使用可再配置uv源安裝元件制造彎曲夾層結構的方法
【專利摘要】一種用于制造包括微桁架結構的彎曲的車輛沖擊夾層梁的方法。該方法包括將模具定位成與彎曲的底部面板接觸使得所述模具和所述底部面板限定儲存器。所述儲存器填充有液體感光性聚合體樹脂且掩模定位在所述儲存器上。一組UV光源相對于所述掩模設置在安裝構件上且所述安裝構件被撓曲以符合所述底部面板的形狀。來自UV源的光通過所述掩模中的孔照射以在所述儲存器中固化并形成聚合撐條以限定形成至面板的微桁架結構。
【專利說明】
使用可再配置UV源安裝元件制造彎曲夾層結構的方法
技術領域
[0001]本發(fā)明大體涉及用于制造彎曲的微桁架夾層結構的方法，以及更確切地指使用UV光源設在其上的可再配置安裝元件來制造彎曲的微桁架夾層結構的方法。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)代車輛裝備有大量的沖擊梁，其提供結構完整性來對抗與其它物體(例如其它車輛)的碰撞和沖擊。更確切地，沖擊梁傳統(tǒng)地使用在車輛設計中來在車輛碰撞情形中通過形變吸收能量和將應用的動態(tài)負荷分配至車輛上的其它能量吸收子系統(tǒng)來保護擁有者防止前面的、側(cè)面的和/或后面的沖擊。例如，已知在車輛上的前部能量管理或減震器組件，后部能量管理或減震器組件以及側(cè)面沖擊組件中提供沖擊梁。在車輛的前部和后部處的沖擊梁通常稱作緩沖梁，以及在車輛側(cè)面上的沖擊梁有時稱作防入侵條。在所有情形中，需要提供具有輕質(zhì)量、大的彎曲剛度和強度以及每單位質(zhì)量具有大的能量吸收的沖擊梁。輕質(zhì)需求由于燃料經(jīng)濟標準和沖擊梁位于非?？拷曳浅＿h離車輛的質(zhì)量中心兩者的事實來預計到。如果梁是來免于低速碰撞沒有損壞，且在貫穿高速沖擊事件的持續(xù)期間傳遞沖擊負荷，則最大化彎曲剛度和強度是必需的。此外，高水平的能量吸收轉(zhuǎn)化成至車輛的擁有者的減小的負荷傳遞，由此增加安全性。
[0003]在一已知的車輛前部能量管理系統(tǒng)中，沖擊梁由頂部和底部面板與內(nèi)部結構芯結合構成用于以輕質(zhì)和成本有效的方式提供高能量沖擊阻力。典型地，用于此類系統(tǒng)的沖擊梁包括擠出的、乳制成型等的鋁、鋼、碳纖維等層。堅硬的能量吸收層可以成型在大體具有外部筋膜裝飾板的形狀的沖擊梁上。然后柔軟的能量吸收層成型在堅硬的能量吸收層上，且然后在柔軟的能量吸收層上方提供前部筋膜板。堅硬的能量吸收層與柔軟的能量吸收層的結合提供了沖擊梁與前部筋膜板之間的過渡，以便于允許系統(tǒng)與前部筋膜板的所需形狀一致，該前部筋膜板可具有由于車輛式樣所需要的大角度和形狀。堅硬的能量吸收層和柔軟的能量吸收層也提供筋膜板和沖擊梁之間的過渡以有效地吸收低速沖擊而不顯著危及系統(tǒng)完整性。
[0004]在本領域中提供具有夾層結構的車輛沖擊梁是已知的。這些現(xiàn)有技術的沖擊梁能夠大體歸類成三種設計，即:以聚合體或金屬泡沫完全或局部增強的中空梁，以蜂巢式蜂窩芯增強的單側(cè)或雙側(cè)面板以及成型的復合材料沖擊梁。對于以輕質(zhì)泡沫芯完全或者局部增強的中空金屬或聚合體基質(zhì)復合材料管結構，使用于芯的材料能夠是連結、機械附接或者過盈配合至管結構中的金屬或者聚合體泡沫。芯的目的是來承載夾層結構中的剪切負荷，且在低速或高速沖擊情形中吸收能量，其根據(jù)泡沫的密度和組成而具有區(qū)別。使用蜂巢或蜂巢式布置的蜂窩芯來提供對于一個或兩個扁平面板的增強具有開放側(cè)夾層設計，以及具有從沖擊梁的前面向后朝車輛的乘客艙延伸的蜂巢、離散硬化的或者酒板條箱的結構。如果第二面板未包括在芯和乘客艙之間，則芯材料必須是相對密實的，因為其提供大多數(shù)的彎曲剛度給鄰近剪切負荷傳遞的結構。
[0005]對于連續(xù)的或者不連續(xù)的纖維增強聚合體基質(zhì)復合材料沖擊梁，基質(zhì)材料可以是經(jīng)由樹脂傳遞模塑、壓縮模塑、吹塑或其它相似制造工藝注入的熱塑性或者熱固性聚合體。
[0006]在本領域中還已知來制造包括單個桁架或格子架構(后文中等同地稱作微桁架或者微型格)的三維網(wǎng)狀的感光性聚合體波導。例如，美國專利號7，653，279和7，382，959公開了用于制造此類微桁架結構的工藝。大體上，該工藝包括提供填充以一定體積的可固化單體的儲存器或模具且覆蓋以包括按策略定位的孔的掩模。UV光源相對于掩模被定位且暴露至穿過掩?？椎钠叫蠻V光形成一組相互連接的自傳播感光性聚合體波導(此文中稱作撐條(strut))以形成桁架或者格子架構。當感光性聚合體波導成型時，儲存器中未暴露至UV光的未聚合的單體被清空。然后微桁架結構可經(jīng)歷后固化操作來增加感光性聚合體波導中的交聯(lián)密度。此后固化可以通過熱固化、額外的暴露至UV光以及等效方法或其的結合來完成。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本公開內(nèi)容描述了用于制造包括微桁架結構的彎曲夾層梁的工藝。該方法包括將模具定位成與彎曲底部面板接觸使得模具和底部面板限定儲存器。儲存器填充液體感光性聚合體樹脂且掩模定位在儲存器上。一組UV光源相對于掩模設置在安裝構件上且安裝構件彎曲以符合底部面板的形狀。來自UV源的光通過在掩模中的孔照射以在儲存器中固化和形成聚合撐條來限定形成至面板的微桁架結構。
