本申請(qǐng)要求于2014年7月2日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)62/020,084的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)通過引用全文并入本文。

背景

空間框架構(gòu)造用于汽車應(yīng)用、結(jié)構(gòu)應(yīng)用、海上應(yīng)用以及許多其他應(yīng)用中?？臻g框架構(gòu)造的一個(gè)示例可以是焊接的管框架骨架構(gòu)造(tube frame chassis construction)，其由于低工裝成本、設(shè)計(jì)靈活性以及生產(chǎn)高效結(jié)構(gòu)的能力的優(yōu)點(diǎn)而常用于低體積和高性能交通工具設(shè)計(jì)。這些結(jié)構(gòu)要求骨架的管以多種角度相連接，并且可能要求同一連接點(diǎn)適應(yīng)多種管幾何形狀。制造用于連接這樣的管框架骨架的接頭構(gòu)件的傳統(tǒng)方法可能產(chǎn)生較高的設(shè)備和制作成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

存在對(duì)一種可以能夠生成用以連接具有多種幾何形狀參數(shù)的管的接頭的制造方法的需要。本文提供了一種3-D打印用于諸如碳纖維管的連接管的接頭的方法。所述接頭可以根據(jù)每個(gè)管交點(diǎn)處的幾何形狀要求和物理要求的規(guī)范而進(jìn)行打印。3-D打印接頭的方法可以減少制作成本并且可以很容易地?cái)U(kuò)展。

本公開內(nèi)容中描述的3-D打印方法可以允許在所述接頭上打印不可以通過其他制造方法可實(shí)現(xiàn)的精細(xì)特征。本公開內(nèi)容中描述的精細(xì)特征的示例可以是用以迫使連接管的中心與鄰近的接頭突出部的中心同軸的定心特征。定心特征可以在接頭的內(nèi)區(qū)域的外表面與連接管的內(nèi)表面之間提供可在其中應(yīng)用粘合劑的間隙。另一示例可以是，接套可以打印在接頭上，所述接頭可以連接至用以引入粘合劑以粘合接頭和管組件的設(shè)備。

本發(fā)明的方面涉及一種制造用于連接多個(gè)連接管從而形成空間框架的接頭構(gòu)件的方法，所述方法包括：確定要由所述接頭構(gòu)件連接的所述多個(gè)連接管中的每一個(gè)的相對(duì)管角度、管尺寸和管形狀；確定要由所述多個(gè)連接管施加在所述接頭構(gòu)件處的應(yīng)力方向和量級(jí)；以及3-D打印具有某種配置的接頭構(gòu)件，所述配置(1)適應(yīng)每個(gè)接頭構(gòu)件處的相對(duì)管角度、管尺寸和管形狀，并且(2)支撐由所述多個(gè)連接管施加的應(yīng)力方向和量級(jí)。

在一些實(shí)施方式中，所述空間框架被配置成用于至少部分地包圍三維體積。所述多個(gè)連接管中的每個(gè)連接管可以具有沿不同平面的縱軸。所述空間框架可以是交通工具骨架框架。

所述方法還包括在所述接頭構(gòu)件的至少一部分上3-D打印定心特征。所述定心特征可以打印在被配置成插入到連接管中的接頭構(gòu)件的接頭突出部上。可以基于要由所述多個(gè)連接管施加在所述接頭構(gòu)件處的應(yīng)力方向和量級(jí)來確定所述定心特征的特性。可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)(empirically)或根據(jù)計(jì)算來確定要由所述多個(gè)連接管施加在所述接頭構(gòu)件處的應(yīng)力方向和量級(jí)。

本發(fā)明的附加方面可以涉及一種交通工具骨架，其包括：多個(gè)連接管；以及多個(gè)接頭構(gòu)件，每個(gè)接頭構(gòu)件的尺寸和形狀被設(shè)計(jì)成與所述多個(gè)連接管中的多個(gè)連接管的至少一個(gè)子集相配合，以形成三維框架結(jié)構(gòu)，其中所述多個(gè)接頭構(gòu)件由3-D打印機(jī)形成。

在一些實(shí)施方式中，所述多個(gè)接頭構(gòu)件中的每個(gè)接頭構(gòu)件的尺寸和形狀被設(shè)計(jì)成使得當(dāng)連接管與所述接頭構(gòu)件相配合時(shí)，所述接頭構(gòu)件接觸所述連接管的內(nèi)表面和外表面?？蛇x地，所述多個(gè)接頭構(gòu)件中的至少一個(gè)接頭構(gòu)件包括在該接頭構(gòu)件的3-D打印期間形成的內(nèi)部路由特征(internal routing feature)。所述內(nèi)部路由特征可以提供用于在所述三維框架結(jié)構(gòu)形成時(shí)將流體傳送通過所述交通工具骨架的通路網(wǎng)絡(luò)。所述內(nèi)部路由特征可以提供用于在所述三維框架結(jié)構(gòu)形成時(shí)將電力傳送通過整個(gè)交通工具骨架中的電氣部件的通路網(wǎng)絡(luò)。

所述多個(gè)接頭構(gòu)件可以包括在所述接頭構(gòu)件的3-D打印期間形成的安裝特征。所述安裝特征可以提供用于將板安裝在所述三維框架結(jié)構(gòu)上的板安裝件。

可以根據(jù)本發(fā)明的附加方面而提供一種用于形成結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以包括：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其接收描述了要由多個(gè)接頭構(gòu)件連接以形成所述結(jié)構(gòu)的框架的多個(gè)連接管中的每一個(gè)的相對(duì)管角度、管尺寸和管形狀的輸入數(shù)據(jù)，其中所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被編程用于確定要由所述多個(gè)連接管施加在所述多個(gè)接頭構(gòu)件處的應(yīng)力方向和量級(jí)；以及與所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信的3-D打印機(jī)，其被配置成用于生成具有某種尺寸和形狀的多個(gè)接頭構(gòu)件，所述尺寸和形狀(1)適應(yīng)每個(gè)接頭構(gòu)件處的相對(duì)管角度、管尺寸和管形狀，并且(2)支撐由所述多個(gè)連接管施加的應(yīng)力方向和量級(jí)。

在一些情況下，所述結(jié)構(gòu)的框架至少部分地包圍三維體積。所述多個(gè)接頭構(gòu)件還可以包括位于由所述3-D打印機(jī)形成的所述接頭構(gòu)件的至少一部分上的定心特征。所述定心特征可以打印在被配置成插入到連接管中的接頭構(gòu)件的接頭突出部上?？梢曰谝伤龆鄠€(gè)連接管施加在每個(gè)接頭構(gòu)件處的應(yīng)力方向和量級(jí)來確定所述定心特征的特性。

