DE102016210861B4

DE102016210861B4 - Verfahren zum Bilden einer dreidimensional (3D) gedruckten flexiblen Stützvorrichtung

Info

Publication number: DE102016210861B4
Application number: DE102016210861.1A
Authority: DE
Inventors: Scott Ziolek
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp; Hyundai America Technical Center Inc
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp; Hyundai America Technical Center Inc
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2016-06-17
Publication date: 2024-01-18
Anticipated expiration: 2036-06-18
Also published as: KR20170120042A; CN107310161B; DE102016210861A1; KR102335324B1; US20170305093A1; CN107310161A; US10357955B2

Abstract

Verfahren zum Bilden einer dreidimensional (3D) gedruckten flexiblen Stützvorrichtung (110), das Verfahren umfassend:Herstellen von V-Federelement-Feldern (300) unter Verwendung eines 3D-Drucksystems, wobei jedes Feld (300) eine Vielzahl von aneinander befestigten und in einer vorgegebenen Feldform angeordneten V-Federelementen (200) besitzt, wobei jedes V-Federelement zwei Arme (200a, 200b) mit einem ersten Ende, an dem die zwei Arme befestigt sind, und einem gegenüberliegenden zweiten Ende beinhaltet, wobei sich die Arme (200a, 200b) von ihrem jeweiligen ersten Ende hin zu ihrem jeweiligen zweiten Ende zueinander abgewinkelt erstrecken, und wobei jedes V-Federelement (200) eine vorgegebene Festigkeits- oder Hystereseeigenschaft besitzt;Anordnen der V-Federelemente (200) in zumindest einem zweidimensionalen (2D) Feldgitter unter Verwendung des 3D-Drucksystems, derart, dass zumindest ein V-Federelement (200) jedes Feldes (300) an einem V-Federelement (200) zumindest eines angrenzenden Felds (300) befestigt ist; undFormen des zumindest einen Feldgitters gemäß einem vorgegebenen Volumen, um die Stützvorrichtung (110) zu bilden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein dreidimensionale (3D) Drucktechniken, und insbesondere ein Verfahren zum Bilden einer dreidimensional (3D) gedruckten flexiblen Stützvorrichtung.
HINTERGRUND
Seit dem Anbruch und dem jüngsten Anstieg des 3D-Druckens, auch bekannt als generative Fertigung, wurden zahllose Strukturen bzw. Aufbauten, die zuvor unter Einsatz herkömmlicher Techniken und Materialien gefertigt wurden, mithilfe von 3D-Drucktechnologien nachgebildet. Hersteller haben bewiesen, dass 3D-Drucken genutzt werden kann, um nahezu jede Art von Produkt, angefangen bei einfachen Haushaltsgegenständen bis hin zu komplexen Industriekomponenten, letztendlich bis hin zu menschlichen Organen, herzustellen. Selbst Fahrzeuge wurden kürzlich unter Verwendung von 3D-Drucksystemen hergestellt.
Bemerkenswert ist, dass die strukturellen Abweichungen zwischen herkömmlich hergestellten und 3D-gedruckten Produkten oft nahezu nicht wahrnehmbar sind. Es gibt jedoch Eigenschaften, die unter Verwendung von 3D-Druckwerzeugen schwierig nachzubilden sind. Ein nennenswertes Beispiel schließt Flexibilität ein, die im Falle von Sitzen (oder Polstern, Kissen, Matratzen etc.) Komfort für den Nutzer bereitstellt. Herkömmlich wurde Schaum(stoff), wie etwa Polyurethan, gegossen und in eine gewünschte Form geformt, und flexible Strukturen während des Schäumungsprozesses gebildet, die sowohl Flexibilität als auch Unterstützung bereitstellen werden. 3D-gedruckte Objekte fühlen sich jedoch verglichen mit schaumgefüllten Strukturen vergleichsweise steif an. Da der Komfortgrad eines Sitzes eine wesentliche Eigenschaft ist, die beeinflusst, ob ein Nutzer für längere Zeit in dem Sitz sitzen kann oder gewillt ist, in diesem zu sitzen, besteht Bedarf an Techniken zum Herstellen einer flexiblen, 3D-gedruckten Stützvorrichtung, damit solche Produkte von Kunden angenommen werden.
Die DE 10 2011 010 047 A1 offenbart ein Kunststoffformteil mit einer Vielzahl elastisch deformierbarer und miteinander gekoppelter Federelemente und ein generatives Fertigungsverfahren zur Herstellung eines solchen Formteils.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung stellt Techniken zur Herstellung einer flexiblen, 3D-gedruckten Stützvorrichtung bereit, die die Struktur einer Schaumstoff-Stützvorrichtung simulieren. Die 3D-gedruckte, flexible Stützvorrichtung nutzt reproduzierbare V-Federelemente mit vorgegebenen Eigenschaften, die es Designern ermöglichen, die Festigkeit oder den Hysteresegrad der Struktur oder sogar bestimmter Abschnitte der Struktur zu steuern. Die V-Federelemente können gemäß einer vorgegebenen Feldform in Feldern gruppiert sein, und die Felder können mit anderen Feldern kombiniert werden, um ein Feldgitter zu bilden. Eigenschaften wie Größe, Form, Material und dergleichen der einzelnen V-Federelemente können in den Feldgittern/dem Feldgitter vielmehr variiert werden, um einen Dämpfungseffekt des Systems, das heißt, eine schrittweise Wiederannahme der Form nach einer Entlastung zu verwirklichen, als einen einfachen Feder- oder „Trampolin“-Effekt, der in einem verringerten Komfort resultiert. Die Nutzung von mittels 3D-Drucktechnologien reproduzierbaren V-Federelementen ermöglicht eine gemäß einem vorgegebenen Volumen (beispielsweise einem mithilfe von CAD (computer aided design) Tools erzeugten 3D-Modell)) gebrauchsfertige Struktur. Es ist beabsichtigt, dass die hierin beschriebenene, 3D-gedruckte Stützvorrichtung für zahllose Anwendungen verwendet werden kann, in denen eine flexible Schicht gewünscht ist (z.B. um Schaumstoff zu ersetzen), eingeschlossen Sitze, Kissen, Matratzen, jedwede Art von Polstern und dergleichen.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Bilden einer flexiblen, 3D-gedruckten Stützvorrichtung: Herstellen von V-Federelement-Feldern unter Verwendung eines 3D-Drucksystems, jedes Feld beinhaltend eine Vielzahl von aneinander befestigten und in einer vorgegebenen Feldform angeordneten V-Federelementen, wobei jedes V-Federelement zwei Arme mit einem ersten Ende, an dem die zwei Arme befestigt sind, und einem gegenüberliegenden zweiten Ende aufweist, wobei sich die Arme von ihrem jeweiligen ersten Ende hin zu ihrem jeweiligen zweite Enden zueinander abgewinkelt erstrecken, und jedes V-Federelement besitzt eine vorgegebene Festigkeits- oder Hystereseeigenschaft; Anordnen der V-Federelement-Felder in zumindest einem zweidimensionalen(2D) Feldgitter unter Verwendung des 3D-Drucksystems, derart, dass zumindest ein V-Federelement jedes Feldes an einem V-Federelement zumindest eines angrenzenden Felds befestigt ist; und Formen des zumindest einen Feldgitters gemäß einem vorgegebenen Volumen, um die Stützvorrichtung zu bilden.
