本發(fā)明涉及通過增材制造法來制造結(jié)構(gòu)，例如單片式車身或單殼式車身。

背景技術(shù)：

本節(jié)提供與本發(fā)明相關(guān)的背景信息，其不一定是現(xiàn)有技術(shù)。

制造設(shè)備和車輛的工藝通常依賴于單個部件的獨立生產(chǎn)以及部件的拼接或組裝來生成最終產(chǎn)品。例如，在汽車工業(yè)中，通常通過將數(shù)千個單個部件或單元組裝成車輛來制造汽車。這些部件或單元都是單獨制造的，通常需要使用專門或復(fù)雜的工具或設(shè)備。相應(yīng)地，制造汽車的工藝屬于勞動密集型，復(fù)雜而且昂貴。例如，汽車工廠涉及復(fù)雜的系統(tǒng)和操作，其中包括復(fù)雜的工具、材料運輸輸送機、沖壓工具、車體車間、油漆車間等。此外，這些部件和工藝在很大程度上取決于車輛。因此，開始或轉(zhuǎn)換到新車輛的生產(chǎn)需要較長的前置期。因此，需要改進的制造方法來實現(xiàn)汽車和其他車輛或設(shè)備的流水線制造工藝。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本節(jié)提供對本發(fā)明的總體概述，其并非是對本發(fā)明全部范圍和全部特征的全面披露。

本技術(shù)提供了一種制造一體化結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括：以逐層的打印工藝增材制造該一體化結(jié)構(gòu)的殼體模板，其中殼體模板包括內(nèi)表面和外表面。該方法還包括：在殼體模板外表面施加增強材料，處理增強材料以產(chǎn)生具有增強組成的增強型殼體，從增強型殼體的預(yù)定位置切割出至少一塊預(yù)定形狀的板，將該板從增強型殼體上移除。

本技術(shù)還提供了另一種制造一體化結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括：以逐層的打印工藝增材制造該一體化結(jié)構(gòu)的殼體模板，其中殼體模板包括內(nèi)表面和外表面。該方法還包括：從殼體模板的預(yù)定位置分割出至少一塊預(yù)定形狀的板、將該至少一塊板從殼體模板上移除。該方法進一步包括：改進該至少一塊板或增強型殼體，當(dāng)板被移除時，在殼體模板邊緣或板上的至少一層材料是暴露的。通過增材制造來進行改進。該方法還包括將該至少一塊板連接到殼體模板的預(yù)定位置。

此外，本技術(shù)提供了一種制造單片式汽車車身的方法。該方法包括：通過逐層增材制造工藝生成該殼體模板，其中殼體模板包括內(nèi)表面和外表面。該方法還包括在殼體模板外表面施加增強復(fù)合材料前體(包括樹脂和多根纖維)、處理增強復(fù)合材料前體以產(chǎn)生增強型殼體。該方法進一步包括：在增強型殼體的一個或多個預(yù)定位置上分割出具有預(yù)定形狀的一個或多個板，將該一個或多個板從增強型殼體上移除，通過逐層的增材制造工藝生成增強型殼體內(nèi)表面的框架結(jié)構(gòu)，將該一個或多個板連接到增強型殼體相應(yīng)的一個或多個預(yù)定位置上，其中一個或多個板對應(yīng)于從由以下項組成的群組中選出的車輛部件：車門、后備箱蓋、發(fā)動機罩、后艙門、加油蓋、電插座門、進風(fēng)口及其組合。

根據(jù)本文提供的描述，其他適用領(lǐng)域?qū)⒆兊蔑@而易見。本發(fā)明內(nèi)容中的描述和具體實例僅用于說明的目的，而并非意圖限定本發(fā)明的范圍。