根據(jù)以下詳細(xì)描述，本公開內(nèi)容的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見，其中僅示出和描述了本公開內(nèi)容的說明性實(shí)施方式。如將會(huì)意識(shí)到的，本公開內(nèi)容能夠具有其他實(shí)施方式和不同實(shí)施方式，并且其若干細(xì)節(jié)能夠在都不偏離本公開內(nèi)容的情況下具有在各個(gè)明顯方面的修改。因此，附圖和描述在本質(zhì)上被認(rèn)為是說明性的，而不是限制性的。

引用并入

本說明書中所提及的所有出版物、專利和專利申請(qǐng)均通過引用而并入于此，程度猶如具體地和個(gè)別地指出要通過引用而并入每一單個(gè)出版物、專利或?qū)＠暾?qǐng)。

附圖簡(jiǎn)要說明

本發(fā)明的新穎特征特別地體現(xiàn)在所附權(quán)利要求中。通過參考對(duì)其中利用到本發(fā)明原理的說明性實(shí)施方式加以闡述的以下詳細(xì)描述和附圖，將會(huì)獲得對(duì)本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)的更好的理解，在附圖(在本文中亦為“圖”)中：

圖1示出了由3-D打印節(jié)點(diǎn)所連接的碳纖維管構(gòu)造而成的空間框架的骨架的示例。

圖2示出了用于設(shè)計(jì)和構(gòu)建接頭的過程的流程圖。

圖3示出了與3-D打印機(jī)通信的計(jì)算機(jī)。

圖4示出了描述可以如何使用設(shè)計(jì)模型生成用于給定設(shè)計(jì)模型的組件的打印節(jié)點(diǎn)的詳細(xì)流程圖。

圖5示出了使用本文描述的方法打印的節(jié)點(diǎn)的示例。

圖6示出了連接至管的接頭，其中管相對(duì)于彼此成不相等的角度。

圖7示出了具有5個(gè)突出部的接頭。

圖8示出了被打印成與具有不相等的截面尺寸的管相連接的接頭。

圖9a-圖9d示出了打印在接頭上的定心特征的示例。

圖10示出了描述一種用以基于接頭上的預(yù)期負(fù)荷或應(yīng)力來選擇定心特征的方法的流程圖。

圖11示出了具有接套的接頭突出部的截面，所述接套連接至接頭突出部的側(cè)壁中的內(nèi)部通路。

圖12a-圖12c示出了被打印成具有集成的結(jié)構(gòu)特征的接頭以及用于電氣路由和流體路由的通路。

具體描述

雖然本文已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的各種實(shí)施方式，但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，這樣的實(shí)施方式僅以示例的方式提供。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不偏離本發(fā)明的情況下想到許多更改、改變和替代。應(yīng)當(dāng)理解，可以采用對(duì)本文所描述的本發(fā)明的實(shí)施方式的各種替代方案。

本公開內(nèi)容提供了一種通過增量制作和/或減量制作(諸如3-D打印)來制造接頭構(gòu)件的方法。接頭構(gòu)件可被配置成用于提供多個(gè)連接管的連接，所述多個(gè)連接管可用于構(gòu)造輕質(zhì)空間框架。空間框架可以是具有三維體積的框架?？臻g框架可以是這樣的一個(gè)框架，其可以接受一個(gè)或多個(gè)板件以至少部分地包圍該框架?？臻g框架的示例可以是交通工具骨架(vehicle chassis)。除了包括接頭/管框架構(gòu)造的任何其他結(jié)構(gòu)之外，所描述的公開內(nèi)容的各個(gè)方面還可適用于此處標(biāo)識(shí)的任何應(yīng)用。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的不同方面可以被單獨(dú)地、共同地或彼此結(jié)合地理解。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的交通工具骨架100，包括由一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)(亦稱為接頭)102連接的連接管101a、101b、101c交通工具。每個(gè)接頭構(gòu)件可以包括中央主體以及從中央主體延伸的一個(gè)或多個(gè)端口?？梢蕴峁┒喽丝诠?jié)點(diǎn)或接頭構(gòu)件來連接管，諸如碳纖維管，以形成二維結(jié)構(gòu)或三維結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可以是框架。在一個(gè)示例中，二維結(jié)構(gòu)可以是平面框架，而三維結(jié)構(gòu)可以是空間框架?？臻g框架可以包圍其中的體積。在一些示例中，三維空間框架結(jié)構(gòu)可以是交通工具骨架。交通工具骨架可以具有長(zhǎng)度、寬度和高度，它們可以包圍其中的空間。交通工具骨架的長(zhǎng)度、寬度和高度可以大于連接管的厚度。

交通工具骨架可以形成交通工具的構(gòu)架。交通工具骨架可以提供用于放置交通工具的主體板件的結(jié)構(gòu)，其中主體板件可以是形成交通工具外殼的門板、頂板、地板或任何其他板件。此外，骨架可以是用于車輪、傳動(dòng)系、發(fā)動(dòng)機(jī)組、電氣部件、加熱和冷卻系統(tǒng)、座椅或存儲(chǔ)空間的結(jié)構(gòu)支撐件。交通工具可以是能夠承載至少約1個(gè)或多個(gè)、2個(gè)或更多個(gè)、3個(gè)或更多個(gè)、4個(gè)或更多個(gè)、5個(gè)或更多個(gè)、6個(gè)或更多個(gè)、7個(gè)或更多個(gè)、8個(gè)或更多個(gè)、十個(gè)或更多個(gè)、二十個(gè)或更多個(gè)或者三十個(gè)或更多個(gè)乘客的載客交通工具。交通工具的示例可以包括但不限于轎車、卡車、公交車、廂式貨車、小型貨車、旅行車、RV、拖車、牽引車、手推車、汽車、火車或摩托車、船舶、航天器或飛機(jī)。交通工具骨架可以提供與交通工具類型的成形因素相匹配的成形因素。根據(jù)交通工具的類型，交通工具骨架可以具有不同的配置。交通工具骨架可以具有不同級(jí)別的復(fù)雜度。在一些情況下，可以提供三維空間框架，該三維空間框架可以提供交通工具的外構(gòu)架。外構(gòu)架可被配置成用于接受主體板件以形成三維外殼?？蛇x地，可以提供內(nèi)支撐件或部件。內(nèi)支撐件或部件可以通過連接至空間框架的一個(gè)或多個(gè)接頭構(gòu)件而連接至該空間框架?？梢蕴峁┒喽丝诠?jié)點(diǎn)和連接管的不同布局以適應(yīng)不同的交通工具骨架配置。在一些情況下，一組節(jié)點(diǎn)可被布置用于形成單個(gè)獨(dú)特的骨架設(shè)計(jì)。或者，該一組節(jié)點(diǎn)的至少一個(gè)子組可以用于形成多個(gè)骨架設(shè)計(jì)。在一些情況下，一組節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)子組節(jié)點(diǎn)可被組裝到第一骨架設(shè)計(jì)中并繼而被拆卸和重新用于形成第二骨架設(shè)計(jì)。第一骨架設(shè)計(jì)和第二骨架設(shè)計(jì)可以是相同的，或者它們可以是不同的。節(jié)點(diǎn)可以能夠在二維平面或三維平面中支撐管。例如，多分叉節(jié)點(diǎn)(multi-prong node)可被配置成用于連接沒有落入同一平面內(nèi)的管。連接至多分叉節(jié)點(diǎn)的管能夠以三維方式提供并且可以跨越三個(gè)正交軸。在備選實(shí)施方式中，一些節(jié)點(diǎn)可以連接可能共用二維平面的管。在一些情況下，接頭構(gòu)件可被配置用于連接兩個(gè)或更多個(gè)管，其中所述兩個(gè)或更多個(gè)管中的每個(gè)管具有沿不同平面的縱軸。所述不同平面可以是相交平面。