Das Verfahren kann ferner umfassen: Bilden einer Vielzahl der Feldgitter unter Verwendung des 3D-Drucksystems; und vertikales Aufschichten der Vielzahl von Feldgittern unter Verwendung des 3D-Drucksystems, derart, dass zumindest ein V-Federelement jedes Feldes an einem V-Federelement von zumindest eines oberhalb oder unterhalb von ihm positionierten Feldes befestigt ist.
Das Verfahren kann ferner umfassen: Herstellen der V-Element-Felder unter Verwendung des 3D-Drucksystems, derart, dass die Vielzahl von in jedem Feld beinhalteten V-Federelementen sich radial von einer Mittelachse der vorgegebenen Feldform erstreckt. Dabei kann das Verfahren ferner umfassen: Herstellen der V-Federelement-Felder unter Verwendung des 3D-Drucksystems, derart, dass sich die Vielzahl von in jedem Feld beinhalteten V-Federelementen radial von einer Mittelachse der vorgegebenen Feldform erstreckt, wobei sich die jeweiligen zweiten Enden jedes V-Federelements in einem gegebenen Feld auf der Mittelachse befinden. Bei dem gegebenen Feld kann ein zweites Ende eines darin befindlichen V-Federelements an zweiten Enden anderer V-Federelemente an der Mittelachse befestigt sein. Ferner kann in dem gegebenen Feld ein erstes Ende eines ersten Arms des V-Federelements an zweiten Enden eines ersten Arms der anderen V-Federelemente darin an der Mittelachse befestigt sein, und eine zweites Ende eines zweiten Arms des V-Federelements darin kann an zweiten Enden zweiter Arme des anderen V-Federelements an der Mittelachse befestigt sein. Darüber hinaus kann in dem gegebenen Feld ein erstes Ende eines V-Federelements darin an einem ersten Ende eines V-Federelements von zumindest einem angrenzenden Feld in dem Feldgitter befestigt sein. Auf ähnliche Weise kann in dem vorliegenden Feldgitter ein erstes Ende eines V-Federelements an einer Vielzahl von angrenzenden Feldern in dem Feldgitter befestigt sein.
Zudem kann die vorgegebene Feldform ein Sechseck sein. Das vorgegebene Volumen kann ein 3D-Modell sein, das mithilfe von CAD-Techniken (computer-aided design, dt.: computergestütztes Design) definiert wurde, und das vorgegebene Volumen kann als eine Sitzschale geformt sein.
Das Verfahren kann ferner umfassen: Definieren der Festigkeit oder Hystereseeigenschaft für ein gegebenes V-Federelement; und Herstellen des V-Federelements gemäß den vorgegebenen Festigkeits-oder Hystereseeigenschaften unter Verwendung des 3D-Drucksystems. In dieser Hinsicht kann sich eine Festigkeits- oder Hystereseeigenschaft eines ersten V-Federelements in einem gegebenen Feld von einer Festigkeits- oder Hystereseeigenschaft in dem gegebenen Feld unterscheiden. Ferner kann sich eine Gesamtfestigkeit- oder Gesamthystereseeigenschaft eines ersten Felds von einer Gesamtfestigkeit- oder Gesamthystereseeigenschaft eines an das erste Feld angrenzenden zweiten Felds unterscheiden. Darüber hinaus kann sich eine Gesamtfestigkeit oder Gesamthystereseeigenschaft eines ersten Abschnitts von Feldern von einer Gesamtfestigkeit oder einer Gesamthystereseeigenschaft eines zweiten Abschnitts von an den ersten Abschnitt angrenzenden Feldern unterscheiden.
Das Verfahren kann ferner umfassen: Definieren einer Größe, Form oder eines Materials des gegebenen V-Federelements, um eine gewünschte Festigkeits- oder Hystereseeigenschaft zu erzielen; und Herstellen des V-Federelements gemäß der/dem vorgegebenen Größe, Form oder Material unter Verwendung des 3D-Drucksystems. Das Verfahren kann ebenfalls umfassen: Definieren einer Breite des gegebenen V-Federelements oder einer Dicke des gegebenen V-Federelements, um eine gewünschte Festigkeits- oder Hystereseeigenschaft zu erzielen; und Herstellen des V-Federelements gemäß der definierten Breite oder Dicke unter Verwendung des 3D-Drucksystems. Die definierte Breite oder Dicke kann sich auf einen Mittelabschnitt des gegebenen V-Federelements beziehen und die definierte Breite oder Dicke an dem Mittelabschnitt kann sich von einer jeweiligen Breite oder Dicke an einem Endabschnitt des gegebenen V-Federelements unterscheiden. Das Verfahren kann ferner umfassen: Bereitstellen einer Nutzerschnittstelle, um es einem Nutzer zu ermöglichen, die Festigkeits- oder Hystereseeigenschaften für gegebene V-Federelement zu wählen, und Herstellen des V-Federelements gemäß den ausgewählten Festigkeits- oder Hystereseeigenschaften unter Verwendung des 3D-Drucksystems.
Zusätzlich kann das Verfahren ferner umfassen: Formen des zumindest einen Feldgitters gemäß den Abmessungen des vorgegebenen Volumens, derart, dass das zumindest eine Feldgitter in das vorgegebene Volumen passt.
Eine mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte, 3D-gedruckte, flexible Stützvorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst: unter Verwendung eines 3D-Drucksystems hergestellte V-Federelement-Felder, wobei jedes Feld eine Vielzahl von aneinander befestigten und in einer vorgegebenen Feldform angeordneten V-Federelementen beinhaltet und jedes V-Federelement eine vorgegebene Festigkeits- oder Hystereseeigenschaft besitzt. Die Felder von V-Federelementen sind unter Verwendung des 3D-Drucksystems in zumindest einem zweidimensionalen (2D) Feldgitter angeordnet, derart, dass zumindest ein V-Federelement jedes Felds an einem Federelement von zumindest einem angrenzenden Feld befestigt ist, und das zumindest eine Feldgitter gemäß einem vorgegebenen Volumen geformt ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die hierin offenabarten Ausführungsformen können durch Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen identische oder funktional gleichwertige Elemente bezeichnen, besser verstanden werden.
