專利名稱：用于制造用作夾層構(gòu)造中的芯部結(jié)構(gòu)的三維框架結(jié)構(gòu)的方法和由此制造的框架結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合材料的技術(shù)領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及一種用于制 造用作夾層構(gòu)造中的芯部結(jié)構(gòu)的三維框架結(jié)構(gòu)的方法。此外，本發(fā)明涉 及一種用于夾層構(gòu)造的框架結(jié)構(gòu)，所述框架結(jié)構(gòu)按照根據(jù)本發(fā)明的方法 制造，并且涉及一種包括夾層構(gòu)造形式的結(jié)構(gòu)部件的飛行器，所述夾層 構(gòu)造的芯部結(jié)構(gòu)利用根據(jù)本發(fā)明的方法制成。
背景技術(shù)：
由于復(fù)合材料的剛度或強(qiáng)度與密度的良好比率，尤其是夾層構(gòu)造， 復(fù)合材料在飛行器構(gòu)造領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用范圍。 一般來說，夾層構(gòu) 造由頂覆蓋層和底覆蓋層以及為了增強(qiáng)剛性而位于頂覆蓋層和底覆蓋 層之間的例如由垂直延伸的六邊形橫截面的單元所組成的蜂巢狀的芯 部結(jié)構(gòu)形成。
作為包括蜂巢結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的一種替代方式，可以使用剛性多孔材 料。但是，當(dāng)與具有蜂巢芯部結(jié)構(gòu)和類似密度的夾層構(gòu)造相比時，包括 剛性多孔材料芯部的夾層構(gòu)造在一定程度上具有缺陷，即它們的機(jī)械性 能較差。為了彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，纖維、細(xì)絲或拉擠成型的半成品框架可以 以限定的角度以及限定的密度結(jié)合在剛性多孔材料中。在結(jié)合纖維或細(xì) 絲以及隨后的樹脂浸漬程序的情況下，纖維便有助于多孔材料的機(jī)械強(qiáng) 度。在這種情況下，多孔材料不僅充當(dāng)載體用于將以樹脂增強(qiáng)纖維或細(xì) 絲形式出現(xiàn)的針狀物保持在適當(dāng)?shù)奈恢?，還用來穩(wěn)固針狀物以防止或至 少推遲當(dāng)所述針狀物處于載荷下的任何翹曲或斷裂。
但是，由于這種增強(qiáng)的剛性多孔材料的載荷承受能力主要是由所f 1入 的針狀物或所引入的拉擠成型的半成品框架所決定，因此現(xiàn)有的多孔芯部 以不期望的方式傾向于導(dǎo)致芯部結(jié)構(gòu)的密度的增加。另外通常地，增加強(qiáng) 度的多孔材料結(jié)構(gòu)僅包括在載荷下具有彈性的很小的區(qū)域，這樣通常傾向 于對復(fù)合材料造成塑性的且永久的損壞。最后，具有增加剛性的多孔材料 的夾層構(gòu)造無法通風(fēng)和排水，因?yàn)楦采w層之間的空間完全被剛性多孔材料 填滿。
例如從WO 2004/022869 A2和WO 03/101721 Al中，已知用于制造三 維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的方法，在所述方法中，首先生成金屬網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，借助于下模 具和相應(yīng)的上模具將金屬網(wǎng)格結(jié)構(gòu)向第三維彎曲，從而產(chǎn)生三維的網(wǎng)格結(jié) 構(gòu)。在這種彎曲的期間，金屬網(wǎng)格柵網(wǎng)的橫向邊界沒有保持在原位，因?yàn)?這將阻止任何l第三維的彎曲。但是，這種利用下模具和相應(yīng)的上模具 的彎曲是相當(dāng)不靈活的，因?yàn)楦淖兙W(wǎng)格結(jié)構(gòu)的角度和改變網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的高度 需要更換下模具和相應(yīng)的上模具。
US 3，884，646也描述了一種在夾層構(gòu)造中作為芯部結(jié)構(gòu)使用的三維網(wǎng) 格結(jié)構(gòu)的制造方法。在該方法中，首先從金屬板上形成平面的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)， 接下來彎曲所述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，再次通過一個成形步驟，借助于下模具和相應(yīng) 的上模具使所述平坦網(wǎng)格結(jié)構(gòu)具有三維形狀。
但是根據(jù)上述印刷出版物制造的三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與上述的多孔材料增強(qiáng) 芯部結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)并不相關(guān)，所述的用來制造三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的制造方法由于 使用了下模具和上模具而相對不靈活。

發(fā)明內(nèi)容