交通工具的連接管101a、101b、101c可以由碳纖維材料或任何其他可用的復(fù)合材料形成。復(fù)合材料的示例可以包括高模量碳纖維復(fù)合物、高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合物、平紋編織碳纖維復(fù)合物、線束緞紋編織碳纖維復(fù)合物、低模量碳纖維復(fù)合物或低強(qiáng)度碳纖維復(fù)合物。在備選實(shí)施方式中，管可以由諸如塑料、聚合物、金屬或金屬合金等其他材料形成。連接管可以由剛性材料形成。連接管可以具有不同的尺寸。例如，不同的連接管可以具有不同的長(zhǎng)度。例如，連接管可以具有近似于約1英寸、3英寸、6英寸、9英寸、1ft、2ft、3ft、4ft、5ft、6ft、7ft、8ft、9ft、10ft、11ft、12ft、13ft、14ft、15ft、20ft、25ft或30ft的長(zhǎng)度。在一些情況下，管可以具有相同的直徑或不同的直徑。在一些情況下，管可以具有近似于約1/16"、1/8"、1/4"、1/2"、1"、2"、3"、4"、5"、10"、15"或20"的直徑。

連接管可以具有任何截面形狀。例如，連接管可以具有基本上圓形的形狀、正方形形狀、橢圓形形狀、六邊形形狀或任何不規(guī)則形狀。連接管截面可以是開放的截面，諸如C形通道、I形梁或角。

連接管101a、101b、101c可以是中空管。可以沿著管的整個(gè)長(zhǎng)度而提供中空部分。例如，連接管可以具有內(nèi)表面和外表面。管的內(nèi)徑可以對(duì)應(yīng)于連接管的內(nèi)表面。管的外徑可以對(duì)應(yīng)于管的外表面。在一些實(shí)施方式中，內(nèi)徑與外徑之間的差可以小于或等于約1/32"、1/16"、1/8"、1/4"、1/2"、1"、2"、3"、4或5"。連接管可以具有兩個(gè)末端。兩個(gè)末端可以彼此相反。在備選實(shí)施方式中，連接管可以具有三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)、六個(gè)或更多個(gè)末端。交通工具骨架框架可以包括與節(jié)點(diǎn)102連接的碳纖維管。

本公開內(nèi)容中呈現(xiàn)的多端口節(jié)點(diǎn)102(亦稱為接頭，接頭構(gòu)件、接頭、連接器、銜套)可適于在交通工具骨架框架中使用，諸如圖1中示出的框架。骨架框架100中的節(jié)點(diǎn)可被設(shè)計(jì)用于適配骨架設(shè)計(jì)規(guī)定的管角度。節(jié)點(diǎn)可以預(yù)成形為期望的幾何形狀以允許快速且低成本的骨架組裝。在一些實(shí)施方式中，節(jié)點(diǎn)可以使用3-D打印技術(shù)進(jìn)行預(yù)成形。3-D打印可以容許節(jié)點(diǎn)以可適應(yīng)不同框架配置的一系列廣泛幾何形狀形成。3-D打印可以容許節(jié)點(diǎn)基于計(jì)算機(jī)生成的、包括節(jié)點(diǎn)尺寸的設(shè)計(jì)文件形成。

節(jié)點(diǎn)可以由金屬材料(例如，鋁、鈦、不銹鋼、黃銅、銅、鉻鉬鋼或鐵)、復(fù)合材料(例如，碳纖維)、聚合材料(例如，塑料)或這些材料的一些組合構(gòu)成。節(jié)點(diǎn)可以由粉末材料形成。3-D打印機(jī)可以使粉末材料的至少一部分熔化和/或燒結(jié)以形成節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)可以由基本上為剛性的材料形成。

節(jié)點(diǎn)可以支撐施加在節(jié)點(diǎn)處或附近的應(yīng)力。節(jié)點(diǎn)可以支撐壓應(yīng)力、張應(yīng)力、扭應(yīng)力、剪應(yīng)力或這些應(yīng)力類型的一些組合。節(jié)點(diǎn)處所支撐的應(yīng)力的量級(jí)可以為至少1兆帕(MPa)、5MPa、10MPa、20MPa、30MPa、40MPa、50MPa、60MPa、70MPa、80MPa、90MPa、100MPa、250MPa、500MPa或1GPa。應(yīng)力的類型、方向和量級(jí)可以是靜態(tài)的并且取決于節(jié)點(diǎn)在框架中的位置?；蛘?，應(yīng)力類型、方向和量級(jí)可以是動(dòng)態(tài)的并且是交通工具的運(yùn)動(dòng)的函數(shù)，例如節(jié)點(diǎn)上的應(yīng)力可以隨交通工具上坡和下坡而變化。