Die Zeichnungen zeigen in:

1: eine herkömmliche Schaumstoffstruktur im Vergleich zu einer 3D-gedruckten, flexiblen Stützvorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
2A bis 2C: verschiedene Ansichten eines beispielhaften V-Federelements, das unter Verwendung eines 3D-Drucksystems gedruckt wurde, um die 3D-gedruckte, flexible Stützvorrichtung aufzubauen;
3A bis 3D veranschaulichen ebene Ansichten beispielhafter Felder von V-Federelementen in verschiedenen Feldformen;
4A bis 4F veranschaulichen verschiedene Ansichten eines beispielhaften sechseckigen V-Federelementfelds;
5 veranschaulicht eine beispielhafte Nutzerschnittstelle beinhaltend ein Eingabemittel zum Definieren der Festigkeits- und Hystereseeigenschaften der 3D-gedruckten, flexiblen Stützvorrichtung; und
6A bis 6D veranschaulichen ein beispielhaftes Verfahren zum Formen eines Feldgitters von V-Feder-Feldern zu einem vorgegebenen Volumen um die flexible, 3D-gedruckte Stützstruktur zu bilden.

Es sei angemerkt, dass die Zeichnungen, auf die obenstehend Bezug genommen wird, nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und eine gewissermaßen vereinfachte Wiedergabe verschiedener bevorzugter Merkmale darstellen, die veranschaulichend für die Grundprinzipien der Offenbarung sind. Die spezifischen Gestaltungsmerkmale der vorliegenden Offenbarung beispielsweise umfassend spezifische Abmessungen, Ausrichtungen, Orte und Formen werden teilweise durch die besonderen beabsichtigten Anwendungen und Anwendungsumgebungen bestimmt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich der Beschreibung besonderer Ausführungsformen und beabsichtigt nicht die Offenbarung zu beschränken. Wie hierin verwendet sollen die Singularformen „ein, eine, einer, eines“ und „der, die, das“ gleichsam die Pluralformen umfassen, es sei denn es geht aus dem Zusammenhang eindeutig anders hervor. Ferner sei angemerkt, dass die Begriffe „aufweisen/umfassen“ und „aufweisend/umfassend“, wenn sie in dieser Spezifikation verwendet werden, das Vorhandensein genannter Eigenschaften, Integer, Schritte, Betriebe, Elemente, und/oder Bauteile spezifizieren, jedoch die Anwesenheit oder das Hinzufügen eines oder mehr Eigenschaften, Integer, Schritte, Vorgänge, Elemente, Bauteile und/oder Gruppen davon nicht ausschließen. Wie hierin verwendet bezeichnet der Begriff „gekoppelt“ eine physische Verbindung zwischen zwei Bauteilen, wodurch die Bauteile entweder unmittelbar miteinander verbunden oder mittelbar durch einen oder mehr Zwischenkomponenten miteinander verbunden sind.
Es sei angemerkt, dass die Begriffe „3D-Drucksystem“, „3D-Drucktechniken“ „3D-Druckwerkzeuge“, „3D-Drucker“ und dergleichen alle und jedwede aus der Technik bekannten Systeme, Techniken und Vorgänge/Prozesse umfassen, um einen dreidimensionalen (3D) Gegenstand oder ein dreidimensionales Objekt mithilfe von aufeinanderfolgenden Schichten von unter Computersteuerung gebildeten Material zu synthetisieren. Da 3D-Drucksysteme und Techniken in der Technik weithin bekannt sind, wird eine detaillierte Beschreibung dieser in der vorliegenden Offenbarung entfallen, um zu verhindern, dass der Schutzumfang der Ausführungsformen auf besondere Arten oder Varianten von 3D-Drucksystemen beschränkt wird. Tatsächlich sollten die Ausführungsformen als solche nicht beschränkt werden, eher sollte jedes aus der Technik bekannte computergesteuerte System zur Schaffung eines dreidimensionalen Objekts mithilfe von aufeinanderfolgenden Materialschichten für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung als „3D-Drucksystem“ betrachtet werden. Der Begriff „Nutzer“, „Designer“ oder ähnliches kann jede Person die grundsätzlich fähig ist, ein 3D-Drucksystem zu steuern und/oder zu betreiben, umfassen.
Nun Bezug nehmend auf Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, stellen die offenbarten Techniken die Möglichkeit zum Herstellen einer 3D-gedruckten, flexiblen Stützvorrichtung bereit, die die Struktur einer Schaumstoff-Stützvorrichtung nachbildet. Es ist angedacht, dass die hier beschriebene 3D-gedruckte Stützvorrichtung in unzähligen Anwendungen genutzt werden kann, in denen eine flexible Schicht gewünscht ist (beispielsweise um Schaustoff zu ersetzen), einschließlich Sitze, Polster, Matratzen, jedwede Art von Kissen und dergleichen.
Die 3D-gedruckte, flexible Stützvorrichtung nutzt reproduzierbare V-Federelemente, die in einer gewünschten Form angeordnet werden können, um Leistungseigenschaften bereitzustellen, die für gewöhnlich mit Polyurethanschaum(stoff) erzielt werden. Designer können die Festigkeit oder den Hysteresegrad der Struktur oder selbst bestimmter Abschnitte der Struktur durch Definition von Eigenschaften wie Größe, Form, Material und dergleichen der einzelnen V-Federelemente steuern. Die V-Federelemente können gemäß einer vorgegebenen Feldform in einem Feld gruppiert werden, und die Felder können mit anderen Feldern kombiniert werden, um ein Feldgitter zu bilden. Das Variieren der Eigenschaften der V-Federelemente in den Feldgittern/dem Feldgitter kann vielmehr einen Dämpfungseffekt verwirklichen, das bedeutet, eine schrittweise Wiederannahme der Form nach der Entlastung, als einen einfachen Feder- oder „Trampolin“-Effekt, der zu verringertem Komfort führt. Die Nutzung von mittels 3D-Drucktechnologien reproduzierbaren V-Federelementen ermöglicht eine gemäß einem vorgegebenen Volumen (beispielsweise einer mithilfe von CAD (computer aided design) Tools erzeugten 3D-Modell)) gebrauchsfertige Struktur.
1 veranschaulicht eine herkömmliche Schaumstoffstruktur im Gegensatz zu einer beispielhaften, 3D-gedruckten Stützvorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie in 1 gezeigt wird eine herkömmliche Schaumstoffstruktur 100 durch Gießen einer Schaumstruktur in eine (Guss)Form gebildet, die in diesem Fall in Form einer Sitzschale ausgebildet ist. Dann füllt während dem Schäumungsprozess die Form die Struktur und stellt Flexibilität und (Ab)Stützung bereit. Andererseits wird die flexible 3D-gedruckte Stützstruktur 110, wie hierin untenstehend beschrieben, durch wiederholtes Herstellen von Feldern von V-Federelementen und Formen der Felder gemäß einem vorgegebenen Volumen - in diesem Fall einer Sitzschale - gebildet. Da diese einzelnen V-Federelemente - das heißt, Größe, Form, Material, Anordnung und so weiter der V-Federelemente mithilfe eines 3D-Drucksystems gesteuert werden können, besteht eine verbesserte Steuerung der Festigkeit bei der Fertigung der flexiblen Stützstruktur 110 im Gegensatz zu den eher zufälligen Strukturen, die in Schaumstoff vorliegen.
