetzt das Licht 94 von den Lichtquellen 84 und 86 nur teilweise den Harz, so dass die Mikrofachwerkstruktur 90 in einem leicht plastischen Grünzustand ist, in dem sie leicht, ohne die strukturelle Integrität der Struktur 90 zu verletzen, gebogen werden kann.
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Sobald die teilweise vernetzte Mikrofachwerkstruktur 90 gebildet ist, wird die Mikrofachwerkstruktur 90 nun mit der Deckschicht 70 von allen nicht genutzten Monomeren gereinigt und aus der Form und von der Fixierung 72 entfernt. Sobald die Mikrofachwerkstruktur 90 von der Fixierung 72 entfernt ist, wird die Deckschicht 70 zurückkehren oder zurückspringen in die gekrümmte Gestalt, die in 6 gezeigt wird, was verursacht, dass die teilweise vernetzte Mikrofachwerkstruktur 90 entsprechend gebogen wird. Weil, wie erörtert, die Mikrofachwerkstruktur 90 in einem teilweise vernetzten Zustand ist, ist sie bereits in der gebogenen Konfiguration der Deckschicht 70 geformt, ohne dass sich wesentliche Rest- oder interne Spannungen in der Struktur ergeben.
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9 ist eine Darstellung eines Prozessschrittes 100, der die Mikrofachwerkstruktur 90 und untere Deckschicht 70 in der gekrümmten Konfiguration zeigt, und wobei das UV-Licht von den Quellen 102 und 104 das endgültige Härten der Mikrofachwerkstruktur 90 bereitstellt, um die gewünschte Festigkeit bereitzustellen. Sobald die Mikrofachwerkstruktur 90 vollständig ausgehärtet ist, wird eine vorgeformte obere Deckschicht 106 auf einer oberen Fläche der Mikrofachwerkstruktur 90 gegenüberliegend zu der unteren Deckschicht 70 befestigt, um einen endgültigen Mikrofachwerk-Sandwichbalken 104, wie er in 10 gezeigt wird, zu bilden. Wie oben beschrieben, kann die gekrümmte untere Deckschicht 70 oder die gekrümmte obere Deckschicht 106 Seitenwände einschließen, um eine geschlossene Struktur, wie sie in 5 gezeigt wird, zu bilden.
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In einer alternativen Ausführungsform kann die untere Deckschicht, wie die Deckschicht 16 ein Kohlenstofffaserlaminat oder einige andere aushärtbare Materialien aufweisen, die erst in einem teilweise vernetzten oder leicht plastischen Bgestuften Zustand geformt werden und dann typischerweise durch Hitze, um ihnen die Endfestigkeit zu geben, gehärtet werden. Für derartige Arten von unteren Deckschichten kann die Deckschicht 16, wenn sie in dem Prozessschritt 10, der in 1 gezeigt wird, ist, in ihrem teilweise vernetzten Zustand sein, in dem sie noch weich und leicht biegbar ist. Sobald die Mikrofachwerkstruktur 24 auf der Deckschicht 16, wie es die Struktur 30 in 2 zeigt, gebildet ist, und dann auf der Fixierung 34, wie sie in 3 gezeigt wird, gebogen wird, können sowohl die Mikrofachwerkstruktur 24 als auch die untere Deckschicht 16 einem Aushärtschritt unterworfen werden, um ihre Endfestigkeit bereitzustellen. Obwohl die Ausführungsform in 3 zeigt, dass die Mikrofachwerkstruktur 24 durch UV-Lichtquellen 36 und 38 gehärtet wird, kann in einer alternativen Ausführungsform die Mikrofachwerkstruktur 24 wärmegehärtet werden, wie in einem Ofen, in dem sowohl die Mikrofachwerkstruktur 24 als auch die Deckschicht 16 zur gleichen Zeit gehärtet werden. Alternativ kann ein zweiter Schritt zum Härten der Deckschicht 16 für eine Wärmehärtung erforderlich sein. Die Endhärtung der Deckschicht 16 kann mit einem Endhärten der oberen Deckschicht 42 für die Struktur 40, wie sie in 4 gezeigt wird, erfolgen.