圖2示出了描述一種用于3-D打印用于將管(諸如碳纖維管)連接在空間框架中的接頭構(gòu)件的方法的流程圖。在該方法中，骨架設(shè)計(jì)模型被選擇201。骨架設(shè)計(jì)模型可以是新的設(shè)計(jì)或者儲(chǔ)存在庫(kù)中的設(shè)計(jì)，所述庫(kù)可以包括先前使用的設(shè)計(jì)或常見的庫(kù)存設(shè)計(jì)。骨架設(shè)計(jì)可以由利用3-D打印過程形成接頭的用戶生成或者由不同于形成接頭的用戶的用戶生成。骨架設(shè)計(jì)可以是可編輯的。骨架設(shè)計(jì)可以通過在線市場(chǎng)可獲得。根據(jù)所選的骨架設(shè)計(jì)，管規(guī)范(specification)(例如，內(nèi)徑和外徑，管截面以及管在連接點(diǎn)處相對(duì)于彼此的角度)被確定202。接著，每個(gè)管連接點(diǎn)處的動(dòng)態(tài)應(yīng)力和靜態(tài)應(yīng)力被確定203?？梢允褂糜?jì)算模型，例如有限元分析，來確定每個(gè)管連接點(diǎn)處的動(dòng)態(tài)應(yīng)力和靜態(tài)應(yīng)力。使用在步驟202和203中確定的物理性質(zhì)和結(jié)構(gòu)性質(zhì)，接頭(節(jié)點(diǎn))被設(shè)計(jì)204。最后，在最后步驟中，使用3-D打印機(jī)，根據(jù)由前面的步驟確定的規(guī)范使接頭被生成205?？梢酝瑫r(shí)形成兩個(gè)或更多個(gè)接頭?；蛘?，每次形成一個(gè)接頭。

骨架設(shè)計(jì)模型能夠以任何可用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件程序，例如AutoCAD、Autodesk、Solid Works或Solid Edge生成。骨架設(shè)計(jì)模型能夠以針對(duì)空間框架設(shè)計(jì)的要求而定制的簡(jiǎn)單的自定義設(shè)計(jì)工具生成。這種自定義工具可以對(duì)接至現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件以從極少的一組輸入數(shù)據(jù)(例如，進(jìn)入給定節(jié)點(diǎn)的管的相對(duì)角度)自動(dòng)生成完整的節(jié)點(diǎn)幾何形狀。在生成骨架的模型之后，可以限定每個(gè)管連接點(diǎn)。管連接點(diǎn)可以是使用接頭來連接兩個(gè)或更多個(gè)管的位置。管連接點(diǎn)的特性可以由模型確定并用于限定設(shè)計(jì)所需的接頭結(jié)構(gòu)，例如可以確定管的數(shù)目、管尺寸以及管的相對(duì)角度。每個(gè)接頭處的管的數(shù)目可以由骨架模型確定，例如接頭可以連接2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)、6個(gè)、7個(gè)、8個(gè)、9個(gè)或10個(gè)管。接頭位置處的每個(gè)連接管的直徑和截面形狀可以由模型確定。例如，接頭可以連接正方形的管、圓形的管、橢圓形的管、三角形的管、五邊形的管、六邊形的管或不規(guī)則形狀的管。連接至接頭的管可以都具有相同的截面形狀或者它們可以不同。連接管的直徑可以由模型確定，連接管可以具有至少約1/16"、1/8"、1/4"、1/2"、1"、2"、3"、4"、5"、10"、15"或20"的直徑。連接至接頭的管可以都具有相同的直徑或者直徑可以不同。每個(gè)接頭處的管的相對(duì)角度也可以由骨架模型確定。

可選地，用戶可以設(shè)計(jì)骨架設(shè)計(jì)的一部分或者提供要符合的設(shè)計(jì)規(guī)范。由一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行的軟件可以設(shè)計(jì)骨架的其余部分或者提供符合所述規(guī)范的骨架細(xì)節(jié)。處理器可以在無(wú)需任何進(jìn)一步的人工干預(yù)的情況下生成所述設(shè)計(jì)的至少一部分。本文描述的任何特征可以由軟件、用戶或者軟件和用戶兩者初始地設(shè)計(jì)。

附加結(jié)構(gòu)部件、機(jī)械部件、電氣部件和流體部件的位置也可以由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件確定。例如，剪切板件、結(jié)構(gòu)板件、震動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)組、電路以及流體通路的位置可以由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件確定。骨架模型可以用于限定接頭設(shè)計(jì)，使得接頭可以與結(jié)構(gòu)部件、機(jī)械部件、電氣部件和流體部件的位置集成。

骨架模型可以用于計(jì)算每個(gè)接頭處的應(yīng)力方向和量級(jí)?？梢允褂糜邢拊治鰜碛?jì)算應(yīng)力，所述有限元分析采用線性或非線性的應(yīng)力模型。當(dāng)骨架靜止時(shí)或者當(dāng)骨架正沿著典型路徑，例如沿著直線、彎曲軌跡，沿著平滑表面，沿著粗糙表面、平坦地形或丘陵地形移動(dòng)時(shí)，可以計(jì)算接頭上的應(yīng)力。計(jì)算得到的接頭上的應(yīng)力可以是剪應(yīng)力、張應(yīng)力、壓應(yīng)力、扭應(yīng)力或這些應(yīng)力類型的組合。接頭可以包括用以支撐計(jì)算得到的應(yīng)力的設(shè)計(jì)特征。接頭上包括的設(shè)計(jì)特征可被配置成符合特定安全標(biāo)準(zhǔn)。例如，接頭可被配置成用于承受在至少為1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45或50的安全系數(shù)內(nèi)的計(jì)算得到的應(yīng)力。接頭可被設(shè)計(jì)用于在可能振動(dòng)或經(jīng)受震動(dòng)或沖擊的框架上支撐管。例如，交通工具骨架可以在馬路上被驅(qū)動(dòng)，并且可以經(jīng)歷長(zhǎng)期振動(dòng)。接頭可以能夠承受由長(zhǎng)時(shí)間振動(dòng)導(dǎo)致的施加在接頭上的力和應(yīng)力。在另一示例中，如果交通工具要撞擊另一物體，則該交通工具可能會(huì)經(jīng)歷沖擊。接頭可被設(shè)計(jì)用于承受所述沖擊。在一些情況下，接頭可被設(shè)計(jì)用于承受多達(dá)某一預(yù)定程度的沖擊。可選地，可以期望接頭在超出所述預(yù)定程度后變形或改變其構(gòu)型，并且減震。接頭可被設(shè)計(jì)成滿足各種框架規(guī)范和準(zhǔn)則。在一些情況下，接頭可被設(shè)計(jì)用于形成滿足針對(duì)消費(fèi)者和/或商用交通工具的州或國(guó)家安全要求的骨架。

