-
EINLEITUNG
-
Die vorliegende Offenbarung betrifft additive Fertigungssysteme und -verfahren.
-
Derzeit werden Fahrzeugverkleidungs- und Sitzanordnungen aus mehreren verschiedenen Komponenten hergestellt, einschließlich Polsterung, Heizdrähten, Sensoren, Schläuchen oder Kanälen, die hinzugefügt werden, um den Luftstrom zu gewährleisten, verschiedenen Dichtemerkmalen, um die Beladung und die Unterstützung der Insassen zu ermöglichen, und einer Abdeckung, die in mehreren Teilen, beispielsweise durch Reißverschlüsse, Nähte und/oder Klettverschlüsse, angebracht wird. Jede Komponente erhöht den Zeitaufwand für die Montage, die Kosten für die Beschaffung, Lagerung und Montage der verschiedenen Komponenten und die Auswirkungen auf die Lieferung, falls eine einzelne Komponente nicht verfügbar ist.
-
Bekannte Fahrzeugverkleidungs- und Sitzanordnungen verursachen VOC-Emissionen (flüchtige organische Verbindungen), sind nur begrenzt recyclebar, erfordern einen hohen Montageaufwand, begrenzen die funktionale Integration zusätzlicher Merkmale aufgrund des Zugriffs während und nach der Montage, sind nur bedingt in der Lage, verschiedene Steifigkeiten in den Teilen anzupassen, erfordern große Biegeradien, insbesondere an den Außenecken, um die Abdeckung aufzunehmen, und erfordern im Allgemeinen etwa acht bis zwölf Werkzeuge pro Teilenummer für jeden Teil der Anordnung.
-
Somit ist ein neues und verbessertes System und Verfahren für die Konstruktion und Montage von Fahrzeugverkleidungen und -sitzen erforderlich, obgleich die derzeitigen Fahrzeugverkleidungs- und Sitzanordnungen ihren Zweck erfüllen.
-
KURZDARSTELLUNG
-
Gemäß mehreren Aspekten beinhaltet eine Trägeranordnung einen Körper mit mehreren Schichten aus mindestens einem polymeren Material, das auf ein ablösbares Substrat aufgebracht wird. Eine schützende und abriebfeste Abdeckung aus einem polymeren Material wird zumindest teilweise auf den Körper aufgebracht. Mindestens ein Strukturelement aus einem polymeren Werkstoff ist im Körper positioniert. Mindestens ein Sensor ist im Körper positioniert. Mindestens ein Durchgang wird innerhalb des Körpers durch selektives Weglassen mindestens einer der mehreren Schichten des mindestens einen polymeren Materials gebildet.
-
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet der Körper ein Verkleidungselement und das mindestens eine Strukturelement ist aus dem gleichen Material gebildet wie der Körper und definiert eine höhere Steifigkeit als eine Steifigkeit des Körpers.
-
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird das mindestens eine Strukturelement aus einem anderen polymeren Material als dem polymeren Material des Körpers gebildet und definiert eine höhere Steifigkeit als eine Steifigkeit des Körpers.
-
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist mindestens ein Draht in den Körper eingearbeitet.
-
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung definiert der mindestens eine Draht ein elektrisch leitfähiges polymeres Material.
-
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung definiert der mindestens eine Draht ein leitfähiges Metall, das als eine von den mehreren Schichten mindestens eines polymeren Materials unabhängige Schicht eingebettet ist.
-
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung definiert der mindestens eine Sensor ein polymeres Material, der unabhängig von den mehreren Schichten mindestens eines polymeren Materials eingebettet ist.
-
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet der Körper mindestens verschiedene Durometer, unterschiedliche Dichten und unterschiedliche Kompressibilitäten über einen Querschnitt der Trägeranordnung.
-
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung definiert das mindestens eine polymere Material ein Urethan.
-
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung definiert das mindestens eine polymere Material ein thermoplastisches Polyurethan (TPU) oder ein duroplastisches Polymer.