Die 2A bis 2C veranschaulichen verschiedene Ansichten eines beispielhaften V-Federelements, das unter Verwendung eines 3D-Drucksystems zum Konstruieren der 3D-gedruckten, flexiblen Stützstruktur 110 hergestellt wurde. Wie in 2A gezeigt kann ein einzelnes V-Federelement 200 eine flexible Federstruktur (oder federartige Struktur) sein, die zwei Arme beinhaltet, einen ersten Arm 200a und einen zweiten Arm 200b. Die zwei Arme 200a und 200b besitzen jeweils ein erstes Ende, an dem die beiden Arme befestigt werden, und ein zweites Ende. Die beiden Arme können sich winkelförmig zueinander von ihren jeweiligen ersten Ende hin zu ihrem jeweiligen zweiten Ende erstrecken, wie dies in 2A gezeigt ist. Die beiden Arme können gerade oder gebogen sein, gewissermaßen an die Form von Pinzetten erinnern, wie etwa das in 2A gezeigte V-Federelement 200. Die Arme des V-Federelements 200 können jedoch in jedweder geeigneten Weise geformt sein, um eine flexible, federartige Wirkung zu verwirklichen.
Eigenschaften - z.B. Größe, Form, Material, Anordnung und so weiter - der V-Federelemente können mittels eines 3D-Drucksystems festgelegt werden. Das Variieren der Eigenschaften der einzelnen V-Federelemente 200, insbesondere der Eigenschaften benachbarter V-Federelemente 200 in einem Feldgitter (untenstehend genauer beschrieben), beeinflusst die Festigkeit und/oder Hystereseeigenschaften der Struktur als Ganzes, oder bestimmter Bereiche der Struktur. Auf diese Weise können die Festigkeits- und/oder Hystereseeigenschaften der 3D-gdruckten, flexiblen Stützstruktur 110 durch Abstimmen dieser Eigenschaften der V-Federelemente 200 definiert werden, und die V-Federelemente 200 können mithilfe des 3D-Drucksystems gemäß der definierten Festigkeit und/oder Hysterese hergestellt werden.
Insbesondere kann ein Designer der 3D-gedruckten, flexiblen Stützstruktur 110 die Abmessungen einzelner V-Federelemente 200 modifizieren, und kann die Abmessungen der V-Federelemente 200 in der 3D-gedruckten, flexiblen Stützstruktur 110 auf jedwede geeignete Weise variieren, um eine gewünschte Festigkeit und/oder Hystereseeigenschaft zu erzielen. Der Designer kann ferner die Form (beispielsweise flache Arme, nach innen gewölbte Arme, nach außen gebogene Arme), das Material (beispielsweise Kunststoffbasiertes Material, Gummi- bzw. Kautschuk- basiertes Material, Keramik-basiertes Material etc.) und die Anordnung (beispielsweise Feldform, Gitter-Feldform etc. (untenstehend genauer beschrieben)) von V-Federelementen 200 in jedweder geeigneten Weise festlegen, um eine gewünschte Festigkeits- und/oder Hystereseeigenschaft zu erzielen. Die Wirkung solcher Modifikationen auf Kompressionseigenschaften der V-Federelemente 200 würde von einem Fachmann verstanden werden. Mit anderen Worten sind die in den 2A bis 2C gezeigten V-Federelemente, wenn hierin nicht anderes beschrieben, lediglich zu Demonstrationszwecken gezeigt und sollten nicht als den Umfang der beanspruchten Erfindung darauf beschränkend verstanden werden.
Daher, als Beispiel, veranschaulichen die 2B und 2C beispielhafte V-Federelemente 200 mit modifizierten Abmessungen, welche die Kompressionseigenschaften des V-Federelements 200 beeinflussen. 2B zeigt eine Draufsicht auf ein beispielhaftes V-Federelement 200 mit einer Mittenbereite, die festgelegt ist, um größer zu sein als eine Breite der Enden, und 2C zeigt eine Seitenansicht eines anderen beispielhaften V-Federelements 200 mit einer Mittenbreite, die festgelegt ist, um größer zu sein als eine Dicke der Enden. In dieser Hinsicht erlaubt das Erhöhen der Mittendicke und/oder der Mittendicke des V-Federelements 200 ein verringertes „Bending“ (dt.: Biegen) oder verringerte Festigkeit, wohingegen die Abnahme der Mittendicke und/oder der Mittendicke des V-Federelements 200 ein verringertes „Bending“ oder eine verringerte Festigkeit erlaubt. Darüber hinaus kann die Höhe des V-Federelements 200 festgelegt werden (d.h. der Abstand zwischen den jeweiligen zweiten Enden des ersten Arms 200a und des zweiten Arms 200b) sowie die Länge des V-Federelements 200, um die Kompressionseigenschaften davon zu beeinflussen. Die Länge eines V-Federelements 200 kann in einem Bereich zwischen 0,5 mm und 10 mm eingestellt werden, obgleich die Abmessungen des V-Federelements 200 darauf nicht beschränkt sind.
Das 3D-Drucksystem kann eine Vielzahl von V-Federelementen 200 in einer vorgegebenen Weise, wie etwa einem Radialmuster, kombinieren, um ein 3D-Element zu bilden - d.h. ein Feld 300 - das in einer wiederholbaren Struktur angeordnet sein kann, um ein zweidimensionales (2D) Gitter von Feldern zu bilden. Das Anordnen der einzelnen V-Federelemente 200 in Feldern 300 ermöglicht es der 3D-gedruckten, flexiblen Stützstruktur 110, die offene Zellstruktur von Schaum(stoff) zu imitieren. In dieser Hinsicht veranschaulichen die 3A bis 3D ebene Ansichten beispielhafter Felder 300 von V-Federelementen 200 in verschiedenen Feldformen. 3A zeigt dreieckig geformte Felder von V-Federelementen 200, 3B zeigt quadratisch geformte Felder 300 von V-Federelementen 200, 3C zeigt sechseckig-geformte Felder 300 von V-Federelementen 200, wohingegen 3D senkrecht aufgeschichtete der sechseckiggeformten Felder 300 zeigt, die in 3C abgebildet sind. Es sei angemerkt, dass die V-Federelemente 200 in Feldern jedweder geeigneten Form angeordnet werden können. Daher dienen die in den 3A bis 3D gezeigten Feldformen lediglich Veranschaulichungszwecken und sollten nicht als die beanspruchte Erfindung darauf beschränkend ausgelegt werden.
Jedes Feld 300 kann unter Verwendung eines 3D-Drucksystems eine Vielzahl an V-Federelementen 200, die in einer vordefinierten Feldform, wie etwa einem Dreieck (3A), einem Quadrat (3B), einem Sechseck (3C) oder dergleichen angeordnet sind, beinhalten. Wie in den 3A, 3B und 3C gezeigt können die V-Federelemente 200 radial in jedem Feld 300 angeordnet werden, derart, dass die V-Federelemente 200 sich radial von einer Mittelachse C des Felds 300 erstrecken. Das bedeutet, dass sich die am weitesten innen befindlichen Enden (d.h. zweite Enden) der V-Federelemente 200 in jedem Feld 300 auf der Mittelachse C befinden können und sich die V-Federelemente 200 von dort nach außen erstrecken. Auf diese Weise können die am weitesten außen befindlichen Enden (d.h. die ersten Enden) der V-Federelemente 200 in jedem Feld 300 eine Grenze definieren, die die Feldform bestimmt.
