KR102532839B1 - 공동-프린팅된 상호연결부를 갖는 노드 및 그 제조 방법 - Google Patents

공동-프린팅된 상호연결부를 갖는 노드 및 그 제조 방법 Download PDF

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안토니오 버너드 마르티네즈
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Abstract


본 개시의 일부 실시형태들은 적층 가공된 노드를 포함하는 장치에 관한 것이다. 이 장치는 노드와 함께 공동-프린팅된 적층 가공된 상호연결부를 포함한다. 상호연결부는 노드를 튜브와 같은 부품에 연결하도록 구성되어 있다. 또한 본 개시는 적층 가공된 노드를 튜브에 결합하는 방법에 관한 것이다.

Description

공동-프린팅된 상호연결부를 갖는 노드 및 그 제조 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 "공동-프린팅된 상호연결부를 갖는 노드 및 그 제조 방법" 이라는 제목하에 2017년 6월 9일에 출원된 미국 특허 출원 번호 15/619,379 의 이익을 주장하며, 이는 그 전체가 본 명세서에서 참고로 명백하게 원용된다.
본 발명은 일반적으로 부품을 노드에 연결하기 위한 적층 가공 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노드를 부품에 연결하기 위해 사용되는 상호연결부 및 노드를 공동-프린팅하기 위한 적층 가공 기술에 관한 것이다.
적층 가공 (Additive Manufacturing: AM) 프로세스는 3 차원 물체를 만들기 위해 하나 이상의 재료를 층별로 축적하는 것을 포함한다. AM 기술은 다양한 재료로부터 복잡한 부품을 제조할 수 있다. 일반적으로 독립형 물체는 CAD (Computer Aided Design) 모델로부터 제작된다. CAD 모델을 사용하여, AM 프로세스는 나중에 분말 입자들을 함께 결합하는 분말 재료를 소결 또는 용융시키기 위해 레이저 빔을 사용하여 솔리드 3 차원 물체를 생성할 수 있다. AM 프로세스에서, 엔지니어링 플라스틱, 열가소성 엘라스토머, 금속 및 세라믹과 같은 상이한 재료 또는 재료의 조합은 독특한 형상의 3 차원 물체를 생성하는데 사용될 수 있다.
여러 가지 상이한 프린팅 기술들이 존재한다. 이러한 기술 중 하나를 선택적 레이저 용융이라고 한다. 선택적 레이저 용융은 분말 재료의 융점 미만의 온도에서 분말의 입자들을 융합 (응집) 하는 것을 수반한다. 보다 구체적으로, 레이저는 분말 베드를 스캔하고, 구조가 요구되는 곳에서 분말을 함께 용융시키고, 슬라이싱된 데이터가 아무것도 프린팅되지 않음을 나타내는 스캐닝 영역을 회피한다. 이 프로세스는 원하는 구조가 형성될 때까지 수천번 반복될 수 있고, 그 후에 프린팅된 부분이 제조기로부터 제거된다.
AM 프로세스가 계속 개선됨에 따라, 보다 복잡한 기계 제조업자들은 그들의 디자인에 적층 가공된 부품을 사용하는 것의 이점을 조사하기 시작하고 있다. 이는, 저비용으로 효율적이고 효과적인 제조 프로세스를 달성하는 것이 많은 산업의 제조 부문의 영원한 목표이기 때문이다. 예를 들어, 자동차 산업, 항공기 제조 및 운송 구조의 조립과 관련된 기타 산업은 지속적으로 비용 절감 최적화에 참여하고 제조 프로세스를 개선하기 위한 기회를 찾고 있다. 부품들을 결합하는 것은 최적화하기 어려운 것으로 입증된 영역 중 하나이다. 예를 들어, 종래의 제조 프로세스는 비용이 많이 드는 재료를 필요로 하고 시간이 많이 걸리는 용접과 같은 기술을 사용하여 개별 부품들을 함께 결합하는 것에 의존한다. 따라서, 이러한 기술에 대한 개량 및 잠재적 대안은 이들 산업의 실무자에 의해 지속적으로 추구되고 있다.
3 차원 프린팅 또는 AM 프로세스에서의 최근의 진보는 비교적 경쟁력있는 비용으로 다양한 종류의 단순 내지 매우 복잡한 부품들을 구축할 수 있는 새로운 기회를 제공하였다. AM 을 사용하면, 기존의 제조 공정에서 이전에는 사용할 수 없었던 상이한 복합 재료들이 사용될 수 있다. 이들 재료는 이용가능한 선행 재료보다 가볍거나 더 비용 효율적일 수 있다. 그러나, 다양한 이유로, 용접과 같은 종래의 기술은 이들 새로운 재료 중 일부와 함께 사용하기에 실용적인 대안이 아닐 수 있다. 따라서, 적층 가공된 부품을 종래의 상업용 부품에 결합시키는 것이 어려울 수 있다.
적층 가공된 노드를 부품에 결합시키기 위한 기술의 몇몇 양태들이 3 차원 프린팅 기술을 참조하여 이하에 보다 상세하게 설명될 것이다.
장치의 일 양태는 적층 가공된 노드를 포함한다. 장치는 노드와 함께 공동-프린팅된 적층 가공된 상호연결부를 포함한다. 상호연결부는 노드를 부품에 연결하도록 구성되어 있다.