最后的接頭設(shè)計(jì)可以由管尺寸和形狀要求、集成的結(jié)構(gòu)部件、機(jī)械部件、電氣部件和流體部件的位置以及計(jì)算得到的應(yīng)力類型和量級(jí)連同任何性能規(guī)范來確定。圖3示出了可以如何在設(shè)備301上的軟件程序中開發(fā)滿足必要規(guī)范的接頭的計(jì)算模型的示圖。設(shè)備可以包括處理器和/或存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器可以包括非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括用于執(zhí)行諸如設(shè)計(jì)步驟或計(jì)算等一個(gè)或多個(gè)步驟的代碼、邏輯或指令。處理器可被配置成用于根據(jù)非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)來執(zhí)行步驟。所述設(shè)備可以是臺(tái)式計(jì)算機(jī)、蜂窩電話、智能電話、平板計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、服務(wù)器或任何其他類型的計(jì)算設(shè)備。設(shè)備可以與3-D打印機(jī)302通信。3-D打印機(jī)302可以根據(jù)軟件程序中開發(fā)的設(shè)計(jì)來打印接頭。3-D打印機(jī)可被配置成用于通過加量制作和/或減量制作來生成物體。3-D打印機(jī)可被配置成用于形成金屬物體、復(fù)合物物體或聚合物物體。3-D打印機(jī)可以是直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)打印機(jī)、電子束熔化(EBM)打印機(jī)、熔融沉積成型(FDM)打印機(jī)或噴射打印機(jī)。3-D打印機(jī)可以打印由鈦、鋁、不銹鋼、結(jié)構(gòu)塑料或任何其他結(jié)構(gòu)材料制成的接頭。

3-D打印可以包括基于作為輸入的計(jì)算模型或電子模型來制作三維結(jié)構(gòu)的過程。3-D打印機(jī)可以采用任何已知的打印技術(shù)，包括擠壓沉積、細(xì)粒度粘合、層壓或立體光刻。3-D打印的一般技術(shù)可以涉及將三維物體的設(shè)計(jì)分解為一系列數(shù)字層，打印機(jī)將會(huì)繼而逐層形成該一系列數(shù)字層直到物體完成。接頭能夠以逐層方式打印，并且可以適應(yīng)范圍廣泛的幾何形狀設(shè)計(jì)和詳細(xì)特征，所述詳細(xì)特征可以包括內(nèi)部特征和外部特征。

3-D打印的接頭可以與管組裝在一起以形成框架結(jié)構(gòu)。該設(shè)計(jì)可能是靈活的，以適應(yīng)后期設(shè)計(jì)變化。例如，如果在設(shè)計(jì)過程的后期將支撐管添加至設(shè)計(jì)中，則可以迅速地并且以低成本打印附加接頭以適應(yīng)該額外的支撐管。使用與3-D打印機(jī)通信的計(jì)算機(jī)模型來生成接頭的方法可以允許以低成本迅速地生產(chǎn)范圍廣泛的幾何形狀。

圖4示出了先前描述的方法的詳細(xì)流程圖。所描述的步驟僅通過示例的方式提供。一些步驟可以忽略，無(wú)序地完成或者與其他步驟調(diào)換。任何步驟都可以借助于一個(gè)或多個(gè)處理器自動(dòng)地執(zhí)行。一個(gè)或多個(gè)步驟可以在或可以不在用戶輸入干預(yù)的情況下執(zhí)行。所述過程以步驟401開始，步驟401涉及選擇框架設(shè)計(jì)，諸如骨架設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)可以從儲(chǔ)存設(shè)計(jì)的庫(kù)中選擇或者其可以是針對(duì)特定項(xiàng)目而開發(fā)的新設(shè)計(jì)。

在選擇設(shè)計(jì)之后，接下來的步驟為402a、402b、402c和/或402d，所述步驟可以包括計(jì)算針對(duì)框架的接頭的結(jié)構(gòu)需要或規(guī)范。步驟402a-402d可以按任何順序完成，所有步驟402a-402d可以都完成或者可以發(fā)生僅一些步驟。步驟402a涉及計(jì)算每個(gè)接頭處的結(jié)構(gòu)負(fù)荷。結(jié)構(gòu)負(fù)荷可以通過有限元方法確定并且可以包括剪應(yīng)力、壓應(yīng)力、張應(yīng)力、扭應(yīng)力或任何應(yīng)力組合的方向和量級(jí)。應(yīng)力的計(jì)算可以在假設(shè)交通工具正在運(yùn)動(dòng)或者假設(shè)交通工具是靜止的情況下進(jìn)行。這還可以包括計(jì)算任何性能規(guī)范，諸如安全規(guī)范、制作規(guī)范、耐久性規(guī)范。步驟402b是繪制整個(gè)交通工具中的流體線路和電氣線路。流體通路的示例可以包括冷卻劑管道、潤(rùn)滑劑管道、通風(fēng)管道、空氣調(diào)節(jié)管道和/或加熱管道。電氣系統(tǒng)可能需要從源到系統(tǒng)的電氣路由，電氣系統(tǒng)的示例可以包括音頻系統(tǒng)、內(nèi)部照明系統(tǒng)、外部照明系統(tǒng)、發(fā)送機(jī)點(diǎn)火部件、車載導(dǎo)航系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。步驟402c是確定每個(gè)接頭處的管角度、形狀和尺寸。在步驟402d中，繪制諸如板件和懸掛連接等結(jié)構(gòu)部件。

在于步驟402a-402d中計(jì)算接頭需要/規(guī)范之后，可以在步驟403a-403d中設(shè)計(jì)接頭構(gòu)件以適應(yīng)接頭需要/規(guī)范。接頭設(shè)計(jì)方法可以包括步驟403a-403d。步驟403a-403d可以按任何順序完成，所有步驟403a-403d可以都完成或者可以發(fā)生僅一些步驟。每個(gè)接頭處的已知應(yīng)力分布可以確定接頭的壁厚、接頭材料或者要打印在接頭上的必要的定心特征403a。在繪制流體線路和電氣線路之后，對(duì)應(yīng)的內(nèi)部路由特征可被設(shè)計(jì)成打印在接頭上403b。接頭可以具有單獨(dú)的、針對(duì)流體途徑和電氣途徑的內(nèi)部路由特征，或者接頭可以具有由流體通路和電氣通路共享的一個(gè)路由特征。在確定管角度、形狀和尺寸之后，接頭可以被設(shè)計(jì)403c以使得其可以在滿足其他規(guī)范的同時(shí)適應(yīng)必要的管。使用在402d中確定的圖，集成的連接特征的位置被設(shè)計(jì)成打印在接頭上403d。這樣的設(shè)計(jì)步驟可以按順序地或并行地發(fā)生。在設(shè)計(jì)用于打印的接頭時(shí)，可以組合地考慮各種接頭設(shè)計(jì)需要。在一些情況下，在設(shè)計(jì)接頭的過程中還可以考慮3-D打印工藝。

在最后的步驟404中，生產(chǎn)一組打印接頭以供在401中選擇的框架組件中使用。打印接頭可被3-D打印成符合使用步驟403a-403d的綜合考慮而設(shè)計(jì)的接頭。打印的接頭可以用于完成對(duì)骨架的組裝。

