DE102016121007A1

DE102016121007A1 - Additive herstellung einer karosseriekomponente auf einem rohrrahmen

Info

Publication number: DE102016121007A1
Application number: DE102016121007.2A
Authority: DE
Inventors: Hamid G. Kia; Jorge F. Arinez; John P. Spicer; Ningjian Huang
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-11-13
Filing date: 2016-11-03
Publication date: 2017-05-18
Also published as: CN106696248A; CN106696248B; US10493705B2; US20170136698A1

Abstract

Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung verkleideter Strukturen werden vorgestellt. Die Verfahren beinhalteten die Herstellung einer Rahmenstruktur durch additive Herstellungsverfahren und das Scannen einer Oberfläche der Rahmenstruktur, um zu bestimmen, ob eine Stelle, an der eine Verkleidung aufgelegt werden soll, mehr als eine nominelle Oberflächenabweichung aufweist. Wenn mehr als eine nominale Oberflächenabweichung festgestellt wird, beinhalteten die Verfahren zudem das Erzeugen einer Verkleidung, die an der Stelle der Rahmenstruktur aufgelegt wird, an der die Platte eine zu der Oberflächenabweichung komplementäre Ansatzfläche aufweist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft die Herstellung von Rohrrahmenstrukturen mit einem additiven Fertigungsverfahren.
HINTERGRUND
Der folgende Abschnitt bietet Hintergrundinformationen zur vorliegenden Offenbarung, wobei es sich nicht notwendigerweise um den Stand der Technik handelt.
Verfahren zur Herstellung von Geräten und Fahrzeugen beruhen in der Regel auf der unabhängigen Herstellung von Einzelteilen und dem Zusammenbau bzw. der Montage derselben, um ein Endprodukt zu erzeugen. So werden beispielsweise in der Automobilindustrie Automobile in der Regel aus tausenden von Einzelteilen oder Einheiten zu einem Fahrzeug zusammengebaut. Diese Teile oder Einheiten werden einzeln hergestellt und erfordern oftmals die Verwendung spezieller oder komplexer Werkzeuge oder Ausrüstungen. Dementsprechend ist der Prozess zur Herstellung von Automobilen arbeitsintensiv, komplex und kostenaufwendig. So sind beispielsweise Automobilwerke mit komplexen Systemen zur Ausführung komplexer Operationen ausgerüstet, einschließlich komplexer Werkzeuge, Flurförderzeuge, Stanzwerkzeuge, Karosseriewerke, Lackieranlagen und dergleichen. Weiterhin sind diese Teile und Prozesse weitgehend fahrzeugtypabhängig. Daher benötigen die Einführung oder der Wechsel zur Herstellung eines neuen Fahrzeugs eine lange Vorlaufzeit. Dementsprechend sind Fertigungsverfahren zur Rationalisierung der Herstellungsprozesse für Automobile und andere Fahrzeuge oder Geräte notwendig.
KURZDARSTELLUNG
Dieser Abschnitt enthält eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung und ist keine vollständige Offenbarung des vollen Schutzumfangs oder aller Merkmale.
Die vorliegende Technologie bietet ein Verfahren zur Herstellung einer verkleideten Struktur. Das Verfahren beinhaltet das Scannen einer Außenfläche einer Rahmenstruktur und das Erzeugen einer Verkleidung mittels additiver Herstellung, die entlang eines ersten Bereichs der Außenfläche der Rahmenstruktur angeordnet werden soll. Die Verkleidung hat eine zum ersten Bereich der äußeren Oberfläche der Rahmenstruktur komplementäre Ansatzfläche. Das Verfahren beinhaltet auch den Einbau der Verkleidung am ersten Bereich der Außenfläche der Rahmenstruktur zur Ausbildung der verkleideten Struktur.
Die vorliegende Technologie stellt zudem ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer verkleideten Struktur bereit. Das Verfahren beinhaltet das Scannen einer Außenfläche einer Rahmenstruktur und das Vergleichen eines ersten Bereichs der gescannten Außenfläche der Rahmenstruktur mit einem zweiten Bereich einer komplementären Verkleidung, um zu bestimmen, ob die Außenfläche der Rahmenstruktur an der Stelle, wo der erste Bereich und der zweite Bereich aneinandergefügt werden, mehr als eine Abweichung von der Nominalfläche aufweist. Das Verfahren beinhaltet auch das Erzeugen einer Korrekturkomponente zum Einsatz an dieser Stelle, wenn der erste Bereich der Außenfläche der Rahmenstruktur mehr als eine nominale Oberflächenabweichung vom zweiten Bereich aufweist. Die Korrekturkomponente hat eine Ansatzfläche, die komplementär zu dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich ist. Die Korrekturkomponente kann dann zwischen dem ersten Bereich der Außenfläche der Rahmenstruktur und dem zweiten Bereich der komplementären Verkleidung eingebaut werden, um die verkleidete Struktur zu bilden.
Zusätzlich dazu bietet die vorliegende Technologie eine Vorrichtung zum Scannen und Beschichtung einer Rahmenstruktur. Die Vorrichtung beinhaltet ein Nachführungssystem. Ein Druckkopf zum Auftragen von Kunstharz in einer vorgegebenen Form ist mit dem Nachführungssystem verbunden. Ein Faserkopf zum Auftragen von Fasern auf das Kunstharz ist ebenfalls mit dem Nachführungssystem verbunden. Das Nachführungssystem bewegt den Druckkopf und den Faserkopf unabhängig in drei Dimensionen
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hier dargebotenen Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen ausschließlich zur Veranschaulichung und sollen keinesfalls den Umfang der vorliegenden Offenbarung beschränken.
ZEICHNUNGEN
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen ausschließlich der Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und stellen nicht die Gesamtheit der möglichen Realisierungen dar und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht beschränken.
1 ist ein Blockschaltbild, das ein Verfahren zur Herstellung einer verkleideten Struktur gemäß bestimmten Variationen der vorliegenden Technik darstellt;
2 ist eine schematische Darstellung des in 1 beschriebenen Verfahrens;
3 ist eine Darstellung eines Verstärkungsmaterials, das gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Technik gebildetes Kunstharz sowie Fasern beinhaltet;
4 ist eine Darstellung einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Erzeugung einer Verkleidung und zum Auftragen eines Verstärkungsmaterials auf die Verkleidung;
5 ist ein Blockschaltbild, das ein zweites Verfahren zur Herstellung einer verkleideten Struktur gemäß bestimmten Variationen der vorliegenden Technik darstellt;
6 ist eine schematische Darstellung des in 4 beschriebenen Verfahrens;
7 ist eine Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Verstärkungsmaterials gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Technik;
8 ist eine Darstellung eines seriellen Verfahrens zur Herstellung einer verkleideten Struktur nach bestimmten Variationen der vorliegenden Technik;
9 ist eine Darstellung einer Vorrichtung zum Drucken einer Rahmenstruktur gemäß bestimmten Variationen der vorliegenden Technik;
10 ist eine Darstellung einer Vorrichtung zur Beschichtung einer Rahmenstruktur mit einem Verstärkungsmaterial gemäß bestimmten Variationen der vorliegenden Technik;
11 ist eine Darstellung einer Vorrichtung zum Scannen einer Struktur nach bestimmten Aspekte der vorliegenden Technik;
12 ist eine Darstellung einer Vorrichtung zum Drucken von Verkleidungen gemäß gewissen Aspekten der vorliegenden Technik;
13 ist eine Darstellung einer Vorrichtung zur Beschichtung einer Verkleidung mit einem Verstärkungsmaterial gemäß bestimmten Variationen der vorliegenden Technik;
14 ist eine Darstellung eines parallelen Verfahrens zur Herstellung einer verkleideten Struktur gemäß gewissen Aspekten der vorliegenden Technik;
15 ist eine Darstellung einer Vorrichtung zum Drucken einer Rahmenstruktur, zum Beschichten der Rahmenstruktur mit einem Verstärkungsmaterial und zum Scannen einer mit einem Verstärkungsmaterial beschichteten Rahmenstruktur gemäß anderen Aspekten der vorliegenden Technik; und
16 ist eine Darstellung einer Vorrichtung zum Drucken einer Verkleidung und zum Beschichten der Verkleidung mit einem Verstärkungsmaterial gemäß bestimmten Variationen der vorliegenden Technik.
Ähnliche Bezugszeichen geben in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen ähnliche Bauabschnitte an.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es werden exemplarische Ausführungsformen vorgestellt, damit diese Offenbarung gründlich ist und den Fachleuten deren Umfang vollständig vermittelt. Es werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, wie z. B. Beispiele für spezifische Zusammensetzungen, Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein tiefgreifendes Verständnis für die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Fachleute werden erkennen, dass spezifische Details möglicherweise nicht erforderlich sind, dass exemplarische Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden können, und dass keine der Ausführungsformen dahingehend ausgelegt werden soll, dass sie den Umfang der Offenbarung beschränkt. In manchen exemplarischen Ausführungsformen sind wohlbekannte Verfahren, wohlbekannte Vorrichtungsstrukturen und wohlbekannte Technologien nicht ausführlich beschrieben.