장치의 다른 양태는 적층 가공된 제 1 및 제 2 노드를 포함한다. 장치는 제 1 및 제 2 노드와 함께 공동-프린팅된 적층 가공된 상호연결부를 포함한다. 상호연결부는 제 1 및 제 2 노드를 튜브에 연결하도록 구성된다.
다른 양태는 적층 가공된 노드를 부품에 결합시키는 방법이다. 이 방법은 노드를 프린팅한다. 이 방법은, 노드와 함께, 상호연결부를 공동-프린팅한다. 노드와 상호연결부는 적층 가공 프로세스에 의해 공동-프린팅된다. 이 방법은 부품을 수용한다. 이 방법은 상호연결부를 사용하여 노드를 부품에 연결한다.
또 다른 양태는 적층 가공된 노드를 튜브에 결합시키는 방법이고, 이 방법은 제 1 및 제 2 노드를 프린팅한다. 이 방법은, 제 1 및 제 2 노드와 함께, 상호연결부를 공동-프린팅한다. 제 1 및 제 2 노드 및 상호연결부는 적층 가공 프로세스에 의해 공동-프린팅된다. 이 방법은 튜브를 수용한다. 상호연결부를 사용하여, 이 방법은 제 1 및 제 2 노드를 튜브에 연결한다.
적층 가공된 노드와 함께 상호연결부들을 공동-프린팅하는 다른 양태는 하기의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백해지는 것을 이해할 수 있을 것이며, 여기서는 예시로서 단지 몇 가지 실시형태만 도시되고 설명된다. 당업자가 알 수 있는 바와 같이, 적층 가공된 노드와의 상호연결부의 공동-프린팅은 다른 상이한 실시형태일 수 있으며, 이의 몇몇 세부 사항은 모두 본 발명을 벗어나지 않고서 다양한 다른 관점에서 수정될 수 있다. 따라서, 도면 및 상세한 설명은 사실상 예시적인 것일 뿐 제한적이지 않은 것으로 간주되어야 한다.
적층 가공된 노드와 함께 상호연결부를 공동-프린팅하는 툴링 쉘 및 방법의 다양한 양태들이 이제 첨부 도면에서 제한이 아닌 예시로서 상세한 설명에 제시될 것이다.
도 1 은 결합된 노드 및 부품을 포함하는 장치의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 2 는 결합된 노드 및 부품을 포함하는 장치의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 3 은 노드 및 부품을 갖는 장치의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 4 는 분리가능한 접착제 혼합기를 갖는 부품을 도시한다.
도 5 는 도브테일 조인트를 갖는 장치의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 6 은 외향 벌지가 있는 소켓을 갖는 장치의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 7 은 한 쌍의 노드를 갖는 장치의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 8 은 적층 가공된 노드를 부품에 결합하기 위한 프로세스를 개념적으로 도시한다.
도 9 는 적층 가공된 노드를 튜브에 결합하기 위한 프로세스를 개념적으로 도시한다.
첨부된 도면과 관련하여 아래에 설명되는 상세한 설명은 노드 및 상호연결부를 공동-프린팅하기 위한 적층 가공 기술의 다양한 예시적인 실시형태들의 설명을 제공하기 위한 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내기 위한 것은 아니다. 본 개시 전반에 걸쳐 사용된 용어 "예시적인" 은 "예, 실례 또는 예시로서 제공하는" 을 의미하고, 반드시 본 개시에서 제시된 다른 실시형태보다 바람직하거나 유리한 것으로 해석되지는 않아야 한다. 상세한 설명은 당업자에게 본 발명의 범위를 완전히 전달하는 철저하고 완전한 개시를 제공하기 위한 특정 세부사항을 포함한다. 그러나, 본 발명은 이러한 특정 세부사항 없이도 실시될 수 있다. 일부 예에서, 본 개시 전반에 걸쳐 제시된 다양한 개념을 모호하게 하는 것을 회피하기 위해, 공지된 구조 및 부품은 블록도 형태로 도시되거나 완전히 생략될 수 있다.
두 개 이상의 부품들을 결합하는 맥락에서의 적층 가공의 사용은 기계 구조 및 기계화된 어셈블리의 제조업자가 소비자에게 보다 저렴한 비용으로 복잡한 형상을 갖는 부품을 제조할 수 있게 하는 상당한 유연성 및 비용 절감 이점을 제공한다. 전술한 접합 기술은 선반 (COTS) 부품의 커머셜 및/또는 적층 가공된 부품을 연결하는 프로세스에 관한 것이다. 적층 가공된 부품들은 사전 제작된 디자인을 기반으로 재료의 층에 층을 추가하여 3 차원으로 프린팅되는 프린팅된 3 차원 부품들이다. 전술한 부품들은 자동차와 같은 모터 차량을 조립하는데 사용되는 부품일 수 있다. 그러나, 당업자는 제조된 부품이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 차량, 트럭, 기차, 오토바이, 보트, 항공기 등과 같은 다른 복잡한 기계 제품을 조립하는데 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
적층 가공 기술을 이용하여 부품들을 공동-프린팅하는 것에 의해, 접착제를 적용함으로써 제조 프로세스에서 상이한 부분들 및/또는 부품들을 결합하는 것이 더 간단해진다. 적층 가공은 부품 내에서 복잡한 구조를 만들 수 있는 기능을 제공한다. 예를 들어, 노드와 같은 부품은 복잡한 제품의 제조에서 전통적으로 수행되는 것처럼 두 부품들을 함께 용접하는 대신에 접착제를 주입하여 두 부품들을 고정 할 수 있게 하는 포트로 프린팅될 수 있다.