附圖說明

本文描述的附圖僅用于所選實施例的說明性目的，而非用于所有可能的實施方式，且并非意圖限制本發(fā)明的范圍。

圖1為示出根據(jù)本技術(shù)某些變型的用于制造板架結(jié)構(gòu)的方法的框圖。

圖2是圖1中所描述方法的示意圖。

圖3為示出根據(jù)本技術(shù)某些方面而形成的增強復(fù)合材料(包括樹脂和纖維)的示意圖；

圖4是根據(jù)本技術(shù)某些變型用于產(chǎn)生增強材料的設(shè)備的示意圖；

圖5是根據(jù)本技術(shù)某些變型制造板架結(jié)構(gòu)的串行工藝的示意圖；

圖6是根據(jù)本技術(shù)某些變型用于打印結(jié)構(gòu)殼體的設(shè)備的示意圖；

圖7是根據(jù)本技術(shù)某些變型用于將增強材料涂覆到殼體的設(shè)備的示意圖；

圖8是根據(jù)本技術(shù)某些變型從殼體分割板的設(shè)備的示意圖；

圖9是根據(jù)本技術(shù)某些變型掃描結(jié)構(gòu)的設(shè)備的示意圖；

圖10是根據(jù)本技術(shù)某些變型改進板的設(shè)備的示意圖；

圖11是根據(jù)本技術(shù)的某些變型制造板架結(jié)構(gòu)的并行工藝的示意圖；以及

圖12是根據(jù)本技術(shù)某些變型用于打印殼體、將增強材料涂覆到殼體、從殼體上分割板以及掃描殼體的設(shè)備的示意圖。

在所有的附圖中，對應(yīng)的附圖標(biāo)記指示對應(yīng)的部件。

具體實施方式

提供示例性實施例，以使本發(fā)明詳盡，并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達本發(fā)明范圍。闡述了許多具體細(xì)節(jié)，例如具體組成、部件、設(shè)備和方法，從而提供對本發(fā)明實施例的詳盡理解。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是：不需要采用具體細(xì)節(jié)，示例性實施例可以以多種不同形式實施，且兩者均不應(yīng)被解釋為限制本發(fā)明的范圍。在某些示例性實施例中，不詳盡描述公知的工藝、公知的設(shè)備結(jié)構(gòu)和公知的技術(shù)。

此處所使用的術(shù)語僅用于描述特定示例性實例，而不旨在限制本發(fā)明。如此處所用，除非上下文另有明確說明，否則單數(shù)形式“一”和“該“也可旨在包括復(fù)數(shù)形式。術(shù)語“包括”、“包含”和“具有”是包括性的，因此指定所述特征、元件、組成、步驟、單體、操作和或部件的存在，但不排除存在或添加一個或多個其他特征、單體、步驟、操作、元件、部件和/或其群組。盡管開放式術(shù)語“包括”應(yīng)理解為用于對此處提出的各種實施例進行描述或申請保護的非限定性術(shù)語，但在某些方面，該術(shù)語可以可選地理解為替代更加限制或限定性的術(shù)語，例如“由...組成”或“基本上由...組成”。因此，對于描述組成、材料、部件、元件、特征、一體化、操作和/或工藝步驟的任何給定實施例，本發(fā)明還具體地包括由/大致由所述的組成、材料、部件、元件、特征、一體化、操作和/或工藝步驟組成的實施例。在“由...組成”的情況下，可選實施例不包括任何另外的組成、材料、部件、元件、特征、一體化、操作和/或工藝步驟，而在“大致由...組成”的情況下，實施例不包括實質(zhì)上影響到其基本和新穎特征的任何另外的組成、材料、部件、元件、特征、一體化、操作和/或工藝步驟，而實質(zhì)上不影響其基本和新穎特征的任何另外的組成、材料、部件、元件、特征、一體化、操作和/或工藝步驟可包括在實施例內(nèi)。

除非特別標(biāo)明執(zhí)行順序，否則此處描述的任何方法步驟、工藝和操作不應(yīng)理解為必須以所討論或所示的具體次序進行。還應(yīng)注意，除非另有說明，否則也可采用附加或可選的步驟。

當(dāng)部件、元件或?qū)颖恢笧椤疤幱凇薄ⅰ敖雍系健?、“連接到”或“聯(lián)接到”其他元件或?qū)由蠒r，其可直接處于、接合到、連接到或聯(lián)接到其他部件、元件或?qū)由?，也可存在插入元件或?qū)?。相反，?dāng)元件被指為“直接處于”、“直接接合到”、“直接連接到”或“直接聯(lián)接到”其他元件或?qū)訒r，則不存在插入元件或?qū)?。?yīng)當(dāng)以類似方式理解描述元件關(guān)系的其他詞(例如，“在...之間”和“直接在...之間”，“鄰近”和“直接鄰近”等)。如此處所用，術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)的所列項目的任何組合和所有組合。

例如“在...之前”、“在...之后”、“內(nèi)部”、“外部”、“在...之下”、“在...下面”、“下”、“在...之上”、“上”等空間或時間相對性術(shù)語可用于描述如附圖中所示一個元件或特征與其他元件或特征的關(guān)系。空間或時間相對性術(shù)語可旨在涵蓋除了附圖中所描述方位之外使用或操作中的設(shè)備或系統(tǒng)的各種方位。

在整個公開中，數(shù)值表示近似測量或?qū)Ψ秶南拗?，從而包含相對于給定值的微小偏離，以及具有大約為所涉及值或精確為所涉及值的實施例的微小偏離。本說明書中所有參數(shù)數(shù)值(例如，質(zhì)量或條件參數(shù))(包括所附權(quán)利要求書)應(yīng)被理解為在一切情況下被術(shù)語“大約”所修飾，不論“大約”是否出現(xiàn)在數(shù)值前。“大約”表示所陳述的數(shù)值允許微小偏差(其程度上近似該數(shù)值；大約或相當(dāng)?shù)亟咏鼣?shù)值；幾乎)。如果“大約”所提供的偏差在本領(lǐng)域中不作通常意義的另外理解，則此處所用的“大約”至少表示可能在測量或使用這些參數(shù)的常規(guī)方法中產(chǎn)生的變型。

此外，范圍的公開包括所有數(shù)值以及整個范圍的進一步劃分范圍的公開，其包括范圍給出的端點和子范圍。如此處所用，除非另有說明，否則范圍包括端點，且包括所有不同值和整個范圍的進一步劃分范圍的公開。因此，例如，“從A到B”或“從約A到約B”包括A和B。