-
Gemäß mehreren Aspekten beinhaltet eine Trägeranordnung, die durch ein additives Fertigungsverfahren unter Verwendung eines Druckkopfes gebildet wird, ein Verkleidungselement. Ein Körper weist mehrere Schichten aus mindestens einem polymeren Material auf, die über den Druckkopf auf das Verkleidungselement aufgebracht sind, wobei die mehreren Schichten jeweils mehrere elastische polymere Materialelemente aufweisen. Mit dem Druckkopf wird eine schützende und abriebfeste Abdeckung aus einem polymeren Material auf den Körper und das Verkleidungselement aufgebracht. Mindestens ein Strukturelement wird durch Betätigen des Druckkopfes im Gehäuse positioniert. Mindestens ein Sensor ist im Körper positioniert. Mindestens ein Durchgang wird innerhalb des Körpers durch selektives Weglassen des mindestens einen polymeren Materials aus dem Druckkopf gebildet, da sich der Druckkopf während des additiven Fertigungsprozesses verschiebt.
-
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung definiert das mindestens eine Strukturelement eine höhere Steifigkeit als eine Steifigkeit des Körpers.
-
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird das mindestens eine Strukturelement aus dem gleichen Material gebildet wie der Körper oder aus einem anderen polymeren Material als der Körper.
-
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist mindestens ein Draht in den Körper eingearbeitet.
-
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung definiert der mindestens eine Draht ein elektrisch leitfähiges polymeres Material, das über den Druckkopf aufgebracht wird.
-
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung werden die einzelnen Schichten der elastischen Elemente aus einem polymeren Material in einer vertikal gestapelten oder vertikal gestaffelten Konfiguration ausgerichtet.
-
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung definiert der mindestens eine Sensor ein polymeres Material, das unter Verwendung des Druckkopfes aufgebracht wird.
-
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung variiert der Körper in mindestens einem Durometer, einer Dichte und einer Kompressibilität über einen Querschnitt der Trägeranordnung; und das mindestens eine polymere Material definiert ein Urethan.
-
Gemäß mehreren Aspekten beinhaltet eine Sitzträgeranordnung für ein Kraftfahrzeug, die durch ein additives Fertigungsverfahren unter Verwendung eines Druckkopfes gebildet wird, einen Körper mit mehreren Schichten aus mindestens einem über den Druckkopf aufgebrachten polymeren Material, wobei die mehreren Schichten jeweils mehrere elastische polymere Materialelemente aufweisen. Mit dem Druckkopf wird eine schützende und abriebfeste Abdeckung aus einem polymeren Material auf den Körper aufgebracht. Mindestens ein Strukturelement wird durch Betätigen des Druckkopfes im Körper positioniert, wobei das mindestens eine Strukturelement eine höhere Steifigkeit als eine Steifigkeit des Körpers aufweist. Mindestens ein Draht ist in den Körper eingearbeitet, wobei der mindestens eine Draht ein elektrisch leitfähiges polymeres Material definiert, das über den Druckkopf aufgebracht wird. Mindestens ein Sensor ist in dem aus einem mit dem Druckkopf aufgetragenen polymeren Material gebildeten Körper positioniert. Mindestens ein Durchgang wird innerhalb des Körpers durch selektives Weglassen des mindestens einen polymeren Materials aus dem Druckkopf gebildet, da sich der Druckkopf während des additiven Fertigungsprozesses verschiebt.
-
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung werden die einzelnen Schichten der elastischen Elemente aus einem polymeren Material in einer vertikal gestapelten oder vertikal gestaffelten Konfiguration ausgerichtet; und die einzelnen Schichten der elastischen Elemente aus einem polymeren Material werden auf ein Verkleidungselement aufgebracht.
-
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hier dargebotenen Beschreibung ersichtlich. Es ist zu beachten, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur dem Zweck der Veranschaulichung dienen und nicht dazu beabsichtigt sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen.