본 명세서에서 논의되는 바와 같이, 노드는 적층 가공된 부품의 예이다. 노드는 튜브와 같은 부품을 수용하기 위한 소켓을 포함하는 3-D 프린팅 부품일 수 있다. 노드는 상호연결부를 제자리에 유지하도록 구성된 내부 지지 구조를 갖는 소켓을 가질 수 있다. 이러한 피쳐들은 노드와 함께 공동-프린팅될 수 있다. 대안적으로 또는 결합하여, 노드 소켓은 특정 유형의 부품을 수용하도록 형상화될 수 있다. 예를 들어, 소켓의 내부 형상은 각각 상호연결부의 방사상 이동성 또는 크림 핑을 가능하게 하도록 둥글거나 도브테일형일 수 있다. 그러나, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 다수의 노드/소켓 구성이 본 개시의 범위를 벗어나지 않고서 다양한 상이한 유형의 상호연결부들을 수용하기 위해 이용될 수 있다.
도 1 은 결합된 노드 및 부품을 포함하는 장치의 예시적인 실시형태를 도시한다. 장치 (100) 는 노드 (105), 상호연결부 (110), 소켓 (115), 주입 포트 (125), 지지 구조 (130) 및 튜브 (135) 를 포함한다. 상호연결부 (110) 는 근위 단부에서 헤드 (140) 및 원위 단부에서 샤프트 (145) 를 포함한다.
노드 (105) 와 상호연결부 (110) 는 동일한 프린팅 프로세스 동안에 함께 공동-프린팅되거나 적층 가공된다. 예를 들어, 상호연결부 (110) 및 노드 (105) 는 3-D 프린팅 장치로 전송되는 CAD (Computer Aided Design) 파일로 설계될 수 있다. 3-D 프린터는 파일을 처리하고 파일에 기초하여 프린팅 프로세스를 개시할 수 있다. 노드/상호연결부 구조는 동일한 프린팅 프로세스 동안에 프린팅될 수 있다.
프린팅 프로세스 동안, 지지 구조 (130) 는 또한 소켓 (115) 에 상호연결부 (110) 및 노드 (105) 를 함께 유지하기 위해 공동-프린팅될 수 있다. 지지 구조 (130) 는 상호연결부 (110) 가 소켓 (115) 의 구성에 따라 회전 및/또는 선형 방식으로 자유롭게 움직일 수 있도록 분리되도록 구성되는 얇은 스포크 및/또는 돌출부를 포함할 수 있다. 지지 구조 (130) 는 또한 상호연결부 (110) 의 이동을 제한하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 상호연결부 (110) 의 각도 회전이 특정 범위 내에 있도록 제한하기 위해 돌출부들이 사용될 수 있다.
도시된 바와 같이, 헤드 (140) 는 구형 형상일 수 있다. 또한, 헤드 (140) 는 조인트를 형성하기 위해 소켓 (115) 과 함께 배치된다. 조인트는 회전 또는 선형 조인트일 수 있다. 상호연결부 (110) 는 노드 (110) 를 부품에 연결하도록 구성된다. 장치의 일부 실시형태에서, 부품은 튜브 (135) 와 같은 튜브일 수 있다. 샤프트 (145) 는 튜브 (135) 의 단부 부분으로 슬라이딩하도록 구성될 수 있다. 장치 (100) 의 일부 실시형태에서, 상호연결부 (110) 의 원위 단부는 튜브의 단부 위에서 슬라이딩하도록 구성된 단부 캡을 가질 수 있다. 단부 캡은 튜브에 맞도록 설계된 약간 더 큰 직경을 갖는 튜브와 같이 원통형 형상을 갖는 부품일 수 있다. 이 예에서 튜브는 원통형이지만, 당업자는 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서, 다각 다각형과 같은 튜브 및/또는 단부 캡 배열을 위해 다수의 상이한 형상이 이용될 수 있음을 이해할 것이다.