現(xiàn)在將參考附圖更詳細(xì)地描述示例性實施例。

本發(fā)明在各個方面提供了制造一種結(jié)構(gòu)的方法。如上所述，當(dāng)前制造車輛的工藝復(fù)雜、昂貴且專用于單個車輛。因此，本技術(shù)提供了用于增材制造框架、外殼、殼體或單殼車身的結(jié)構(gòu)的方法。這些增材制造方法可消除車身制造的訂制工具，并保證超輕重量結(jié)構(gòu)。對于汽車工業(yè)，增材制造方法也可減少啟動新車輛以及轉(zhuǎn)換為新車型生產(chǎn)的前置期，并提供在車輛出售地制造車身和面板的能力。本技術(shù)提供的其他優(yōu)點包括：產(chǎn)品研發(fā)周期更快，消除了制造特定車身的特定樣式的工具以及增加了制造靈活性和對客戶需求的響應(yīng)性。

本技術(shù)可用于改進各種一體化結(jié)構(gòu)的制造。如此處所示，“一體化結(jié)構(gòu)”是一種結(jié)構(gòu)，其至少一部分是經(jīng)由逐層三維打印通過增材制造而生成的。本技術(shù)的一體化結(jié)構(gòu)中，可能有一個或多個部分被移除或添加。例如，一體化結(jié)構(gòu)可為車輛的框架、殼體或單殼車身，或者是設(shè)備的外殼。應(yīng)予注意，雖然一體化結(jié)構(gòu)特別適用于汽車或其他車輛(例如，摩托車、船、拖拉機、公共汽車、房車、野營車和坦克)的部件，但是作為非限制性實例，其也可用于各種其他工業(yè)或應(yīng)用，包括航空航天部件、消費品、辦公設(shè)備和家具、工業(yè)設(shè)備和機械、農(nóng)場設(shè)備或重型機械。因此，在某些實施例中，該結(jié)構(gòu)為單片式汽車車身。如在此處所用，“單片式車身”為包括車輛框架和車身的單個一體化結(jié)構(gòu)。具有可通過現(xiàn)有技術(shù)制造的框架或單片式車身的車輛的非限制性實例包括汽車、拖拉機、公共汽車、摩托車、船、房車、野營車和坦克。具有可通過現(xiàn)有技術(shù)制造的框架的其他示例性結(jié)構(gòu)包括：例如房子、辦公室、棚屋、倉庫和設(shè)備的建筑。

本發(fā)明進一步提供用于增材制造具有面板的結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)或設(shè)備。增材制造是一種工藝，其逐層制造實體三維結(jié)構(gòu)，通常通過打印沉積工藝，或者將能量或熱量選擇性地施用于粉末起始材料以凝固、熔斷或燒結(jié)和制造實體材料層。增材制造通常同時稱為三維打印。聚合物或金屬殼可用于通過增材制造以制造實體結(jié)構(gòu)。增材制造工藝的非限制性實例包括：使用例如熱固性塑料和熱塑性塑料的聚合物進行熔融沉積成型和選擇性激光燒結(jié)；依賴于UV可固化聚合物的立體平版印刷、連續(xù)液體界面生產(chǎn)技術(shù)或其他技術(shù)；使用復(fù)合聚合物的熔融沉積成型；使用例如鋁合金、鈦合金和鋼合金的金屬的直接金屬激光燒結(jié)、電子束直接金屬熔化系統(tǒng)、吹制粉末定向能量沉積、電線直通定向能量沉積和利用“Magnet Jet”技術(shù)的液體金屬3D打印系統(tǒng)。此外，可通過單個機器將多種材料沉積到物體的不同位置。

數(shù)字三維建模系統(tǒng)可用于制造待形成結(jié)構(gòu)的數(shù)字模型。然后可通過增材制造系統(tǒng)從數(shù)字模型中形成物理結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)可包括探測結(jié)構(gòu)表面并形成結(jié)構(gòu)表面幾何形狀的三維圖的掃描儀。該系統(tǒng)還提供了在結(jié)構(gòu)表面沉積樹脂和/或纖維的多個頭部。在各個實施例中，該系統(tǒng)設(shè)置為多個設(shè)備或單個多功能設(shè)備。

如圖1和圖2所示，現(xiàn)有技術(shù)提供了一種制造一體化結(jié)構(gòu)的方法。所述一體化結(jié)構(gòu)可以是如上所述的任意結(jié)構(gòu)，作為非限制性實例包括車體。在框12中，所述方法包括生成所述結(jié)構(gòu)的殼體模板。在各種實施例中，所述殼體模板形成用于單殼殼體的模板，如本文所用的，所述殼體是外蒙皮或是能支撐載荷的殼體。示例性殼體模板30如圖2所示。在各種實施例中，所述殼體模板30具有內(nèi)表面31和外表面33并且是在逐層增材制造工藝中生成的，本文中也稱為三維打印(“3-D打印”)。在一些實施例中，經(jīng)增材制造而生成所述殼體模板30包括打印第一材料及第二材料，所述第二材料重于第一所述第一材料。所述較重的材料可以處于所述殼體模板30的某些位置，以生成預(yù)定重心。例如，當(dāng)所述殼體為車體時，低重心可有助于防止翻倒或改進操作。在其他變型中，這種對所述殼體模板30的性能的修改可包括在某些區(qū)域中生成具有較大密度的實體結(jié)構(gòu)。