其中，需要指出一種在不使用例如剛性多孔材料的載體材料的情況下 來制造三維框架結(jié)構(gòu)的方法，其中所述框架結(jié)構(gòu)在關(guān)于生產(chǎn)各種網(wǎng)格幾何 形狀的方面比所述的使用下模具和上模具的成形方法更具有靈活性。
如果在本發(fā)明的上下文中使用術(shù)語"條形線性半成品"，其指的是拉擠 成型、擠壓成型或拉拔成型的具有限定橫截面的IH^幾何形狀，所述橫截 面可以例如是圓形、三角形、矩形、六邊形、管狀或一些類似的幾何形狀。 半成品可以在有或沒有用于增強(qiáng)的增強(qiáng)纖維的情況下制成。半成品可以例 如包括擠壓成型的熱塑性塑料；拉擠成型的(部分交聯(lián)的)聚合體，尤
其是熱固塑料材料或硬質(zhì)體(duromer);擠壓成型的金屬或陶瓷，尤其是 前體陶瓷，其中熱塑性和熱固性塑料材料(硬質(zhì)體)可以額外地包括增強(qiáng)纖維。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明的目的可以通過一種用于制造三維框 架結(jié)構(gòu)的方法來實(shí)現(xiàn)，在所述方法中，在第一步驟中，制造由條形線性半 成品制成的二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。在該方法中，線性半成品可以作為連續(xù)材料提 供。在此過程中，布置線性半成品以形成二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，使得它們在所限 定的交叉點(diǎn)處交叉。例如，初始時可以布置第一層線性半成品，在該層中， 各個條形線性半成品以彼此平行的方式成組地延伸。接下來，將以彼此平 行的方式成組地延伸的第二層線性半成品放置于第 一層之上，其中該線性 半成品相對于第 一層中的線性半成品以不同的角度排列，4吏得兩層中的線 性半成品在所限定的交叉點(diǎn)處交叉。初始時沒有被彼此連接的條形線性半 成品所形成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可以包括均勻圖案，但這并不是必需的。在進(jìn)一步 的工序中，接下來使條形線性半成品在交叉點(diǎn)處相互連接。這種連接可以 例如通過在交叉點(diǎn)區(qū)域中的點(diǎn)接觸加熱來實(shí)現(xiàn)，從而半成品被軟化并且彼 此之間稍微粘接。在與該方法相關(guān)的接下來的進(jìn)一步的步驟中，然后使條 形線性半成品軟化，從而使其變得有些發(fā)粘或具有粘性。這種軟化可以例 如通過沿著三務(wù)底想的非交叉直線對網(wǎng)格結(jié)構(gòu)局部施加熱量來實(shí)現(xiàn)。例如 可以沿著第一組(假想的)非交叉直線和相應(yīng)地沿著第二組(假想的)非 交叉直線進(jìn)行對二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)施加熱量，其中第一組直線和第二組直線彼 此交替地延伸；換句話iJL在所有的情況下，第二組的直線位于第一組的 兩條直線之間，且第一組的直線位于第二組的兩條直線之間。
為了接下來使網(wǎng)格結(jié)構(gòu)具有期望的三維結(jié)構(gòu)，沿著對其施加熱量的假 想直線中的中間直線將力引入網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，從而使網(wǎng)格結(jié)構(gòu)脫離它的二維平 面變形。由于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的這種變形，所引入的力偏轉(zhuǎn)成作用在半成品上的 成對張力，因此沿著對其施加熱量的中間假想直線將所述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)拉入第 三維。該步驟類似深沖壓程序，在該程序中半成品的材料沒有伸長。相反， 由于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)變形1第三維從而在平面中縮短。為了避免當(dāng)力引入時網(wǎng) 格結(jié)構(gòu)任意地偏離，可以通過可移動軸承來保持網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的邊界或中間直 線兩側(cè)的直線，這樣保證了所引入的力可以按照目標(biāo)的方式轉(zhuǎn)換或分解成 半成品中的張力。
在將力引入網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的步驟中，通過接連地并交替地形成頂峰和波谷
使二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)變形成三維折疊結(jié)構(gòu)。在這種布置中，頂峰位于第一組的 直線上，而波谷的最深點(diǎn)位于第二組的直線上。在本文中，任何涉及頂峰 和波谷的術(shù)語涉及到所產(chǎn)生的三維折疊結(jié)構(gòu)的橫截面視圖，其中折疊結(jié)構(gòu) 的頂峰和波谷是明顯的。在立體圖中，當(dāng)相對于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)表面看去時，頂 峰和波a拉長成"山脈"或山脊、以及位于它們之間的長形的"山谷"。