[0008]結合附圖，本發(fā)明的額外技術特征從以下描述和所附權利要求將變得顯而易見的。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的實施例，其還存在以下技術方案:
1.一種用于制造微桁架夾層結構的方法，所述方法包括:
提供底部面板；
將模具定位成與所述底部面板接觸使得所述模具和所述底部面板限定儲存器；
以液體感光性聚合體樹脂填充所述儲存器；
相對于所述模具定位包括紫外線(UV)透明區(qū)域和UV不透明區(qū)域的掩模；
將安裝構件定位成離所述掩模預定距離，包括一個或更多個光學元件的所述安裝構件提供紫外線(UV)光；以及
從所述一個或更多個光學元件照射光到所述掩模上，使得UV光通過所述UV透明區(qū)域照射進入聚合體，以便于固化所述聚合體且形成固定到所述底部面板的微桁架結構。
[0010]2.如技術方案I所述的方法，其中，提供底部面板包括提供扁平的底部面板，定位掩模包括將所述掩模定位在扁平構型中以及定位安裝構件包括將安裝構件定位在扁平構型中。
[0011]3.如技術方案I所述的方法，其中，提供底部面板包括提供彎曲的底部面板，定位掩模包括將所述掩模定位在彎曲構型中，以及定位安裝構件包括定位可再配置安裝構件和配置幾何形狀且將所述可再配置安裝構件定位在彎曲構型中，使得所述微桁架結構以彎曲形式在面板上成型。
[0012]4.如技術方案I所述的方法，其中，提供底部面板包括提供彎曲的底部面板，定位掩模包括將掩模定位在彎曲構型中，以及定位安裝構件包括將所述安裝構件定位在扁平構型中。
[0013]5.如技術方案4所述的方法，其進一步包括定位在所述安裝元件和所述掩模之間的透鏡或反射鏡陣列，所述透鏡或反射鏡陣列將來自所述一個或更多個光學元件的所述UV光重新引導至所述掩模。
[0014]6.如技術方案I所述的方法，其中，所述安裝構件是軌道且至少一個光學元件安裝臺車上，所述臺車可在軌道上移動。
[0015]7.如技術方案6所述的方法，其中，提供底部面板包括提供彎曲的底部面板，定位掩模包括將所述掩模定位在彎曲構型中，以及定位安裝構件包括將所述安裝構件定位在彎曲構型中，使得所述微桁架結構以彎曲形式在面板上成型。
[0016]8.如技術方案I所述的方法，其中，所述一個或更多個光學元件包括定位在所述可再配置安裝元件上的多個間隔開的LED。
[0017]9.如技術方案I所述的方法，其中，所述一個或更多個光學元件包括一個或更多個透鏡、棱鏡和反射鏡。
[0018]10.如技術方案I所述的方法，其中，所述底部面板選自包括下列的組:鋁、鋁合金、碳纖維、金屬、熱塑性聚合體和玻璃纖維。
[0019]11.如技術方案I所述的方法，其中，所述彎曲微桁架夾層結構是車輛結構。
[0020]12.如技術方案11所述的方法，其中，所述車輛結構是沖擊梁。
[0021]13.一種制造用于車輛的彎曲微桁架夾層結構的方法，所述方法包括:
提供彎曲的底部面板；
將模具定位成與所述底部面板接觸使得所述模具和所述底部面板限定儲存器；
以液體感光性聚合體樹脂填充所述儲存器；
相對于所述模具定位包括紫外線(UV)透明區(qū)域和UV不透明區(qū)域的彎曲的掩模；將可再配置安裝構件定位成離彎曲構型中的所述掩模預定距離，所述可再配置安裝構件包括多個間隔開的紫外線(UV)光源；以及
從所述光源照射光到所述掩模上使得UV光通過所述UV透明區(qū)域照射進入所述聚合體，以便于固化所述聚合體且形成固定到所述底部面板的微桁架結構。
[0022]14.如技術方案13所述的方法，其中，所述可再配置安裝構件是軌道且至少一個光學元件安裝在臺車上，所述臺車可在軌道上移動。
[0023]15.如技術方案13所述的方法，其中，所述UV光源是LED。
[0024]16.如技術方案13所述的方法，其中，所述底部面板選自包括下列的組:鋁、鋁合金、碳纖維、金屬、熱塑性聚合體和玻璃纖維。
[0025]17.一種用于制造微桁架夾層結構的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
用于提供底部面板的裝置；
用于將模具定位成與所述底部面板接觸使得所述模具和所述底部面板限定儲存器的裝置；
用于以液體感光性聚合體樹脂填充所述儲存器的裝置；
用于相對于所述模具定位包括紫外線(UV)透明區(qū)域和UV不透明區(qū)域的掩模的裝置；用于離所述掩模預定距離地定位和配置安裝構件的幾何形狀的裝置，所述安裝構件包括提供紫外線(UV)光的一個或更多個光學元件；以及
用于從所述一個或更多個光學元件照射光到所述掩模上使得UV光通過所述UV透明區(qū)域照射進入所述聚合體以固化所述聚合體且形成固定到所述底部面板的微桁架結構的裝置。
[0026]18.如技術方案17所述的系統(tǒng)，其中，用于提供底部面板的所述裝置提供扁平的底部面板，用于定位掩模的所述裝置將所述掩模定位在扁平構型中，以及用于定位和配置安裝構件的所述幾何形狀的裝置將所述安裝構件定位和重塑在扁平構型中。
[0027]19.如技術方案17所述的系統(tǒng)，其中，用于提供底部面板的所述裝置提供彎曲的底部面板，用于定位掩模的所述裝置將所述掩模定位在彎曲構型中，以及用于定位和配置安裝構件的所述幾何形狀的裝置將所述安裝構件定位和重塑在彎曲構型中，使得所述微桁架結構以彎曲形式在面板上成型。
[0028]20.如技術方案17所述的系統(tǒng)，其中，用于提供底部面板的所述裝置提供彎曲的底部面板，用于定位掩模的所述裝置將所述掩模定位在彎曲構型中，以及用于定位安裝構件的裝置將所述安裝構件定位在扁平構型中。