Die hier verwendete Terminologie dient ausschließlich der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und soll in keiner Weise einschränkend sein. Wie hierin verwendet, schließen die Singularformen „ein/eine” und „der/die/das” gegebenenfalls auch die Pluralformen ein, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Die Begriffe „umfasst”, „umfassend”, „beinhalten” und „haben” sind einschließend und geben daher das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Elemente, Zusammensetzungen, Schritte, ganzen Zahlen, Vorgänge, und/oder Komponenten an, schließen aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einer oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen hiervon aus. Obwohl der offen-ausgelegte Begriff „umfasst,” zu verstehen ist als ein nicht einschränkender Begriff, der zum Beschreiben und offenbaren verschiedener, hier dargelegter Ausführungsformen verwendet wird, kann der Begriff in bestimmten Aspekten alternativ verstanden werden, um stattdessen ein mehr begrenzender und einschränkender Begriff zu sein, wie „bestehend aus” oder „bestehend im Wesentlichen aus.” Somit beinhaltet jegliche Ausführungsform, die Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Funktionen, ganze Zahlen, Operationen, und/oder Verfahrensschritte aufführt, der vorliegenden Offenbarung ausdrücklich auch Ausführungsformen bestehend aus, oder bestehend im Wesentlichen aus, so aufgeführte Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elementen, Funktionen, Zahlen, Operationen, und/oder Verfahrensschritte. Bei „bestehend aus” schließt die alternative Ausführungsform jegliche zusätzlichen Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Funktionen, Zahlen, Operationen, und/oder Verfahrensschritte aus, während bei „bestehend im Wesentlichen aus,” jegliche zusätzliche Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Funktionen, Zahlen, Operationen, und/oder Verfahrensschritte, die stoffschlüssig die grundlegenden und neuen Eigenschaften beeinträchtigen, ausgeschlossen sind von einer solchen Ausführungsform, aber jegliche Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Funktionen, ganzen Zahlen, Operationen, und/oder Verfahrensschritte die materialmäßig nicht die grundlegenden und neuen Eigenschaften beeinträchtigen, können in der Ausführungsform beinhaltet sein.
Alle hier beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Vorgänge sind nicht dahingehend auszulegen, dass die beschriebene oder dargestellte Reihenfolge unbedingt erforderlich ist, sofern dies nicht spezifisch als Reihenfolge der Ausführung angegeben ist. Es sei außerdem darauf hingewiesen, dass zusätzliche oder alternative Schritte angewendet werden können, sofern nicht anders angegeben.
Wenn eine Komponente, ein Element oder eine Schicht als „an/auf”, „in Eingriff mit”, „verbunden mit” oder „gekoppelt mit” einer anderen Komponente bzw einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben wird, kann es/sie sich entweder direkt an/auf der anderen Komponente, dem anderen Element oder der anderen Schicht befinden, damit in Eingriff stehen, damit verbunden oder damit gekoppelt sein oder es können dazwischen liegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Wenn, im Gegensatz dazu, ein Element als „direkt an/auf”, „direkt im Eingriff mit”, „direkt verbunden mit” oder „direkt gekoppelt mit” einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben wird, können keine dazwischen liegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Wörter, die zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen verwendet werden, sind in gleicher Weise zu verstehen (z. B. „zwischen” und „direkt zwischen”, „angrenzend” und „direkt angrenzend” etc.). Wie hier verwendet, schließt der Begriff „und/oder” alle Kombinationen aus einem oder mehreren der zugehörigen aufgelisteten Elemente ein.
Raumbezogene oder zeitbezogene Begriffe, wie „davor”, „danach”, „innere”, „äußere”, „unterhalb”, „unter”, „untere”, „über”, „obere” und dergleichen, können hierin zur besseren Beschreibung der Beziehung von einem Element oder einer Eigenschaft zu anderen Element(en) oder Eigenschaft(en), wie in den Figuren dargestellt, verwendet werden. Raumbezogene oder zeitbezogene Begriffe können dazu bestimmt sein, verschiedene in Anwendung oder Betrieb befindliche Anordnungen der Vorrichtung oder des Systems zu umschreiben, zusätzlich zu der auf den Figuren dargestellten Ausrichtung.
In dieser Offenbarung repräsentieren die nummerischen Werte grundsätzlich ungefähre Messwerte oder Grenzen von Bereichen, um kleinere Abweichungen von den bestimmten Werten und Ausführungsformen, die in ungefähr den genannten Wert haben, sowie solche mit genau dem genannten Wert, zu umfassen. Alle numerischen Werte der Parameter (z. B. Mengen oder Zustände) in dieser Spezifikation, einschließlich der beigefügten Ansprüche, sind in allen Fällen durch den Begriff „ungefähr” zu verstehen, ungeachtet dessen ob der Begriff „ungefähr bzw. etwa” tatsächlich vor dem Zahlenwert angegeben ist oder nicht. „Ungefähr” weist darauf hin, dass der offenbarte numerische Wert eine gewisse Ungenauigkeit zulässt (mit einer gewissen Annäherung an die Exaktheit im Wert; ungefähr oder realistisch nahe am Wert; annähernd). Falls die Ungenauigkeit, die durch „ungefähr” vorgesehen ist, in Fachkreisen nicht anderweitig mit dieser gewöhnlichen Bedeutung verständlich ist, dann gibt „ungefähr”, wie hier verwendet, zumindest Variationen an, die sich aus gewöhnlichen Messverfahren und der Verwendung derartiger Parameter ergeben.
Darüber hinaus beinhaltet die Angabe von Bereichen die Angabe aller Werte und weiter unterteilter Bereiche innerhalb des gesamten Bereichs, einschließlich der für die Bereiche angegebenen Endpunkten und Unterbereiche. Wie hierin angegeben, werden Bereiche, sofern nicht anderweitig spezifiziert, einschließlich von Endpunkten angegeben und beinhalten die Angabe aller unterschiedlicher Werte und weiter unterteilter Bereiche innerhalb des gesamten Bereichs. Demnach gilt beispielsweise eine Bereichsangabe von „von A zu B” oder „von etwa A bis etwa B” einschließlich A und B.
Es werden nun exemplarische Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschreiben.
In verschiedenen Aspekten stellt die vorliegende Offenbarung Verfahren zur Verbesserung von Fertigungsprozessen zum Bilden verkleideter Strukturen vor. Wie oben beschrieben, sind aktuelle Verfahren zur Herstellung von Fahrzeugen aufwendig, teuer, und auf einzelne Fahrzeuge spezialisiert. Dementsprechend bietet die vorliegende Technologie Verfahren für additive Herstellung zumindest einen Raum Struktur Rahmen oder -rohr Rahmen und Karosseriebleche oder Verschlüsse. Diese additiven Herstellungsverfahren machen Spezialwerkzeuge zur Karosseriefertigung überflüssig und produzieren ultraleichte Strukturen. Während die verkleideten Strukturen der vorliegenden Technologieinsbesondere zur Verwendung in Komponenten für Automobile oder andere Fahrzeuge (z.B., Motorräder, Boote, Traktoren, Busse, Wohn- und Campingmobile und Behälter) geeignet sind, können sie auch in verschiedenen andere Branchen und Anwendungen eingesetzt werden, darunter Komponenten für die Luft- und Raumfahrt, Konsumgüter, Geräte, Gebäude (z. B. Wohn- und Bürogebäude, Schuppen, Lagerhallen), Büroeinrichtungen und -möbel sowie Maschinen für industrielle Anlagen, landwirtschaftliche Geräte, oder schwere Maschinen, um nur einige Beispiele zu nennen. Dementsprechend ist in bestimmten Ausführungsformen die Struktur eine Fahrzeugverkleidungsbaugruppe. In der Automobilindustrie senken additive Herstellungsverfahren zudem die Vorlaufzeiten zur Markteinführung neuer Fahrzeuge und zur Umstellung auf die Herstellung von neuen Karosserietypen und schaffen die Fähigkeit zum Bau von Fahrzeugkarosserien an dem Ort, an dem sie verkauft werden. Zu den weiteren Vorteilen der aktuellen Technologie gehören schnellere Entwicklungszyklen, die Eliminierung von stilspezifischen Werkzeugen zur Herstellung einer bestimmten Fahrzeugkarosserie sowie eine erhöhte Herstellungsflexibilität und Reaktionsfähigkeit auf die Kundennachfrage. Diese Technologie kann zur Verbesserung der Herstellung verschiedener Strukturen eingesetzt werden, die einen Rahmen sowie Verkleidungen bzw. Abdeckungen enthalten.
Die vorliegende Offenbarung stellt ferner Systeme und Vorrichtungen für additive Herstellung von Strukturen mit Verkleidungen oder Abdeckungen vor. Die additive Herstellung beinhaltet dreidimensionales Drucken und andere Fertigungstechniken zum schichtweisen Aufbau von dreidimensionalen Strukturen. Diese Systeme beinhalten Scanner zum Abtasten einer Oberflächenstruktur und zum Entwickeln einer dreidimensionalen Ansicht der Oberflächenstrukturgeometrie. Das System bietet zudem eine Vielzahl von Köpfen zum Auftragen von Kunstharzen und/oder Fasern auf die Strukturflächen. In verschiedenen Ausführungsformen wird das System als eine Vielzahl von Geräten oder als einzelne multifunktionale Vorrichtung bereitgestellt.
Wie in 1 und 2 gezeigt, ist die aktuelle Technologie ein Verfahren 10 zur Herstellung einer verkleideten Struktur. Die verkleidete Struktur kann jede Struktur wie oben beschrieben sein, einschließlich, als nicht-einschränkendes Beispiel, einer Fahrzeugstruktur. In Block 12 beinhaltet das Verfahren die Herstellung einer Rahmenstruktur oder inneren Rahmenstruktur, wie beispielsweise eines selbsttragenden Rahmens (Space Frame) oder eines Rohrrahmens. Wie hierin verwendet, ist ein „Space Frame” eine starre Struktur mit einer Vielzahl von ineinandergreifenden Streben, die ein geometrisches Muster bilden. Ein „Rohrrahmen” ist ein freitragender Rahmen, in dem die Streben als Rohre ausgeführt sind. Eine beispielhafte Rahmenstruktur bzw. innere Rahmenstruktur 30 mit einer Vielzahl von Streben 32 ist in 2 dargestellt. In verschiedenen Ausführungsformen wird die innere Rahmenstruktur 30 durch schichtweise additive Herstellung erzeugt, hier auch bezeichnet als dreidimensionales Drucken (3D-Druck). Die innere Rahmenstruktur 30 kann aus jedem in der Technik bekanntem Werkstoff bestehen, wie beispielsweise Kunststoff, Glasfasern oder Metall. Nicht einschränkende Beispiele von Fasern, die zur Verstärkung des Materials geeignet sind, beinhalten Kohlenstofffasern, Glasfasern (wie Fiberglas oder Quarz), Aramidfasern (wie KEVLAR^® synthetische Para-Aramid-Fasern und Twaron^® synthetische Para-Aramid-Fasern), Borfasern, keramische Fasern, Polyesterfasern, ultrahochmolekulare Polyethylenfasern (PE-UHMW) und Kombinationen aus denselben. Wenn die Fasern an Ort und Stelle sind, wird der 3D-Druck fortgesetzt. Durch dieses Verfahren kann eine 3D-gedruckte Rahmenstruktur mehrere Verstärkungslagen umfassen, die der Rahmenstruktur eine zusätzliche Festigkeit verleihen.