在這種布置中，頂峰和波谷是以如下方式產(chǎn)生即在兩組直線的直線區(qū)域 內(nèi)，在所要產(chǎn)生高點(diǎn)和低點(diǎn)的方向上交替地將力引入網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。通it^所 要產(chǎn)生的高點(diǎn)和低點(diǎn)的方向上將力引入，使二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)從平面變形，因 此沿著兩組直線中的直線產(chǎn)生上述的其間具有山谷的山脈。由于施加在網(wǎng) 格結(jié)構(gòu)的半成品上的力，二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)沿著兩個直線組的直線從平面變 形，因此按照所期望的方式產(chǎn)生頂峰和波谷。應(yīng)當(dāng)指出，任何涉及"沿著" 直線將力引入網(wǎng)格結(jié)構(gòu)都意味著以大致垂直的方式將力施加到網(wǎng)格結(jié)構(gòu)， 所述力沿著直線分布。
為了在關(guān)于所需時間的方面以最優(yōu)化的方式實(shí)施本方法，可以在連續(xù) 的流水作業(yè)中執(zhí)行在交叉點(diǎn)處連接條形線性半成品、軟化條形線性半成品 以及將力引入，其中上述步驟是在重復(fù)的、在生產(chǎn)方向上進(jìn)行的連續(xù)程序 中實(shí)施。尤其，如果在所述產(chǎn)品被軟化時進(jìn)行條形線性半成品的連接將是 有利的，因?yàn)橛捎谶@種軟化使這些產(chǎn)品變得有些發(fā)粘，即稍微具有粘性， 從而使彼此疊置的半成品很容易彼此粘接在一起。當(dāng)然，條形線性半成品 的軟化必需發(fā)生在連接點(diǎn)的區(qū)域中，從而使條形線性半成品在這些區(qū)域內(nèi) 彼此連接。這種連續(xù)重復(fù)的生產(chǎn)程序的特征在于生產(chǎn)方向，在連續(xù)的程序 中，將熱量施加到網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的另一假想直線，并且為了使網(wǎng)格結(jié)構(gòu)變形而 沿著這些直線施加力。
為了進(jìn)一步優(yōu)化制造程序，當(dāng)沿著三條非交叉直線對網(wǎng)格結(jié)構(gòu)施加熱 量時進(jìn)行力的施加。由于這種熱量的施加，可以由于力的引入而按照目標(biāo) 的方式使網(wǎng)格結(jié)構(gòu)沿著上述直線發(fā)生塑性變形。
因?yàn)樯婕办o力學(xué)和構(gòu)造的原因，如果條形線性半成品在第三維上的交 叉點(diǎn)形成將要生產(chǎn)的三維框架結(jié)構(gòu)的外邊界，則熱量的施加希望以如下的 方式進(jìn)行即熱量總是同時施加到位于關(guān)于生產(chǎn)方向垂直的方向上的交叉 點(diǎn)。這些位于關(guān)于生產(chǎn)方向垂直的方向上的交叉點(diǎn)是網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的不同的線 性半成品在該處交叉的鄰近的交叉點(diǎn)。由于總是沿著在網(wǎng)格結(jié)構(gòu)上對其施 加熱量的三條直線中的中間直線將力引入網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中，由于力的引入以及
由于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的變形而使力偏轉(zhuǎn)成作用在半成品上的成對的張力，因此已
經(jīng)被施加熱量的交叉點(diǎn)被拉入期望的第三維，于是利用所述交叉點(diǎn)形成了 三維框架結(jié)構(gòu)在第三維的外邊界。
如上所述，在將熱量同時施加到位于垂直于生產(chǎn)方向的方向上的交叉 點(diǎn)的期間，能夠在交叉點(diǎn)處連接條形線性半成品。這樣是有利的，尤其是 在熱量的施加是使熱量同時施加到位于關(guān)于生產(chǎn)方向垂直的方向上的交 叉點(diǎn)的情況下，因?yàn)樵谶@種方式中各層中的線性半成品在交叉點(diǎn)的區(qū)域中 變軟，且由于它們的接觸一一以及如果適用的話由于相應(yīng)的力的施加(例 如重力)一_而被彼此連接。
根據(jù)本發(fā)明的特殊方面，可以以如下方式產(chǎn)生三維折疊結(jié)構(gòu)即在連 續(xù)的以及重復(fù)的程序中，接下來，沿著對其施加熱量的每條第二假想直線 將力引入網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，所述力將半成品拉入第三維的期望的深度。在這個程 序中，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的平面發(fā)生變形，使得對其施加熱量的中間直線兩側(cè)的兩 條直線在平面內(nèi)彼此靠近，因此產(chǎn)生折疊結(jié)構(gòu)，當(dāng)從橫截面觀察時所述折 疊結(jié)構(gòu)具有六角手風(fēng)琴形狀。當(dāng)然也可能沿著對其施加熱量的每條第二直 線在第三維的正方向上使網(wǎng)格結(jié)構(gòu)受力，而對其施加熱量的每個第一、第 三、第五等直線也在第三維的負(fù)方向上受力，其中同樣產(chǎn)生鋸齒形的折疊 結(jié)構(gòu)。