所述殼體模板30可由現(xiàn)有技術(shù)中所用的任何材料制成(例如聚合物、塑料、纖維玻璃或金屬)。合適的金屬的非限制性實例包括鋁、鎂、不銹鋼及其組合。例如，通過3-D打印已經(jīng)沉積了一層或預(yù)定層數(shù)的材料后，可施加增強復(fù)合前體材料作為所述模板殼體30的一層。在某些變型中，所述增強復(fù)合前體材料是具有增強纖維的增強復(fù)合預(yù)浸料。在一些實施例中，所述材料用增強纖維來增強。所述增強材料可以是增強復(fù)合前體材料，例如預(yù)浸料。預(yù)浸料可以是具有多根纖維的材料帶或條，所述纖維分布于位于暴露層表面上的樹脂內(nèi)。所述纖維可以對齊、隨機分散或幾何狀分散成晶格結(jié)構(gòu)。定位所述帶或樹脂也可以通過3-D打印來執(zhí)行。因此，打印可以包括逐層3-D打印所述模板殼體30，并三維打印增強晶格結(jié)構(gòu)作為至少一層。適用于增強所述材料的纖維的非限制性實例包括碳纖維、玻璃纖維(例如纖維玻璃或石英)、芳族聚酰胺纖維(例如對位芳族聚酰胺合成纖維和對位芳族聚酰胺合成纖維)、硼纖維、陶瓷纖維、聚酯纖維、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維及其組合。所述纖維就位后，繼續(xù)3-D打印所述模板殼體30。通過該方法，3-D打印的殼體可包括多個增強層，該增強層為模板殼體30提供附加強度。

在圖1的框14中，且如圖2所示，所述方法10包括將增強材料32任選地施加到所述整個殼體30或至少一部分所述殼體30上，例如所述外表面。參照圖3，所述增強材料32可以是配置為帶62的樹脂60，所述帶62包括增強纖維64。所述增強纖維64可包括本文所述的任何纖維。在一些實施例中，所述方法10包括在預(yù)定方向的對齊短切或連續(xù)纖維，這取決于所述待涂層殼體30的位置。圖3的所述樹脂60包括位于對齊方向66的連續(xù)纖維64，位于交叉方向的纖維64或織物68，和位于任意方向70的短切纖維64。這些預(yù)定方向66，68和70用來優(yōu)化用于殼體30的強度，以滿足負(fù)載和性能要求。例如，當(dāng)將負(fù)載按照所述纖維方向施加到所述殼體30的位置時，對齊方向66的連續(xù)纖維64提供強度。至于車體殼體，連續(xù)纖維64可以用于支柱A(從車輛前發(fā)動機罩到車頂?shù)姆较?或支柱B(從車輛地板到車頂?shù)姆较?。交叉方向68或任意方向70可以用于期望負(fù)載正交施加至所述殼體30的位置。因此，這些纖維構(gòu)造提供完全可定制的結(jié)構(gòu)。在各種實施例中，所述增強材料32為如上所述的預(yù)浸料。

在框16中，所述增強材料32已經(jīng)施加至所述模板殼體30后，所述方法10包括處理所述增強材料32以生成增強型殼體34。各種實施例中，處理包括在壓力下固化或凝固所述增強材料32，其中所述壓力與當(dāng)?shù)卣婵瞻b、靜液壓、氣壓套筒或高壓釜相關(guān)聯(lián)。所得的增強型殼體34相對并未至少部分涂覆增強材料32的殼體30而言強度有所增加。然而，在一些實施例中，所述模板殼體30具有足夠的強度，使得在圖1的框14和16中不必涂覆及處理所述增強材料32。

在框18中，所述方法10包括從所述模板殼體30或增強型殼體34中在預(yù)定位置分割出至少一個具有預(yù)定形狀的面板或封閉件36。在各種實施例中，從所述模板殼體30或增強型殼體34中分割出多個面板或封閉件36，使得從所述模板殼體30或增強型殼體34中在單獨預(yù)定位置分割出多個具有單獨預(yù)定形狀的面板或封閉件36。分割是通過本領(lǐng)域已知的例如切割、雕刻、鋸切、切片、剪斷、熔化、刻蝕或其組合的任何方法進行的。分割后，所述方法10包括將面板或封閉件36從所述模板殼體30或增強型殼體34中移除。當(dāng)所述模板殼體30為車體時，所述面板或封閉件36為選自由以下項所組成的群組種的車輛部件：門、后背箱蓋、發(fā)動機罩、后艙門、加油蓋、電插座門、進風(fēng)口及其組合。通過將面板或封閉件36從所述模板殼體30或增強型殼體34中移除露出開口38(或當(dāng)移除一個以上的面板或封閉件36時，露出多個開口38)。在一些實施例中，也從所述面板或封閉件36中分割和移除預(yù)定形狀，其在所述面板或封閉件36上露出開口40。如下面更詳細(xì)的討論，可將面板或封閉件36于其被移除的開口38處組裝或聯(lián)接(例如用鉸鏈)到所述模板殼體30或增強型殼體34上。在各種實施例中，至少一個開口38將允許另一組件(例如汽車的擋風(fēng)玻璃或窗戶)組裝到所述模板殼體30或增強型殼體34上。在一些實施例中，對所述模板殼體30或增強型殼體34進行修飾以接納其他組件，例如鎖、致動器、電機、鉸鏈、開關(guān)、信息娛樂系統(tǒng)、揚聲器、座椅、天線、旋鈕、前照燈、尾燈、格柵/散熱器通風(fēng)設(shè)備、剎車通風(fēng)設(shè)備、發(fā)動機罩進風(fēng)口、采光頂、天窗和/或例如車輪、輪軸和/或懸架系統(tǒng)的底盤系統(tǒng)部件。