【附圖說明】
[0029]圖1-4顯示用于具有微桁架芯的彎曲夾層板的一組制造步驟；
圖5是包括閉合側(cè)的微桁架結構梁的截面類型視圖；
圖6-10顯示用于具有微桁架芯的彎曲夾層板的一組制造步驟；
圖11是包括安裝元件的微桁架制造工藝的圖示；
圖12是顯示安裝元件在撓曲狀態(tài)中的微桁架制造工藝的圖示；
圖13是顯示UV源在固定至彎曲的安裝元件的臺車上的微桁架制造工藝的圖示，該安裝元件可以是固定的或者可再配置的；
圖14是帶有臺車在彎曲的安裝元件上的微桁架制造工藝的圖示；
圖15是顯示直的安裝元件和在彎曲構型中的掩模的微桁架制造工藝的圖示；以及圖16是顯示在直的構型中的安裝元件和在彎曲構型中的掩模且?guī)в型哥R在其間的微桁架制造工藝的圖示。
【具體實施方式】
[0030]針對用于制造使用UV安裝元件的彎曲沖擊梁的技術的本發(fā)明的實施例的下列討論在本質(zhì)上僅僅是示例性的，且不以任何方式旨在來限制本發(fā)明或者其應用或使用。
[0031]如將在下面所詳細討論的，本發(fā)明提出了許多結構和相關方法用于提供帶有夾層構造并入架構的芯材料(此文中稱作微桁架結構或者微桁架芯)的梁，例如用于車輛的沖擊梁。架構的芯材料由一組重復的按次序布置的三維聚合體波導構成。雖然在車輛沖擊梁領域中已知夾層結構，但是本發(fā)明與其它設計的區(qū)別在于對于微桁架夾層芯的使用和其的成型工藝。如將討論的，帶有架構的微桁架芯的夾層結構使梁具有迄今為止使用已知方法不可能具有的能力和性能。
[0032]與可替代的隨機夾層芯材料(例如金屬或聚合體泡沫)相比，微桁架芯材料具有增加的剛度和強度，因為它使得能夠精確控制材料分布和取向。與其它高強度和高硬度芯材料(例如金屬或復合材料蜂巢)相比，微桁架芯材料能夠以低得多的成本制造。因為微桁架芯就地成型且直接連結至彎曲表面、緊固件和有角度表面上，其省去了昂貴的對于與蜂巢芯相關的二次加工和多階段連結操作的需要。微桁架制造工藝使得能夠使用單一材料來進行功能分級和在整個三維方向上進行芯的物理和機械性質(zhì)的空間控制，這是使用在芯中不同位置處具有均一的物理和機械性質(zhì)的所有其它夾層芯形式不可能實現(xiàn)的。在梁中，能夠使用功能分級來在梁的局部區(qū)域(例如附接點、梁中間跨接點或可能具有沖擊負荷的位置)中提供增強的結構支撐。聚合體微桁架芯材料能夠集成至包含鋁、鋼或碳纖維增強聚合體面板或者其的任意結合的夾層設計中，而沒有對于抗腐蝕裝置或涂層的需要。但是這并不適合于例如鋁蜂巢或泡沫的芯材料，因為當其應用至鋼或碳纖維增強聚合體時其需要陰極保護。前梁和后梁的表面通常覆蓋以柔軟的能量吸收層來防止在低速沖擊狀況下對行人的損傷。此能量吸收材料是在梁的制造之后添加，因此增加了部件計數(shù)和制造復雜性。相比之下，能夠使用同一個微桁架工藝通過改變每層中的感光性聚合體波導的厚度、取向、密度和化學組分來形成柔軟的能量吸收層和堅硬的能量吸收層兩者。在夾層構造的制造期間在梁的外側(cè)上形成完整的能量吸收層節(jié)省了時間、成本且減小了相關的部件計數(shù)。
[0033]夾層構造(尤其是一種帶有微桁架芯的)的使用還打開了對于梁來形成對于單獨的纖維增強聚合體復合材料使用整體式金屬無法制造的幾何形狀的設計空間。夾層設計能夠通過采用金屬或復合面板材料的簡單形狀繞開對于擠出、拉擠、沖壓和層壓工藝的固有的限制，以產(chǎn)生復雜幾何形狀的夾層。
[0034]在夾層構造內(nèi)，與現(xiàn)有技術的隨機芯材料相比，微桁架芯的結構產(chǎn)生更大的剛度和強度。額外地，微桁架架構允許梁具有能被空間裁剪來滿足預期負荷狀態(tài)的性質(zhì)。使微桁架芯的性能貫穿梁功能性地分級的能力確保了結構有效性的最高水平，即材料僅放置在需要其的地方且以其需要的取向放置。此文中呈現(xiàn)的制造方法也提供對于先前的夾層梁制造方法上的顯著改進。與等同性質(zhì)的蜂巢芯相比，由于其對于并入蜂巢結構需要勞動密集型加工和多階段連結操作，微桁架的凈成形成型產(chǎn)生更低成本的結構。此外，能夠使用同一個微桁架制造工藝來集成額外的部件，例如在梁的結構中集成前部和后部能量吸收填料，由此減小了部件計數(shù)和制造時間。
[0035]梁可沿著長度方向具有非棱形截面，在此處截面可沿著長度通過改變面板的厚度、芯的厚度或者密度、芯的架構或者組分來變化，即功能分級。在本發(fā)明的一些實施例中，梁沿著一軸線具有彎曲部分，使得夾層截面的表面法向量沿著梁的長度不彼此平行。在額外的實施例中，梁可以是直的，使得所有的梁截面表面法線沿著梁的長度維度是平行的。在一個實施例中，梁的寬度維度對空氣或流體流動是密封的，使得包括梁的外表面的兩個面板形成閉合的周界。替代地，梁的截面能夠是開放的，使得頂部和底部面板不連接且僅通過架構的芯來附接。
[0036]除了形成夾層梁的芯的架構的微桁架材料，其它微桁架材料也可并入梁的頂部面板表面處以用作能量吸收填料材料。這些能量吸收桁架層僅由面板支撐在一側(cè)上，帶有面向外的表面未受約束用于稍后附接至前部筋膜。典型地，這些能量吸收桁架材料由與用于梁夾層芯相比不同的聚合體化學物質(zhì)構成，使得外部能量吸收材料比內(nèi)部結構增強的芯多幾個數(shù)量級的柔性。