Die Felder 300 können ferner mit anderen Feldern 300 auf zweidimensionale Weise kombiniert werden, um eine 2D-Feldgitter 310 zu bilden, in dem zumindest ein V-Federelement 200 jedes Felds 300 an einem V-Federelement 200 von zumindest einem angrenzenden Feld 300 befestigt ist. Beispielsweise sind wie in den 3A, 3B und 3C gezeigt, mehrere Felder 300 von V-Federelementen 200 aneinander angrenzend positioniert um ein 2D-Feldgitter 310 zu bilden, derart, dass zumindest ein V-Federelement 200 eines Felds 300 an einem V-Federelement 200 von zumindest einem angrenzenden Feld 300 befestigt ist. Insbesondere kann das äußerste Ende (d.h. das erste Ende) zumindest eines V-Federelements 200 eines gegebenen Felds 300 an ein äußerstes Ende eines anderen V-Federelements 200 von zumindest einem angrenzenden Feld 300 befestigt sein bzw. werden. Auf diese Weise können mehrere V-Federelemente 300 horizontal verknüpft werden, (in der x- und y- Richtung), um ein strukturell intaktes Gitter 310 zu bilden.
Das Feldgitter 310 kann schließlich gemäß einem vordefinierten Volumen geformt sein, um die 3D-gedruckte, flexible Stützstruktur 110 zu bilden, wie genauer unter Bezugnahme auf die 6A bis 6D beschrieben wird. Zu diesem Zweck können unter Verwendung des 3D-Drucksystems mehrere Feldgitter 310 gebildet und (in Z-Richtung) aufeinander geschichtet werden, um eine Struktur mit einer gegebenen Höhe zu bilden. Wie in 3D gezeigt kann eine Vielzahl an Feldgittern 310, d.h. Feldgitter 302, 304, 306, und 308, - senkrecht gemäß einer gewünschten Höhe aufeinander geschichtet werden. Zu diesem Zweck kann zumindest ein V-Federelement 200 eines gegebenen Felds 300 an einem V-Federelement 200 zumindest eines oberhalb oder unterhalb des gegebenen Felds positionierten Feld befestigt werden. Somit kann ein strukturell intakter 3D-Körper gebildet werden, der mehrere senkrecht aufeinander geschichtete 2D-Feldgitter 310 aufweist, gebildet werden.
Nun Bezug nehmend auf 4A bis 4D kann obgleich die V-Federelemente 200 unter Verwendung des 3D-Drucksystems in Feldern jedweder geeigneten Form angeordnet sein können, die sechseckige Struktur bevorzugt sein, da die V-Federelemente 200 effizient in einem stabilen Feld 300 ausgelegt werden können. Somit wird besonders das sechseckige Feld 300 untenstehend zum Zwecke der Vereinfachung genannt.
Die 4A-4F veranschaulichen verschiedene Ansichten beispielhafter sechseckiger V-Federelement-Felder 300. Zunächst zeigt 4A eine 3D-Ansicht eines isolierten, sechseckigen V-Federelementfelds 300. Das in 4A gezeigte Feld 300, das von einem 3D-Drucksystem hergestellt wurde, um eine Vielzahl von radial in Sechseckform angeordneten V-Federelementen 200 zu enthalten, kann entlang der Mittelachse C zentriert werden. Das V-Federelement 200 in dem Feld 300 kann sich radial von der Mittelachse C (d.h. der Mitte des Felds 300) erstrecken. Das bedeutet, dass sich die jeweiligen zweiten Enden jedes V-Federelements 200 auf der Mittelachse C befinden können, und die V-Federelemente sich nach außen von der Mittelachse C in Richtung der Begrenzung des Felds 300 erstrecken.
Darüber hinaus können zweite Enden der V-Federelemente 200 aneinander befestigt werden, um ein strukturell intaktes Feld 300 zu bilden. Sind die V-Federelemente 200 radial in dem Feld 300 angeordnet, können die zweiten Enden aneinander an der Mittelachse C befestigt werden, wie durch die imaginären, gestrichelten Kreise in 4A angedeutet ist. Insbesondere können in dem Feld 300 zweite Enden der ersten Arme 200a aneinander an der Mittelachse C befestigt werden, während zweite Enden der zweiten Arme 200b aneinander an der Mittelachse C befestigt werden können. Da das V-Federelement 200 einen ersten Arm 200a und einen zweiten Arm 200b mit jeweiligen zweiten Enden beinhaltet, die senkrecht voneinander getrennt sind (siehe 2A und 2C), kann durch Kombinieren der V-Federlemente 200 in der in 4A gezeigten Weise ein 3D-Feld 300 gebildet werden.
4B zeigt eine 3D-Ansicht von vier sechseckigen V-Federelementfeldern 300, die in einem 2D-Feldgitter 310 angeordnet sind, und 4C zeigt eine Draufsicht der vier sechseckigen V-Federelemente 300, die in 4B gezeigt sind. In dem Feldgitter 310 kann ein erstes Ende eines V-Federelements 200 in einem gegebenen Feld 300 an einem ersten Ende eines V-Federelements 200 zumindest eines angrenzenden Felds 300 befestigt sein, wie durch die imaginären gestrichelten Kreise in 4B angedeutet. Auf diese Weise kann das 3D-Drucksystem ein strukturell intaktes Gitter 310 von V-Federelementfeldern 300 erzeugen. Unterdessen können die ersten (äußersten) Enden der V-Federlemente 200 in einem Feld 300 eine Grenze definieren, die die Form des Felds 300 definieren, wie durch die imaginären gestrichelten Linien in 4C angedeutet.
4C zeigt eine Seitenansicht von vertikal geschichteten, sechseckigen V-Federelementfeldern 300. Das 3D-Drucksystem kann Felder 300 von V-Federelementen 200 erzeugen, die senkrecht aufeinander geschichtet sind, so dass zumindest ein V-Federelement 200 eines gegebenen Felds 300 an einem V-Federelement 200 zumindest eines oberhalb oder unterhalb positionierten Felds 300 befestigt wird. Insbesondere können die zweiten Enden der V-Federlemente 200 in einem gegebenen Feld 300 mit zweiten Enden von V-Federelementen 200 in einem Feld 300 verbunden (auf der Mittelachse C) werden, die sich oberhalb oder unterhalb des gegebenen Felds 300 befinden. Dies ermöglicht eine 3D-gedruckte, flexible Stützstruktur 110, die eine Höhe besitzt, die größer ist als eine Höhe eines einzelnen V-Federelements 200.