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Die obige Erörterung schließt ein Härten der Mikrofachwerkstruktur zu ihrem endgültigen festen Zustand ein, nachdem sie von der Form entfernt wurde, um zu ermöglichen, sie in eine gewünschte gekrümmte Gestalt zu formen, bevor sie vollständig ausgehärtet ist. In bestimmten Herstellungsprozessen kann es jedoch wünschenswert sein, die Mikrofachwerkstruktur auszuhärten, während sie sich in ihrer originalen flachen Konfiguration befindet und möglicherweise noch in der Form ist. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Mikrofachwerkstruktur, die auf der unteren Deckschicht gebildet ist, vollständig in einer flachen Konfiguration unter Verwenden normaler Mikrofachwerkstruktur-Herstellungsverfahren vollständig ausgehärtet. Wenn der Harz ein geeignetes Duroplastmaterial ist und die untere Deckschicht von einer geeigneten Art des Materials ist, können das Aufwärmen der Mikrofachwerkstruktur und der unteren Deckschicht über eine bekannte Übergangstemperatur Tg für ein bestimmtes Material derartige Materialien veranlassen, biegsam zu werden, wobei sie über eine geeignete Fixierung in die gewünschte Krümmung geformt werden können, während sie über der Übergangstemperatur gehalten werden. Sobald die Mikrofachwerkstruktur in der gewünschten gekrümmten Gestalt ist, kann die Temperatur dann unter die Übergangstemperatur Tg reduziert werden, wo sie in ihren festen gehärteten Zustand zurückkehrt. Die obere Deckschicht, die bereits in der gewünschten Konfiguration geformt ist, kann dann auf der Mikrofachwerkstruktur in der Weise, wie oben erörtert, befestigt werden. Dieser Prozess des Heizens der Mikrofachwerkstruktur, nachdem sie vollständig gehärtet wurde, um ihr zu ermöglichen, entsprechend der gewünschten Gestalt geformt zu werden, kann Vorteile gegenüber den Prozessen der Nachhärtung der Mikrofachwerkstruktur, auf die oben Bezug genommen wird, haben, weil sie eine wiederholte Formänderung ermöglicht, um besser in die Verarbeitungsbedingungen des Sandwichmikrofachwerk-Strukturbalkens zu passen.
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Die obige Erörterung umfasst auch ein Herstellen der Mikrofachwerkstruktur, wenn die untere Deckschicht, auf der die Mikrofachwerkstruktur hergestellt wird, in einer flachen Konfiguration ist, während die Mikrofachwerkstruktur darauf gewachsen wird. Andere Ausführungsformen der Erfindung schließen ein Herstellen der Mikrofachwerkstruktur für den Sandwichbalken ein, während die Deckschicht gekrümmt ist. 11 ist eine Darstellung 110 eines Mikrofachwerk-Herstellungsprozesses, der ein Montageelement 112 einschließt, auf dem eine Vielzahl von UV-Quellen 114 montiert sind. Eine Maske 116, die UV-lichtopake Bereiche 118 und UV-transparente Bereiche 120 umfasst, wird relativ zu dem Montageelement 112 über einer Region 122 bereitgestellt. Die Region 122 soll alles von der unteren Deckschicht und der Form, welche den Einschluss bildet, in dem der flüssige photomonomere Harz angeordnet ist, repräsentieren, um die Mikrofachwerkstruktur, wie oben erörtert, zu definieren. Kollimierte Strahlen 124 werden von jeder der UV-Quellen 114 emittiert und werden durch die UV-transparente Region 120 so gerichtet, dass sich die Strahlen 124 des UV-Lichts durch die Maske 116 verbreiten, um die polymerisierten Stege der Mikrofachwerkstruktur in der Region 122, wie oben erörtert, zu bilden. Es ist anzumerken, dass die Punkte, welche die UV-Quellen 114 darstellen, irgendeine Konfiguration von UV-Lichtquellen darstellen sollen, wie Lampen, Linsen, Spiegel oder andere optische Elemente. Die Kreuzungen der Strahlen 124 definieren die Zellen 128, welche die Konfiguration der Mikrofachwerkstruktur zeigen. Die Linien 126 definieren eine Richtung als Normale zu dem Montageelement 112 und die Linie 130 definiert eine Richtung als Normale zu der Oberfläche der Region 122.
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12 ist eine Darstellung 140 eines Mikrofachwerk-Herstellungsprozesses, ähnlich der Darstellung 110, wobei ähnliche Elemente durch die gleichen Referenznummern identifiziert werden. In der Darstellung 140 ist das Montageelement 112 in der gekrümmten oder gebogenen Konfiguration gezeigt, um eine vorbestimmte Form aufzuweisen, die für die zu bildende gekrümmte Form des Mikrofachwerk-Sandwichbalkens geeignet ist. Wie es offensichtlich ist, sind die Mikrofachwerkzellen 128 gleichförmig zu den UV-transparenten Regionen 120 in der Maske 116. Die opaken Abschnitte 118 und die transparenten Abschnitte 120 der Maske 116 sind abwechselnd, so dass die nun gewechselten Strahlen 124 durch die transparenten Abschnitte 120 ausgerichtet werden.