In bestimmten Variationen ist das Verstärkungsmaterial ein verstärkender vorimprägnierter (Prepreg-)Verbundwerkstoff mit Verstärkungsfasern. Ein vorimprägnierter Werkstoff kann ein Werkstoffband oder -streifen mit einer Vielzahl von Fasern sein, die in einer an der Oberfläche angeordneten Kunstharzschicht verteilt sind. Die Fasern können in zufälliger Anordnung oder geometrisch in Gitterstrukturanordnung ausgerichtet werden. Das Band oder die Kunstharzschicht können auch mittels 3D-Druck ausgebildet werden. So wird beispielsweise nach dem Auftragen einer Schicht bzw. der vorbestimmten Anzahl von Schichten des Materials mittels 3D-Druck ein Band oder Kunstharz, das eine Vielzahl von Fasern umfasst, auf einer freiliegenden Oberflächenschicht aufgetragen.
In Block 14 1, und wie dargestellt in 2, beinhaltet das Verfahren 10 das Auftragen eines Verstärkungsmaterials 34 auf die gesamte Rahmenstruktur 30 oder einen Teil der Rahmenstruktur 30. In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet das Auftragen von Verstärkungsmaterial 34 die Beschichtung einer gesamten Außenfläche der Rahmenstruktur 30 oder eines Teils der Außenfläche der Rahmenstruktur 30 mit dem Verstärkungsmaterial 34. Mit Bezug auf 3 kann das Verstärkungsmaterial 34 eine Kunstharzmatrix 60 sein, ausgebildet als Band 62 mit Verstärkungsfasern 64. Die Verstärkungsfasern 64 können alle hierin beschrieben Fasern beinhalten. In manchen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren 10 das Ausrichten von zerkleinerten- oder Endlosfasern 64 in einer vorgegebenen Richtung, die von der zu beschichtende Stelle der Schale 30 abhängt. Die Kunstharzmatrix 60 3 beinhaltet Endlosfasern 64 in gleichförmiger Ausrichtung 66, Fasern 64 in gekreuzter oder gewellter Ausrichtung 68 und zerschnittene Fasern 64 in zufälliger Ausrichtung 70. Diese vorgegebenen Ausrichtungen 66, 68, 70 dienen zur Optimierung der Festigkeit der Schale 30 für Belastungs- oder Leistungsanforderungen. So bieten beispielsweise Endlosfasern 64 in einer gleichförmigen Ausrichtung 66 Festigkeit in Richtung der Fasern bei Belastung einer Stelle der Rahmenstruktur 30. In einem freitragenden Fahrzeugrahmen können Endlosfasern 64 in A-Säulen (ausgerichtet von der Motorhaube des Fahrzeugs in Richtung Fahrzeugdach) oder in B-Säulen (ausgerichtet von dem Bodenblech des Fahrzeugs in Richtung Fahrzeugdach) verwendet werden. Eine gekreuzte Ausrichtung 68 oder zufällige Ausrichtung 70 kann an einer Stelle verwendet werden, wo zu erwarten ist, dass eine Last orthogonal zu einer Strebe oder einem Rohr angesetzt wird. Dementsprechend bieten diese Faserarchitekturen vollständig anpassbare Strukturen.
In Block 16 beinhaltet das Verfahren 10 die Behandlung des Verstärkungsmaterials 34, nachdem das Verstärkungsmaterial 34 auf die Rahmenstruktur 30 aufgetragen wurde, um eine verstärkte Rahmenstruktur 36 mit einer Außenfläche 38 auszubilden. In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet die Behandlung das Aushärten bzw Verfestigen des Verstärkungsmaterials 34 unter Druck, worin der Druck mit lokalem Vakuumformen, hydrostatischem Druck, einer pneumatisch beaufschlagten Hülse oder einem Autoklaven in Verbindung steht. Die daraus entstehende verstärkte Rahmenstruktur 36 weist im Verhältnis zu der Rahmenstruktur 30, die nicht mit einem Verstärkungsmaterial 34 beschichtet ist, eine erhöhte Festigkeit auf. Jedoch weist die Rahmenstruktur 30 in einigen Ausführungsformen eine ausreichende Festigkeit auf, sodass eine Beschichtung mit Verstärkungsmaterial 34 und eine Behandlung des Verstärkungsmaterials 34 in den Blöcken 14 und 16 laut 1 nicht erforderlich ist.
In Block 18 beinhaltet das Verfahren 10 das Scannen der verstärkten Rahmenstruktur 36 oder der Außenfläche 38 der verstärkten Rahmenstruktur 36, um festzustellen, ob die Außenfläche 38 der verstärkten Rahmenstruktur 36 an einer Stelle, an der eine Verkleidung angebracht werden soll, mehr als eine nominale Oberflächenabweichung aufweist. In Ausführungsformen, in denen die Rahmenstruktur 30 eine ausreichende Festigkeit aufweist, sodass eine Beschichtung mit Verstärkungsmaterial 34 und eine Behandlung des Verstärkungsmaterials 34 nicht erforderlich ist, beinhaltet Block 18 das Scannen der Rahmenstruktur 30, um festzustellen, ob die Außenfläche der verstärkten Rahmenstruktur an einer Stelle, wo eine Verkleidung angebracht werden soll, mehr als eine nominale Oberflächenabweichung aufweist. Wie hierin verwendet, bezieht sich die „nominale Oberflächenabweichung” auf eine Abweichung einer Struktur-Außenfläche, die ohne Einfluss auf die Eignung der Verkleidung zum Anbau an der Struktur an der Stelle der nominalen Oberflächenabweichung ist. So kann beispielsweise eine nicht nominale Oberflächenabweichung zu einer inkorrekten Passung zwischen einer Verkleidung und der Rahmenstruktur 30 oder zwischen benachbarten Verkleidungen führen. Eine derartige inkorrekte Passung kann unansehnliche Lücken zwischen Verkleidungen, das Versetzen von Designlinien in Verkleidungen, wie Türen, Kofferraumdeckeln, Motorhauben usw. hervorrufen, die nicht richtig in die Rahmenstruktur 30 passen (wie Verschlussklappen, die sich untereinander oder mit einer Verkleidung überlagern, oder Lücken zwischen Verkleidungen und Verschlussklappen). Kleine Oberflächenabweichungen können die wahrgenommene optische Qualität einer Struktur, wie eines Fahrzeugs, beeinträchtigen und größere Abweichungen können Probleme mit der Montage von Verkleidungen an der Rahmenstruktur 30 aufwerfen. In manchen Ausführungsformen ist eine Oberflächenabweichung einer Rahmenstruktur, die über einer nominalen Oberflächenabweichung (z. B. unzulässig hohe oder abnorme Oberflächenabweichung) liegt und gleich oder größer als etwa 1 mm ist, optional gleich oder größer als ca. 1,5 mm, optional gleich oder größer als etwa 2 mm, optional gleich oder größer als ca. 2,5 mm, oder optional gleich oder größer als etwa 3 mm in bestimmten Aspekten ist. Dementsprechend, wenn eine Rahmenstruktur 36 mehr als eine nominale Oberflächenabweichung aufweist, verhindert das dadurch verursachte Loch, Rille, Senke oder Krater an der Stelle der unzulässig hohen Oberflächenabweichung die Passung an der Rahmenstruktur 36, die gegeben wäre, wenn die nominale Oberflächenabweichung nicht vorhanden oder korrigiert worden wäre. Desgleichen, wenn eine Rahmenstruktur 36 mehr als eine nominale Oberflächenabweichung aufweist, passen dadurch verursachte Erhebungen, Spitzen oder Buckel an der Stelle der übermäßigen Oberflächenabweichung nicht zu der verstärkten Rahmenstruktur 36 in einer korrekten Ausrichtung. Demzufolge ergibt das Scannen der verstärkten Rahmenstruktur 36 ergibt eine dreidimensionale Ansicht der Außenfläche der Rahmenstruktur 38. Mit anderen Worten liefert das Scannen Informationen über die Oberflächentopologie der Außenfläche 38 der verstärkten Rahmenstruktur 36. 2 stellt eine Explosionsdarstellung eines Bereichs der verstärkten Rahmenstruktur 36 dar, mit einer mehr als nominalen Oberflächenabweichung 40 in Form eines Lochs oder eines Kraters, wo eine Verkleidung angebracht werden soll.