當(dāng)與使用下模具和上模具的成形工具的已知方法相比較時，根據(jù)本發(fā) 明的方法是非常靈活的，由于沿著對其施加熱量的直線將力引入，可以生 產(chǎn)任何期望的特殊厚度或強(qiáng)度的三維框架結(jié)構(gòu)。例如，借助于可移動l 第三維且能夠加熱的棱邊可將力和熱量施加到半成品，其中，取決于棱邊 進(jìn)入到第三維的深度，可以產(chǎn)生不同厚度的框架結(jié)構(gòu)。因此，例如三維框 架結(jié)構(gòu)的厚度可以不斷地改變，只要為了使網(wǎng)格結(jié)構(gòu)變形而將處于網(wǎng)格結(jié)
構(gòu)的不同位置處的棱邊移入到第三維中的不同程度。
為了保證條形線性半成品在交叉點(diǎn)處的可靠的連接，在沿著位于關(guān)于 生產(chǎn)方向垂直的方向上的交叉點(diǎn)施加用于軟化條形線性半成品的熱量的 期間已經(jīng)可以將力引入，從而在交叉點(diǎn)的區(qū)域中，在線性半成品上出現(xiàn)小 面積的受壓材料，這作為正面效果可以使得提高在這些位置處的半成品的 可折疊性。
在上面的段落中，已經(jīng)描述了一種用于制造三維框架結(jié)構(gòu)的方法，其
中一般來講，二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)沿其而折疊的直線并不交叉。但是為了生產(chǎn)盡 可能規(guī)則的三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，當(dāng)然也可以沿著平行的(假想的)直線對網(wǎng)格 結(jié)構(gòu)施加熱量，并且在上述的直線處將力引入網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。
為了使得二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)容易向第三維變形，在進(jìn)一步的步驟中，沿著 對其施加熱量的直線，在l^將要在第三維的方向上產(chǎn)生的成形的方向上 將預(yù)成形凹坑壓印到半成品中。預(yù)成形凹坑的壓印可以借助于專門提供用
于此目的的棱形壓印工具在完全獨(dú)立的步驟中進(jìn)行；作為對此的一種替 代，預(yù)成形凹坑也可以借助于可移動以及可加熱的棱邊而被壓印到半成品 中。由于各層中的條形線性半成品在交叉點(diǎn)處交叉，從而在這些位置處的 材料厚度類似于加倍，通過在交叉點(diǎn)區(qū)域中壓印預(yù)成形凹坑，這些增厚部 分可以被減少或者在熱塑性半成品的情況下甚至可以被完全消除。特別 地，在熱塑性半成品的情況下也可以4吏用用于連接的焊接方法。
為了增加以這種方式生產(chǎn)的三維框架結(jié)構(gòu)的力拒抵抗性能，使得所述 框架結(jié)構(gòu)在關(guān)于彎曲變形方面不易發(fā)生反應(yīng)，在進(jìn)一步的與該方法相關(guān)的 步驟中可以將覆蓋層附接于一一例如膠合于一一所生產(chǎn)的立體框架結(jié)構(gòu) 的至少一個側(cè)面，使得覆蓋層與框架結(jié)構(gòu)的相應(yīng)側(cè)面的被拉入第三維的最 遠(yuǎn)端鄰接。因此，這些覆蓋層吸收由于施加彎曲力拒而產(chǎn)生的壓縮力和張 力，從而當(dāng)受到彎曲力拒時，三維框架結(jié)構(gòu)本身不會變形，或只是輕微變 形。為了使這些覆蓋層對于剪切載荷或者對于三維框架結(jié)構(gòu)的相關(guān)剪切變 形不易受到影響，并且尤其為了增加可以被傳遞的剪切栽荷，除了上述的 附接之外，覆蓋層可以通過縫合程序而縫合到框架結(jié)構(gòu)的相應(yīng)側(cè)面的最遠(yuǎn) 端，其中特別地可以使用一側(cè)縫合方法。作為一種替代，覆蓋層也可以通 過如下方法固定至框架結(jié)構(gòu)即定位梳的齒沿著它的最遠(yuǎn)端穿過框架結(jié)構(gòu) 并^A^蓋層中，其中由于樹脂固化而使所述齒最終固定在覆蓋層中。
如在上面的段落中所示，利用根據(jù)本發(fā)明的用于制造三維框架結(jié)構(gòu)的 方法，當(dāng)與利用剛性多孔材料作為芯部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)相比較時，因?yàn)樵诟鶕?jù) 本發(fā)明的方法中不需要提供這種剛性多孔材料，所以能夠?qū)崿F(xiàn)芯部結(jié)構(gòu)密 度的減小。另外，利用才艮據(jù)本發(fā)明的方法能夠生產(chǎn)透空式結(jié)構(gòu)，其特征在 于所述結(jié)構(gòu)有助于排放,即可以容易地通風(fēng)和排水。此外，由于結(jié)構(gòu)的透 空式設(shè)計(jì)，毫無疑問可以利用AJt通道通過該結(jié)構(gòu)來放置線纜而不會引發(fā) 任何危及所述結(jié)構(gòu)機(jī)械完整性的問題。
當(dāng)與使用剛性多孔材料的芯部結(jié)構(gòu)相比較時，利用根據(jù)本發(fā)明的方法
所制造的三維框架結(jié)構(gòu)進(jìn)一步具有可以進(jìn)行較大范圍的彈性變形的特點(diǎn)， 從而不存在塑性變形損壞或者只留下很小的塑性變形損壞。而是，當(dāng)受到 過大的栽荷時，折疊的線性半成品形式的單個條可以有彈性地下陷，由此 可以實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的耐損壞性。