本文所描述的適于制造用于連接管的接頭的3-D打印方法可以減少組裝骨架所需的時(shí)間。例如，用以設(shè)計(jì)和構(gòu)建骨架的總時(shí)間可以少于或等于約15分鐘、30分鐘、45分鐘、1小時(shí)、2小時(shí)、3小時(shí)、4小時(shí)、5小時(shí)、6小時(shí)、7小時(shí)、8小時(shí)、9小時(shí)、10小時(shí)、12小時(shí)、1天、2天、3天、4天、5天、6天、1周、2周、3周、4周或1個(gè)月。在一些情況下，打印接頭本身可以花費(fèi)少于或等于約1分鐘、3分鐘、5分鐘、10分鐘、15分鐘、20分鐘、30分鐘、40分鐘、50分鐘、1小時(shí)、1.5小時(shí)、2小時(shí)、2.5小時(shí)或3小時(shí)。組裝骨架所需的時(shí)間可以減少，因?yàn)?-D打印方法可以比典型的制作方法需要較少的工具。在本文所描述的方法中，單一工具(例如，3-D打印機(jī))可被配置成用于制造具有不同規(guī)范(例如，尺寸/形狀)的多個(gè)接頭。例如，可以使用單一3-D打印機(jī)來打印一系列接頭，所述一系列接頭都具有相同的設(shè)計(jì)。在另一示例中，可以使用單一3-D打印機(jī)來打印一系列接頭，所述一系列接頭具有不同的設(shè)計(jì)。不同的設(shè)計(jì)可以都屬于同一框架組件，或者可被打印以用于不同的框架組件。這可以在調(diào)度某一場(chǎng)所處的接頭打印工作中提供更高程度的靈活性，并且可以容許制造商優(yōu)化接頭的生產(chǎn)以滿足制定目標(biāo)。在一些情況下，3-D打印機(jī)的尺寸和形狀可被設(shè)計(jì)成使得其可被運(yùn)送至正在構(gòu)建交通工具的場(chǎng)所。此外，3-D打印可以增加接頭的質(zhì)量控制或一致性。

由圖4描述的制作過程可以減少制作時(shí)間和費(fèi)用。可以通過減少形成一個(gè)或多個(gè)接頭所需的工具的數(shù)目來減少制作時(shí)間和/或費(fèi)用。所有接頭也都可以利用單一的3-D打印機(jī)形成。類似地，與由3-D打印機(jī)提供的其他制作技術(shù)相比，可以通過更高水平的質(zhì)量控制來減少制作時(shí)間和/或費(fèi)用。例如，與其他方法相比，使用先前描述的方法生產(chǎn)接頭的成本可以使制作成本減少至少5％、10％、15％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％。使用3-D打印制作用以在空間框架中連接管的接頭允許每個(gè)接頭具有不同的形狀和尺寸，而無(wú)需單獨(dú)的針對(duì)每個(gè)接頭的模具或工具。針對(duì)接頭的3-D打印過程可以很容易地規(guī)模化。

圖5中示出了可以使用所描述的3-D打印方法制作的接頭的示例。圖5中示出的接頭具有主體部分501以及離開接頭主體的三個(gè)接受器端口502。接受器端口502可以是用于與連接管相配合的位置。接受器端口可以通過插入到連接管的內(nèi)部部分以及/或者覆在連接管的外部表面來與該連接管相配合。接受器端口在三維空間中可以具有相對(duì)于彼此的任何角度。端口相對(duì)于彼此的角度可以由骨架設(shè)計(jì)規(guī)定。在一些情況下，可以提供三個(gè)或更多個(gè)端口。所述三個(gè)或更多個(gè)端口可以是或者可以不是共面的。端口可以能夠接受圓形的、正方形的、橢圓形的或不規(guī)則形狀的管。用于連接管的不同截面形狀/尺寸，端口可被配置成適應(yīng)管的不同形狀/尺寸，端口本身可以具有不同的截面形狀/尺寸。端口可以是圓形的、正方形的、橢圓形的或不規(guī)則形狀的。

突出部502可被設(shè)計(jì)成使得其可以插入到連接管中。接頭突出部的壁厚可被打印成使得接頭能夠支撐由用于完整的骨架設(shè)計(jì)的有限元模型計(jì)算出的結(jié)構(gòu)負(fù)荷。例如，需要支撐大量級(jí)負(fù)荷的接頭可以比支撐較小負(fù)荷的接頭具有更厚的壁。

圖6示出了與三個(gè)管602a-602c連接的接頭601。該圖示出了可以如何設(shè)計(jì)接頭從而以不同的角度連接管。對(duì)應(yīng)于接頭的一組管之間的角度可以是相等的或不相等的。在圖6中示出的示例中，標(biāo)記所述角度中的兩個(gè)，管602a與602b之間的角度標(biāo)記為603，而管602b與602c之間的角度標(biāo)記為604。在圖6中，角度603和604是不相等的。603和604的可能值可以為至少1°、5°、10°、15°、20°、30°、45°、60°、75°、90°、105°、120°、135°、150°、165°或180°。

接頭可被打印成具有任何數(shù)目的突出的接受器端口以與連接管相配合。例如，接頭可以具有至少一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)、六個(gè)、七個(gè)、八個(gè)、九個(gè)、十個(gè)、十二個(gè)、十五個(gè)、二十個(gè)、三十個(gè)或五十個(gè)接受器端口或分叉。接頭可以具有少于本文所描述的任何數(shù)目的接受器端口。接頭可以具有落入本文所描述的任何兩個(gè)值之間的范圍內(nèi)的數(shù)目的接受器端口。圖7示出了具有五個(gè)突出部的接頭的示例。此外，突出部可以具有相等的或不相等的直徑。例如，圖8示出了被設(shè)計(jì)用于接受具有不同直徑的管的接頭801，其中在上端口802處接受較小的管并在下端口803處接受較大的管。在另一示例中，同一接頭上的不同端口可以能夠接受具有1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、2:3、2:5、2:7、3:5或3:7的不同管之間的直徑比的管。在非圓形管的情況下，直徑可以由相關(guān)的基本長(zhǎng)度尺度表示，例如在正方形管的情況下，由邊長(zhǎng)表示。另外，具有不同截面形狀的管可以能夠適配至同一接頭上的不同突出部上。例如，接頭可以具有突出部，該突出部具有圓形形狀、橢圓形形狀、正方形形狀、矩形形狀或不規(guī)則形狀中的全部或任何組合。在其他實(shí)現(xiàn)中，單一接頭可以具有這樣的突出部，所述突出部具有相等的直徑和/或相同的形狀。3-D打印接頭可以適應(yīng)這種一系列廣泛的接頭配置。