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 beinhaltet das Verfahren 10 in Block 20 die Herstellung einer Verkleidung 42 zur Montage entlang des ersten Bereichs der verstärkten Rahmenstruktur 36. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Verkleidung” entweder auf eine feste Platte, die eine statische Außenfläche der verkleideten Struktur bildet, oder auf eine im Verhältnis zur Rahmenstruktur 30 bzw. verstärkten Rahmenstruktur 36 bewegliche (wie Schwenken) Verschlussklappe, wie beispielsweise Türen, Motorhauben, Hebetore, Heckklappen und dergleichen. Dementsprechend beinhaltet das Verfahren 10 ferner den Vergleich des ersten Bereichs der gescannten Außenfläche 38 der Rahmenstruktur 30 bzw. verstärkten Rahmenstruktur 36 mit einem zweiten Bereich einer komplementären Verkleidung 42, um festzustellen, ob die Außenfläche 38 der Rahmenstruktur 30 bzw. verstärkten Rahmenstruktur 36 an der Stelle, wo der erste Bereich und der zweite Bereich verbunden werden sollen, mehr als eine nominale Oberflächenabweichung aufweist. Wenn die verstärkte Rahmenstruktur 36 eine Abweichung 40 beinhaltet, die mehr als nominal ist, umfasst die Verkleidung 42 eine korrigierende Komponente, wie eine Ansatzfläche 44, die komplementär zur Oberflächenabweichung 40 der verstärkten Rahmenstruktur 36 ist. Die Verkleidung 42 kann im Allgemeinen mit einer rechnergestützten Modellierung gebildet werden, basierend auf der mittels Scanning ermittelten 3D-Oberflächenansicht der verstärkten Rahmenstruktur 36. Die Verkleidung 42 kann ein dreidimensionales Ansatzstück 46 aufweisen, das passend zur Rahmenstruktur 36 und zum Kontakt bzw. Ansetzen an der Stelle der Oberflächenabweichung 40 konzipiert ist. In manchen Ausführungsformen kann die Platte 42 ferner eine dreidimensionale Auflagefläche 44 aufweisen, die ein Spiegelbild oder Negativ der Oberflächenabweichung 40 darstellt. Die dreidimensionale Auflagefläche 44 ist passend zum ersten Bereich und zum Kontakt bzw. zum Ansatz oder zur Auflage auf der Außenfläche 38 der verstärkten Rahmenstruktur 36 konzipiert. Somit kann die Verkleidung 42 so konfiguriert werden, dass sie an nur einer Stelle der Außenfläche 38 passt. Mit anderen Worten wird die Platte 42 erzeugt, um maßgenau an die Rahmenstruktur 30 bzw. verstärkte Rahmenstruktur 36 an einer spezifischen Stelle zu passen.
In verschiedenen Ausführungsformen erfolgt die Herstellung der Verkleidung 42 durch 3D-Druck oder durch Formen. Wenn die Verkleidung 42 über additive Herstellung hergestellt wird, d.h. mittels 3D-Druck, wird die Verkleidung mit der Komponente, d.h. der Auflagefläche 44 erzeugt, die passend zu der Oberflächenabweichung 40 der verstärkten Rahmenstruktur 36 ist. Wenn die Verkleidung 42 durch Formen hergestellt wird, kann die Verkleidung die darin inkorporierte Eingriffsfläche 44 nicht aufweisen. Daher umfasst in einigen Ausführungsformen die Herstellung der Verkleidung 42 das Erzeugen einer Korrekturkomponente oder der Auflagefläche 44, die zur Oberflächenabweichung 40 der verstärkten Rahmenstruktur 36 komplementär ist, durch additive Herstellung, d.h. mittels 3D-Druck 42.
In Block 22, das Verfahren 10 beinhaltet ein Verstärkungsmaterial 48 zumindest der Anlagefläche 44 der Platte 42. In einigen Ausführungsformen wird die gesamte Verstärkung 42 oder ein Teil der Verstärkung 42 mit dem Verstärkungsmaterial 48 verkleidet. Das Verstärkungsmaterial 48 kann jedes hierin beschriebene Verstärkungsmaterial sein. In verschiedenen Ausführungsformen ist das auf die Verkleidung 42 aufgetragene Verstärkungsmaterial 48 das gleiche Verstärkungsmaterial 34 wie auf der Rahmenstruktur 30. Dementsprechend kann das Verstärkungsmaterial 48 derart auf die Verkleidung 42 aufgetragen werden, dass die Verstärkungsfasern die gleiche vorgegebene Orientierung wie mit Bezug auf 3 aufweisen. Außerdem umfasst das Verfahren 10 in Block 24 die Behandlung des Verstärkungsmaterials 48 zur Erzeugung einer verstärkten Verkleidung 50. Bearbeitung durchgeführt werden kann wie oben beschrieben in Bezug auf Behandlung der beschichteten Außenfläche 38 des verstärkten Rahmenstruktur 36.
4 ist eine Darstellung einer Vorrichtung und eines Verfahrens, die zur Herstellung der Verkleidung 42 und zum Auftragen des Verstärkungsmaterials 48 auf der 42 verwendet werden können. Nach dem Scannen wird eine Innenfläche 72 der Verkleidung 42 durch additive Herstellung erzeugt, wie durch 3D-Druck, basierend auf dem gescannten 3D-Oberflächenbild der Rahmenstruktur 30 bzw. verstärkten Rahmenstruktur 36. Die Innenfläche 72 umfasst das dreidimensionale Ansatzstück 46 oder die dreidimensionale Anlagefläche 44. Eine Vorrichtung mit einer Vielzahl von programmierbar betätigten Stiften 74 wird zur Anordnung und Einstellung der Stifte 74 in der Form der Innenfläche 72 der Verkleidung 42 betrieben. Die Innenfläche 42 wird dann auf die Stifte gesetzt. Das Verstärkungsmaterial 48 wird an der Innenfläche 72 zum Erzeugen einer verstärkten Innenfläche 76 aufgetragen, während die Innenfläche 42 von den Stiften 74 gestützt wird. Das Verstärkungsmaterial 48 wird wie oben beschrieben mit Druck beaufschlagt. Die Stifte 74 halten die Innenfläche 72 auf Abstand, sodass die Innenfläche 72 ausreichend gestützt ist, wenn das Verstärkungsmaterial 48 auf die Innenfläche 72 aufgetragen und während das Verstärkungsmaterial 48 mit Druck behandelt wird.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 1 und 2 beinhaltet das Verfahren 10 in Block 24 die weitere Bearbeitung der verstärkten Rahmenstruktur 36 und/oder der verstärkten Verkleidung 50. In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet die weitere Bearbeitung das Aufsetzen der verstärkte Platte 50 auf die verstärkte Rahmenstruktur 36, z. B. durch Montage der verstärkten Platte 50 auf den ersten Bereich der Außenfläche 38 der Rahmenstruktur 30 bzw. verstärkten Rahmenstruktur 36, zur Bildung der verkleideten Struktur. So wird beispielsweise in manchen Ausführungsformen die verstärkte Platte 50 an der Rahmenstruktur 36 mit einem Klebstoff oder anderweitig an der verstärkten Rahmenstruktur 36 befestigt, wie beispielsweise mit Schrauben, Bolzen, Nieten usw. In anderen Ausführungsformen wird die Verkleidung 50 mit der verstärkten Rahmenstruktur 36 über ein Scharnier oder andere Beschläge verbunden, die Schwenkbewegungen der Verkleidung um Verhältnis zur Rahmenstruktur 30 bzw. verstärkten Rahmenstruktur 36 gewähren. Weiterhin kann die weitere Bearbeitung auch das Auftragen einer Klarlack- und/oder Lackschicht auf die Rahmenstruktur 36 und/oder verstärkte Verkleidung 50 beinhalten, entweder vor dem Aufsetzen der verstärkten Verkleidung 50 auf die verstärkte Rahmenstruktur 36 oder nach dem Aufsetzen der verstärkten Platte 50 auf die verstärkte Rahmenstruktur 36.
Wie in 5 und mit Bezug auf die Illustrationen in 6 dargestellt, bietet die aktuelle Technologie ein weiteres Verfahren 80 zur Herstellung einer verkleideten Struktur. Die verkleidete Struktur kann jede Struktur wie oben beschrieben sein, einschließlich, als nicht-einschränkendes Beispiel, eines Fahrzeugs. In Block 82 beinhaltet das Verfahren die Herstellung einer Rahmenstruktur oder inneren Rahmenstruktur, wie beispielsweise eines selbsttragenden Rahmens (Space Frame) oder eines Rohrrahmens. Wie hierin verwendet, ist ein „Space Frame” eine starre Struktur mit einer Vielzahl von ineinandergreifenden Streben, die ein geometrisches Muster bilden. Ein „Rohrrahmen” ist ein freitragender Rahmen, in dem die Streben als Rohre ausgeführt sind. Eine beispielhafte Rahmenstruktur oder innere Rahmenstruktur 100, die eine Vielzahl von Streben 102 umfasst, ist in 6 dargestellt. In verschiedenen Ausführungsformen wird die innere Rahmenstruktur 100 mittels schichtweisem dreidimensionalem Drucken (3D-Druck) erzeugt. Die innere Rahmenstruktur 100 kann aus jedem in der Technik bekanntem Material, wie beispielsweise Kunststoff, Glasfaser, oder Metall hergestellt werden. In manchen Ausführungsformen wird das Material mit einer Verstärkungsfaser verstärkt. So wird beispielsweise nach dem Auftragen einer Schicht bzw. der vorbestimmten Anzahl von Schichten des Materials mittels 3D-Druck ein Band oder Kunstharz, das eine Vielzahl von Fasern umfasst, auf einer freiliegenden Oberflächenschicht aufgetragen. Nicht einschränkende Beispiele von Fasern, die zur Verstärkung des Materials geeignet sind, beinhalten Kohlenstofffasern, Glasfasern (wie Fiberglas oder Quarz), Aramidfasern (wie KEVLAR^® synthetische Para-Aramid-Fasern und Twaron^® synthetische Para-Aramid-Fasern), Borfasern, keramische Fasern, Polyesterfasern, ultrahochmolekulare Polyethylenfasern (PE-UHMW) und Kombinationen aus denselben. Wenn die Fasern an Ort und Stelle sind, wird der 3D-Druck fortgesetzt. Durch dieses Verfahren kann eine 3D-gedruckte Rahmenstruktur mehrere Verstärkungslagen umfassen, die der Rahmenstruktur eine zusätzliche Festigkeit verleihen.