4E und 4F veranschaulichen Seitenansichten von Varianten der in 4D gezeigten, vertikal geschichteten V-Federelementfelder 300. Zunächst kann in 4E das 3D-Drucksystem ein V-Federfeld 300a produzieren bzw. herstellen, das seitlich von den in 4D gezeigten vertikal gesteckten Feldern positioniert ist. Zu diesem Zweck können die ersten (äußersten) Enden der V-Federelemente 200 in den vertikal geschichteten Feldern 300 an den zweiten (innersten) Enden der V-Federlemente 200 in dem seitlichen Feld 300a angebracht sein. Das seitliche Feld 300a kann zusätzliche Unterstützung für die vertikal geschichteten Felder 300 bereitstellen, sowie zusätzliche Steifigkeit. Auf ähnliche Weise kann das 3D-Drucksystem in 4F eine Vielzahl von kleineren V-Federelementfeldern 300b herstellen, die seitlich, als eine Gruppe, zu den in 4D gezeigten, vertikal geschichteten Feldern 300 positioniert sind. Die Gruppe aus kleineren Feldern 300b kann sich mit den vertikal geschichteten Feldern 300 auf dieselbe Weise wie das seitliche Feld in 4E verbinden (sich anbringen). Wie obenstehend erläutert können die Abmessungen der V-Federlemente 200, die von dem 3D-Drucksystem hergestellt wurden, in jedweder geeigneten Weise festgelegt werden. Wie in 4F gezeigt können V-Federelemente 300 verschiedener Größe, Form, Materialen, Anordnungen etc. miteinander in der 3D-gdruckten, flexiblen Stützstruktur 110 kombiniert werden. Entsprechend kann ein Designer durch Variation derartiger Eigenschaften in der gesamten Formation bzw. dem gesamten Aufbau ein besonderes Gefühl oder eine besondere Struktur erzielen.
Beispielsweise können kleinere Felder, wie etwa die Felder 300b, verwendet werden, um weichere Konturen und ein besseres Gefühl für den Nutzer zu schaffen. Der Durchmesser für solche Felder kann beispielsweise in einem Bereich von 1 bis 5 mm festgelegt werden. Felder mittlerer Größe, wie etwa die Felder 300, können zur Schaffung der Grundstruktur verwendet werden. Der Durchmesser solcher Felder kann beispielsweise in einem Bereich von 5 bis 10 mm festgelegt werden. Unterdessen können größere Felder verwendet werden, um größere Strukturräume zu füllen, oder zur Belüftung, und können einen Durchmesser besitzen, der beispielsweise in einem Bereich von 10 bis 20 mm festgelegt ist. Es sei angemerkt, dass die obenstehenden Abmessungen lediglich Veranschaulichungszwecken dienen und den Umfang der beanspruchten Erfindung nicht auf darauf beschränken.
Wie obenstehend erläutert können die Verformung oder Kompressionsleistung der V-Feder-Felder in der 3D-gdruckten, flexiblen Stützvorrichtung 110 durch Variation der Federkonstante der einzelnen V-Federelemente 3200 gesteuert werden, um Bereiche örtlicher Steifigkeit zu schaffen. Beispielsweise können Eigenschaften wie etwa Größe, Form, Material und dergleichen der einzelnen V-Federelemente 200 die Federkonstante dieser beeinflussen und im Ergebnis die Festigkeit der 3D-gedruckten, flexiblen Stützstruktur 110 oder bestimmte Bereiche dieser beeinflussen.
Auf ähnliche Weise kann das Variieren benachbarter V-Federelemente 200 oder benachbarter V-Feder-Felder 300 die Hysterese oder Dämpfungseigenschaften der 3D-gedruckten, flexiblen Stützstruktur 110 beeinflussen. In dieser Hinsicht bezieht sich die Hysterese einer 3D-gdruckten, flexiblen Stützstruktur 110 auf eine Messung des Energieverlusts oder auf von der Struktur absorbierte Energie, wenn diese einer Verformung (d.h. einer Last) ausgesetzt sind. Somit zeigt die Hysterese der 3D-gedruckten, flexiblen Stützstruktur 110 eine Differenz zwischen der Belastungsenergie und der Entlastungsenergie auf. Anders gesagt, sobald eine Last an der 3D-gedruckten, flexiblen Stützvorrichtung 110 entfernt wurde, wird die Rate, bei der die 3D-gedruckte, flexible Stützstruktur 110 in ihren Ruhezustand zurückkehrt und potentielle Energie entlädt - die während der Belastung der Struktur gespeichert wurde - von dem Hysteresegrad der Struktur beeinflusst.
Der Designer der 3D-gedruckten, flexiblen Stützvorrichtung 110 kann in der Lage sein, spezielle Level von Festigkeit und Hysterese für die 3D-gdruckte, flexible Stützstruktur 110 als Ganzes, bestimmter Bereiche davon, bestimmter V-Feder-Felder 300 oder selbst einzelner V-Federelemente 200 zu definieren. Mithilfe des 3D-Drucksystems können Felder 300 der V-Federelemente 200 gemäß den definierten Festigkeits und/oder Hystereseeigenschaften hergestellt werden.
Hierzu kann eine Nutzerschnittstelle zum Definieren eines Festigkeits- oder Hystereseniveaus bzw. level in der Struktur 110 bereitgestellt sein, beispielsweise unter Verwendung des Eingabemittels 500, das in 5 gezeigt ist. Der Designer kann ein gewünschtes Niveau an Festigkeit oder Hysterese /oder ähnlicher kompressions-bezogener Eigenschaften) durch die Nutzerschnittstelle auswählen. Ferner kann der Designer seine/ihre Auswahl für ein spezifisches V-Federelement 200, eine spezifisches V-Federfeld 300, eine spezifische Auswahl der 3D-gedruckten, flexiblen Stützstruktur 110, oder der Struktur als Ganzes bestimmen. Der Designer kann manuell gewisse Abschnitte der 3D-gedruckten, flexiblen Stützstruktur 110 zum Abstimmen bestimmen, oder das 3D-Drucksystem kann automatisch bestimmte Abschnitte der 3D-gedruckten, flexiblen Stützstruktur 110 basierend auf den Eingaben des Designers abstimmen. Ein Designer kann beispielsweise ein Festigkeitsniveau für äußere Abschnitte der 3D-gedruckten, flexiblen Stützstruktur 110 definieren, und das System kann automatisch angemessene Abmessungen, Formen, Anordnungen und dergleichen der V-Federelemente 200 und Felder 300 in besagten Abschnitten auswählen. Somit können die Festigkeit oder die Hysterese in der 3D-gedruckten flexiblen Stützstruktur 110 in unterschiedlichen Niveaus unterschiedlich sein, um eine bestimmtes Gefühl oder eine bestimmte Form zu erzielen, abhängig von den Präferenzen des Designers. Es sei angemerkt, dass das in 5 gezeigte Eingabemittel 500 lediglich zu Veranschaulichungszwecken als ein Schieber abgebildet ist und in jedweder geeigneten Weise für den Erhalt von Nutzereingabe modifiziert werden kann, wie etwa eine TextBox, ein Knopf oder dergleichen. Ferner kann das Eingabemittel 500 genutzt werden, um einen Prozentsatz, einen alphanumerischen Wert oder dergleichen einzugeben.