-
Figurenliste
-
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
- 1 ist eine Vorderansicht einer exemplarischen Kraftfahrzeug-Insassenträgeranordnung, die unter Verwendung des additiven Fertigungsverfahrens der vorliegenden Offenbarung hergestellt wurde;
- 2 ist ein Teilquerschnitt der Vorderansicht der Kraftfahrzeug-Insassenträgeranordnung von 1;
- 3 ist ein Querschnitt durch die Vorderansicht einer additiven Fertigungsform gemäß einem exemplarischen Aspekt;
- 4 ist ein Querschnitt durch die Vorderansicht der additiven Fertigungsform von 3 mit seitlichen Dichtungen und einem Vakuumanschluss;
- 5 ist ein Querschnitt durch die Vorderansicht der additiven Fertigungsform von 4 nach dem Einbau eines Verkleidungselements;
- 6 ist ein Querschnitt durch die Vorderansicht der additiven Fertigungsform von 5 nach dem additiven Einbau mehrerer elastischer Polymermaterialelemente und der Einbettung von elektrischen Schaltungen;
- 7 ist ein Querschnitt durch die Vorderansicht der additiven Fertigungsform von 6 nach dem additiven Einbau der Trägerschichten, den steifen Trägerelementen und den offenen Kanälen;
- 8 ist ein Querschnitt durch die Vorderansicht der additiven Fertigungsform von 7 nach dem additiven Einbau einer steifen Aufhängung und dem Einbetten von Sensoren;
- 9 ist ein Querschnitt durch die Vorderansicht der additiven Fertigungsform von 8 nach Beendigung des Additivverfahrens, Freigabe des Vakuums und Freigabe des fertigen Bauteils aus der Form;
- 10 ist ein Querschnitt durch die Vorderansicht der additiven Fertigungsform von 9 nach einer Drehung des fertiggestellten Bauteils um 180 Grad und einer Drehung des ersten und zweiten Arms des Verkleidungselements;
- 11 ist ein Teilquerschnitt durch die Seitenansicht der Kraftfahrzeug-Insassenträgeranordnung von 1;
- 12 ist ein Teilquerschnitt durch die Vorderansicht der Kraftfahrzeug-Insassenträgeranordnung von 1; und
- 13 ist eine Reihe von exemplarischen Querschnittsansichten durch die Kraftfahrzeug-Insassenträgeranordnung von 1, die verschiedene Möglichkeiten der additiven Materialschichtung darstellt.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Die folgende Beschreibung ist ihrer Art nach lediglich exemplarisch und beabsichtigt nicht, die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen zu begrenzen.
-
Unter Bezugnahme auf 1 kann eine Kraftfahrzeug-Insassenträgeranordnung 10 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ein Fahrzeugsitzelement definieren. Die Trägeranordnung 10 beinhaltet einen ersten Abschnitt 12, wie beispielsweise eine Rückenlehne und einen zweiten Abschnitt 14, wie beispielsweise eine Kopfstütze. Jeder der ersten Abschnitte 12 und der zweite Abschnitt 14 sind mit einer schützenden und abriebfesten Abdeckung 16 versehen. Eine Geometrie der Trägeranordnung 10 kann von der im Rahmen der vorliegenden Offenbarung dargestellten abweichen, um mehrere verschiedene Geometrien für unterschiedliche Fahrzeugkonstruktionen zu berücksichtigen.
-
Unter Bezugnahme auf 2 und wiederum auf 1 beinhaltet die Trägeranordnung 10 einen Körper 17, der in einem additiven Fertigungsverfahren unter Verwendung eines oder mehrerer polymerer Materialien, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Urethane, hergestellt wird, beispielsweise unter Verwendung von Isocyonaten in Kombination mit Polyolen zur Herstellung von Polyurethan. Das Material kann ein thermoplastisches Polyurethan (TPU) oder ein duroplastisches Polymer sein und kann in Härte, Dichte und Kompressibilität über den Querschnitt der Trägeranordnung 10 beliebig variieren. Die bei der Herstellung der Trägeranordnung 10 verwendeten Materialien werden so gewählt, dass die VOC-Emissionen minimiert werden. Der Körper 17 kann zunächst auf einem lösbaren Substrat gebildet werden, wodurch der Körper 17 frei freigegeben werden kann und eine Geometrie des lösbaren Substrats aufgenommen werden kann. Die Trägeranordnung 10 kann auch mit einem oder mehreren darin eingebetteten Strukturelementen 18 gebildet werden, die aus demselben Polyurethan-Material wie der Körper 17 gebildet werden können, oder aus einem oder mehreren anderen Materialien als dem Material des Körpers 17, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Polyamide. Gemäß mehreren Aspekten definiert das mindestens eine Strukturelement 18 eine größere Steifigkeit als eine Steifigkeit des Körpers 17.