부품들을 적층 가공하는 것은 전형적으로 부분들 및/또는 부품들을 함께 용접하는 종래의 제조 프로세스에서 이용할 수 없는 기술을 이용할 수 있는 능력을 제공한다. 예를 들어, 접착제 포트 (125) 와 같은 복잡한 구조가 노드 (105) 에 프린팅될 수 있다. 접착제 포트 (125) 는 노드의 외부 표면으로부터 소켓 (130) 까지 연장되는 채널을 포함할 수 있다. 접착제 포트 (125) 는 접착제 재료를 소켓 (115) 및 헤드 (140) 에 의해 형성된 조인트내로 주입하도록 구성된다. 접착제 재료는 샤프트 (145) 가 튜브 (135) 내로 슬라이딩할 수 있는 방식으로 헤드 (140) 가 위치될 때에 주입될 수 있다. 장치 (100) 의 일부 실시형태에서, 샤프트 (145) 는 접착 주입 이전에 튜브 (135) 의 내부에 있을 수 있다. 장치의 일부 실시형태에서, 접착제 재료는 폴리머, 예를 들어 에폭시, 수지, 또는 상호연결부 (110) 와 노드 (105) 사이에 강한 결합을 형성하는 임의의 재료일 수 있다. 장치의 일부 실시형태에서, 그리고 도 7 과 관련하여 논의되는 바와 같이, 제 2 포트가 또한 적층 가공된 노드 (105) 에 형성될 수 있다. 제 2 포트는 진공 포트일 수 있다. 장치의 일부 실시형태에서, 진공 포트는 접착 프로세스 동안에 적어도 부분적인 진공 환경을 가능하게 하기 위해 노드 (105) 의 외부 표면으로부터 소켓 (115) 으로 연장되는 채널을 포함할 수 있다. 예를 들어, 진공 포트는 소켓 내의 공기 압력을 감소시킴으로써 소켓 (115) 을 통해 그리고 그 주위에서 접착제 포트 (125) 를 통해 주입된 접착제 재료를 당기는 것을 도울 수 있다. 이는, 접착제가 기포 또는 결함이 없는 균일한 방식으로 소켓 (115) 에 적용될 수 있게 한다. 따라서, 접착 후에 부품의 구조적 무결성이 유지된다.
당업자는 도 1 과 관련하여 설명된 노드/상호연결부 구조는 노드 (105) 를 튜브 (135) 와 같은 부품에 연결하는 구조의 일 예일 뿐이며, 부품들에 대한 간단한 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 도 2 는 결합된 노드 및 부품을 포함하는 장치 (200) 의 예시적인 실시형태를 도시한다. 장치 (200) 는 도 1 과 관련하여 논의된 것과 많은 유사한 특징을 갖는다. 그러나, 상호연결부의 헤드 (210) 는 도 1 과 관련하여 설명된 원형 형상이 아닌 타원형 형상을 갖는다. 타원형 형상은 조인트에 대해 상이한 범위의 운동을 제공할 수 있다. 따라서, 노드/상호연결부 구조는 복잡한 기계 구조를 제조할 때에 존재할 수 있는 제조 제약 또는 요구에 적응하기 위해 다양한 상이한 방식으로 설계 또는 구성될 수 있다. 또한, 당업자는 도시된 상호연결부 및 노드의 헤드 및/또는 소켓이 각각 위에서 논의된 구형 또는 타원형으로 한정될 필요가 없음을 이해할 것이다. 실제로, 복잡한 기계적 구조를 제조하기 위해 필요한 이동성을 제공하는 임의의 적합한 형상이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 이용될 수 있다.
도 3 은 노드 및 부품을 갖는 장치 (300) 의 예시적인 실시형태를 도시한다. 도시된 바와 같이, 장치 (300) 는 각각 노드 (105), 상호연결 헤드 (140) 및 소켓 (130) 과 각각 유사한 노드 (305), 상호연결 헤드 (310) 및 소켓 (330) 을 포함한다. 상호연결 헤드 (310) 및 소켓 (330) 은 함께 조인트를 형성한다. 조인트는 도 1 의 조인트와 유사하다. 그러나, 이는 상호연결 헤드 (310) 가 상당한 선형 운동이 가능하지만 회전 운동이 최소화되도록 제한된다는 점에서 다르다.
장치의 일부 실시형태에서, 접착제 재료를 형성하는 혼합물이 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 4 는 분리가능한 접착제 혼합기 (425) 를 갖는 부품 (400) 을 도시한다. 도시된 바와 같이, 장치 (400) 는 분리가능한 접착제 혼합기 (425), 노드 (405), 상호연결부 (410), 제 1 재료 (415), 제 2 재료 (420), 소켓 (430), 및 주입 포트 (435) 를 포함한다. 분리가능한 접착제 혼합기는 접착제 포트 (435) 에 연결될 수 있다. 제 1 재료 및 제 2 재료 (415 및 420) 의 혼합물은 주입 포트 (435) 내로 주입될 수 있다. 이어서, 혼합물은 소켓 (430) 을 채울 수 있어서 상호연결부 (410) 는 소켓 (430) 에 의해 노드 (405) 에 고착된다. 분리가능한 접착제 혼합기는 접착 공정에서 2-파트 접착제의 사용을 허용한다.
전술한 바와 같이, 적층 가공 부품들은 다양한 상이한 형상으로 노드 및/또는 상호연결부를 프린팅하는 능력을 제공한다. 이는 복잡한 기계 제품을 제조할 때에 다양한 요구를 충족시키기 위해 더 큰 맞춤성을 제공한다. 이러한 맞춤성은 비용과 제조 시간을 단축시킨다.
도 5 는 도브테일 조인트를 갖는 장치 (500) 의 예시적인 실시형태를 도시한다. 도시된 바와 같이, 장치 (500) 는 노드 (505), 상호연결부 (510), 튜브 (515), 소켓 (520) 및 크림퍼 (530) 를 포함한다. 노드 (505) 는 원위 단부 (545) 및 근위 단부 (540) 를 포함한다.