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Die Gestalt und/oder die Krümmung des Montageelements 112 kann sich von der geformten Mikrofachwerkstruktur, die geformt wird, unterscheiden. Auch können die UV-Quellen 114 eine Kombination von Linsen, Prismen, Spiegeln usw. sein, welche die Strahlen 124 aufspalten und in die gewünschte Richtung ausrichten. Weiterhin kann, anstelle eines flexiblen Montageelements, ein nachformbares Montageelement, nämlich das eine Änderung der Geometrie, der Gestalt oder der Ausrichtung ermöglicht, verwendet werden, wie eine segmentierte Oberfläche, deren Segmente rotieren oder relativ zu dem benachbarten Elementen fixiert sein können, wie eine verdrahtete Spur. Geeignete Beispiele umfassen ein flexibles Teil, ein segmentiertes kettenartiges Element, wo die individuellen Elemente ihre relativen Positionen durch Reibung oder andere Sperrmechanismen aufrecht erhalten, oder ein Teil, das aus einem Material mit Formgedächtnis gefertigt ist, wie einem Polymer mit Formgedächtnis, bei dem das Teil bis zu einer Übergangstemperatur erhitzt werden kann, in die gewünschte Gestalt deformiert werden kann und in der Gestalt durch Halten des Teils in der Form, während es gekühlt wird, blockiert werden kann. Den Lichtstrahl modifizierende Elemente, die mit den Quellen 114 assoziiert sind, können über das Element 112 verteilt dahingehend nicht identisch sein, dass es Unterschiede in den Winkeln der Strahlen 124, der Anzahl der Strahlen 124, der Intensität der Strahlen 124 usw. geben kann.
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13 ist eine Darstellung 150 eines anderen Mikrofachwerk-Herstellungsprozesses, bei dem gleiche Elemente zu der Darstellung 110 mit den gleichen Referenznummern gezeigt werden. In dieser Ausführungsform ist das Montageelement 112 durch eine Schiene 152 ersetzt, auf der ein Servicewagen 154 auswählbar entlang der Schiene 152 bewegbar ist, wobei die Schiene 152 fixiert oder rekonfigurierbar sein kann. Serien von einer oder mehreren Lichtquellen 156 sind auf dem Servicewagen 154 montiert und erzeugen die gerichteten Strahlen 124, die durch UV-transparente Regionen 120 in der Maske 116 ausgerichtet sind. Wenn der Servicewagen 154 sich entlang der Schiene 152 bewegt, werden die Lichtquellen 156 gesteuert, um die Strahlen 124 in der geeigneten Richtung bereitzustellen. Jede Anzahl oder Konfiguration der Lichtquellen 156 kann auf dem Servicewagen 154, die für eine besondere Mikrofachwerkstruktur geeignet sind, verwendet werden. Basierend auf diesem Entwurf kann die Anzahl der Lichtquellen 156, die zum Herstellen der gesamten Mikrofachwerkstruktur erforderlich sind, vermindert werden, wobei die Mikrofachwerkstruktur in Abschnitten hergestellt wird. Auch sollen die Lichtquellen 156, wie oben, irgendwelche geeigneten Konfigurationen optischer Elemente sein, um die kollimierten UV-Lichtstrahlen bereitzustellen.
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14 ist eine Darstellung 160 eines Mikrofachwerk-Herstellungsprozesses für eine gekrümmte Mikrofachwerkstruktur, die zeigt, dass die Schiene 152 gekrümmt ist, um die gewünschte Form des Mikrofachwerk-Sandwichbalkens zu entsprechen. In der Darstellung 160 ist die Maske 116 gekrümmt, um der Gestalt der Krümmung der Schiene 152 und der gewünschten Gestalt der Mikrofachwerkstruktur zu entsprechen, so dass der Balken 124 mit der UV-transparenten Region 120 ausgerichtet ist. Wie oben ändert sich die Länge des opaken Abschnitts 118 und der Maske 116, so dass die transparenten Abschnitte 120 an den Balken 124 als ein Ergebnis der Schiene 152, die rekonfiguriert ist, angepasst sind.