[0037]在梁的設計中，可以添加機械附接件或支撐硬件特征部至梁來將其聯(lián)結至周圍的結構。特別地，微桁架芯可以直接圍繞內(nèi)部或外部帶螺紋插件成型，該帶螺紋插件提供用于穿過面板表面之一或兩者的機械附接件的位置。也可添加牽引(tow lug)裝置至夾層梁結構以提供用于牽引線附接的硬點。牽引裝置可以使用前述的緊固件集成工藝緊固至梁，或者當夾層面板之一是金屬時直接焊接至梁。
[0038]能夠使用碳纖維增強聚合體基質(zhì)復合材料來形成夾層梁的面板。然而，此處所述的微桁架制造工藝能夠采用多種不同的材料，包括不連續(xù)的碳纖維復合材料、連續(xù)的或不連續(xù)的玻璃纖維復合材料、未增強聚合體、鋁合金、結構鋼或者其的任意結合。這意味著在梁中的兩個面板可以由相同材料構成，或者其可以由不同材料構成。當確定材料選擇的關鍵性質(zhì)(例如剛度、質(zhì)量、成本、可成型性等)對于兩個面板不同時，后者的情形是非常有益的。然而，如果對于兩個面板使用不同材料，則可需要開放的截面設計來阻止兩個面板自身之間而不是與芯的電偶腐蝕或者相似材料能力問題。
[0039]在夾層梁中的微桁架芯結構由按次序布置的三維網(wǎng)狀的自傳播聚合體波導構成，其從感光性單體樹脂通過使用受控制的暴露至以穿過掩模中多個孔的特定取向的平行UV光源生成。能夠使用任何UV可固化感光性單體或者其的顯示自傳播現(xiàn)象的混合物來形成微桁架或者微格子架構?？商娲?，微桁架可使用前述的感光性聚合技術成型且然后通過電鍍或者化學鍍(electro-less plating)、反向鑄造、氣相淀積、氧化、浸漬涂布、派射或其它合適工藝來轉(zhuǎn)化或擴增入不同于初始感光性聚合體的中空或?qū)嵭牡慕饘佟⑻沾苫蚓酆象w材料。在梁制造工藝的一些實施例中，微桁架芯直接在兩個夾層面板之一上生成。然后第二面板使用應用至面板和/或微桁架的粘合劑材料連接至芯。此粘合劑可以由用于膜的連續(xù)板的單一或多部分漿體構成?？梢蕴砑宇~外的材料(例如玻璃、平紋棉麻織物、合成填充物)至粘合劑來保持連結線厚度的控制。
[0040]頂部和底部面板的制造是此文中所概述的梁的生產(chǎn)的第一步驟。在一個實施例中，這些面板由從拉擠型材生產(chǎn)的連續(xù)碳纖維增強熱固性的或者聚合體復合材料構成。除了這些實施例，面板可以由不連續(xù)的碳纖維增強、連續(xù)的或不連續(xù)的玻璃纖維增強、熱塑性聚合體基質(zhì)、未增強聚合體、金屬面板(例如鋼、鋁合金等)或者其的任意結合來生產(chǎn)。因此，可使用合適于每種材料類型的制造方法來生產(chǎn)面板，包括但不限于:熱力塑形、噴霧、注塑模制、樹脂傳遞模塑、吹塑、沖壓、鑄造、彎曲成型、乳制成型、拉伸成型、牽引等。
[0041]頂部和底部面板成型以便于獲得開放的或者閉合的夾層剖面。額外地，根據(jù)梁設計和使用來使梁成型的制造工藝的能力，每個面板可沿著梁長度具有棱形的或非棱形的截面，即拉擠面板必須是棱形的。也可應用粘合促進劑或者轉(zhuǎn)化涂層至面板與微桁架芯接觸的表面，以便于形成高強度的粘合連結。
[0042]當梁設計沿著一個或更多個軸線包含彎曲部分時，引入彎曲部分的一種方法是以扁平面板材料開始，且在微桁架芯的成型之后使其成型為最終彎曲的形狀。在此情形中，在芯的生成之前，底部面板不包含任何初始的彎曲部分。頂部面板預先成形來與微桁架芯的在其完全固化后的最終剖面匹配。在額外的實施例中，面板材料具有初始彎曲部分，即不成型為扁平的，且在微桁架制造工藝期間固定成扁平形狀，并且然后允許其在從固定裝置釋放時恢復其的彎曲形狀。
[0043]在梁制造方法中的下一個步驟是來在面板之一或兩者上直接形成微桁架芯形狀。微桁架成型工藝包括將感光性單體溶液放置在與面板之一接觸的模具中，掩蓋住模具的相對表面上的二維面積，使液體單體暴露至以特定取向穿過帶圖案的掩模的平行UV光源，且然后移除掩模、模具和過量的單體來產(chǎn)生連結至面板之一或兩者的網(wǎng)狀的三維聚合體結構。如果在夾層結構中的一個面板在使用來使微桁架成型的平行光的波長處是透明的，則整個夾層結構可通過將單體暴露至穿過透明面板的UV光源的單個操作來成型。隨后，在此實施例中，微桁架成型且連結至與單體接觸的兩個面板表面上。如果兩個面板在使用來使微桁架成型的平行光的波長處均不是透明的，則一個面板必須使用下面部分中所描述的二次工藝來附加至暴露的微桁架表面。
[0044]如果面板初始是彎曲的，則在微桁架的成型之前必須將面板之一固定在扁平構型中。相反地，如果面板初始是扁平的，則不需要額外的固定裝置。如果夾層梁包含閉合截面設計，則在梁的閉合側(cè)上不需要包含液體單體樹脂的模具，但是如果這些截面是開放的，則僅在梁的端部點處需要模具。在微桁架成型工藝期間，內(nèi)部或外部帶有螺紋的緊固件插件可以插入液體單體中來在芯中形成就位連結(bonded-1n-place)的機械附接點。
[0045]且不論梁的彎曲部分、透明度和截面性質(zhì)，在面板之一上的芯的成型之后，過量的單體樹脂、模具和帶圖案的掩模被移除。然后模具和掩模被清潔用于再次使用，且可再循環(huán)和使用未聚合樹脂來形成后來的梁的芯。然后三維網(wǎng)狀聚合體微桁架結構使用另一次暴露至UV光來被后固化，以便于使結構完全聚合且將其固定在最終構型中?？商娲兀蠊袒軌蛴脽岱椒▉硗瓿?，即以烤箱的方式或者使用IR源。在此后固化工藝之前，微桁架仍能夠經(jīng)歷形變而不引入芯中的殘余應力狀態(tài)。因此，若梁設計成帶有圍繞一個或更多個軸線的彎曲部分且面板材料以扁平形式產(chǎn)生，則在芯的后固化之前可使用固定裝置來給予面板和在面板頂部上生成的局部固化微桁架芯的結合以所需的形狀。在后固化時，該結合從固定裝置移除，且?guī)в杏捎驳摹⒑蠊袒奈㈣旒苄竞瓦B結至微桁架芯的變形(例如彈性地)的面板保持的所給予的彎曲部分。頂部面板單獨成形來與后固化構型中的微桁架芯的剖面相匹配且連結至后固化微桁架芯上。相反地，如果面板初始成型為彎曲形狀，則后固化單獨實施。