-
Eine oder mehrere Hohlräume oder Durchgänge 20 werden innerhalb des Gehäuses 17 gebildet, die beispielsweise einen Luftstrom zum Heizen oder Kühlen ermöglichen und das Gewicht der Trägeranordnung 10 nach Wunsch lokal reduzieren. Ein oder mehrere Drähte 22, die beispielsweise als Heizelemente verwendet werden, können in die Trägeranordnung 10 eingebettet und beliebig durch den gesamten Körper 17 geführt und extern an eine Stromquelle des Fahrzeugs angeschlossen werden. Die Trägeranordnung 10 kann ferner einen oder mehrere Sensoren 24 beinhalten, wie beispielsweise Druck- oder Temperatursensoren, die zum Beispiel dazu dienen, die Anwesenheit von Insassen, die örtliche Temperatur des Körpers 17 beim Einschalten der Heizelemente usw. zu erkennen. Ein im Wesentlichen starres Aufhängeelement 26, das beispielsweise als Verstärkungselement dient, kann in die Trägeranordnung 10 aufgenommen werden. Es wird darauf hingewiesen, dass jedes der vorstehend genannten Merkmale in Bezug auf die Trägeranordnung 10 während eines im Folgenden näher erläuterten additiven Fertigungsverfahrens in Bezug auf die 3 bis 10, das zum Herstellen der Trägeranordnung 10 verwendet wird, einbezogen wird und daher keine nachträgliche Installation oder Montage erfordert, um die Trägeranordnung 10 zu vervollständigen.
-
Im Allgemeinen unter Bezugnahme auf die 3 bis 10 wird die Trägeranordnung 10 mit einem additiven Fertigungsverfahren wie folgt hergestellt. Mit besonderem Bezug auf 3 wird zunächst eine spärliche Tragkonstruktion 28 hergestellt, die nach Fertigstellung eine Form 30 mit einer für die Trägeranordnung 10 gewünschten allgemeinen Form definiert. Eine Außenfläche der Form 30 kann ein ablösbares Substrat definieren. Ein additiver Fertigungsdruckkopf 32 nimmt polymeres Material zum Beispiel in Perlenform von einer Quelle, wie beispielsweise einem Mehrfach-Materialvorratsbehälter 33, auf und verleiht oder bedruckt das polymere Material in mehreren Schichten, um die Tragkonstruktion 28 zu erzeugen. Der Druckkopf 32 kann zum Ziehen unterschiedlicher Materialien aus dem Mehrfach-Materialvorratstrichter 33 für verschiedene Durchläufe programmiert werden oder kann bei jedem Durchlauf des Druckkopfs 32 unterschiedliche Materialien aufbringen. Ein Heizelement wie eine Vielzahl von Widerstandsheizdrähten 34 kann in die Tragkonstruktion 28 eingebettet und mit einer externen Stromquelle (nicht dargestellt) verbunden werden, um die Aufrechterhaltung einer minimalen oder gleichmäßigen Temperatur der Tragkonstruktion 28 während des späteren Betriebs des Druckkopfes 32 zu unterstützen, der zur Herstellung der Tragkonstruktion 10 verwendet wird. Die Tragkonstruktion 28 ist ebenfalls an eine Vakuumquelle 36 angeschlossen, die im Folgenden näher beschrieben wird.
-
Unter Bezugnahme auf 4 und wiederum 3 wird in einem zweiten Schritt die Tragkonstruktion 28 mit einem oder mehreren Seitendichtungselementen 38 abgedichtet, die in direktem dichtenden Kontakt mit einer Seitenwand 40 der Tragkonstruktion 28 stehen und einen Luftstrom in die Seiten der Tragkonstruktion verhindern. An die Tragkonstruktion 28 wird ein Vakuumanschluss 42 angebracht und mit der Vakuumquelle 36 verbunden.