6A bis 6D veranschaulichen ein beispielhaftes Verfahren zur Formgebung eines Feldgitters 310 von V-Federelementen 300 auf ein vordefiniertes Volumen, um die 3D-gedruckte, flexible Stützstruktur 110 zu bilden. Zunächst kann der Designer, wie in 6A gezeigt, ein vordefiniertes 3D-Volumen 600 gemäß dem die 3D-gedruckte, flexible Stützstruktur 110 geformt wird, bereitstellen. Das vordefinierte Volumen 600 kann ein 3D-Modell sein, das unter Verwendung von CAD (Computer Aided Design) - Techniken, wie ein Fachmann verstehen würde. Das Volumen 600 kann in jedweder Form, die für eine flexible Stütze geeignet wäre, beinhaltend, jedoch nicht beschränkt auf eine Sitzschale, eine Kopfstütze, ein Kissen, eine Matratze, ein Sitzkissen, oder eine Sitzauflage etc. Sobald das vordefinierte Volumen 600 generiert bzw. erzeugt wurde (beispielsweise mithilfe von CAD-Tools), kann das Volumen oder das Modell auf das 3D-Drucksystem hochgeladen werden, so dass das System die V-Feder-Felder 300 gemäß dem hochgeladenen Volumen 600 herstellen kann.
Als nächstes kann, wie in 6B gezeigt ist, der Designer die Festigkeits und/oder Hystereseeigenschaften des Volumens 600 definieren. Beispielsweise kann der Designer einen besonderen Grad an Festigkeit und/oder Hystereseeigenschaften (zum Beispiel mithilfe der Eingabevorrichtung 500) spezifischen Bereichen des Volumens 600 zuweisen. In 6B wählt der Designer äußere Abschnitte A und C des Volumens 600 als steifer aus als den Mittelabschnitt B. Alternativ kann der Designer einen besonderen Grad an Festigkeit und/oder Hysterese (oder wie obenstehend beschrieben anderer Eigenschaften) für die Struktur 110 als Ganzes oder spezieller Felder 300, oder sogar spezifischer V-Federelemente 300 zuweisen.
Als nächstes kann, wie in 6C gezeigt ist, dass 3D-Drucksystem Felder 300 von V-Federelementen 200 gemäß einer vordefinierten Feldform, Material, Form, Größe etc., wie obenstehend genauer beschrieben ist, herstellen. Das 3D-Drucksystem kann die V-Federfelder 300 in einer angeordneten Weise herstellen, um ein 2D-Feldgitter 310 zu formulieren, und falls notwendig mehrere Feldgitter 310, die automatisch gemäß Abmessungen des vordefinierten Volumens 600 geformt werden, vertikal aufschichten, derart, dass die Feldgitter/das Feldgitter 310 in das vordefinierte Volumen 600 passen/passt.
Alternativ können die Feldgitter/das Feldgitter 310 auf dem vordefinierten Volumen 600 überlagert und gemäß der Volumengrenze auf Größe getrimmt werden. Das bedeutet, dass ein vorgefertigtes Feldgitter 310 manuell gemäß einem gewünschten Volumen 600 geformt werden kann.
Die V-Federelemente 200 werden durch das 3D-Drucksystem gemäß den vordefinierten Festigkeits-und/oder Hystereseeigenschaften (oder anderer vordefinierter Eigenschaften) gebildet. Spezifiziert ein Designer einen Grad an Festigkeit und/oder Hysterese für bestimmte Bereiche des Volumens 600, wie dies beispielsweise in 6B gezeigt ist, kann das 3D-Drucksystem die Festigkeit bestimmter V-Federelementfelder 300 oder einzelner V-Federelemente 200 auswählen, um die spezifizierte Festigkeit und/oder Hysterese zu erzielen. Wie in 6C gezeigt ist, können festere V-Federelementfelder 300 durch das 3D-Drucksystem für die äußeren Abschnitte A und C des Volumens 600 hergestellt werden, wohingegen weichere V-Federelementfelder 300 von dem 3D-Drucksystem für den inneren Abschnitt B des Volumens 600 hergestellt werden können. Ferner können die Festigkeit, Hysterese oder andere Eigenschaften der Felder 300 innerhalb der Struktur 110 variiert werden, so wie die Festigkeit benachbarter Felder 300 - in 6C gezeigt- die Hysterese-oder Dämpfungseigenschaften der Struktur verändert. Somit können die Eigenschaften der V-Federlemente 200 automatisch ausgewählt und von dem 3D-Drucksystem angewendet werden oder manuell von dem Designer ausgewählt werden.
Schließlich können, wie dies in 6D gezeigt ist, ein oder mehr Feldgitter 310 gemäß dem vordefinierten Volumen 600 geformt werden, derart, dass die V-Federelementfelder 300 in das Volumen 600 passen. Die Feldgitter 310 können automatisch von dem 3D-Drucksystem geformt werden oder manuell geformt werden, beispielsweise unter Benutzung eines vorgefertigten Feldgitters 310, und auf Größe getrimmt werden. Das Ergebnis ist eine kundenspezifische 3D-gedruckte, flexible Stützstruktur 110 in der Form des vordefinierten Volumens 600 mit einer vordefinierten Festigkeit und/oder Hysterese. In 6D wird die Struktur 110 beispielsweise von dem 3D-Drucksystem hergestellt, um festere Außenabschnitte A und C und einen weicheren Innenabschnitt B aufzuweisen. Die Struktur 110 kann konfiguriert sein, um in jedweder geeigneten Weise Abschnitte besonderer Festigkeit und/oder Hysterese zu besitzen, wie dies vom Designer gewünscht ist.
Dementsprechend ermöglicht die hierin beschriebene 3D-gedruckte, flexible Stützvorrichtung das 3D-Drucken flexibler Strukturen und weich anzufassender Oberflächen. Die Verwendung eines 3D-Drucksystems in der hierin obenstehend beschriebenen Weise verringert die Herstellungsvariabilität, die für gewöhnlich mit herkömmlichen Herstellungsversuchen verbunden ist (beispielsweise gegossene Schaum(stoff)-Strukturen)) und verringert die Montageanforderungen, da die flexible Struktur von dem 3D-Drucksystem in einem Schritt hergestellt werden kann. Außerdem können die Festigkeit/Weichheit der hergestellten Struktur besser gesteuert werden, da Eigenschaften einzelner V-Federlemente derart gesteuert werden, um im Gegensatz zu den zufälligen Strukturen, die in Schaumstoff vorliegen, zu stehen.
Obgleich Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben wurden, die eine 3D-gedruckte, flexible Stützvorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben bereitstellen, sei angemerkt, dass innerhalb des hierin offenbarten Geistes und Schutzumfangs der Erfindung verschiedene andere Anpassungen und Modifizierungen vorgenommen werden können. Die Ausführungsformen können somit in jedweder geeigneten Weise gemäß den vorliegenden Ansprüchen modifiziert werden.