[0046]當微桁架芯后固化成其最終形狀時，且若兩個面板均不是透明的，則夾層梁的組裝是通過將頂部面板連結至微桁架芯，且若使用閉合截面設計，則還連結至底部面板。然而，在微桁架芯和底部面板之間的連結是在微桁架成型工藝期間直接形成，而在頂部面板和微桁架之間的連結需要二次操作。在一個實施例中，此二次操作涉及浸漬或滾動涂布粘合漿體的層至微桁架和底部面板的暴露的頂部表面上，且然后將頂部面板放置成與此粘合層接觸。頂部和底部面板的連結表面可具有在此組裝步驟之前涂覆的轉(zhuǎn)化涂層、底層涂料或其它粘合促進劑。在額外的實施例中，可使用其它連結或連接操作來將頂部面板附加至微桁架芯和底部面板，操作包括但不限于:熔焊、超聲波焊接、粘合膜連結、摩擦焊接、噴霧粘合連結、過盈配合、機械附接等。重要的是注意到應用至微桁架/頂部面板界面的連接方法不需要與應用至頂部面板/底部面板界面的連接方法相同。
[0047]在額外的實施例中，在頂部面板連結至梁之前，一個或更多個微桁架結構被添加至夾層結構的頂部面板。這些額外的微桁架結構用作堅硬的或柔軟的能量吸收層，從車輛面向外來保護在動態(tài)事件期間可能與梁接觸的行人。這些能量吸收層以與添加結構的微桁架芯至底部面板完全相同的方式被添加至頂部面板。
[0048]當頂部面板應用至梁時，應用修整操作來集成上述的潛在特征。例如，可實施削減加工操作來整理梁的截面，或者來提供用于從芯去濕排水的孔洞。額外地，可添加支撐支架或者機械附接來允許梁與周圍的車輛部件相互作用且將負荷傳遞至其。若在梁設計中包括牽引，則其也在此階段通過機械緊固件或者焊接附接至機械面板。
[0049]如此文中所討論的，當微桁架結構在其上成型的面板是扁平時，當微桁架結構完全固化且兩個面板均連結至其時，則使夾層微桁架結構成型產(chǎn)生結構硬化的工件。對于車輛板和其中在那時需要來使板成型為特定形狀的其它設計，剛性微桁架結構的彎曲引起材料中的不期望的應力狀態(tài)。例如，若剛性微桁架結構彎曲成彎曲形式，則由微桁架中的多個交叉的聚合體波導形成的節(jié)點的完整性會屈服、破裂或以其它方式危及結構。此外，完全固化的微桁架結構的彎曲和形變引起結構內(nèi)的殘余內(nèi)部能量和應力，其會引起性能問題，例如完整性、壽命等。
[0050]在一個實施例中，本發(fā)明提出當微桁架結構仍處于生的、局部固化和可延展的狀態(tài)中時使彎曲的微桁架夾層梁成型。圖1圖示對于此實施例的工藝步驟10，其顯示微桁架結構在其中成型的模具12，在此處模具12限定其中包含有液體感光性單體樹脂的圍隔。薄的扁平底部面板16設置成與模具12相連，且其是微桁架結構將粘合至的層。底部面板16能夠是合適于待制造的梁的任何材料，例如鋁、鋼、熱塑性聚合體、碳纖維復合材料、玻璃纖維復合材料等。包括孔26的掩模14定位在模具12上方。來自光源18和20的平行紫外線(UV)光44 (例如汞弧燈)被引導至掩模14上，使得平行光束行進穿過孔26且照射在模具12中的單體樹脂以形成微桁架結構24，該微桁架結構24以已知方式由多個相互連接的局部固化的自傳播感光性聚合體波導28構成。控制光源18和20的曝光時間和強度使得微桁架結構24僅局部固化，以使其當還在模具12中時處于生的狀態(tài)中可延展的且可彎曲的。
[0051]當在此狀態(tài)中時，從模具12移除未固化的液體單體樹脂，且現(xiàn)在包括局部固化微桁架結構24固定至其的扁平底部面板16從模具12分離。圖2顯示包括底部面板16和微桁架結構24的微桁架組件30。如所顯而易見的，組件30已經(jīng)成型為扁平構型。
[0052]因為面板16是薄的，其能夠容易地彎曲和適應于所需形狀。也因為面板16是薄的，且微桁架結構24是可延展的，面板16和局部固化微桁架結構24的結合能夠容易地變形。圖3顯示描述彎曲固定裝置34的下一個工藝步驟32，如所示出的，組件30定位在固定裝置34上且彎曲來與固定裝置34的工作表面一致。結構30能夠以任何合適的方式成型成彎曲構型，例如通過抽吸、機械彎曲等，且能夠通過例如夾具的任何合適的機械裝置(未示出)保持在此位置。如果面板16由易延展的材料(例如鋼)制成，則其在此步驟期間可塑地變形來使其與固定裝置34的工作表面一致。當結構30保持在此位置時，來自光源36和38的UV光影響組件30來完全固化微桁架結構24至其的最終的剛性狀態(tài)。因為微桁架結構24固化成彎曲構型，其將不具有內(nèi)部應力，否則如果在微桁架結構24處于最終固化狀態(tài)之后將其彎曲至所需的形狀，則會發(fā)生內(nèi)部應力。當微桁架結構24完全固化且配置成所需形狀時，將其從固定裝置34移除。