如從所述模板殼體30或增強型殼體34分割出來的所述面板或封閉件36，材料必須從所述面板或封閉件36和/或所述模板殼體30或增強型殼體34中移除。因此，所述開口38大于在其位置處從所述模板殼體30或增強型殼體34移除的所述面板或封閉件36。相應(yīng)地，在框20中，所述方法10包括可選地修飾位于所述開口38的位置處的所述模板殼體30或增強型殼體34和所述面板或封閉件36中的至少一個。在各種實施例中，修飾包括在所述模板殼體30或增強型殼體34的邊緣上3-D打印至少一層材料，其中當(dāng)所述面板或封閉件36被移除時，所述邊緣露出。在其他實施例中，修飾包括在所述面板或封閉件36的邊緣上3-D打印至少一層材料，其中當(dāng)所述面板或封閉件36從所述模板殼體30或增強型殼體34中被移除時，所述邊緣露出。此外，通過所述開口40露出的面板或封閉件36的邊緣可以以相似的方式進行修飾，例如調(diào)整所述開口40的尺寸，使得窗戶或進風(fēng)口可以配置成覆蓋所述開口40。

在一些實施例中，所述方法10包括掃描所述模板殼體30或增強型殼體34以確定：在將要配置所述面板或封閉件36的位置處，所述模板殼體30或增強型殼體34外表面的表面偏差是否大于標(biāo)稱表面偏差。如本文所用的，“標(biāo)稱表面偏差”是指結(jié)構(gòu)外表面的偏差，該結(jié)構(gòu)外表面的偏差不影響在所述標(biāo)稱表面偏差位置處面板粘附到結(jié)構(gòu)的能力。因此，當(dāng)所述模板殼體30或增強型殼體34的表面偏差大于標(biāo)稱表面偏差時，例如坑、凹槽、凹坑或弧坑，如果所述標(biāo)稱表面偏差不存在或經(jīng)過校正，那么配置在表面偏差大于標(biāo)稱表面偏差位置處的面板或封閉件36將不會粘附到所述模板殼體30或增強型殼體34上。類似地，當(dāng)所述模板殼體30或增強型殼體34的表面偏差大于標(biāo)稱表面偏差時，例如小丘，尖峰或隆起，配置在表面偏差大于標(biāo)稱表面偏差位置處的面板或封閉件36將不會在正確的方向粘附到所述模板殼體30或增強型殼體34上。此外，所述方法10可包括掃描所述模板殼體30或增強型殼體34以確定將多少材料3-D打印到如上所述的面板或封閉件36的邊緣上。因此，掃描所述模板殼體30或增強型殼體34提供所述殼體30或增強型殼體34的外表面的三維地圖。換言之，掃描提供了有關(guān)所述模板殼體30或增強型殼體34的外表面的表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的信息。通過掃描獲得的信息被傳遞給3-D打印機，其能打印所述面板或封閉件36表面的三維接合特征，在所述面板或封閉件36將被配置位置處，面板或封閉件36與表面偏差和/或模板殼體30或增強型殼體34接觸。所述三維接合特征與所述模板殼體30或增強型殼體34的外表面互補并使其對齊接觸、接合或嵌套在所述模板殼體30或增強型殼體34的外表面上。

在框22中，所述方法10還包括加工所述模板殼體30、增強型殼體34和/或面板或封閉件36。例如，在執(zhí)行所述方法10的任何時刻，所述方法包括圍繞所述模板殼體30或增強型殼體34的內(nèi)表面3-D打印例如管框架或空間框架的框架結(jié)構(gòu)，以生成車輛的單片式汽車車身。在各種實施例中，所述框架結(jié)構(gòu)包括用于接收座椅、控制臺、面板、儀表面板、儀表板或其他汽車特征的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。此外，在一些實施例中，進一步加工包括將電線和/或觸頭直接3-D打印在所述模板殼體30、增強型殼體34和/或具有例如銀焊料的導(dǎo)電材料的面板或封閉件36上。在一些實施例中，進一步加工還包括將底漆，涂料和/或透明涂層施加到所述模板殼體30、增強型殼體34和/或面板或封閉件36中至少一種上。