In Block 84 in 5, und wie dargestellt in 6, beinhaltet das Verfahren 80 das Auftragen von Verstärkungsmaterial 104 auf die gesamte Rahmenstruktur 100 oder einen Teil der Rahmenstruktur 100. In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet das Auftragen von Verstärkungsmaterial 104 die Beschichtung einer gesamten Außenfläche der Rahmenstruktur 100 oder einen Teil der Außenfläche des Gestells 100 mit dem Verstärkungsmaterial 104. Mit Bezug auf 3 kann das Verstärkungsmaterial 34 eine Kunstharzmatrix 60 sein, ausgebildet als Band 62 mit Verstärkungsfasern 64. Die Verstärkungsfasern 64 können alle hierin beschrieben Fasern beinhalten. In manchen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren 10 das Ausrichten von zerkleinerten- oder Endlosfasern 64 in einer vorgegebenen Richtung, die von der zu beschichtende Stelle der Rahmenstruktur 100 abhängt. Die Kunstharzmatrix 60 3 beinhaltet Endlosfasern 64 in gleichförmiger Ausrichtung 66, Fasern 64 in gekreuzter oder gewellter Ausrichtung 68 und zerschnittene Fasern 64 in zufälliger Ausrichtung 70. Diese vorgegebenen Ausrichtungen 66, 68, 70 dienen zur Optimierung der Festigkeit der Rahmenstruktur 100 für Belastungs- oder Leistungsanforderungen. So bieten beispielsweise Endlosfasern 64 in einer gleichförmigen Ausrichtung 66 Festigkeit in Richtung der Fasern bei Belastung einer Stelle der Rahmenstruktur 100. In einem freitragenden Fahrzeugrahmen können Endlosfasern 64 in A-Säulen (ausgerichtet von der Motorhaube des Fahrzeugs in Richtung Fahrzeugdach) oder in B-Säulen (ausgerichtet von dem Bodenblech des Fahrzeugs in Richtung Fahrzeugdach) verwendet werden. Eine gekreuzte Ausrichtung 68 oder zufällige Ausrichtung 70 kann an einer Stelle verwendet werden, wo zu erwarten ist, dass eine Last orthogonal zu einer Strebe oder einem Rohr angesetzt wird. Dementsprechend bieten diese Faserarchitekturen vollständig anpassbare Strukturen.
In Block 86 beinhaltet das Verfahren 80 die Behandlung des Verstärkungsmaterials 104, nachdem das Verstärkungsmaterial 104 auf die Rahmenstruktur 100 aufgetragen wurde, um eine verstärkte Rahmenstruktur 106 mit einer Außenfläche 108 auszubilden. In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet die Behandlung das Aushärten bzw Verfestigen des Verstärkungsmaterials 104 unter Druck, worin der Druck mit lokalem Vakuumformen, hydrostatischem Druck, einer pneumatisch beaufschlagten Hülse oder einem Autoklaven in Verbindung steht. Die daraus entstehende verstärkte Rahmenstruktur 106 weist im Verhältnis zu der Rahmenstruktur 100, die nicht mit einem Verstärkungsmaterial 104 beschichtet ist, eine erhöhte Festigkeit auf. Jedoch weist die Rahmenstruktur 100 in einigen Ausführungsformen eine ausreichende Festigkeit auf, sodass eine Beschichtung mit Verstärkungsmaterial 104 und eine Behandlung des Verstärkungsmaterials 104 in den Blöcken 84 und 86 laut 5 nicht erforderlich ist.
In Block 88 beinhaltet das Verfahren 80 das Scannen der verstärkten Rahmenstruktur 106 oder der Außenfläche 108 der verstärkten Rahmenstruktur 106, um festzustellen, ob die Außenfläche 108 der verstärkten Rahmenstruktur 106 an einer Stelle, wo eine Verkleidung angebracht werden soll, mehr als eine nominale Oberflächenabweichung aufweist. Das Scannen der verstärkten Rahmenstruktur 106 ergibt eine dreidimensionale Ansicht der Außenfläche der Rahmenstruktur 108. Mit anderen Worten liefert das Scannen Informationen über die Oberflächentopologie der Außenfläche 108 der verstärkten Rahmenstruktur 106. In Ausführungsformen, in denen die Rahmenstruktur 100 eine ausreichende Festigkeit aufweist, sodass eine Beschichtung mit Verstärkungsmaterial 34 und eine Behandlung des Verstärkungsmaterials 104 nicht erforderlich ist, beinhaltet Block 88 das Scannen der Rahmenstruktur 100, um festzustellen, ob die Außenfläche der verstärkten Rahmenstruktur an einer Stelle, wo eine Verkleidung angebracht werden soll, mehr als eine nominale Oberflächenabweichung. 6 stellt eine Explosionsdarstellung eines Bereichs der verstärkten Rahmenstruktur 106 dar, mit einer mehr als nominalen Oberflächenabweichung 110 in Form eines Lochs oder eines Kraters.
Unter Bezugnahme auf 5 und 6 beinhaltet das Verfahren 80 in Block 90 die Herstellung einer Verkleidung 112 zur Montage entlang des ersten Bereichs der verstärkten Rahmenstruktur 106. In verschiedenen Ausführungsformen erfolgt die Herstellung der Verkleidung 112 durch ein additives Verfahren, d. h. durch 3D-Druck oder Formen.
Wenn nach dem Scannen festgestellt wird, dass mehr als eine nominale Oberflächenabweichung an der Stelle besteht, an der die Verkleidung angebracht werden soll, beinhaltet das Verfahren 80 in Block 92 ferner das Generieren einer Korrekturkomponente 114. Dementsprechend beinhaltet das Verfahren 80 ferner den Vergleich des ersten Bereichs der gescannten Außenfläche 108 der Rahmenstruktur 100 bzw. verstärkten Rahmenstruktur 106 mit einem zweiten Bereich einer komplementären Verkleidung 112, um festzustellen, ob die Außenfläche 108 der Rahmenstruktur 100 bzw. verstärkten Rahmenstruktur 106 an der Stelle, wo der erste Bereich und der zweite Bereich verbunden werden sollen, mehr als eine nominale Oberflächenabweichung aufweist. In manchen Ausführungsformen umfasst das Erzeugen einer Korrekturkomponente 114 das Erzeugen eines Keils 118 durch additive Herstellung, d.h. 3D-Druck, worin der Keil passend in die Oberflächenabweichung 110 eingreift. Daher beinhaltet das Verfahren 80 das Erzeugen einer Korrekturwertkomponente 114 zum Einsatz an dieser Stelle, wenn der erste Bereich der Außenfläche 108 der Rahmenstruktur 100 bzw. verstärkten Rahmenstruktur 106 mehr als eine nominale Oberflächenabweichung vom zweiten Bereich aufweist, worin die Korrekturkomponente 114 eine zu dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich passende Ansatzfläche umfasst.
Nach Generierung der Korrekturkomponente 114, umfasst das Verfahren 80 in Block 94 die Verbindung der Korrekturkomponente 114 entweder mit der Verkleidung 112 (siehe rechter Zweig von 6) oder der verstärkten Rahmenstruktur 106 (siehe linker Zweig von 6). Weiter umfasst das Verfahren 80 in Block 96 das Anbringen eines Verstärkungsmaterials 124 auf zumindest einer Oberfläche 120 der Verkleidung 112 mit der Korrekturkomponente 114 oder eine freiliegende Oberfläche 122 der Korrekturkomponente 114 der verstärkten Rahmenstruktur 106. In Block 98 umfasst das Verfahren 80 die Behandlung des Verstärkungsmaterials 124 zur Erzeugung einer verstärkten Verkleidung mit einer korrigierten Ansatzfläche 128 oder einer verstärkten Rahmenstruktur mit einer ausgehärteten Oberflächenabweichung 130. Die Bearbeitung kann, wie oben beschrieben, durchgeführt werden. Dementsprechend beinhaltet das Verfahren 80 den Einbau der Komponente 114 zwischen dem ersten Bereich der Außenfläche 108 der Rahmenstruktur 100 bzw. verstärkten Rahmenstruktur 106 und dem zweiten Bereich der komplementären Platte 112 zur Bildung der verkleideten Struktur. In manchen Ausführungsformen umfasst der Zusammenbau zuerst den Anbau der Korrekturkomponente 114 an die komplementäre Verkleidung 112 zur Bildung einer korrigierten Anlagefläche an der komplementären Verkleidung 112 entsprechend dem zweiten Bereich, und dann den Anbau des ersten Bereichs der Rahmenstruktur 100 bzw. verstärkten Rahmenstruktur 106 an die Korrekturkomponente 114 und die komplementäre Verkleidung 112, sodass die korrigierte Ansatzfläche passend an den ersten Bereich der Außenfläche 108 der Rahmenstruktur 100 bzw. verstärkten Rahmenstruktur 106 an der Stelle angesetzt wird und in diese eingreift. In anderen Ausführungsformen umfasst der Zusammenbau zuerst den Anbau der Korrekturkomponente 114 an der Außenfläche 108 der Rahmenstruktur 100 bzw. verstärkten Rahmenstruktur 106 zur Bildung einer korrigierten Eingriffsfläche an der Rahmenstruktur 100 bzw. verstärkten Rahmenstruktur 106 entsprechend dem ersten Bereich, und dann den Anbau des zweiten Bereichs der komplementären Platte 112 an die Korrekturkomponente 114 und die Rahmenstruktur 100 bzw. verstärkte Rahmenstruktur 106, sodass die korrigierte Ansatzfläche passend an der Stelle am zweiten Bereich der komplementären Platte 112 angesetzt wird und in diese eingreift.