[0053]圖4顯示最終的彎曲夾層梁40，其包括底部面板16、固化的微桁架結構24和頂部面板42，該頂部面板42通過合適的連結工藝(典型地通過將撐條28的端部處的節(jié)點粘結至頂部面板42的底部表面)與底部面板16相對地固定至微桁架結構24。與底部面板16 —樣，頂部面板42能夠是合適于待制造夾層梁的任何薄材料，例如鋁、鋼、熱塑性聚合體、復合材料層、碳纖維復合材料、玻璃纖維復合材料等。注意到頂部面板42能夠具有與底部面板16不同的材料，這對于一些夾層結構(例如沖擊梁)可以是期望的。
[0054]在其中微桁架結構24的側(cè)面或邊緣未由板或片封閉的梁40是開放端結構。圖5顯示其中微桁架結構的端部由薄片封閉的夾層梁50。特別地，梁50包括閉合的底部面板52，該底部面板52包括限定腔體的側(cè)壁54和56，在其中微桁架結構58例如通過上述工藝成型。雖然顯示梁50在扁平構型中，但是注意到梁50能夠由上述工藝來成型，在此處當微桁架結構58處于其生的且局部固化狀態(tài)中時，底部面板52在固定裝置34上方被彎曲。當?shù)撞棵姘?2和微桁架結構58在其最終的形狀中且微桁架結構58固化時，然后頂部面板60以上述方式固定至微桁架結構58的頂部表面，且能夠連結至從側(cè)壁54和56延伸的多個凸緣?？商娲?，可將微桁架結構58連結至頂部面板60且側(cè)壁54和56的多個凸緣焊接至頂部面板60的相對應的邊緣。注意到通過在面板60上生成微桁架結構58能夠獲得同樣的終止結果，然后其在固定裝置上方的彎曲且稍后連結/焊接預先成形的通道截面。
[0055]能夠根據(jù)本發(fā)明的另一實施例來更改用于使彎曲夾層微桁架梁成型的上述工藝。在此實施例中，用于夾層梁的底部面板開始于彎曲形式，如圖6中的底部面板70所示。然后彎曲面板70放置在扁平固定裝置72上且通過任何合適技術(例如抽吸)使得與固定裝置72 —致，迫使其形成扁平構型，如圖7中所示。重要的是注意到面板70的材料和幾何形狀的選擇使得由于此階段的結果其不經(jīng)歷顯著的永久性形變。
[0056]圖8是工藝步驟76，其顯示固定至扁平固定裝置72的底部面板70，且顯示布置在面板70上的模具78，在此處模具78限定用于保持液體感光性單體樹脂的圍隔以與上述模具12相同的方式形成微桁架結構。包括孔82的合適的掩模80定位在模具78的頂部上，且如上的，UV光源84和86 (例如汞弧燈)照射平行UV光94穿過掩模80中的孔82進入未固化的樹脂以形成微桁架結構90，該微桁架結構90由一組自傳播感光性聚合體波導92構成。而且如上述的，來自光源84和86的光94僅部分地固化樹脂使得微桁架結構90處于生的和可延展的狀態(tài)，在此處其能夠容易地彎曲而不影響結構90的結構完整性。
[0057]當局部固化的微桁架結構90成型時，現(xiàn)在粘合至面板70的微桁架結構90被清潔出任何未使用的單體，且從模具78和固定裝置72移除。當微桁架結構90從固定裝置72移除時，面板70將返回或彈回至圖6中所示的彎曲形狀，其引起局部固化微桁架結構90來相應地彎曲。如所討論的，由于微桁架結構90處于局部固化狀態(tài)，其容易地與面板70的彎曲構型一致，而不引起結構中明顯的殘余或內(nèi)部應力。
[0058]圖9是工藝步驟100的圖示，其顯示微桁架結構90和底部面板70處于彎曲構型中，且在此處來自源102和104的UV光提供微桁架結構90的最終的固化以提供所需的剛性。當微桁架結構90完全固化時，預先成形的頂部面板106與底部面板70相對地固定至微桁架結構90的頂部表面以形成如圖10所示的最終的微桁架夾層梁108。如上述的，彎曲底部面板70或彎曲頂部面板106能夠包括側(cè)壁來形成如圖5中所示的閉合結構。
[0059]在可替代實施例中，底部面板(例如面板16 )可以是碳纖維層或者一些其它可固化材料，其首先成型為局部固化或可延展的B階段狀態(tài)，且然后固化(典型地通過熱方法)來給其最終的剛性。對于底部面板的那些類型，當如圖1所示的面板16在工藝步驟10中時，面板16可以在它的局部固化狀態(tài)，在此處它還是柔軟的且可容易彎曲的。當微桁架結構24成型至面板16形成圖2中所示的結構30時，且然后如圖3所示的彎曲至固定裝置34上，微桁架結構24和底部面板16兩者均能夠來經(jīng)受固化步驟以提供其最終的剛性。雖然在圖3中的實施例顯示微桁架結構24通過UV光源36和38固化，但是在可替代實施例中，微桁架結構24可以被熱固化，例如以烤箱的方式，在此處微桁架結構24和面板16兩者均同時固化。替代地，對于熱固化，可需要固化面板16的第二步驟。面板16的最終固化可與頂部板42的最終固化一起發(fā)生，形成如圖4所示的結構40。
[0060]上述討論包括在將微桁架結構從模具已經(jīng)移除之后使其固化至它的最終的剛性狀態(tài)，以便于在它完全固化之前允許它成型為所需的彎曲形狀。然而，在一些制造工藝中，期望的可以是當微桁架結構在它的初始扁平構型且可能還在模具中時來使其完全固化。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，在底部面板上成型的微桁架結構使用常規(guī)的微桁架結構制造技術來完全固化在扁平構型中。如果樹脂具有適當?shù)臒峁绦圆牧锨业撞棵姘寰哂羞m當類型的材料，對于特定材料以高于已知轉(zhuǎn)化溫度Tg加熱微桁架結構和底部面板引起那些材料變得易彎曲的，在此處然后當保持在轉(zhuǎn)化溫度上時其能夠在合適的固定裝置上模制至所需的彎曲部分。當微桁架結構在所需的彎曲形狀時，然后能夠降低溫度至轉(zhuǎn)化溫度Tg以下，在此處然后它將返回至它的剛性固化狀態(tài)。于是，已經(jīng)成形至所需構型的頂部面板能夠以上述的方式固定至微桁架結構。在微桁架結構已經(jīng)完全固化之后來允許它與所需形狀一致的加熱其的此工藝可具有優(yōu)于上述涉及的那些具有后固化微桁架結構工藝的優(yōu)點，因為其將允許重復的形狀改變以更好地符合夾層微桁架結構梁的加工需要。