在各種實施例中，進一步加工包括修飾面板或封閉件36和/或所述模板殼體30或增強型殼體中的至少一種，以接收至少一種組件，其選自由以下項組成的群組：擋風(fēng)玻璃、窗戶、鎖、致動器、電機、鉸鏈、開關(guān)、信息娛樂系統(tǒng)、揚聲器、座椅、天線、旋鈕、前照燈、尾燈、格柵/散熱器通風(fēng)設(shè)備、剎車通風(fēng)設(shè)備、發(fā)動機罩進風(fēng)口、采光頂、天窗、底盤系統(tǒng)部件和多種部件及其組合。進一步加工還可以包括通過用組件來修飾所述面板或封閉件36的一部分來制備至少一個作為門的面板或封閉件36，所述組件選自由以下項所組成的群組：窗戶、鎖、致動器、電機、鉸鏈、開關(guān)、旋鈕及其組合。在所述面板或封閉件36修飾成門后，所述方法10可以包括將所述面板或封閉件36聯(lián)接到所述模板殼體30或增強型殼體34上，以使所述面板或封閉件36在其被移除的預(yù)定位置可操作以打開或關(guān)閉。在實施例中，多個面板或封閉件36被分割和移除，聯(lián)接包括在對應(yīng)的單獨預(yù)定位置處將所述面板或封閉件36聯(lián)接到所述模板殼體30或增強型殼體34上。相似地，面板或封閉件36可在其被移除的位置被修飾并聯(lián)接到所述模板殼體30或增強型殼體34。換言之，在結(jié)構(gòu)為車體的實施例中，多個面板或封閉件36在其被移除的位置處被聯(lián)接到所述模板殼體30或增強型殼體34中以形成車部件，其選自由以下項所組成的群組：門、后備箱蓋、發(fā)動機罩、后艙門、加油蓋、電插座門、進風(fēng)口及其組合。每個此種面板均通過使面板相對所述模板殼體30或增強型殼體34移動(例如擺動)的至少一個鉸鏈或其他硬件聯(lián)接到所述模板殼體30或增強型殼體34。

參見圖4，本技術(shù)還提供了一種用于生成增強材料的裝置或系統(tǒng)150。所述裝置150包括外殼152。外殼152內(nèi)是軌道系統(tǒng)154。所述裝置150還包括用于以預(yù)定形狀沉積樹脂158的打印頭156及將纖維沉積到該樹脂158上的纖維頭160。所述軌道系統(tǒng)154三維獨立地移動所述打印頭156和所述纖維頭160。在各種實施例中，所述裝置150包括至少一個打印頭156和/或至少一個纖維頭160。例如，圖6的所述裝置150包括一個打印頭156和三個纖維頭。

在一些實施例中，所述裝置150還包括可選的掃描系統(tǒng)162，其包括立體視覺傳感器和至少一個相機。所述掃描系統(tǒng)162生成結(jié)構(gòu)表面的三維地圖。因此，所述裝置150用于掃描結(jié)構(gòu)，生成該結(jié)構(gòu)表面的地圖并生成用于涂覆到該結(jié)構(gòu)的增強材料。

所述裝置150生成包括增強材料的定制樹脂。相應(yīng)地，所述裝置150可用于生成本文所述增強材料，例如參見圖3所描述的增強材料32。在各種實施例中，所述裝置150包括多個打印頭156。因此，所述裝置150可用于執(zhí)行本文所述的方法。例如，所述裝置150可用于掃描殼體，打印具有三維接合特征的面板，生成增強材料并用所述強材料涂覆所述殼體和/或面板。

參考圖5至圖10，本技術(shù)還提供了一種用于制造一體化結(jié)構(gòu)202的串行工藝200。一體化結(jié)構(gòu)202可以是如上所述的任何結(jié)構(gòu)。串行工藝200，例如可用于執(zhí)行圖1中的方法10。串行工藝200包括操作第一打印裝置210(在圖6中更詳細(xì)地示出)以通過3-D打印技術(shù)生成具有內(nèi)表面213和外表面215的模板殼體212。第一打印裝置210包括軌道系統(tǒng)214，其可操作以在三維空間中移動打印頭216。在各個實施例中，第一打印裝置210包括至少一個打印頭216，即，多個打印頭216。當(dāng)軌道系統(tǒng)214移動時，打印頭216沉積一種材料，從而形成模板殼體212。如上所述，該模板殼體212可以是車輛單片式車身或單殼結(jié)構(gòu)。

除非將該模板殼體212打印成具有足夠強度，否則串行工藝200包括操作第一涂覆裝置220(在圖7中更詳細(xì)地示出)，用以將增強材料222施加至模板殼體212以形成增強型殼體224。在各個實施例中，將增強材料222施加至模板殼體212包括：用增強材料222涂覆該模板殼體212的至少一部分，例如外表面215。第一涂覆裝置220包括：軌道系統(tǒng)226，其可操作以在三維空間中移動至少一個打印頭228；至少一個機器臂230，其可操作以在三維空間中移動至少一個打印頭228；或具有該軌道系統(tǒng)226與該至少一個機器臂230二者。如圖7所示，第一涂覆裝置220包括軌道系統(tǒng)226與機器臂230二者，并且進一步包括三個打印頭228。該第一涂覆裝置220還包括多軸構(gòu)建平臺或載物臺232，模板殼體212位于其上。載物臺232可操作以在三維空間中滑動和傾斜，從而使其上設(shè)置的模板殼體212相對于打印頭228定位。因此，軌道系統(tǒng)226和機器臂230可以使這些打印頭228相對于該模板殼體212定位，從而使打印頭在該模板殼體212周圍沉積增強材料以形成增強型殼體224。在某些實施例中，至少一個打印頭228在該殼體112周圍沉積樹脂234并且至少一個打印頭228在該樹脂上沉積多根纖維236從而在該模板殼體212上生成增強材料222。如以上所討論的，可根據(jù)模板殼體212上沉積增強材料222的位置，將所述多根纖維236以預(yù)定取向沉積在樹脂234上。此外，所述多根纖維236可以包括此處所述的任何纖維。