도시된 바와 같이, 상호연결부 (505) 의 원위 단부 (535) 는 튜브 (515) 의 단부 부분 위에서 슬라이딩하도록 구성된 단부 캡을 갖는다. 노드 (510) 의 근위 단부 (540) 는 도브테일 (dovetail) 형상을 갖는다. 근위 단부 (540) 는 소켓 (520) 과 같은 도브테일 형상의 소켓에 끼워맞춤된다. 소켓 (520) 과 근위 단부 (540) 는 함께 도브테일 조인트를 형성한다.
도 1 과 관련하여 논의된 바와 같이, 장치 (500) 는 또한, 도 1 의 헤드 (140) 및 소켓 (130) 의 것과 유사하게, 상호연결부 (505) 의 근위 단부 (540) 가 소켓 (520) 내에서 이동할 수 있도록 프린팅 후에 파손될 수 있는 지지 구조로 프린팅될 수 있다. 또한 유사하게, 소켓 (520) 은 상호연결부 (510) 가 회전 및/또는 선형 운동을 하도록 구성될 수 있다. 상호연결부 (535) 가 제 위치에 놓이면, 이는 스웨이징 (swaging) 을 통해 고정된다. 즉, 노드 (505) 는 상호연결부 (505) 가 제자리에 유지되도록 크림퍼 (530) 에 의해 변형된다.
선택적으로, 장치 (500) 는 또한 상호연결부 (510) 를 제자리에 고정시키도록 접착제를 적용하기 위해 전술한 바와 같이 주입 포트 및/또는 진공 포트를 포함할 수 있다. 접착 프로세스는 노드 (505) 를 스웨이징하는 대신에 또는 그에 부가하여 사용될 수 있다.
부품을 적층 가공함으로써, 복잡한 기계적 구조를 위한 전통적인 제조 기술로는 불가능했던 다양한 상이한 형상 및 구성이 실현될 수 있다. 도브테일 조인트는 노드 및 상호연결부를 적층 가공함으로써 생성될 수 있는 구성의 일 예이다. 도 6 은, 아래에서 논의될 바와 같이, 노드 및 상호연결부를 적층 가공함으로써 생성될 수 있는 노드 및 상호연결부의 또 다른 예를 도시한다.
도 6 은 외향 벌지를 갖는 소켓을 갖는 장치 (600) 의 예시적인 실시형태를 도시한다. 도시된 바와 같이, 장치 (600) 는 노드 (605), 상호연결부 (610), 재료 (615) 및 튜브 (620) 를 포함한다. 노드 (605) 는 외향 벌지를 갖는 섹션 (625) 을 갖는 소켓 (630)을 포함한다.
장치의 일부 실시형태에서, 소켓 (630) 은 실질적으로 원통형이다. 상호연결부 (610) 는 소켓 (630) 의 개구 (660) 에 대향하는 소켓 (630) 의 내부 표면 (665) 에 연결된 샤프트 (670) 를 포함한다. 장치의 일부 실시형태에서, 상호연결부는 맨드릴이다. 또한, 상호연결부는 원위 단부 (650) 뿐만 아니라 근위 단부에 헤드 (655) 를 포함한다. 도시된 바와 같이, 헤드 (655) 는 소켓 (630) 의 개구를 넘어서 연장될 수 있다. 전술한 바와 같이, 소켓 (630) 은 상호연결 샤프트 (670) 의 일부 주위에 외향 벌지를 갖는 섹션 (625) 을 포함한다.
도시된 바와 같이, 튜브 (620) 의 단부 부분은 상호연결부 (610) 위에 위치된다. 튜브 (620) 의 단부 부분은 또한 상호연결부 (610) 의 샤프트 (670) 주위에 외향 벌지를 갖는 섹션 (625) 을 포함한다.
주입된 재료 (615) 는 실리콘 또는 유압 유체와 같은 폴리머일 수 있다. 도시된 바와 같이, 재료 (615) 는 상호연결부 (610) 의 헤드 (655) 와 소켓 (630) 의 내부 표면 (665) 과 튜브 (620) 의 단부 부분 사이에 적용된다.
장치의 일부 실시형태에서, 하이드로포밍 프로세스가 튜브 (620) 를 변형시키는데 이용된다. 하이드로포밍 공정을 위해, 재료 (615) 는 튜브 (620) 가 소켓 (630) 에 삽입된 후에 튜브 (620) 에 주입되는 실리콘과 같은 하이드로포밍 재료이다. 주입된 재료는 상호연결부 (610) 와 함께 튜브 (620) 내에서 압력을 발생시킨다. 압력은 튜브 (620) 가 외향 벌지를 갖는 소켓 (630) 의 부분 (625) 을 따라 팽창함으로써 변형되게 한다. 이 변형은 튜브 (620) 와 노드 (605) 사이에 기계적 밀봉을 형성한다. 하이드로포밍 프로세스의 정점에서, 재료는 소켓 (630) 으로부터 배출되고 튜브 (620) 는 노드 (605) 에 연결된다.