-
Unter Bezugnahme auf 5 wird in einem folgenden oder dritten Schritt ein Verkleidungselement 44 in direkten Kontakt mit einer Oberfläche 46 der Tragkonstruktion 28 gebracht. Ein von der über den Vakuumanschluss 42 vermittelten Vakuumquelle 36 erzeugtes Teilvakuum zieht das Verkleidungselement 44 nach unten (siehe 5) auf die Oberfläche 46. Eine temporäre Maske 48 kann auf dem Verkleidungselement 44 gegenüber der Oberfläche 46 angebracht werden. Die temporäre Maske 48 weist eine Form auf, die im Wesentlichen einer Form oder Geometrie der Oberfläche 46 entspricht. Die temporäre Maske 48 ist im Wesentlichen luftstromfest und verbessert somit die Vakuumleistung, indem sie das Verkleidungselement 44 zunächst in Kontakt mit der Oberfläche 46 hält. Mehrere Löcher, Öffnungen, interne Strömungswege und dergleichen (aufgrund ihrer geringen Größe nicht sichtbar) in der Tragkonstruktion 28 unterstützen die Vakuumverbindung zwischen der Vakuumquelle 36 und der Oberfläche 46, um das Verkleidungselement 44 in physischen Kontakt mit der Oberfläche 46 und durch das Verkleidungselement 44 zu ziehen, um die Maske 48 in Kontakt mit dem Verkleidungselement 44 zu bringen. Eine Steifigkeit der Maske 48 bewahrt die gewünschte Form des Verkleidungselements 44.
-
Unter Bezugnahme auf 6 und wiederum auf die 3 und 5, wenn die temporäre Maske 48 entfernt wird, können die Widerstandsheizdrähte 34 gespeist werden, um eine gewünschte Temperatur der Tragkonstruktion 28 und des Verkleidungselements 44 zu erreichen, und der Druckkopf 32 wird betrieben, um ein oder mehrere elastische polymere Materialelemente 50 einzeln auf eine Oberfläche 52 des Verkleidungselements 44 in einer nicht planaren Ausrichtung oder einem Muster zu drucken. Die einen oder mehreren elastischen polymeren Materialelemente 50 definieren eine erste von mehreren Schichten bedruckter Materialien, die jeweils in aufeinanderfolgenden Durchgängen des Druckkopfes 32 hergestellt werden. Eine oder mehrere elektrische Schaltungen 54, 56 werden während des Betriebs des Druckkopfes 32 auf die Oberfläche 52 aufgebracht oder in die elastischen polymeren Materialelemente 50 eingebettet. Die elektrischen Schaltungen 54, 56 können nachträglich als Heizelemente verwendet werden, um einen oder mehrere Sensoren zu energetisieren oder zu definieren und dergleichen.
-
Gemäß mehreren Aspekten können die elektrischen Schaltungen 54, 56 anstelle von individuell vorgeformten der elektrischen Schaltungen 54, 56 mit dem Druckkopf 32 aus einer Quelle von elektrisch leitfähigem polymeren Material, das aus dem Mehrfach-Materialvorratsbehälter 33 zugeführt wird, selbst gedruckt werden. Nach weiteren Aspekten kann der Druckkopf 32 anstelle der individuellen Einbettung vorgeformter Sensoren auch zum Bedrucken von Sensoren aus einer Materialquelle verwendet werden, die für Sensoren, wie beispielsweise Drucksensoren in Form von Dehnungsmessstreifen, geeignet ist, oder aus einem oder mehreren Materialien, die zur Herstellung von Temperatursensoren geeignet sind.
-
Unter Bezugnahme auf 7 wird mit dem Druckkopf 32 in einem topologisch optimierten Muster zusätzliches elastisches und steifes bzw. hartes polymeres Material hinzugefügt, um zusätzliche Trägerschichten 58 zu bilden. Bei der Herstellung der Trägerschichten 58 werden zusätzliche Merkmale wie ein oder mehrere steife Stützelemente 60 im topologisch optimierten Muster gebildet und Material kann beim Durchlaufen des Druckkopfes 32 an vordefinierten Stellen weggelassen werden, um einen oder mehrere offene Kanäle 62 im topologisch optimierten Muster zu erzeugen.