Die vorstehende Beschreibung richtet sich auf Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Es wird jedoch deutlich, dass andere Variationen und Modifizierungen an den beschrieben Ausführungsformen vorgenommen werden können, unter Aufrechterhaltung einiger oder all ihrer Vorteile. Entsprechend ist diese Beschreibung lediglich als beispielshaft auszulegen und nicht als den Schutzumfang der hierein offenbarten Ausführungsformen beschränkend. Es ist daher die Aufgabe der angefügten Ansprüche, alle derartigen Variationen und Modifikationen, die in den wahren Geist und Schutzumfang der hier vorliegenden Ausführungsformen fallen, abzudecken.

Claims

Verfahren zum Bilden einer dreidimensional (3D) gedruckten flexiblen Stützvorrichtung (110), das Verfahren umfassend: Herstellen von V-Federelement-Feldern (300) unter Verwendung eines 3D-Drucksystems, wobei jedes Feld (300) eine Vielzahl von aneinander befestigten und in einer vorgegebenen Feldform angeordneten V-Federelementen (200) besitzt, wobei jedes V-Federelement zwei Arme (200a, 200b) mit einem ersten Ende, an dem die zwei Arme befestigt sind, und einem gegenüberliegenden zweiten Ende beinhaltet, wobei sich die Arme (200a, 200b) von ihrem jeweiligen ersten Ende hin zu ihrem jeweiligen zweiten Ende zueinander abgewinkelt erstrecken, und wobei jedes V-Federelement (200) eine vorgegebene Festigkeits- oder Hystereseeigenschaft besitzt; Anordnen der V-Federelemente (200) in zumindest einem zweidimensionalen (2D) Feldgitter unter Verwendung des 3D-Drucksystems, derart, dass zumindest ein V-Federelement (200) jedes Feldes (300) an einem V-Federelement (200) zumindest eines angrenzenden Felds (300) befestigt ist; und Formen des zumindest einen Feldgitters gemäß einem vorgegebenen Volumen, um die Stützvorrichtung (110) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Bilden einer Vielzahl der Feldgitter unter Verwendung des 3D-Drucksystems; und vertikales Aufschichten der Vielzahl von Feldgittern unter Verwendung des 3D-Drucksystems, derart, dass zumindest ein V-Federelement (200) jedes Feldes (300) an einem V-Federelement (200) von zumindest eines oberhalb oder unterhalb von ihm positionierten Feldes (300) befestigt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: Bilden der V-Element-Felder (300) unter Verwendung des 3D-Drucksystems, derart, dass die Vielzahl von in jedem Feld beinhalteten V-Federelementen (200) sich radial von einer Mittelachse (C) der vorgegebenen Feldform erstreckt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: Herstellen der V-Federelement-Felder (300) unter Verwendung des 3D-Drucksystems, derart, dass sich die Vielzahl von in jedem Feld beinhalteten V-Federelementen (200) radial von einer Mittelachse (C) der vorgegebenen Feldform erstreckt, wobei sich die jeweiligen zweiten Enden jedes V-Federelements (200) in einem gegebenen Feld (300) auf der Mittelachse (C) befinden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei, in dem gegebenen Feld (300), ein zweites Ende eines V-Federelements (200) darin an zweiten Enden anderer V-Federelemente (200) darin an der Mittelachse (C) befestigt ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei, in dem gegebenen Feld (300), ein zweites Ende eines ersten Armes des V-Federelements (200) darin an zweiten Enden der ersten Arme von anderen V-Federelemente (200) an der Mittelache (C) befestigt ist, und ein zweites Ende eines zweiten Armes des V-Federelements (200) darin an zweiten Enden von zweiten Armen des anderen V-Federelements (200) darin an der Mittelachse (C) befestigt ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei, in dem gegebenen Feld (300), ein erstes Ende eines V-Federelements (200) darin an einem ersten Ende eines V-Federelements (200) zumindest eines angrenzenden Felds in dem Feldgitter befestigt ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei, in dem gegebenen Feld (300), ein erstes Ende eines V-Federelements (200) an einem ersten Ende eines V-Federelements (200) einer Vielzahl von V-Federelementen (200) einer Vielzahl von angrenzenden Feldern (300) in dem Feldgitter befestigt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vorgegebene Feldform ein Sechseck ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das vorgegebene Volumen ein unter Verwendung von CAD-Techniken definiertes 3D-Modell ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das vorgegebene Volumen als Sitzschale geformt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: Definieren der Festigkeits- oder Hystereseeigenschaft für ein gegebenes V-Federelement (200); und Herstellen des V-Federelements (200) gemäß den vorgegebenen Festigkeits- oder Hystereseeigenschaften unter Verwendung des 3D-Drucksystems.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei sich eine Festigkeits- oder Hystereseeigenschaft eines ersten V-Federelements (200) in einem gegebenen Feld (300) von einer Festigkeits- oder Hystereseeigenschaft in dem gegebenen Feld (300) unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei sich eine Gesamtfestigkeit oder Gesamthysterese-eigenschaft eines ersten Felds (300) von einer Gesamtfestigkeit oder Gesamthystereseeigenschaft eines an das erste Feld (300) angrenzenden zweiten Felds (300) unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei sich eine Gesamtfestigkeit oder Gesamthystereseeigenschaft eines ersten Abschnitts von Feldern von einer Gesamtfestigkeit oder einer Gesamthystereseeigenschaft eines zweiten Abschnitts von an den ersten Abschnitt angrenzenden Feldern unterscheidet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: Definieren einer Größe, Form, oder eines Materials des gegebenen V-Federelements (200), um eine gewünschte Festigkeits- oder Hystereseeigenschaft zu erzielen; und Herstellen des V-Federelements (200) gemäß der/dem vorgegebenen Größe, Form oder Material unter Verwendung des 3D-Drucksystems.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: Definieren einer Breite des gegebenen V-Federelements (200) oder einer Dicke des gegebenen V-Federelements (200), um eine gewünschte Festigkeits- oder Hystereseeigenschaft zu erzielen; und Herstellen des V-Federelements (200) gemäß der definierten Breite oder Dicke unter Verwendung des 3D-Drucksystems.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei sich die definierte Breite oder Dicke auf einen Mittelabschnitt des gegebenen V-Federelements (200) bezieht, und sich die definierte Breite oder Dicke an dem Mittelabschnitt jeweils von einer Breite oder Dicke an einem Endabschnitt des gegebenen V-Federelements (200) unterscheidet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: Bereitstellen einer Nutzerschnittstelle, um es einem Nutzer zu ermöglichen, die Festigkeits- oder Hystereseeigenschaften für das gegebene V-Federelement (200) auszuwählen; und Herstellen des V-Federelements (200) gemäß der ausgewählten Festigkeits- oder Hystereseeigenschaft unter Verwendung des 3D-Drucksystems.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: Formen des zumindest einen Feldgitters gemäß den Abmessungen des vorgegebenen Volumens, derart, dass das zumindest eine Feldgitter in das vorgegebene Volumen passt.