장치의 일부 실시형태에서, 하나 초과의 노드가 튜브와 같은 부품을 연결하는데 이용될 수 있다. 도 7 은 한 쌍의 노드를 갖는 장치 (700) 의 예시적인 실시형태를 도시한다. 도시된 바와 같이, 장치 (700) 는 제 1 및 제 2 노드 (705) 및 상호연결부 (710) 를 포함한다. 노드 (705) 및 상호연결부 (710) 는 적층 가공에 의해 공동-프린팅된다. 장치 (700) 는 또한 튜브 (715), 및 주입 포트 (720), 진공 포트 (725), 적어도 하나의 슬라이드 (730), 접착 재료 (735) 및 나사산 (740) 을 포함한다.
도시된 바와 같이, 상호연결부 (710) 는 제 1 및 제 2 노드 (705) 를 튜브 (715) 에 연결하도록 구성된다. 장치의 일부 실시형태에서, 상호연결부 (710) 는 튜브 (715) 의 단부 부분으로 슬라이딩하도록 구성된 하나 이상의 슬라이드 (730) 를 갖는 단부 캡을 포함한다. 예를 들어, 슬라이드 (730) 는 튜브 (715) 의 단부 부분으로 슬라이딩하도록 구성된 수개의 반원형 슬라이드를 포함할 수 있다.
제 1 및 제 2 노드 (705) 는 튜브 (715) 의 단부 부분을 단부 캡에 부착하기 위해 튜브 (715) 가 관통하여 슬라이딩하는 슬롯을 형성하도록 단부 캡과 배치될 수 있다.
최좌측 노드 (705) 는 주입 포트 (720) 를 포함하고, 이는 접착제 주입을 위해 노드의 외부 표면으로부터 슬롯으로 연장되는 채널을 포함한다. 노드 (705) 는 또한 진공 포트 (725) 를 포함하며, 이는 노드들 (705) 중 일 노드의 외부 표면으로부터 슬롯으로 연장되는 제 2 채널을 포함한다. 주입 포트 (720) 및 진공 포트 (725) 는 슬롯 및 튜브를 제자리에 유지하기 위해 슬롯을 통해 접착제 재료 (735) 를 주입하고 당기도록 협력적으로 작용한다. 장치의 일부 실시형태에서, 진공 포트는 슬롯을 통해 적어도 부분적인 진공 환경을 가능하게 할 수 있다. 나사산 (740) 은, 나사산구비 나사와 함께, 접착 재료 (735) 대신에 슬라이드 (715) 를 제자리에 유지하기 위해 사용될 수 있다.
도 8 은 적층 가공된 노드를 부품에 결합하기 위한 프로세스 (800) 를 개념적으로 도시한다. 프로세스 (800) 는 노드 및 상호연결부를 공동-프린팅하기 위한 명령이 적층 가공 프린터에 의해 수신된 후에 시작될 수 있다.
도시된 바와 같이, 프로세스 (800) 는 노드를 프린팅한다 (805 에서). 노드는 도 1 과 관련하여 설명된 노드 (105) 와 같은 노드일 수 있다. 프로세스 (800)는 노드와 함께 상호연결부를 공동-프린팅한다 (810 에서). 상호연결부는 도 1 과 관련하여 설명된 상호연결부 (110) 와 같은 상호연결부일 수 있다. 프로세스의 일부 실시형태에서, 노드 및 상호연결부는 적층 가공 프로세스의 일부로서 공동-프린팅된다. 프로세스는 부품을 수용한다 (815 에서). 부품은 도 1 과 관련하여 설명된 부품 (예를 들어, 튜브) (135) 와 같은 튜브일 수 있다. 프로세스 (800) 는 상호연결부에 의해 부품에 노드를 연결한다 (820 에서).
도 9 는 적층 가공된 노드를 튜브에 결합하기 위한 프로세스 (900) 를 개념적으로 도시한다. 프로세스 (900) 는 노드 및 상호연결부를 공동-프린팅하기 위한 명령이 적층 가공 프린터에 의해 수신된 후에 시작될 수 있다.
도시된 바와 같이, 프로세스 (900) 는 제 1 및 제 2 노드를 프린팅한다 (905 에서). 제 1 및 제 2 노드는 도 7 과 관련하여 설명된 제 1 및 제 2 노드 (705) 와 유사할 수 있다. 프로세스 (900) 는 제 1 및 제 2 노드와 함께 상호연결부를 공동-프린팅한다 (910 에서). 상호연결부는 도 7 과 관련하여 설명된 상호연결부 (710) 와 유사할 수 있다. 프로세스의 일부 실시형태에서, 제 1 및 제 2 노드 및 상호연결부는 적층 가공 프로세스의 일부로서 공동-프린팅된다. 프로세스 (900) 는 튜브를 수용한다 (915 에서). 튜브는 도 7 과 관련하여 설명된 튜브 (715) 와 유사할 수 있다. 프로세스 (900) 는 상호연결부에 의해 튜브에 제 1 및 제 2 노드를 연결한다 (920 에서).
부품들을 적층 가공하는 능력은 종래의 제조 프로세스에서 이용할 수 없는 형상, 구성 및 구조를 생성하는 유리한 이점을 제공한다. 예를 들어, 종래의 제조 프로세스에서, 부품들은 일반적으로 용접에 의해 결합된다. 그러나, 적층 가공된 노드를 사용하면, 부품들을 부착하기 위해 접착제를 적용하기 위한 주입 포트 및 진공 포트를 프린팅할 수 있다. 더욱이, 조인트는 노드가 튜브와 같은 다양한 부품에 연결될 수 있게 하는 상호연결부 및 조인트를 공동-프린팅함으로써 제공될 수 있다.