接頭可被打印成使得其包括被配置成適配在連接管之內(nèi)的突出部區(qū)域以及用以適配在連接管之上的凸緣。被配置成適配在連接管之內(nèi)的接頭突出部可被打印成使得可以在突出部的表面與凸緣的內(nèi)徑之間形成環(huán)形區(qū)域。

本文所描述的3-D打印方法可以容許包括使用其他制造方法可能是不可能的或成本高昂的精細(xì)結(jié)構(gòu)特征。例如，定心特征可被打印在接頭的突出部區(qū)域上。定心特征可以是接頭突出部上以規(guī)則或不規(guī)則圖案凸起的隆起物或其他形狀。在組裝接頭和管時(shí)，定心特征可以使接頭突出部定心在連接管之內(nèi)。如果在接頭突出部與連接管之間放置粘合劑，則定心特征可以在期望厚度或位置中創(chuàng)建用以使粘合劑分散的流體途徑。在另一示例中，接套(nipple)可被打印至接頭上。接套可以提供用于在接頭突出部與連接管之間的空間中引入粘合劑的真空端口或注射端口。在一些情況下，定心特征可以促進(jìn)粘合劑在接頭突出部與連接管之間的空間中的均勻分布，如本文其他各處詳細(xì)描述。

定心特征可以包括接頭突出部上的凸起打印圖案，其被設(shè)計(jì)成適配在連接管之內(nèi)。定心特征可以在最初形成接頭突出部時(shí)打印在該突出部上，或者它們可以在已經(jīng)設(shè)計(jì)好接頭之后打印在接頭突出部上。定心特征可以從接受器端口的突出部的外表面(管接合區(qū)域)凸起。凸起的定心特征的高度可以為至少0.001"、0.005"、0.006"、0.007"、0.008"、0.009"、0.010"、0.020"、0.030"、0.040"或0.050"。定心特征可以優(yōu)選地打印在被配置成適配在連接管之內(nèi)的突出部區(qū)域上，如圖9a-圖9d中所示。在備選實(shí)施方式中，定心特征可被打印在位于接頭上的、被配置成適配在連接管的外徑之上的凸緣區(qū)域上，以附加于或替代將定心特征打印在管接合區(qū)域上。定心特征可被打印在被配置成適配在連接管之內(nèi)的突出部以及接頭上的被配置成適配在連接管的外徑之上的凸緣區(qū)域之一或全部?jī)烧咧稀?/p>

圖9a-圖9d示出了四種可能的接頭定心特征實(shí)施方式的詳細(xì)視圖。圖9a示出了小塊定心特征901，該特征包括位于接頭突出部的管接合區(qū)域上的凸起的點(diǎn)的圖案。接頭突出部的管接合區(qū)域可以是被配置成用于與管的表面接觸的接頭突出部的一部分。管接合區(qū)域可被配置成插入到管中。點(diǎn)能夠以一個(gè)或多個(gè)行或列或者以交錯(cuò)的行和/或列來提供。凸起的點(diǎn)可以具有至少0.001"、0.005"、0.006"、0.007"、0.008"、0.009"、0.010"、0.020"、0.030"、0.040"或0.050"的直徑。

圖9b示出了螺旋形路徑定心特征902，該特征包括環(huán)繞在接頭突出部的管接合區(qū)域的全長(zhǎng)周圍的連續(xù)凸起的線。連續(xù)凸起的線可以包繞管接頭突出部單次或多次。備選設(shè)計(jì)可以包括具有不包繞管接合區(qū)域的整個(gè)直徑的凸起的螺旋形定心特征的定心特征。在備選實(shí)施方式中，螺旋形定心特征可以環(huán)繞接合區(qū)域的圓周的10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°、100°、110°、120°、130°、140°、150°、180°、190°、200°、210°、220°、230°、240°、250°、260°、270°、280°、290°、300°、310°、320°、330°、340°、350°或整個(gè)360°。定心特征還可以包括多個(gè)凸起的線，該凸起的線環(huán)繞管的全長(zhǎng)而不以類似于多頭螺紋的方式相交。

圖9c示出了迷宮定心特征(labyrinth centering feature)903，該特征包括凸起的短線，其以與接頭突出部的長(zhǎng)度方向成90度角與接頭的管接合區(qū)域外切。迷宮定心特征中的相鄰短線被組織成交錯(cuò)圖案?？梢蕴峁┒嘈卸叹€。短線可以基本上彼此平行?；蛘?，可以提供不同的角度。

圖9d示出了斷續(xù)螺旋線定心特征904，該特征包括凸起的短線，其以與管接合區(qū)域的長(zhǎng)度方向成45度角與接頭的管接合區(qū)域外切。在另一示例中，定心特征可以具有以1°、5°、10°、15°、20°、30°、45°、60°、75°、90°、105°、120°、135°、150°、165°或180°角與管接合區(qū)域外切的凸起的線。圖9c和圖9d中示出的定心特征中的短線可以具有至少0.005"、0.006"、0.007"、0.008"、0.009"、0.010"、0.020"、0.030"、0.040"、0.050"或0.100"的長(zhǎng)度。

可以使用除圖9a-圖9d中所描述的那些圖案之外的其他圖案。備選圖案可以包括成不規(guī)則角度或間隔的短線、線和點(diǎn)的組合或者環(huán)繞接合區(qū)域的一組實(shí)線，其中在所述線之間具有均勻或非均勻的間隔。在一些情況下，定心特征的圖案可以被設(shè)計(jì)成在不使一個(gè)或多個(gè)定心特征相交的情況下，可能不能繪制從內(nèi)突出部的遠(yuǎn)端到近端的筆直直線。這可以促使粘合劑采取更迂回的路徑并且促進(jìn)粘合劑的分散，如本文其他地方進(jìn)一步描述?；蛘?，在不使一個(gè)或多個(gè)定心特征相交的情況下，可以提供從內(nèi)突出部的遠(yuǎn)端到近端的直線。

能夠以不同的密度在接頭突出部上打印定心特征。例如，接頭突出部可被打印成使得突出部的90％覆蓋有凸起的定心特征。在具有90％的定心特征覆蓋范圍的情況下，所述特征可以非常緊密地間隔開?；蛘?，定心特征可以覆蓋突出部的至少5％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％。定心特征可以覆蓋小于這里所描述的任何百分比。定心特征可以落在這里所描述的任何兩個(gè)百分比之間的范圍內(nèi)?？梢赃x擇打印在接頭上的定心特征的密度以提供由骨架模型確定的結(jié)構(gòu)特征。