在模板殼體212或增強型殼體224形成之后，串行工藝200包括：操作分割裝置240(在圖8中更詳細(xì)地示出)用于在預(yù)定位置處以預(yù)定形狀從該模板殼體212或增強型殼體224上分割出至少一個面板或封蓋242。分割裝置240包括可操作以在三維空間中移動至少一個機器臂246的軌道系統(tǒng)244、在三維空間中的至少一個機器臂246或者既包括可操作以移動至少一個機器臂246的軌道系統(tǒng)又包括該至少一個機器臂246。機器臂246可操作以在三維空間中相對于模板殼體212或增強型殼體224移動至少一個分割元件248。如上所述，切割元件248通過切割、雕刻、鋸、切分、剪、熔融、蝕刻或其組合來分割該模板殼體212或增強型殼體224。軌道系統(tǒng)244和機器臂246使該分割元件248相對于該模板殼體212或增強型殼體224移動，從而從該模板殼體212或增強型殼體224中分割至少一個板或封蓋242。在某些實施例中，分割元件248是高功率的激光器，其能夠從該模板殼體212或增強型殼體224熔融出板或封蓋242。

串行工藝200還包括操作用于掃描模板殼體212或增強型殼體224的掃描裝置250(在圖9中更詳細(xì)地示出)以確定在將要設(shè)置板或封蓋242的位置處，該模板殼體212或該增強型殼體224外表面的表面偏差是否大于標(biāo)稱表面偏差。還可以執(zhí)行掃面以確定將多少材料3-D打印到如上所述的板或封蓋242的邊緣處。掃描裝置250包括軌道裝置252，其可操作以使至少一個掃描儀254在三維空間中相對于該模板殼體212或增強型殼體224移動從而探測殼體212或增強型殼體224的表面并生成其表面形狀的三維圖。該掃描儀254包括至少一個傳感器和可選的至少一個相機。傳感器的非限定性實例包括立體視覺傳感器、使用點激光或線激光的激光三角測量傳感器或機械接觸探針傳感器，例如，坐標(biāo)測量儀(CMM)。將該傳感器配置成捕捉三維點云數(shù)據(jù)，以生成三維圖。

掃描之后，串行工藝200包括操作第二打印裝置260(在圖10中更詳細(xì)地示出)以便在將要設(shè)置板或封蓋242的位置處用接合表面來改進模板殼體212或增強型殼體224的表面。尤其是，數(shù)據(jù)傳輸模塊或裝置258將數(shù)據(jù)從掃描裝置250傳輸至第二打印裝置260，從而使打印到該模板殼體212、增強型殼體224、或板或封蓋242的表面提供接合表面，該接合表面與增強型殼體224的表面偏差互補。如圖10所示，在板或封蓋242上打印表面262以增加該板或封蓋242的尺寸，從而使該板或封蓋242以預(yù)定方式裝配在模板殼體212或增強型殼體224的開口中。第二打印裝置260包括軌道系統(tǒng)264，其可操作以在三維空間中移動至少一個打印頭266從而打印該接合表面。在各個實施例中，第二打印裝置260可以容納多個板或封蓋242并且在該多個預(yù)先成形的板或封蓋242上打印表面262。在某些實施例中，第二打印裝置260和第一打印裝置210是同一裝置。

在操作該第二打印裝置260之后，將這些板或封蓋242聯(lián)接到模板殼體212或增強型殼體224(例如，舉例而言用鉸鏈)和/或如上所述進行進一步加工。

在串行工藝200中，所述的裝置210、220、240、250、260的不同部件可以組合成多功能裝置。這些多功能裝置比集合裝置210、220、240、250、260占用的空間更小，并且其生成結(jié)構(gòu)的時間比具有單獨的裝置210、220、240、250、260的結(jié)構(gòu)的制作時間更短。在下文中針對用于制造板結(jié)構(gòu)的并行工藝更詳細(xì)地描述了這些多功能裝置。然而，應(yīng)理解的是，在單個裝置中可以采用這些裝置的任何組合，因此以下描述是非限制性的。

參照圖11至12，本技術(shù)還提供了一種用于制造結(jié)構(gòu)302的并行工藝，或“一體化”工藝300。并行工藝300例如可用于執(zhí)行圖1中的方法10。并行工藝300包括操作第一制造裝置310(在圖12中更詳細(xì)地示出)用以生成具有內(nèi)表面和外表面的增強型殼體312。第一制造裝置310包括軌道系統(tǒng)314，其可操作以在三維空間中移動打印頭316。在各個實施例中，第一打印裝置310包括至少一個打印頭316或多個打印頭316。當(dāng)軌道系統(tǒng)314移動時，打印頭316沉積材料，從而形成一個殼體318。如上所述，殼體318可以是車體，例如，單片或單殼結(jié)構(gòu)。