전술한 설명은 당업자가 본 명세서에 설명된 다양한 양태를 실시할 수 있도록 제공된다. 본 개시 전반에 걸쳐 제시된 이러한 예시적인 실시형태들에 대한 다양한 변형은 당업자에게 명백할 것이며, 여기에 개시된 개념은 노드 및 상호연결부를 프린팅하기 위한 다른 기술에 적용될 수 있다. 따라서, 청구범위는 본 개시 전반에 걸쳐 제시된 예시적인 실시형태들로 제한되는 것이 아니라, 청구범위와 일치하는 전체 범위에 따른다. 당업자에게 알려지거나 나중에 알려질 본 개시에 걸쳐 설명된 예시적인 실시형태들의 요소들에 대한 모든 구조적 및 기능적 균등물들은 청구범위에 의해 포함되도록 의도된다. 더욱이, 본 명세서에 개시된 것은 그러한 개시가 청구범위에 명시적으로 언급되는지 여부에 관계없이 대중에게 전념되는 것으로 의도되지 않는다. 청구범위 요소가 "~하기 위한 수단" 이라는 문구를 사용하여 명시적으로 언급되지 않는 한, 또는 방법 클레임의 경우에는 청구범위 요소가 "~하기 위한 단계" 라는 문구를 사용하여 언급되지 않는 한, 35 U.S.C. §112(f) 조항 또는 해당 관할 지역의 유사 법에 따라 청구범위 요소가 해석되어서는 안된다.

Claims (46)

  1. 적층 가공된 (additively manufactured) 노드; 및
    상기 노드와 함께 공동-프린팅된 (co-printed) 적층 가공된 상호연결부로서, 상기 상호연결부는 부품에 상기 노드를 연결하도록 구성된, 상기 상호연결부
    를 포함하는 장치로서,
    상기 노드는 접착 주입을 위해 상기 노드의 외부 표면으로부터 소켓으로 연장되는 채널과, 접착 주입 동안에 적어도 부분적인 진공 환경을 가능하게 하기 위해 상기 노드의 외부 표면으로부터 상기 소켓으로 연장되는 제 2 채널을 포함하고,
    상기 상호연결부는 튜브를 포함하는 상기 부품에 상기 노드를 연결하도록 추가로 구성되고,
    상기 노드는 원통형인 상기 소켓을 포함하고, 상기 상호연결부는 상기 소켓의 개구의 반대편의 상기 소켓의 내부 표면에 연결되는 샤프트 및 상기 샤프트의 원위 단부에 있는 헤드를 포함하고, 상기 헤드는 상기 소켓의 상기 개구를 넘어서 연장될 수 있고,
    상기 장치는 상기 상호연결부 위에 위치된 단부 부분을 가지는 상기 튜브를 더 포함하고,
    상기 장치는 상기 소켓의 상기 내부 표면과 상기 상호연결부의 상기 헤드 사이에서 상기 튜브의 상기 단부 부분에 하이드로포밍 재료를 더 포함하는, 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 상호연결부는 상기 상호연결부와 상기 노드 사이에 일정 범위의 선형 운동을 제공하는 조인트를 상기 소켓과 함께 사이에 형성하는 근위 단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상호연결부는 회전 조인트를 상기 소켓과 함께 사이에 형성하는 근위 단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 상호연결부의 상기 근위 단부는 구형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 상호연결부의 상기 근위 단부는 타원형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 상호연결부의 상기 근위 단부는 도브테일 (dovetail) 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 상호연결부는 상기 튜브의 상기 단부 부분으로 슬라이딩하도록 구성된 원위 단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 상호연결부는 상기 튜브의 상기 단부 부분 위에서 슬라이딩하도록 구성된 단부 캡을 갖는 원위 단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 소켓은 상기 샤프트의 일부 주위에 외향 벌지 (bulge) 를 갖는 섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 삭제
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 튜브의 상기 단부 부분은 상기 샤프트 주위에 외향 벌지를 갖는 섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 삭제
  15. 적층 가공된 노드를 부품에 결합시키는 방법으로서,
    노드를 프린팅하는 것; 및
    상기 노드와 함께, 상호 연결부를 공동-프린팅하는 것으로서, 상기 노드와 상기 상호연결부는 적층 가공 프로세스에 의해 공동-프린팅되는, 상기 공동-프린팅하는 것;
    부품을 수용하는 것; 및
    상기 부품에 상기 상호연결부를 이용하여 상기 노드를 연결하는 것
    을 포함하고,
    상기 부품은 튜브를 포함하고, 상기 상호연결부를 이용하여 상기 노드를 연결하는 것은 상기 튜브에 상기 상호연결부를 이용하여 상기 노드를 연결하는 것을 포함하고,
    상기 노드를 프린팅하는 것은 원통형인 소켓을 형성하는 것을 포함하고,
    상기 상호연결부를 공동-프린팅하는 것은 샤프트를 형성하는 것을 포함하고,
    상기 샤프트는 상기 소켓의 개구의 반대편의 상기 소켓의 내부 표면 및 상기 샤프트의 원위 단부에 있는 헤드에 연결되고, 상기 헤드는 상기 소켓의 상기 개구를 넘어서 연장될 수 있고,
    상기 방법은 상기 튜브의 단부 부분을 상기 상호연결부 위에 위치시키는 것을 더 포함하고,
    상기 방법은 상기 소켓의 상기 내부 표면과 상기 상호연결부의 상기 헤드 사이에서 상기 튜브의 상기 단부 부분에 하이드로포밍 재료를 적용하는 것을 더 포함하는, 적층 가공된 노드를 부품에 결합시키는 방법.