So wird beispielsweise im rechten Zweig von 6 der Keil 118 an der Verkleidung 112 angebracht. Der Keil 118 wird dann mit dem Verstärkungsmaterial 124 beschichtet. Das Verstärkungsmaterial 124 wird dann behandelt, um die verstärkte Verkleidung mit einer korrigierten Eingriffsfläche 128 zu erzeugen. Die verstärkte Platte mit einer korrigierten Eingriffsfläche 128 kann dann an der verstärkten Rahmenstruktur 106 angebaut werden. Hier kann die weitere Bearbeitung auch das Auftragen einer Klarlack- und/oder Lackschicht auf die verstärkte Verkleidung mit einer korrigierten Ansatzfläche 128 und/oder auf die verstärkte Rahmenstruktur 106 beinhalten, entweder vor dem Aufsetzen der verstärkten Verkleidung mit einer korrigierten Ansatzfläche 128 auf die verstärkte Rahmenstruktur 106.
Im linken Zweig von 6 wird der Keil 118 auf einer Oberfläche der verstärkten Rahmenstruktur 106 aufgesetzt, aus die Oberflächenabweichung 110 besteht. Der Keil 118 wird dann mit dem Verstärkungsmaterial 124 beschichtet, welches dann zur Erzeugung der verstärkten Rahmenstruktur mit einer gehärteten Oberflächenabweichung 130 behandelt wird. Hier kann die Platte 112 optional mit dem Verstärkungsmaterial 134 beschichtet, behandelt und an die verstärkte Rahmenstruktur mit einer gehärteten Oberflächenabweichung 130 geklebt oder angebaut werden. Hier kann die weitere Bearbeitung auch das Auftragen einer Klarlack- und/oder Lackschicht auf die Verkleidung 112 und/oder die verstärkte Rahmenstruktur mit einer ausgehärteten Oberflächenabweichung 130 beinhalten, entweder vor oder nach dem Aufsetzen der Platte 112 auf die verstärkte Rahmenstruktur mit einer ausgehärteten Oberflächenabweichung 130.
Mit Bezug auf 7 stellt die vorliegende Technologie zudem eine Vorrichtung oder ein Verfahren 150 zur Erzeugung eines Verstärkungsmaterials bereit. Die Vorrichtung 150 beinhaltet ein Gehäuse 152. Innerhalb des Gehäuses 152 befindet sich ein Nachführungssystem 154. Die Vorrichtung 150 beinhaltet auch einen Druckkopf 156 zum Auftragen eines Harzes 158 in einer vorgegebenen Form und einen Faserkopf 160 zum Auftragen von Fasern auf das Harz 158. Das Nachführungssystem 154 bewegt den Druckkopf 156 und den Faserkopf 160 unabhängig in drei Dimensionen. In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet die Vorrichtung 150 zumindest einen Druckkopf 156 und/oder zumindest einen Faserkopf 160. So beinhaltet beispielsweise die Vorrichtung von 150 7 einen Druckkopf 156 und drei Faserköpfe.
In manchen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung 150 ferner ein optionales Scanningsystem 162, das Stereovisionssensoren und zumindest eine Kamera enthält. Das Scanningsystem 162 erzeugt eine dreidimensionale Aufnahme einer Strukturoberfläche. Dementsprechend wird die Vorrichtung 150 zum Scannen von Strukturen, zur Erzeugung eines Abbilds der Oberflächenstruktur und eines Verstärkungsmaterials zum Auflegen auf die Struktur verwendet.
Die Vorrichtung 150 erzeugt spezifische Kunstharze, die verstärkende Fasern umfassen. Dementsprechend kann die Vorrichtung 150 zur Erzeugung des hierin beschriebenen Verstärkungsmaterials, wie des mit Bezug auf 3 beschriebenen Verstärkungsmaterials 34, verwendet werden. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung 150 mehrere Druckköpfe 156. Dementsprechend kann die Vorrichtung 150 verwendet werden, um die Verfahren, wie hier beschrieben, auszuführen. So kann beispielsweise die Vorrichtung 150 zum Scannen einer Rahmenstruktur, zum Drucken einer Verkleidung mit einem dreidimensionalen Ansatzstück, zum Erzeugen eines Verstärkungsmaterials und zum Beschichten der Rahmenstruktur und/oder Verkleidung mit dem Verstärkungsmaterial verwendet werden.
Mit Bezug auf die 8–13 stellt die vorliegende Technologie zudem einen Serienprozess 200 zur Herstellung einer verkleideten Struktur 202 bereit. Der Serienprozess kann 200 beispielsweise zur Durchführung des Verfahrens 10 1 oder des Verfahrens 80 5. verwendet werden. Der Serienprozess 200 beinhaltet die Funktion einer ersten Druckvorrichtung 210, näher dargestellt in 9, zur Erzeugung einer Rahmenstruktur 212 mittels 3D-Druck. Die erste Druckvorrichtung 210 umfasst ein Nachführungssystem 214, das betreibbar ist, um ein Druckkopf 216 in drei Dimensionen zu bewegen. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die erste Vorrichtung 210 zumindest einen Druckkopf 216, d. h. eine Vielzahl von Druckköpfen 216. Wenn sich das Nachführungssystem 214 bewegt, trägt der Druckkopf 216 Material auf, mit dem die Rahmenstruktur 212 gebildet wird. Wie oben beschrieben, kann die Rahmenstruktur 212 ein selbsttragender Rahmen oder ein Rohrrahmen sein.
Sofern die Rahmenstruktur 212 nicht mit einer ausreichenden Festigkeit gedruckt wird, beinhaltet der Serienprozess 200 die Funktion einer ersten Beschichtungsvorrichtung 220, näher dargestellt in 10, zum Auftragen eines Verstärkungsmaterials 222 auf die Rahmenstruktur 212 zur Bildung einer verstärkten Rahmenstruktur 224. Die erste Beschichtungsvorrichtung 220 beinhaltet ein Nachführungssystem 226, das dazu dient, zumindest einen Druckkopf 228 in drei Dimensionen zu bewegen, zumindest einen Roboterarm 230, der dazu dient, um zumindest einen Druckkopf 228 in drei Dimensionen zu bewegen, oder das Nachführungssystem 226 und den zumindest einen Roboterarm 228. Wie in 10 dargestellt, umfasst die die erste Beschichtungsvorrichtung 220 sowohl das Nachführungssystem 226 und den Roboterarm 228 als auch drei Druckköpfe 228. Die erste Beschichtungsvorrichtung 220 umfasst zudem eine mehrachsig aufgebaute Plattform oder Trägerfläche 232, auf der die Rahmenstruktur 212 aufgesetzt ist. Die Trägerfläche 232 dient zum dreidimensionalen Verschieben und Neigen, um die darauf abgesetzte Rahmenstruktur 212 im Verhältnis zu den Druckköpfen 228 einzurichten. Dementsprechend können das Nachführungssystem 226 und der Roboterarm 230 die Druckköpfe 228 im Verhältnis zur Rahmenstruktur 212 so einrichten, dass die Druckköpfe zur Bildung der verstärkten Rahmenstruktur 224 ein Verstärkungsmaterial auf die Rahmenstruktur 212 auftragen. In manchen Ausführungsformen trägt zumindest ein Druckkopf 228 ein Kunstharz 234 auf die Rahmenstruktur 212 auf, und zumindest ein Druckkopf 228 trägt eine Vielzahl von Fasern 236 auf das Harz auf, um das Verstärkungsmaterial 222 auf der Rahmenstruktur 212 zu erzeugen.
Wie oben erörtert, kann die Vielzahl von Fasern 236 auf dem Kunstharz 234 in einer vorbestimmten Ausrichtung aufgetragen werden, in Abhängigkeit von der Stelle der Rahmenstruktur 212, auf der das Verstärkungsmaterial 222 aufgetragen wird. Außerdem kann die Vielzahl von Fasern 236 alle hierin beschriebenen Fasern umfassen.
Nach der Herstellung der verstärkten Rahmenstruktur 224 beinhaltet der Serienprozess 200 die Funktion einer Scanvorrichtung 240, näher dargestellt in 11, zum Scannen der verstärkten Rahmenstruktur 224 bzw. der Rahmenstruktur 212 bei ausreichender Festigkeit (die weitere Bearbeitung der verstärkten Rahmenstruktur 224 wird dennoch beschrieben), um festzustellen, ob die verstärkte Rahmenstruktur 224 eine Außenfläche mit einer mehr als nominalen Oberflächenabweichung an einer Stelle aufweist, wo eine Verkleidung angebracht wird. Die Scanvorrichtung 240 umfasst ein Nachführungssystem 242, das dazu dient, zumindest einen Scanner 244 dreidimensional im Verhältnis zur verstärkten Rahmenstruktur 224 zu bewegen, um die Oberflächenstruktur des verstärkten Rahmens abzutasten und eine dreidimensionale Ansicht seiner Oberflächengeometrie zu entwickeln. Der Scanner 244 beinhaltet zumindest einen Sensor und optional zumindest eine Kamera. Nicht einschränkende Beispiele von Sensoren beinhalten einen Stereovisionssensor, einen Laser-Triangulationssensor, der einen Punktlaser oder Linienlaser einsetzt, oder eine mechanische Berührungssonde, wie eine Koordinatenmessmaschine (CMM). Der Sensor ist zur Erfassung von dreidimensionalen Punktwolkendaten zum Entwickeln der dreidimensionalen Ansicht konfiguriert.