-
Unter Bezugnahme auf 8 druckt der Druckkopf 32 nach dem Bedrucken der steifen Stützelemente 60 und der offenen Kanäle 62 das Aufhängeelement 26. Die Leitungen 64, 66, die sich von jeder der elektrischen Schaltungen 54, 56 erstrecken, können sich frei nach außen erstrecken.
-
Unter Bezugnahme auf 9 wird nach Beendigung aller Druckvorgänge mit dem Druckkopf 32 das Vakuum der Vakuumquelle 36 entfernt, wodurch ein fertiges Bauteil 68 aus dem Kontakt mit der Oberfläche 46 der Form 30 in Richtung 70 entnommen werden kann. Eine Stirnseite 72 des fertigen Bauteils 68 entspricht im Wesentlichen der Geometrie der Oberfläche 46. Frei ausfahrende erste und zweite Arme 74, 76 des Verkleidungselements 44, auf denen ggf. Druckerzeugnisse angeordnet sind, werden ebenfalls freigegeben.
-
Unter Bezugnahme auf 10 wird in einem letzten Schritt das fertige Bauteil 68 nach der axialen Drehung um 180 Grad aus der in 9 dargestellten Ausrichtung dargestellt. Die frei ausfahrenden ersten und zweiten Arme 74, 76 werden so gedreht, dass der erste Arm 74 mit einer ersten Seite 78 und der zweite Arm 76 mit einer zweiten Seite 80 in Kontakt gebracht wird. An den freien Enden der ersten und zweiten Arme 74, 76 können Befestigungsvorrichtungen 82, 84 vorgesehen werden, die nachträglich mit der Sitzstruktur des Fahrzeugs verbunden werden können, um den Einbau der fertigen Komponente 68 zu vervollständigen.
-
Unter Bezugnahme auf die 11 und 12 und wiederum auf die 3 ermöglicht eine Trägeranordnung 10, die unter Verwendung des additiven Fertigungsverfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellt wurde, das Einbringen von Material unterschiedlicher Dichte in verschiedene Bereiche der Trägeranordnung 10. So kann beispielsweise ein Material mit geringer Dichte 86, 88 in Bereichen wie Kopfstütze, Rückenlehne und Steißbeinstützen bereitgestellt werden. Ein hochdichtes Material 90 kann dort eingesetzt werden wo Steifigkeit oder eine zusätzliche Insassenunterstützung erwünscht ist, wie beispielsweise im Seitenflügelbereich und im Gesäßbereich, wo eine maximale Insassengewichtsabstützung erforderlich ist. Diese Materialien unterschiedlicher Dichte können wahlweise in einem einzigen oder in einem Durchgang, an verschiedenen Positionen des Druckkopfes 32, durch Auswahl verschiedener Druckmaterialien aus dem Mehrfach-Materialvorratsbehälter 33 während des Betriebs des Druckkopfes 32 zugeführt werden.
-
Unter Bezugnahme auf 13 und wiederum auf die 6 und 11 bis 12 können durch gezielte Positionierung der verschiedenen Dichtematerialien unterschiedliche Druckfestigkeiten erreicht werden. Wenn beispielsweise einzelne Schichten der elastischen Elemente aus einem polymeren Material 50 in einer vertikal ausgerichteten oder gestapelten Konfiguration 92 ausgerichtet sind, zeigt die Differenz unter Druckbelastung zwischen einem im Wesentlichen unbelasteten Zustand 94 und einem belasteten Zustand 96 an, dass die vertikal gestapelte Konfiguration eine begrenzte vertikale Kompression der Schichten der elastischen Elemente aus einem polymeren Material 50 zulässt.