因?yàn)樵诟鶕?jù)本發(fā)明的方法中，可以使用拉擠成型、擠壓成型或連續(xù)拉 拔成型的限定橫截面(三角形、四邊形、六邊形、中空、管狀、圓形)的 幾何形狀，所以結(jié)構(gòu)工程師或設(shè)計(jì)者可以進(jìn)一步選擇改變?nèi)S框架結(jié)構(gòu)的 單個條的翹曲性能，從而通過對限定的框架幾何形狀的有目標(biāo)的選擇，芯 部結(jié)構(gòu)的特性可以按照目標(biāo)的方式進(jìn)行改善。
由于可以在連續(xù)的流水作業(yè)中實(shí)施本方法，通過改變擠壓或拉出的速 度，以及通過改變在網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中的角度，可以實(shí)現(xiàn)斜面的形成、三維框架 結(jié)構(gòu)的密度和厚度的差異。
因?yàn)樵谑苟S網(wǎng)格結(jié)構(gòu)向第三維折疊時并沒有使用如本領(lǐng)域已知的下 模具和上模具裝置，所以能夠提高程序的靈活性，這是由于當(dāng)使用下模具 和上模具時，為了改變折疊角度和結(jié)構(gòu)的高度必需更換下模具和上模具。 利用才艮據(jù)本發(fā)明的方法，這種折疊角度和結(jié)構(gòu)高度的改變可以利用可加熱 的棱邊來實(shí)現(xiàn)，所述棱邊可以被移向第三維并且所述棱邊可以在第三維中 被移至不同的深度。


下面，將參照附圖更加詳細(xì)地解釋本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，所提供 的附圖僅是用于說明示例性實(shí)施方式的目的，而不應(yīng)被解釋為是對保護(hù)
范圍的任何形式的限制。下面示出
圖1示出了由條形線性半成品制成的二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)；
圖2解釋了將預(yù)成形凹坑壓印到半成品中；
圖3說明了將力引入網(wǎng)格結(jié)構(gòu)從而將網(wǎng)格結(jié)構(gòu)拉入第三維；
圖4示出了三維支撐框架結(jié)構(gòu)的最終產(chǎn)品；以及
圖5解釋了將覆蓋層放置到三維框架結(jié)構(gòu)上。
貫穿所有附圖，相同的附圖標(biāo)記用于同樣的或?qū)?yīng)的元件。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1，在圖示中所示出的示例性實(shí)施方式中，
其由兩組線性半成品2制成，其中，首先布置第一組2， 4吏得所述半成品 在第一層中平行延伸且彼此間隔開。接下來將第二組3的條形線性半成品 3布置在第一層之上，使得第二組的各個條形線性半成品3在第一層2之 上的第二層中以彼此平行JU波此間隔開的方式延伸。由于第一組2和第二 組3的條形線性半成品的這種布置方式而生成二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1，其中兩層 中的各個條形線性半成品在限定的交叉點(diǎn)4處交叉。
線性半成品可以例如包括拉擠成型(部分交聯(lián)的)熱固塑料材料、 擠壓成型的熱塑性材料、連續(xù)拉拔成型的金屬或陶瓷一一尤其是前體陶 瓷，其中可以使用不同的橫斷面幾何形狀。
為了固定以這種方式生產(chǎn)的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的形狀，以便為了接下來的成形 步驟，兩層2、 3的條形線性半成品在交叉點(diǎn)4處相互連接，例如，通it^fe 加熱量以及如果適用的話通過沿著圖1中虛線所示的直線5、6施加相應(yīng)的 力來進(jìn)行上述連接。在這種布置中，該連接在生產(chǎn)方向7上可以是連貫的 和有序的。在這個程序中，在生產(chǎn)方向上，連貫地4吏在基本上關(guān)于生產(chǎn)方 向7垂直的直線5、 6上延伸的交叉點(diǎn)4同時受到加熱。由于施加了熱量， 線性半成品在交叉點(diǎn)4處被稍微加熱，從而使它們變得稍微發(fā)粘，即具有 粘性，并且因此相互連接。
在進(jìn)一步的與該方法相關(guān)的步驟中，接下來可以使組中的沿著三條非 交叉直線5、 6的條形線性半成品2、 3變軟，也可以例如通過對網(wǎng)格結(jié)構(gòu) 1局部施加熱量來實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樵诮徊纥c(diǎn)4處連接條形線性半成品的程序已 經(jīng)是在施加熱量的情況下進(jìn)行，所以在一個步驟中同時結(jié)合連接和軟化條 形線性半成品是有利的，從而相應(yīng)地使網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1沿著圖1中虛線所示的 三條直線軟化，所述直線相互連接在關(guān)于生產(chǎn)方向7垂直的方向上延伸的 交叉點(diǎn)4。
為了在后面的變形步驟中便于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1在第三維中的成形，如圖2 所示，在中間步驟中，可以在半成品2、 3中壓印預(yù)成形凹坑。如圖2中的 圖示所示，在網(wǎng)格結(jié)構(gòu)l中壓印小凹坑，其中凹坑9延伸的方向即為l^ 網(wǎng)格結(jié)構(gòu)l被拉入三維中所ii^的方向。在這種布置中，凹坑9均勻地設(shè) 置在前述的直線5、 6上，已經(jīng)沿著所述直線5、 6將熱量施加到網(wǎng)格結(jié)構(gòu)