Nach dem Scannen beinhaltet der Serienprozess 200 die Funktion einer zweiten Druckvorrichtung 250, näher dargestellt in 12, zum Drucken einer Oberfläche 252 auf einer Verkleidung 254, deren Oberfläche 252 auf die verstärkte Rahmenstruktur 224 aufgesetzt wird. Die Verkleidung 254 kann, wie oben beschrieben, mit allen in der Technik bekannten Mitteln hergestellt werden. In einer Ausführungsform wird die Verkleidung 254 jedoch durch dreidimensionales Drucken in der zweiten Druckvorrichtung 250 erzeugt. Insbesondere überträgt ein Datentransfermodul oder -gerät 248 Daten von der Scanvorrichtung 240 zu der zweiten Druckvorrichtung 250 so, dass die auf die Verkleidung 254 gedruckte Oberfläche 252 eine Ansatzfläche bietet, die komplementär zu der Oberflächenabweichung der verstärkten Rahmenstruktur 224 ist. Die zweiten Druckvorrichtung 250 beinhaltet ein Nachführungssystem 256, das dazu dient, zumindest einen Druckkopf 258 dreidimensional zu bewegen, zum Drucken der Verkleidung 254 mit der Oberfläche 252 oder zum Drucken der Oberfläche 252 auf der Verkleidung 254, hergestellt mit einem anderen Prozess. Wie in 12 dargestellt, kann die zweite Scanvorrichtung 250 eine Mehrzahl von vorgeformten Verkleidungen 254 aufnehmen und Oberflächen auf die Vielzahl von vorgeformten Teilen 252 zu drucken. In manchen Ausführungsformen, druckt die zweite Druckvorrichtung 250 eine Vielzahl von Verkleidungen 254 mit Flächen 252, die auf die verstärkte Rahmenstruktur 224 aufgesetzt werden. In manchen Ausführungsformen sind die zweite Druckvorrichtung 250 und die erste Druckvorrichtung 210 als ein einziges Gerät ausgebildet.
Anschließend beinhaltet der Serienprozess 200 die Funktion einer zweiten Beschichtungsvorrichtung 260, näher dargestellt in 13, zum Anlegen eines Verstärkungsmaterials 262 zumindest an einer Oberfläche der Platte 254, um eine verstärkte Verkleidung 264 zu bilden. Die zweite Beschichtungsvorrichtung 260 beinhaltet ein Nachführungssystem 266, das dazu dient, zumindest einen Druckkopf 268 dreidimensional zu bewegen, zumindest einen Roboterarm 270, der dazu dient, zumindest einen Druckkopf 268 dreidimensional zu bewegen oder das Nachführungssystem 266 und den zumindest einen Roboterarm 270. Wie in 13 dargestellt, umfasst die zweite Beschichtungsvorrichtung 260 sowohl das Nachführungssystem 266 und den Roboterarm 270 und ferner drei Druckköpfe 268. Die zweite Beschichtungsvorrichtung 260 umfasst zudem eine mehrachsig aufgebaute Plattform oder Trägerfläche 272, auf der die Rahmenstruktur 254 aufgesetzt ist. Die Trägerfläche 272 dient zum dreidimensionalen Verschieben und Neigen, um die darauf abgesetzte Verkleidung 254 im Verhältnis zu den Druckköpfen 268 einzurichten. Dementsprechend können das Nachführungssystem 266 und der Roboterarm 270 die Druckköpfe 268 im Verhältnis zu der Verkleidung 254 so einrichten, dass die Druckköpfe 268 zur Bildung der verstärkten Verkleidung 264 ein Verstärkungsmaterial auf die Verkleidung 254 auftragen. In einigen Ausführungsformen trägt zumindest ein Druckkopf 268 ein Kunstharz 274 auf die Verkleidung 254 auf, und zumindest ein Druckkopf 268 trägt eine Vielzahl von Fasern 276 auf das Harz 274 auf, um das Verstärkungsmaterial 262 auf der Verkleidung 254 zu erzeugen. Wie oben erörtert, kann die Vielzahl von Fasern 276 auf dem Kunstharz 274 in einer vorbestimmten Ausrichtung aufgetragen werden, in Abhängigkeit von der Stelle der Rahmenstruktur 254, auf der das Verstärkungsmaterial 262 aufgetragen wird. Außerdem kann die Vielzahl von Fasern 276 aus allen hierin beschriebenen Fasern bestehen. In manchen Ausführungsformen sind die zweite Druckvorrichtung 260 und die erste Druckvorrichtung 220 als ein einziges Gerät ausgebildet.
Nach der Erzeugung der verstärkten Verkleidungen 264 beinhaltet der Serienprozess 200 das Ansetzen der verstärkten Verkleidungen 264 an der verstärkten Rahmenstruktur 224, sodass die Oberfläche 252 der verstärkten Verkleidung 264 an der Oberflächenabweichung ansetzt und passend an dieser anliegt oder in diese eingreift.
Verschiedene Komponenten der Vorrichtungen 210, 220, 240, 250, 260, beschrieben in Bezug auf den Serienprozess 200, können zu multifunktionalen Vorrichtungen kombiniert werden. Die multifunktionalen Geräte nehmen weniger Bauraum ein als die kollektiven Vorrichtungen 210, 220, 240, 250, 260 und erzeugen Strukturen in weniger Zeit im Vergleich zu der Zeit, die zur Erzeugung der Strukturen mit den einzelnen Geräten 210, 220, 240, 250, 260 erforderlich ist. Diese multifunktionalen Geräte sind nachfolgend in Bezug auf parallele Verfahren zur Herstellung einer verkleideten Struktur näher beschrieben. Jedoch versteht es sich, dass jede mögliche Gerätekombination in einer einzigen Vorrichtung eingesetzt werden kann, sodass die folgende Beschreibung die Möglichkeiten nicht einschränkt.
Mit Bezug auf die 14–16 stellt die vorliegende Technologie auch einen Parallelprozess, oder „all-in-one”-Verfahren 300, zur Herstellung einer verkleideten Struktur 302 bereit. Die serielle Prozess 300 kann beispielsweise zur Ausführung des Verfahrens 10 von 1 oder des Verfahrens 80 von 5 verwendet werden. Die Serienprozess 300 beinhaltet die Funktion einer ersten Herstellungsvorrichtung 310, näher dargestellt in 15, zum Erzeugen einer verstärkten Rahmenstruktur 312. Die erste Herstellungsvorrichtung 310 umfasst ein Nachführungssystem 314, das dazu dient, einen Druckkopf 316 dreidimensional zu bewegen. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die erste Herstellungsvorrichtung 310 zumindest einen Druckkopf 316, d. h. eine Vielzahl von Druckköpfen 316. Wenn sich das Nachführungssystem 314 bewegt, trägt der Druckkopf 316 Material auf, mit dem die Rahmenstruktur 318 gebildet wird. Wie oben beschrieben, kann die Rahmenstruktur 318 kann ein selbsttragender Rahmen oder ein Rohrrahmen sein.
Die erste Herstellungsvorrichtung 310 umfasst zudem zumindest einen Beschichtungsdruckkopf 320 in Verbindung mit dem Nachführungssystem 314, das den Beschichtungsdruckkopf 320 dreidimensional bewegen kann, zumindest einen Roboterarm 322, der dazu dient, zumindest einen Beschichtungsdruckkopf 320 dreidimensional zu bewegen, oder sowohl den mit dem Nachführungssystem 314 verbundenen Beschichtungsdruckkopf 320 als auch den mit dem Roboterarm 322 verbundenen Druckkopf 320. Der Beschichtungsdruckkopf 320 beschichtet die Rahmenstruktur 318 mit einem Verstärkungsmaterial 324 zur Bildung der verstärkten Rahmenstruktur 312. Jedoch versteht es sich, dass die Rahmenstruktur 318 nicht mit dem Verstärkungsmaterial 324 beschichtet werden muss, wenn die Rahmenstruktur 318 mit einer ausreichenden Festigkeit gedruckt ist.
Die erste Herstellungsvorrichtung 310 umfasst zudem eine mehrachsig aufgebaute Plattform oder Trägerfläche 326, auf der die Rahmenstruktur 318 gedruckt und eingerichtet wird. Die Trägerfläche 326 dient zum dreidimensionalen Verschieben und Neigen, um die darauf abgesetzte Rahmenstruktur 318 im Verhältnis zu den Druckköpfen 320 einzurichten. Dementsprechend können das Nachführungssystem 314 und der Roboterarm 322 die Druckköpfe 320 im Verhältnis zu der Rahmenstruktur 318 so einrichten, dass die Druckköpfe 320 das Verstärkungsmaterial 324 auf die Rahmenstruktur 318 auftragen, um die verstärkten Verkleidung 312 zu bilden. In einigen Ausführungsformen trägt zumindest ein Druckkopf 320 ein Kunstharz 328 auf die Verkleidung 318 auf, und zumindest ein Druckkopf 320 trägt eine Vielzahl von Fasern 330 auf das Harz 328 auf, um das Verstärkungsmaterial 324 auf der Verkleidung 318 zu erzeugen. Wie oben erörtert, kann die Vielzahl von Fasern 330 auf dem Kunstharz 328 in einer vorbestimmten Ausrichtung aufgetragen werden, in Abhängigkeit von der Stelle der Rahmenstruktur 318, auf der das Verstärkungsmaterial 324 aufgetragen wird. Außerdem kann die Vielzahl von Fasern 330 alle hierin beschriebenen Fasern umfassen.
Die erste Herstellungsvorrichtung 310 umfasst zudem zumindest einen Scanner 332 zum Scannen der verstärkten Rahmenstruktur 312, um zu bestimmen, ob die verstärkte Rahmenstruktur 312 eine Außenfläche mit mehr als einer nominalen Oberflächenabweichung an einer Stelle aufweist, wo eine Verkleidung bzw. Schließvorrichtung angeordnet werden. Der zumindest eine Scanner 332 ist mit dem Nachführungssystem 314 verbunden, das dazu dient, den zumindest einen Scanner 332 dreidimensional im Verhältnis zur verstärkten Rahmenstruktur 312 zu bewegen, um die Oberflächenstruktur des verstärkten Rahmens abzutasten und eine dreidimensionale Ansicht seiner Oberflächengeometrie zu entwickeln. Der zumindest eine Scanner 332 beinhaltet zumindest einen Sensor und optional zumindest eine Kamera. Nicht einschränkende Beispiele von Sensoren beinhalten einen Stereovisionssensor, einen Laser-Triangulationssensor, der einen Punktlaser oder Linienlaser einsetzt, oder eine mechanische Berührungssonde, wie eine Koordinatenmessmaschine (CMM). Der Sensor ist zur Erfassung von dreidimensionalen Punktwolkendaten zum Entwickeln der dreidimensionalen Ansicht konfiguriert.