[0061]上述討論還包括當微桁架結構在其上制造的底部面板在扁平構型中時制造微桁架結構，同時微桁架結構在其上生成。本發(fā)明的其它實施例包括制造用于夾層梁且同時面板是彎曲的微桁架結構。圖11是微桁架制造工藝的圖示110，其包括安裝元件112，在其上安裝有多個UV源114。包括UV不透明區(qū)域118和UV透明區(qū)域120的掩模116相對于安裝元件112設置在區(qū)域122上方。區(qū)域22是要代表形成圍隔的所有的底部面板和模具，在該圍隔中液體感光性單體樹脂沉積來限定如上所述的微桁架結構。如上所討論的，從每個UV源114射出的平行光束124被引導通過UV透明區(qū)域120，使得UV光的光束124傳播通過掩模116來在區(qū)域122中形成微桁架結構的聚合撐條。注意到代表UV源114的點旨在代表任意構型的UV光源，例如燈、透鏡、反射鏡和其它光學元件。光束124的交叉限定描述微桁架結構的構型的格128。線126限定與安裝元件112正交的方向，且線130限定與區(qū)域122的表面正交的方向。
[0062]圖12是與圖示110相似的微桁架制造工藝的圖示140，其中相似的元件以相同的附圖標記指示。在圖示140中，安裝元件112以彎曲或撓曲構型示出以具有合適于待成型的微桁架夾層梁的彎曲形狀的預定形狀。如顯而易見的，微桁架格128與掩模116中的UV透明區(qū)域120—致。掩模116的不透明部分118和透明部分120是交替的，使得引導現(xiàn)在被改變的光束124通過透明部分120。
[0063]安裝元件112的形狀和/或彎曲部分可不同于待成型的微桁架結構的形狀和/或彎曲部分。而且，UV源114能夠是透鏡、棱鏡、反射鏡等的結合，其將分散和引導光束124進入所需的方向。此外，代替柔性的安裝元件，可使用可再配置的安裝元件(即，允許幾何形狀、形狀或取向中的改變)，例如分段表面(其的部段能夠相對于相鄰部段旋轉(zhuǎn)或鎖定)，例如布線軌道。合適的示例包括柔性構件，分段鏈式元件(其中單獨的元件可以通過摩擦或者其它鎖定機構保持在它們的相對的位置)或者由形狀記憶材料(例如形狀記憶聚合體)制成的構件(其中該構件可加熱至轉(zhuǎn)變溫度，形變至所需的形狀，且當它冷卻時通過將該構件保持此形狀來使其鎖定至該形狀)。穿過元件112的與源114相關的光束更改元件可以是不相同的在于在光束124的角度、光束124的數(shù)量、光束124的強度等可存在差異。
[0064]圖13是另一個微桁架制造工藝的圖示150，其中與圖示110相似的元件以相同的附圖標記顯示。在此實施例中，以軌道152替換安裝元件112，在該軌道152上安裝有可沿著軌道152選擇性地移動的臺車154，其中軌道152可以是固定的或者可再配置的。一組一個或更多個光源156安裝在臺車154上，且產(chǎn)生被引導穿過掩模116中的UV透明區(qū)域120的平行光束124。隨著臺車154沿著軌道152移動時，將控制光源156來在合適的方向上產(chǎn)生光束124。在臺車154上能夠采用合適于特定微桁架結構的任意數(shù)量或構型的光源156?；诖嗽O計，能夠減少需要來制造整個微桁架結構的光源156的數(shù)量，其中微桁架結構被分段制造。而且，如上述的，光源156旨在是來提供平行UV光束的任意合適構型的光學元件。
[0065]圖14是對于彎曲微桁架結構的微桁架制造工藝的圖示160，其顯示軌道152彎曲來與微桁架夾層梁的所需形狀一致。在圖示160中，掩模116彎曲以與軌道152的彎曲部分的形狀和微桁架結構的所需形狀一致，使得光束124與UV透明區(qū)域120對齊。如上的，不透明部分118和掩模116的長度改變使得由于再配置軌道152的結果透明部分120與光束124對齊。
[0066]注意到軌道152是可再配置的，而不是固定的。此外，軌道152的形狀可以不與待制造的微桁架結構的形狀相同。彎曲微桁架結構的不同部分可以由不同的臺車限定，例如可使用4X4源臺車來迅速覆蓋結構的大多數(shù)扁平部分，然而可使用1X1源臺車用于具有大的彎曲部分的微桁架結構的部分?？梢酝瑫r或按順序地方式操作多個臺車。在臺車154上的UV源庫、軌道152和掩模116的結合產(chǎn)生微桁架幾何形狀。可使用一個元件來校正另外的元件的一些限制，例如可使用掩模116來校正臺車154和軌道152結合的限制。代替采用軌道152，UV源庫可附接至機器人(未示出)的端部效應器，該機器人被編程來跟蹤特定的路徑或運動。代替機器人，源庫可附接至有規(guī)律或可調(diào)節(jié)機構，例如聯(lián)接、基于凸輪的機構等。此外，代替保持樹脂儲存器固定且與UV源庫一起相對于儲存器運動來限定所需的微桁架圖案，UV源庫可以是固定的且儲存器可以相對于其運動來達到同樣的目的。