1從而使條形線性半成品2、 3軟化。因?yàn)闂l形線性半成品2、 3的軟化優(yōu) 選地是以如下的方式進(jìn)行即將熱量施加到這些半成品2、 3的交叉點(diǎn)4 的區(qū)域，由于壓印上述的預(yù)成形凹坑9可以獲得如下情況即可以減少在 交叉點(diǎn)4的區(qū)域中的材料的增厚部分，或者在熱塑性半成品的情況下可以 完全消除在交叉點(diǎn)4的區(qū)域中的材料的增厚部分。
如圖3中所示，在進(jìn)一步的該方法的相關(guān)的步驟中，沿著對其施加熱 量的三條底想直線中的中間一條將力F引入網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1,其中引入的力F 導(dǎo)致網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1在第三維度中變形，這樣導(dǎo)致該引入的力F被偏轉(zhuǎn)為成對 的力，如在圖3的中間狀態(tài)中所示，即作用在半成品上的張力F'和F"。 在圖3所示的單獨(dú)的力的平行四邊形中用圖表的方式解釋了這種力的分解 或這種偏轉(zhuǎn)。在這種方式中，于是將張力引入半成品，沿著對其施加熱量 的中間直線，所述張力將網(wǎng)格結(jié)構(gòu)拉入第三維。
如在圖3中進(jìn)一步所示，沿著期望的直線5、 6—一其隨后將代表三維 框架結(jié)構(gòu)的最遠(yuǎn)端，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)被夾在雙桁條10之間，雙桁條10能夠同時 實(shí)現(xiàn)三種功能。于是，使這些雙街條10可以適合被加熱以及適合被移動到 第三維中。在這種方式中，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1的各個層的條形線性半成品2、 3 可以利用雙街條10而相互連接，提供的所述雙桁條10沿著相鄰的交叉點(diǎn) 4作用于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1。通#熱雙街條10，于是將熱量施加于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1 或交叉點(diǎn)4，因此條形線性半成品2、 3在這些位置被軟化并相互連接。在 交叉點(diǎn)4處連接條形線性半成品2、 3的效果可以額外地得到支持，因?yàn)殡p 桁條10抵靠彼此被擠壓在一起，因此以一種有利的方式，可以減少在交叉 點(diǎn)4處的材料的不希望增厚的部分。此外，通過將雙桁條10壓在一起，能 夠在隨后將要在第三維的方向上產(chǎn)生的成形的方向上將預(yù)成形凹坑9壓印 在半成品中，這樣能夠便于由于將力引入網(wǎng)格結(jié)構(gòu)l中所進(jìn)行的成形。為 了最終能夠?qū)⒕W(wǎng)格結(jié)構(gòu)拉入第三維，沿著已經(jīng)對其施加熱量的三條直線5、 6中的中間一條借助于棱邊8、雙桁條10可以將力引入網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，從而如 圖3所示，由于上述的力的分解使網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1變形1第三維。為了在力 的分解的過程中能夠在半成品的方向上實(shí)際上產(chǎn)生所限定的張力F'和F 〃 ，雙桁條IO沿著兩條直線5牢牢地夾住網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。但是，在這種布置中， 如圖3中的箭頭所指示，雙桁條10可以在網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1的平面中被移動，從 而由于施加力F，使得雙桁條10向著中間直線6的方向移動，或者在所述 方向上被拉動。在這個程序中，雙桁條10產(chǎn)生對于位移的反作用力，從而 能夠按照目標(biāo)的方式生成張力F'和F"。
如上面的說明中所闡述的，利用可移動和可加熱的雙桁條排列10能夠 在共同的步驟中實(shí)現(xiàn)在交叉點(diǎn)4處連接線性半成品、軟化條形線性半成品 2、 3以及引入力，當(dāng)沿著生產(chǎn)方向7觀察時，其中上述的步驟可以連貫地 并在連續(xù)重復(fù)的程序中執(zhí)行。
根據(jù)本發(fā)明的方法，其中沿著對其施加熱量的三條直線5、 6中的中間 一條將力F引入網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其特征尤其在于，相對于使用下模具和上模具 的已知變形程序其具有靈活性。因此，利用根據(jù)本發(fā)明的方法，可以制造 改變密度和厚度的三維框架結(jié)構(gòu)，因?yàn)榭梢詫㈦p桁條排列10或棱邊8移動 至第三維中的不同深度，由于所述程序使得可以影響到三維框架結(jié)構(gòu)的厚 度。因此不再需要復(fù)雜地更換下模具和上模具裝置以便制造不同深度的三 維框架結(jié)構(gòu)。
圖4示出了利用^L據(jù)4^發(fā)明的方法制造的三維沖匡架結(jié)構(gòu)。通過圖1所 示的二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1的變形，能夠生成包括多個四棱錐的周期性重復(fù)的立