Nach dem Scannen beinhaltet der Parallelprozess 300 die Funktion einer zweiten Herstellungsvorrichtung 350, näher dargestellt in 16, zum Drucken einer Oberfläche 352 auf eine Verkleidung oder Verschlussklappe 354, worauf die Oberfläche 352 auf der verstärkten Rahmenstruktur 312 aufgelegt werden soll. Die Verkleidung oder Schließvorrichtung 354 kann mit allen in der Technik bekannten Mitteln hergestellt werden, wie oben beschrieben. Jedoch wird die Verkleidung oder Schließvorrichtung 354 in einer Ausführungsform durch dreidimensionales Drucken in der zweiten Herstellungsvorrichtung 350 hergestellt. Insbesondere überträgt ein Datentransfermodul oder -gerät 340 Daten von der Scanvorrichtung 332 zu der zweiten Herstellungsvorrichtung 350 so, dass die auf die Verkleidung oder Schließvorrichtung 354 gedruckte Oberfläche 352 eine Ansatzfläche bietet, die komplementär zu der Oberflächenabweichung der verstärkten Rahmenstruktur 312 ist.
Die zweite Herstellungsvorrichtung 350 beinhaltet einen Nachführungssystem 356, das dazu dient, um zumindest einen Druckkopf 358 dreidimensional zu bewegen, zum Drucken der Verkleidung oder Schließvorrichtung 354 mit der Oberfläche 352 oder zum Drucken der Oberfläche 352 auf der Verkleidung oder Schließvorrichtung 354, hergestellt mit einem anderen Prozess. Wie in 16 dargestellt, kann die zweite Herstellungsvorrichtung 350 eine Mehrzahl von vorgeformten Verkleidungen oder Schließvorrichtungen 354 aufnehmen und Oberflächen auf die Vielzahl von vorgeformten Teilen 352 zu drucken. In manchen Ausführungsformen, druckt die zweite Herstellungsvorrichtung 350 eine Vielzahl von Verkleidungen oder Schließvorrichtungen 354 mit Flächen 352, die auf die verstärkte Rahmenstruktur 312 aufgesetzt werden.
Die zweite Herstellungsvorrichtung 350 umfasst zudem zumindest einen Beschichtungsdruckkopf 360 in Verbindung mit dem Nachführungssystem 356, das den zumindest einen Beschichtungsdruckkopf 360 dreidimensional bewegen kann, zumindest einen Roboterarm 362, der dazu dient, zumindest einen Beschichtungsdruckkopf 360 dreidimensional zu bewegen, oder sowohl den mit dem Nachführungssystem 356 verbundenen Beschichtungsdruckkopf 360 als auch den mit dem Roboterarm 362 verbundenen Druckkopf 360. Der Beschichtungsdruckkopf 360 beschichtet zumindest eine Oberfläche der Verkleidung oder Schließvorrichtung 354 mit einem Verstärkungsmaterial 364 zur Bildung einer verstärkten Verkleidung oder Schließvorrichtung 366.
Die zweite Beschichtungsvorrichtung 350 umfasst zudem eine mehrachsig aufgebaute Plattform oder Trägerfläche 368, auf der die Verkleidung oder Schließvorrichtung 354 aufgesetzt ist. Die Trägerfläche 368 dient zum dreidimensionalen Verschieben und Neigen, um die darauf abgesetzte Verkleidung oder Schließvorrichtung 354 im Verhältnis zu den Druckköpfen 360 einzurichten. Dementsprechend können das Nachführungssystem 356 und der Roboterarm 362 die Druckköpfe 360 im Verhältnis zu der Verkleidung oder Schließvorrichtung 354 so einrichten, dass die Druckköpfe 360 zur Bildung der verstärkten Verkleidung oder Schließvorrichtung 366 ein Verstärkungsmaterial 364 auf die Verkleidung oder Schließvorrichtung 354 auftragen. In manchen Ausführungsformen trägt zumindest ein Beschichtungsdruckkopf 360 Ablagerungen ein Kunstharz 370 auf die Verkleidung oder Schließvorrichtung 354 auf und zumindest ein Druckkopf 360 Ablagerungen trägt eine Vielzahl von Fasern 372 auf das Harz 370 zur Erzeugung des Verstärkungsmaterials 364 auf der Verkleidung oder Schließvorrichtung 354 auf. Wie oben erörtert, kann die Vielzahl von Fasern 372 auf dem Kunstharz 370 in einer vorbestimmten Ausrichtung aufgetragen werden, in Abhängigkeit von der Stelle der Rahmenstruktur 354, auf der das Verstärkungsmaterial 364 aufgetragen wird. Außerdem kann die Vielzahl von Fasern 372 alle hierin beschrieben Fasern umfassen.
Die zweite Herstellungsvorrichtung 350 umfasst zudem optional zumindest einen Scanner 374 zum Abtasten der verstärkten Verkleidung oder Schließvorrichtung 366 zur Erzeugung eines Oberflächenbilds der verstärkten Verkleidung oder Schließvorrichtung 366. Die zumindest eine Scanner 374 ist mit dem Nachführungssystem 356 verbunden, das dazu dient, zum Bewegen den zumindest einen Scanner 374 dreidimensional im Verhältnis zu der verstärkten Verkleidung oder Schließvorrichtung 366 zu bewegen, um die Oberfläche der verstärkten Verkleidung bzw. Schließvorrichtung abzutasten und eine dreidimensionale Ansicht ihrer Oberflächengeometrie zu entwickeln. Der zumindest eine Scanner 374 beinhaltet zumindest einen Sensor und optional zumindest eine Kamera. Nicht einschränkende Beispiele von Sensoren beinhalten einen Stereovisionssensor, einen Laser-Triangulationssensor, der einen Punktlaser oder Linienlaser einsetzt, oder eine mechanische Berührungssonde, wie eine Koordinatenmessmaschine (CMM). Der Sensor ist zur Erfassung von dreidimensionalen Punktwolkendaten zum Entwickeln der dreidimensionalen Ansicht konfiguriert
Nach dem Erzeugen der verstärkten Verkleidungen bzw. Schließvorrichtungen 366 erzeugt werden, beinhaltet der Parallelprozess 300 das Auflegen der verstärkten Verkleidungen bzw. Schließvorrichtungen 366 auf der verstärkten Rahmenstruktur 312, sodass die Oberfläche 352 des verstärkten Verkleidungen bzw. Schließvorrichtungen 366 an der Oberflächenabweichung ansetzt und passend an dieser anliegt oder in diese eingreift.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen dient lediglich der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie ist nicht erschöpfend und soll die Offenbarung in keiner Weise beschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern gegebenenfalls gegeneinander austauschbar und in einer ausgewählten Ausführungsform verwendbar, auch wenn dies nicht gesondert dargestellt oder beschrieben ist. Auch diverse Variationen sind denkbar. Solche Variationen stellen keine Abweichung von der Offenbarung dar, und alle Modifikationen dieser Art verstehen sich als Teil der Offenbarung und fallen in ihren Schutzumfang.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer verkleideten Struktur, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: das Scannen einer Außenfläche einer Rahmenstruktur; das Erzeugen einer Verkleidung mittels additivem Herstellen zur Anordnung entlang eines ersten Bereichs der Außenfläche der Rahmenstruktur, worin die Verkleidung eine Ansatzfläche umfasst, die komplementär zu dem ersten Bereich der Außenfläche der Rahmenstruktur ist; und das Anbringen der Verkleidung am ersten Bereich der Außenfläche der Rahmenstruktur zur Bildung der verkleideten Struktur.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Auftragen eines Verstärkungsmaterials auf der Außenfläche durch additive Herstellung vor dem Scannen.
Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend das Beschichten der Rahmenstruktur mit einem Verstärkungsmaterial vor dem Scannen.
Verfahren nach Anspruch 3, worin das Beschichten der Rahmenstruktur mit einem Verstärkungsmaterial ein Beschichten der Rahmenstruktur mit Fasern umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern, Borfasern, keramischen Fasern, Polyesterfasern, ultrahochmolekulare Polyethylenfasern (PE-UHMW) und Kombinationen aus denselben.
Verfahren nach Anspruch 4, worin die Beschichtung der Rahmenstruktur mit Fasern das Ausrichten der Fasern in eine vorgegebene Orientierung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, worin die Fasern in eine Kunstharzmatrix eingebettet sind.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend das Aushärten oder Verfestigen des Verstärkungsmaterial unter Druck, worin der Druck mit lokalem Vakuumformen, hydrostatischem Druck, einer pneumatisch beaufschlagten Hülse oder einem Autoklaven in Verbindung steht.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Erzeugung der Verkleidung das Erzeugen einer Komponente durch additive Herstellung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend das Beschichten einer Oberfläche der Verkleidung mit einem Verstärkungsmaterial.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Erzeugen der Verkleidung Folgendes umfasst: das Erzeugen einer inneren Oberfläche der Verkleidung; das Auflegen der Innenfläche auf einer Vielzahl von in der Form der Innenfläche angeordneten Stiften; das Auftragen eines Verstärkungsmaterials auf die Innenfläche; und das Beaufschlagen der Innenfläche und des Verstärkungsmaterials mit Druck, während die Innenfläche mit dem Verstärkungsmaterial durch die Vielzahl von Stiften gestützt wird.