  16. 삭제
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 상호연결부는 근위 단부를 포함하고,
    상기 방법은
    상기 노드 내에 상기 소켓을 형성하는 것; 및
    상기 상호연결부와 상기 노드 사이에 일정 범위의 선형 운동을 제공하는 조인트를 상기 상호연결부의 상기 근위 단부와 상기 소켓 사이에 형성하는 것
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공된 노드를 부품에 결합시키는 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 상호연결부는 근위 단부를 포함하고,
    상기 방법은
    상기 노드 내에 상기 소켓을 형성하는 것; 및
    상기 상호연결부의 상기 근위 단부와 상기 소켓 사이에 회전 조인트를 형성하는 것
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공된 노드를 부품에 결합시키는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 상호연결부의 상기 근위 단부에 구형 단부를 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공된 노드를 부품에 결합시키는 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 상호연결부의 상기 근위 단부에 타원형 단부를 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공된 노드를 부품에 결합시키는 방법.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 상호연결부의 상기 근위 단부에 도브테일 단부를 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공된 노드를 부품에 결합시키는 방법.
  22. 제 15 항에 있어서,
    상기 상호연결부가 원위 단부를 포함하고 상기 튜브가 단부 부분을 포함하고, 상기 방법은 상기 상호연결부의 상기 원위 단부를 상기 튜브의 상기 단부 부분으로 슬라이딩시키는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공된 노드를 부품에 결합시키는 방법.
  23. 제 15 항에 있어서,
    상기 상호연결부가 원위 단부를 포함하고 상기 튜브가 단부 부분을 포함하고,
    상기 방법은
    상기 상호연결부의 상기 원위 단부에 단부 캡을 형성하는 것; 및
    상기 튜브의 상기 단부 부분 위에서 상기 단부 캡을 슬라이딩시키는 것
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공된 노드를 부품에 결합시키는 방법.
  24. 제 17 항에 있어서,
    접착 주입을 위해 상기 노드의 내부 표면으로부터 상기 소켓으로 연장되는 제 1 채널을 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공된 노드를 부품에 결합시키는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 노드의 외부 표면으로부터 상기 소켓으로 연장되는 제 2 채널을 형성하는 것;
    상기 제 2 채널로부터, 접착 주입 동안에 적어도 부분적인 진공 환경을 가능하게 하는 것
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공된 노드를 부품에 결합시키는 방법.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 노드의 외부 표면에서 상기 채널에 연결되는 접착제 포트를 형성하는 것; 및
    상기 접착제 포트에 분리가능한 접착제 혼합기를 부착하는 것
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공된 노드를 부품에 결합시키는 방법.
  27. 삭제
  28. 제 15 항에 있어서,
    상기 소켓을 형성하는 것은 상기 샤프트의 일부 주위에 외향 벌지를 갖도록 상기 소켓의 일부를 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공된 노드를 부품에 결합시키는 방법.
  29. 삭제
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 샤프트의 섹션 주위에 외향 벌지를 갖도록 상기 튜브의 상기 단부 부분의 섹션을 변형시키는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 가공된 노드를 부품에 결합시키는 방법.
  31. 삭제
  32. 적층 가공된 (additively manufactured) 노드; 및
    상기 노드와 함께 공동-프린팅된 (co-printed) 적층 가공된 상호연결부로서, 상기 상호연결부는 부품에 상기 노드를 연결하도록 구성된, 상기 상호연결부
    를 포함하는 장치로서,
    상기 노드는 접착 주입을 위해 상기 노드의 외부 표면으로부터 소켓으로 연장되는 채널을 포함하고,
    상기 장치는 상기 노드의 상기 외부 표면에서 상기 채널에 연결되는 접착제 포트 및 상기 접착제 포트에 연결되는 분리가능한 접착제 혼합기를 더 포함하고,
    상기 상호연결부는 튜브를 포함하는 상기 부품에 상기 노드를 연결하도록 추가로 구성되고,
    상기 노드는 원통형인 상기 소켓을 포함하고, 상기 상호연결부는 상기 소켓의 개구의 반대편의 상기 소켓의 내부 표면에 연결되는 샤프트 및 상기 샤프트의 원위 단부에 있는 헤드를 포함하고, 상기 헤드는 상기 소켓의 상기 개구를 넘어서 연장될 수 있고,
    상기 장치는 상기 상호연결부 위에 위치된 단부 부분을 가지는 상기 튜브를 더 포함하고,
    상기 장치는 상기 소켓의 상기 내부 표면과 상기 상호연결부의 상기 헤드 사이에서 상기 튜브의 상기 단부 부분에 하이드로포밍 재료를 더 포함하는, 장치.
  33. 삭제
  34. 삭제
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