體網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。在這種布置中，棱錐的頂端由原來作為二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)l中的 交叉點(diǎn)4形成，由于沿著相鄰的交叉點(diǎn)4施加熱量以及將力引入，所以在 變形程序之后形成側(cè)向上界定三維框架結(jié)構(gòu)的最遠(yuǎn)端。為了i兌明的目的， 圖4再次示出了三條直線5、 6,沿著所述直線，原先的二維框架結(jié)構(gòu)l通 過局部施加溫度而在交叉點(diǎn)4處被軟化，以便在沿著對其施加熱量的直線 中的中間一條將力引入網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的作用下，將二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)l拉入第三維。
最后，圖5描述了與該方法相關(guān)的可選的步驟，其中在所產(chǎn)生的三維 框架結(jié)構(gòu)的兩個側(cè)面施加覆蓋層11，從而佳產(chǎn)蓋層11被棱錐頂端所產(chǎn)生 的點(diǎn)支撐住。為了將覆蓋層11附接至三維框架結(jié)構(gòu)，可以將覆蓋層膠合至 棱錐的頂端。但是，由于棱錐頂端的粘接表面很小，如圖5中通過概略指 出的縫合線12所示，可以額外地將覆蓋層11縫合在棱錐頂端形式的三維 框架結(jié)構(gòu)的最遠(yuǎn)端上，其中優(yōu)選地使用一側(cè)縫合方法。
此夕卜，應(yīng)當(dāng)指出，"包括"不排除其它元件或步驟，以及"一個"或"一 中"不排除多個的情況。另外，應(yīng)當(dāng)指出，參照上面的示例性實(shí)施方式中 的一個所描述的特征或步驟也可以與上述的其它示例性實(shí)施方式中的其
它特征或步驟結(jié)合使用。權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為起到限制 的作用。
附圖標(biāo)記列表
1網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(二維)
2條形線性半成品(第一組，第一層)
3條形線性半成品(第二組，第二層)
4交叉點(diǎn)
5直線(第一組)
6直線(第二組)
7生產(chǎn)方向
8棱邊(可移動，可加熱) 9預(yù)成形凹坑 10雙桁條 11覆蓋層 12縫合線
權(quán)利要求
1. 一種用于制造三維框架結(jié)構(gòu)的方法，包括如下步驟-由條形線性半成品(2，3)產(chǎn)生二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(1)，在所述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(1)中所述半成品(2，3)在限定的交叉點(diǎn)(4)處交叉；-在所述交叉點(diǎn)(4)處連接所述條形線性半成品(2，3)；-通過在所有情況下沿著三條非交叉直線(5，6)對所述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)局部施加熱量，使所述條形線性半成品(2，3)軟化；-沿著對其施加熱量的所述直線(5，6)中的中間一條，將力(F)引入所述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(1)，其中由于所述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(1)的變形，所述引入的力(F)偏轉(zhuǎn)成作用在所述半成品(2，3)上的成對張力(F′，F(xiàn)″)，因此沿著對其施加熱量的所述中間直線(5，6)將所述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(1)拉入第三維。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中能夠在連續(xù)的流水作業(yè)中執(zhí)行 在所述交叉點(diǎn)(4)處連接所述條形線性半成品(2， 3)、軟化所述條形 線性半成品(2， 3)以及將力引入，在連續(xù)的流水作業(yè)中上述步驟是在 生產(chǎn)方向(7)上進(jìn)行的連續(xù)重復(fù)的程序中實(shí)施。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中當(dāng)沿著所述三條非交叉直 線(5， 6)對所述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(1)施加熱量時進(jìn)行力的引入。
4. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中進(jìn)行熱量的施加， 使得熱量同時施加到位于關(guān)于所述生產(chǎn)方向(7)垂直的方向上的所述 交叉點(diǎn)(4)。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中在將熱量同時施加到位于垂直 于所述生產(chǎn)方向(7)的方向上的所述交叉點(diǎn)(4)的期間并且由于將熱 量同時施加到位于垂直于所述生產(chǎn)方向(7 )的方向上的所述交叉點(diǎn)(4 )， 進(jìn)行在所述交叉點(diǎn)(4)處連接所述條形線性半成品(2， 3)。
6. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中在連續(xù)重復(fù)的程序 中，接下來沿著已經(jīng)對其施加熱量的每條第二直線(5， 6)將力引入所 述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(1)，所述力將所述半成品拉入所述第三維中的期望深度， 因此生成三維折疊結(jié)構(gòu)。
7. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中借助于能夠移入所 述第三維且能夠加熱的棱邊(8 )將力和熱量施加至所述半成品(2， 3 )。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中將所述邊緣(8 )移動到所述第 三維中的不同深度從而生成所述框架結(jié)構(gòu)的不同厚度。
9. 如權(quán)利要求4至8中任一項(xiàng)所述的方法，其中在施加熱量用來 沿著位于關(guān)于所述生產(chǎn)方向(7)垂直的方向上的所述交叉點(diǎn)(4)來軟 化所述條形線性半成品(2， 3)的期間將力引入，因此進(jìn)行在所述交叉 點(diǎn)(4)處連接所述條形線性半成品(2, 3)。
10. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中沿著平行直線(5， 6)進(jìn)行對所述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(1)的熱量施加。
11. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，包括進(jìn)一步的步驟 -沿著對其施加熱量的所述直線(5， 6)，在隨后將要在第三維的方向上產(chǎn)生的成形的方向上將預(yù)成形凹坑(9)壓印到所述半成品(2, 3) 中。
12. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，包括進(jìn)一步的步驟 -將覆蓋層(ll)附接到所生產(chǎn)的三維框架結(jié)構(gòu)的至少一個側(cè)面上，使得所述覆蓋層(11)與所述框架結(jié)構(gòu)的相應(yīng)側(cè)面的被拉入所述第三維 的最遠(yuǎn)端鄰接。
13. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中通過一側(cè)縫合方法(12)將覆 蓋層附接至所述框架結(jié)構(gòu)的相應(yīng)側(cè)面的最遠(yuǎn)端。
14. 一種用于夾層構(gòu)造的支撐框架結(jié)構(gòu)，其中所述支撐框架結(jié)構(gòu)根 據(jù)權(quán)利要求1至13中的一項(xiàng)所述的方法來制造。
15. —種包括夾層構(gòu)造形式的結(jié)構(gòu)部件的飛行器，所述夾層構(gòu)造的 芯部結(jié)構(gòu)利用權(quán)利要求l至13中任一項(xiàng)所述的方法來制造。
全文摘要
本申請涉及一種用于制造用作夾層構(gòu)造中的芯部結(jié)構(gòu)的三維框架結(jié)構(gòu)的方法。此外本發(fā)明還涉及一種用于夾層構(gòu)造的框架結(jié)構(gòu)，所述框架結(jié)構(gòu)是按照根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行制造。在該方法中，二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(1)是由條形線性半成品(2，3)制造，在所述結(jié)構(gòu)中半成品(2，3)在限定的交叉點(diǎn)(4)處交叉；使條形線性半成品(2，3)在交叉點(diǎn)(4)處連接，并且在所有情況下通過沿著三條非交叉(假想的)直線(5，6)對網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(1)局部施加熱量而使其軟化。為了使網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(1)具有三維形狀，沿著對其施加熱量的(假想的)直線(5，6)中的中間一條將力(F)引入網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(1)，其中由于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的變形，所引入的力(F)偏轉(zhuǎn)成作用在半成品上的成對張力，因此沿著對其施加熱量的(假想的)中間直線(5，6)將所述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(1)拉入第三維。
文檔編號B21F27/10GK101389423SQ200780006297
公開日2009年3月18日 申請日期2007年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月24日
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