第一制造裝置310還包括：至少一個與軌道系統(tǒng)324相連接的涂覆打印頭320，該軌道系統(tǒng)能夠在三維空間中移動該涂覆打印頭320；至少一個機器臂322，其可操作以在三維空間中移動至少一個涂覆打印頭320；或既包括與軌道系統(tǒng)314相連接的涂覆打印頭320又包括與機器臂322相連接的涂覆打印頭320。該涂覆打印頭320用增強材料324涂覆殼體318的至少一部分(例如，外表面)以形成增強型殼體312。然而，應(yīng)理解的是，如果將殼體318打印成具有足夠強度，則不需用增強材料324涂覆該殼體318。

第一制造裝置310還包括多軸構(gòu)建平臺或載物臺326，殼體318被打印或定位在其上。載物臺326可操作以在三維空間中滑動和傾斜從而使其上設(shè)置的殼體318相對于涂覆打印頭320定位。因此，軌道系統(tǒng)314和機器臂322可以使這些打印頭320相對于殼體318定位，從而使該涂覆打印頭320在殼體318周圍沉積增強材料324以形成增強型殼體312。在某些實施例中，至少一個涂覆打印頭320在該殼體318周圍沉積樹脂328并且至少一個打印頭320在該樹脂328上沉積多根纖維330從而在該殼體318上生成增強材料324。如以上所討論的，可根據(jù)殼體312上沉積增強材料324的位置，將所述多根纖維330以預(yù)定取向沉積在樹脂328上。此外，所述多根纖維330可以包括此處所述的任何纖維。

第一制造裝置310還包括至少一個分割元件332用于在預(yù)定位置處以預(yù)定形狀從殼體318或增強型殼體312上分割出至少一個面板或封蓋334。分割元件332與軌道系統(tǒng)314相連接，該軌道系統(tǒng)可操作以在三維空間中移動至少一個機器臂336，在三維空間中的至少一個機器臂336，或者可操作以移動至少一個機器臂336的該軌道系統(tǒng)314和至少一個機器臂336。機器臂336可操作以在三維空間中相對于殼體318或增強型殼體312移動至少一個分割元件332。如上所述，切割元件332通過切割、雕刻、鋸、切分、剪、熔融、蝕刻或其組合來分割該殼體318或增強型殼體312。軌道系統(tǒng)314和機器臂336使該分割元件332相對于殼體318或增強型殼體312移動，從而從該殼體318或增強型殼體312分割至少一個板或封蓋334。在某些實施例中，分割元件332是高功率的激光器，其能夠從殼體318或增強型殼體312熔融出板或封蓋334。

第一制造裝置310還可以包括至少一個用于掃描殼體318、增強型殼體312或板或封蓋334的掃描儀，以確定在將要設(shè)置板或封蓋的位置處，該殼體318或該增強型殼體312外表面的表面偏差是否大于標(biāo)稱表面偏差。該至少一個掃描儀338與軌道系統(tǒng)314相連接，該軌道系統(tǒng)可操作以使該至少一個掃描儀338在三維空間中相對于殼體318或增強型殼體312移動從而探測殼體318或增強型殼體312的表面并生成其表面幾何形狀的三維圖。該掃描儀338包括至少一個傳感器和可選的至少一個相機。傳感器的非限定性實例包括立體視覺傳感器、使用點激光或線激光的激光三角測量傳感器或機械接觸探針傳感器，例如，坐標(biāo)測量儀(CMM)。將該傳感器配置成捕捉三維點云數(shù)據(jù)用以生成三維圖。

掃描之后，并行工藝300包括操作第二制造裝置350以便在將要設(shè)置板或封蓋334的位置處用接合表面來改進殼體318或增強型殼體312的表面。尤其是，數(shù)據(jù)傳輸模塊或裝置340將數(shù)據(jù)從掃描儀338傳輸至第二制造裝置350，從而使打印到殼體318、增強型殼體312、或板或封蓋334上的表面提供接合表面，其與該殼體318或增強型殼體312的表面偏差互補。如圖11所示，在板或封蓋334上打印表面352以增加該板或封蓋334的尺寸，從而使其將以預(yù)定方式裝配在殼體318或增強型殼體312的開口中。第二制造裝置350包括軌道系統(tǒng)354，其可操作以在三維空間中移動至少一個打印頭356從而打印該接合表面。在各個實施例中，第二制造裝置350可以容納多個板或封蓋334并且在多個預(yù)先成形的板或封蓋334上打印表面352。在某些實施例中，第二制造裝置350和第一制造裝置310是同一裝置。

在操作該第二制造裝置350之后，將這些板或封蓋334聯(lián)接到殼體318或增強型殼體312(例如，用一條鉸鏈)和/或如上所述進行進一步加工。

為了說明和描述的目的，已經(jīng)提供了實施例的前述說明。其并不意圖窮舉或限制本發(fā)明。特定實施例的單個元件或特征通常不限于該特定實施例，但是，在適用的場合，是可互換的并且可用于選定的實施例中，即使沒有具體地示出或描述。同樣可以以多種方式進行改變。這樣的變型不能視為脫離了本發(fā)明，且所有這樣的改進都應(yīng)認(rèn)為被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。