-
Im direkten Gegensatz dazu, wenn einzelne Schichten der elastischen Elemente aus einem polymeren Material 50 in einer vertikal versetzten Konfiguration 98 ausgerichtet sind, zeigt die Differenz unter Druckbelastung zwischen einem im Wesentlichen unbelasteten Zustand 100 und einem belasteten Zustand 102 an, dass die vertikal versetzte Konfiguration eine im Wesentlichen vertikale Kompression der Schichten der elastischen Elemente aus einem polymeren Material 50 im belasteten Zustand 102 im Vergleich zum belasteten Zustand 96 ermöglicht. Die Verwendung von vertikal gestapelten gegenüber vertikal versetzten elastischen polymeren Materialelementen 50 in verschiedenen Schichten der Trägeranordnung 10 kann daher in verschiedenen Bereichen eine unterschiedliche Druckunterstützung bieten. Eine derartige Positionierung der elastischen Elemente aus einem polymeren Material 50 in vertikal gestapelten und vertikal versetzten Konfigurationen kann durch eine gezielte Steuerung des Druckkopfes 32 der Materialabscheidung in jeder Schicht erreicht werden.
-
Neben den in 13 dargestellten vertikal gestapelten Konfigurationen können auch andere geometrische Konfigurationen, wie beispielsweise Pyramiden, Tetraeder, Kuppeln und dergleichen, verwendet werden. Dies bietet die Möglichkeit, jede Art von Gitter innerhalb des Systems vorzusehen. Die geometrische Konfiguration des Gitters kann auch gewählt werden, um die Steifigkeit des Systems zu ändern, sowie die Fähigkeit, einen Energierückstoß des Systems zu ändern. Dies ermöglicht ein System, das nicht nur für die Unterstützung, sondern auch für unterschiedliche dynamische Reaktionen ausgelegt ist, um Vibrationen zu reduzieren oder zu eliminieren und Stöße mit hoher Amplitude zu reduzieren oder zu eliminieren.
-
Obwohl hierin zu exemplarischen Zwecken als Kraftfahrzeugsitze und -kissen beschrieben, ist eine Trägeranordnung 10 der vorliegenden Offenbarung nicht auf die Verwendung in Kraftfahrzeugen beschränkt. Als weitere nicht einschränkende Beispiele können Trägeranordnungen 10 auch in Wasserfahrzeugen, Rasen- und Gartengeräten, Lkw-Sitzen, Bussitzen, Flugzeugsitzen, energieabsorbierenden Polstern, Rennwagen und ähnlichen Fahrzeugen mit speziell angefertigten Sitzen verwendet werden, um den Fahrer besser kontrollieren zu können, Militärfahrzeuge mit benutzerdefinierten energieabsorbierenden Stützkissen, Büroeinrichtungen, Wohnmöbeln, Outdoor-Artikeln wie Terrassenmöbeln, Kissen, Bettwarenkomponenten wie Matratzen, Stadionbestuhlung, Hörsaal- und Theaterbestuhlung, Schul- und Kirchenbestuhlung und Polsterungselementen, auf denen eine Person sitzen kann oder die zum Umlenken oder absorbieren von Energie verwendet werden.
-
Eine Trägeranordnung 10, die unter Verwendung des additiven Fertigungsverfahrens der vorliegenden Offenbarung hergestellt wurde, bietet mehrere Vorteile. Dazu zählen die weitgehende Eliminierung von VOC-Emissionen, eine verbesserte Recyclingfähigkeit, die Eliminierung von zusätzlichem Arbeitsaufwand für weitere Merkmale, wenn sich das Design des Bauteils ändert, die offene funktionale Integration von Merkmalen, die Möglichkeit, die Materialsteifigkeit in jedem gewünschten Bereich des Bauteils zu verändern, die Möglichkeit, scharfe Ecken wie gewünscht für die Ästhetik einzubauen, das Hinzufügen von Hohlräumen, wenn gewünscht, um das Gewicht oder die Dichte des Bauteils zu reduzieren oder Lüftungswege zu schaffen, die Eliminierung der erforderlichen Montagewerkzeuge und die Möglichkeit, jedes Bauteil für einzelne Benutzer und zwischen verschiedenen Modellen anzupassen.
-
Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist nur als Beispiel zu verstehen und Variationen, die sich nicht vom Kern der Erfindung entfernen, werden als im Rahmen der Erfindung befindlich vorausgesetzt. Solche Varianten sollen nicht als eine Abweichung vom Sinn und Umfang der Erfindung betrachtet werden.