[0067]圖15是圖示170，其顯示用于制造與圖示110類似的微桁架結構的工藝，其中相似的元件以相同的附圖標記指示。在此實施例中，安裝元件112保持在扁平或直的構型中，但是待成型的微桁架結構將具有如由區(qū)域122所示的彎曲構型。在此構型中，更改掩模116使得不透明區(qū)域118和透明區(qū)域120允許UV光束124穿過透明區(qū)域120。如所示的，由線130所示的單元格法線不與彎曲表面正交?？稍诎惭b元件112中采用使入射光束改變方向和分散成多個光束的光束更改元件(例如透鏡、棱鏡、反射鏡等)，而不是采用嵌入安裝元件112的UV源。UV源114和與掩模116相聯(lián)的任何其它光學元件的結合產(chǎn)生微桁架幾何形狀。
[0068]圖16是圖示190，其顯示與圖示170相似的用于制造彎曲微桁架結構的工藝，在此處相似的元件以相同的附圖標記指示。該圖示包括扁平安裝元件112和彎曲掩模116。透鏡192定位在元件112和掩模116之間來改變光束的方向通過掩模116中的UV透明區(qū)域，以在與微桁架結構的彎曲部分一致的方向中形成微桁架撐條。通過使用透鏡192，線130現(xiàn)在與掩模116正交。使用透鏡192來繪制從扁平微桁架梁至彎曲微桁架梁的梁圖案。UV源114、透鏡192和掩模116的結合產(chǎn)生微桁架幾何形狀，在此處可使用一個元件來校正另一個的一些限制，例如可使用掩模來校正透鏡或UV源的限制?？墒褂每蓮臀环瓷溏R陣列來代替透鏡192，其中反射鏡的位置可以是可設計的。
[0069]前述討論僅公開和描述本發(fā)明的示例性實施例。本領域技術人員將從此討論和從附圖以及權利要求容易地意識到在其中能夠產(chǎn)生各種改變、更改和變型，而不違背如下列權利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
【主權項】
1.一種用于制造微桁架夾層結構的方法，所述方法包括: 提供底部面板； 將模具定位成與所述底部面板接觸使得所述模具和所述底部面板限定儲存器； 以液體感光性聚合體樹脂填充所述儲存器； 相對于所述模具定位包括紫外線(UV)透明區(qū)域和UV不透明區(qū)域的掩模； 將安裝構件定位成離所述掩模預定距離，包括一個或更多個光學元件的所述安裝構件提供紫外線(UV)光；以及 從所述一個或更多個光學元件照射光到所述掩模上，使得UV光通過所述UV透明區(qū)域照射進入聚合體，以便于固化所述聚合體且形成固定到所述底部面板的微桁架結構。2.如權利要求1所述的方法，其中，提供底部面板包括提供扁平的底部面板，定位掩模包括將所述掩模定位在扁平構型中以及定位安裝構件包括將安裝構件定位在扁平構型中。3.如權利要求1所述的方法，其中，提供底部面板包括提供彎曲的底部面板，定位掩模包括將所述掩模定位在彎曲構型中，以及定位安裝構件包括定位可再配置安裝構件和配置幾何形狀且將所述可再配置安裝構件定位在彎曲構型中，使得所述微桁架結構以彎曲形式在面板上成型。4.如權利要求1所述的方法，其中，提供底部面板包括提供彎曲的底部面板，定位掩模包括將掩模定位在彎曲構型中，以及定位安裝構件包括將所述安裝構件定位在扁平構型中。5.如權利要求4所述的方法，其進一步包括定位在所述安裝元件和所述掩模之間的透鏡或反射鏡陣列，所述透鏡或反射鏡陣列將來自所述一個或更多個光學元件的所述UV光重新引導至所述掩模。6.如權利要求1所述的方法，其中，所述安裝構件是軌道且至少一個光學元件安裝臺車上，所述臺車可在軌道上移動。7.如權利要求6所述的方法，其中，提供底部面板包括提供彎曲的底部面板，定位掩模包括將所述掩模定位在彎曲構型中，以及定位安裝構件包括將所述安裝構件定位在彎曲構型中，使得所述微桁架結構以彎曲形式在面板上成型。8.如權利要求1所述的方法，其中，所述一個或更多個光學元件包括定位在所述可再配置安裝元件上的多個間隔開的LED。9.一種制造用于車輛的彎曲微桁架夾層結構的方法，所述方法包括: 提供彎曲的底部面板； 將模具定位成與所述底部面板接觸使得所述模具和所述底部面板限定儲存器； 以液體感光性聚合體樹脂填充所述儲存器； 相對于所述模具定位包括紫外線(UV)透明區(qū)域和UV不透明區(qū)域的彎曲的掩模；將可再配置安裝構件定位成離彎曲構型中的所述掩模預定距離，所述可再配置安裝構件包括多個間隔開的紫外線(UV)光源；以及 從所述光源照射光到所述掩模上使得UV光通過所述UV透明區(qū)域照射進入所述聚合體，以便于固化所述聚合體且形成固定到所述底部面板的微桁架結構。10.一種用于制造微桁架夾層結構的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 用于提供底部面板的裝置； 用于將模具定位成與所述底部面板接觸使得所述模具和所述底部面板限定儲存器的裝置； 用于以液體感光性聚合體樹脂填充所述儲存器的裝置； 用于相對于所述模具定位包括紫外線(UV)透明區(qū)域和UV不透明區(qū)域的掩模的裝置；用于離所述掩模預定距離地定位和配置安裝構件的幾何形狀的裝置，所述安裝構件包括提供紫外線(UV)光的一個或更多個光學元件；以及 用于從所述一個或更多個光學元件照射光到所述掩模上使得UV光通過所述UV透明區(qū)域照射進入所述聚合體以固化所述聚合體且形成固定到所述底部面板的微桁架結構的裝置。
【文檔編號】B32B37/15GK106042607SQ201510182897
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年4月17日
【發(fā)明人】N.D.曼凱姆, E.J.伯格
【申請人】通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司