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Es ist anzumerken, dass die Schiene 152, anstatt fixiert zu sein, rekonfigurierbar sein kann. Ferner kann die Gestalt der Schiene 152 nicht die gleiche wie die der Mikrofachwerkstruktur, die herzustellen ist, sein. Unterschiedliche Teile der gekrümmten Mikrofachwerkstruktur können durch unterschiedliche Servicewagen definiert werden, wie einem 4 × 4-Quellen-Servicewagen, der verwendet werden kann, um die hauptsächlich flachen Teile der Struktur schnell zu bedecken, während ein 1 × 1-Quellen-Servicewagen benutzt werden kann, um Teile der Mikrofachwerkstruktur, die eine große Krümmung aufweisen, zu bedecken. Die vielfachen Servicewagen können gleichzeitig oder hintereinander arbeiten. Die Kombination der UV-Quellenbank auf dem Servicewagen 154, die Schiene 152 und die Maske 116 erzeugen die Mikrofachwerkgeometrie. Ein Element kann verwendet werden, um einige Begrenzungen der anderen zu korrigieren, wie die Maske 116 verwendet werden kann, um eine Begrenzung der Servicewagen 154 und der Schiene 152 in Kombination zu korrigieren. Anstelle eines Verwendens der Schiene 152 kann die UV-Quellenbank an dem Ende eines Greiforgans eines Roboters (nicht gezeigt) befestigt sein, der programmiert ist, einen bestimmten Pfad oder eine bestimmte Bewegung zu verfolgen. Anstelle eines Roboters kann die Quellenbank auch auf einem regulären oder anpassbaren Mechanismus befestigt sein, wie eine Verbindung, ein Kurven basierender Mechanismus usw. Ferner kann, anstelle eines Beibehaltens des Fixierens des Harzreservoirs und eines Bewegens mit der UV-Quellenbank relativ zu dem Reservoir, um ein gewünschtes Mikrofachwerkmuster zu definieren, die UV-Quellenbank fixiert sein und das Reservoir kann relativ dazu bewegt werden, um dasselbe Ziel zu erreichen.
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15 ist eine Darstellung 170, die einen Prozess zur Herstellung einer Mikrofachwerkstruktur ähnlich wie die Darstellung 110 zeigt, wobei gleiche Elemente durch gleiche Referenznummern identifiziert werden. In dieser Ausführungsform wird das Montageelement 112 in einer flachen oder geraden Konfiguration gehalten, aber die Mikrofachwerkstruktur, die gebildet wird, wird eine gekrümmte Konfiguration, wie in der Region 122 gezeigt, aufweisen. In dieser Konfiguration ist die Maske 116 so modifiziert, dass die opaken Regionen 118 und die transparenten Regionen 120 den UV-Lichtstrahlen 124 ermöglichen, durch die transparenten Regionen 120 zu passieren. Wie gezeigt, ist die Einheitszellennormale, die durch die Linie 130 gezeigt wird, keine Normale zu der gekrümmten Oberfläche. Anstelle der UV-Quellen, die in dem Montageelement 112 eingebettet sind, können Lichtstrahlen modifizierende Elemente, wie Linsen, Prismen, Spiegel usw., in dem Montageelement 112 eingesetzt werden, die einen einfallenden Strahl in eine Vielzahl von Strahlen zurückwerfen und trennen. Die Kombination der UV-Quellen 114 und irgendwelcher anderen optischen Elemente in Zusammenwirken mit der Maske 116 erzeugen die Mikrofachwerkgeometrie.
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16 ist eine Darstellung 190, die einen Prozess zum Herstellen einer gekrümmten Mikrofachwerkstruktur ähnlich der Darstellung 170 zeigt, wobei ähnliche Elemente durch gleiche Referenznummern identifiziert werden. Die Darstellung schließt das flache Montageelement 112 und die gekrümmte Maske 116 ein. Eine Linse 192 ist zwischen dem Element 112 und der Maske 116 positioniert, um den optischen Strahl durch die UV-transparente Region der Maske 116 zurückzustrahlen, um die Mikrofachwerkstege in einer Richtung zu bilden, die der Krümmung der Mikrofachwerkstruktur entspricht. Durch Verwenden der Linse 192 ist nun die Linie 130 eine Normale zu der Maske 116. Die Linse 192 wird verwendet, um das Strahlmuster von dem flachen Mikrofachwerkstrahl zu einem gekrümmten Mikrofachwerkstrahl abzubilden. Die Kombination der UV-Quellen 114, der Linse 192 und der Maske 116 erzeugen die Mikrofachwerkgeometrie, bei der ein Element verwendet werden kann, um einige Begrenzungen der anderen zu korrigieren, so wie die Maske verwendet werden kann, um eine Begrenzung der Linse oder der UV-Quellen zu korrigieren. Ein Array von repositionierbaren Spiegeln kann verwendet werden anstelle der Linse 192, wobei die Position der Spiegel programmierbar sein kann.
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Die vorhergehende Erörterung offenbart und beschreibt nur beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann der Technik wird bereits durch diese Erörterung und die begleitenden Zeichnungen und Ansprüche erkennen, dass verschiedene Änderungen, Modifikationen und Variationen durchgeführt werden können, ohne dabei von dem Geist und dem Rahmen der Erfindung, wie sie in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