定心特征可以是凸起的，使得接頭/管組件包括連接管的內(nèi)表面與被設(shè)計(jì)成進(jìn)入連接管中的接頭突出部的表面之間的空間。內(nèi)管直徑與突出部之間的公差可以使得接頭和管形成壓力適配連接。在壓力適配連接的情況下，定心特征在管插入至接頭中時(shí)可以變形或者不變形。定心特征可以使接頭突出部定心在連接管之內(nèi)，使得連接管的內(nèi)表面與接頭突出部的表面之間的距離可以具有均勻的徑向厚度。或者，定心特征可以促進(jìn)接頭突出部與連接管之間的空間的非均勻分布。

可以在同一骨架結(jié)構(gòu)中的不同接頭上打印不同的定心特征?？梢栽谕唤宇^上的不同接頭突出部上打印不同的定心特征?？梢赃x擇打印在接頭突出部上的定心特征以使得該接頭支撐通過在骨架結(jié)構(gòu)上執(zhí)行的有限元分析而確定的應(yīng)力分布。圖10中示出了用以確定要打印在接頭上的定心特征的方法的示例。在該方法中，第一步驟1001是確定接頭突出部上的負(fù)荷或應(yīng)力?？梢允褂糜邢拊治鰜碛?jì)算應(yīng)力，所述有限元分析采用線性或非線性的應(yīng)力模型。當(dāng)骨架靜止時(shí)或者當(dāng)骨架正沿著典型路徑，例如沿著直線、彎曲軌跡、平坦地形或丘陵地形移動(dòng)時(shí)，可以計(jì)算接頭上的應(yīng)力。計(jì)算得到的接頭上的應(yīng)力可以是剪應(yīng)力、張應(yīng)力、壓應(yīng)力、扭應(yīng)力或應(yīng)力類型的組合。圖10中示出的方法的下一步驟是選擇將會(huì)為所確定的應(yīng)力或負(fù)荷分布提供最佳結(jié)構(gòu)支撐的定心特征1002。選擇定心特征可以涉及選擇可能的定心特征的圖案、尺寸和密度的任何組合。該過程中的最后步驟可以是在接頭上打印定心特征。

例如，預(yù)期要經(jīng)歷高量級(jí)張力的接頭可被打印成具有小塊定心特征，使得接頭與管之間的粘合劑接觸面積最大化。在另一示例中，預(yù)期要經(jīng)歷順時(shí)針方向的扭應(yīng)力的接頭可被打印成具有逆時(shí)針方向的螺旋形定心特征以提供針對(duì)扭力的阻力。

還可以選擇定心特征的尺寸和密度以使得接頭支撐通過在骨架結(jié)構(gòu)上執(zhí)行的計(jì)算分析和/或經(jīng)驗(yàn)分析而確定的應(yīng)力分布。定心特征的高度可以規(guī)定形成于接頭突出部的表面與連接管的內(nèi)徑之間的環(huán)的體積。在組裝接頭和管時(shí)，可以用粘合劑來填充環(huán)的體積。可以選擇定心特征高度以使得粘合劑的體積被優(yōu)化用于支撐接頭上的預(yù)期應(yīng)力或負(fù)荷。定心特征的密度還可以改變環(huán)形區(qū)域的體積。例如，與具有疏密度定心特征的接頭相比，具有高密度定心特征的接頭在環(huán)形區(qū)域中可以具有更小的體積?？梢赃x擇定心特征密度以使得粘合劑的體積被優(yōu)化用于支撐接頭上的預(yù)期應(yīng)力或負(fù)荷。

可以將用于連接真空管道或注射管道的接套(nipple)直接打印在接頭上?？梢栽诖蛴〗宇^時(shí)將接套打印在接頭上，使得接頭和接套可以由同一塊材料雕刻而成?；蛘?，可以單獨(dú)地打印接套并在打印之后將其添加至接頭。接套可以具有微細(xì)的內(nèi)部途徑，該內(nèi)部途徑可以是利用除3-D打印以外的制作方法不可能實(shí)現(xiàn)的。在一些情況下，通過接套和/或與接套流體連通的內(nèi)部途徑，流體可被遞送至突出部的管接受區(qū)域與附接至該突出部的管的內(nèi)徑之間的環(huán)形空間。流體可以是粘合劑。粘合劑可以通過打印的接套而被吸入或推入至環(huán)形區(qū)域中。接套可以定位在接頭的相對(duì)側(cè)上以使粘合劑均勻地分布。兩個(gè)或更多個(gè)接套可以對(duì)稱地或不對(duì)稱地附接至接頭。例如，它們可以在周向上彼此相對(duì)地提供在接頭的接受器端口上。它們可以提供在接頭的接受器端口的近端處或附近?；蛘?，它們可以提供在接頭的接受器端口的遠(yuǎn)端處或附近，或其任何組合。接頭可以在每個(gè)突出部上具有至少約1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)、10個(gè)、15個(gè)或20個(gè)接套。

接套可以定位在遠(yuǎn)離內(nèi)部接頭特征處、接近內(nèi)部接頭特征處或者與內(nèi)部接頭特征同軸定位，所述內(nèi)部接頭特征諸如為內(nèi)接頭突出部的壁之內(nèi)的流體途徑，其可以提供均勻的粘合劑涂層。圖11示出了具有接套1101的接頭突出部的示例的截面，所述接套連接至接頭突出部的壁之內(nèi)的內(nèi)部流體途徑1102。內(nèi)部途徑可被打印在接頭的側(cè)壁中。內(nèi)部途徑可以具有進(jìn)入環(huán)形區(qū)域中的出口1103。內(nèi)部途徑可以將流體(例如，粘合劑)引入至環(huán)形區(qū)域中。內(nèi)部途徑可以具有圓形截面、正方形截面、橢圓形截面或不規(guī)則形狀的截面。內(nèi)部途徑的直徑可以為至少1/100"、1/64"、1/50"、1/32"、1/16"、1/8"、1/4"或1/2"。如果內(nèi)部流體途徑具有非圓形截面，則列出的直徑可以對(duì)應(yīng)于截面的相關(guān)基本長(zhǎng)度尺度。流體途徑可以沿著接頭突出部的全長(zhǎng)或長(zhǎng)度的任何部分延伸。

接套的形狀和配置可被設(shè)計(jì)成與真空和/或壓力注射設(shè)備相連接。將接套直接打印在接頭上可以減少對(duì)用以將粘合劑注射至環(huán)形區(qū)域中的設(shè)備的需要。在引入粘合劑之后，可以通過將接套從接頭切割或熔化來移除接套。

集成的結(jié)構(gòu)特征可被直接打印至接頭之上或之內(nèi)。集成的結(jié)構(gòu)特征可以包括流體管道系統(tǒng)、電氣布線、電氣總線、板安裝件、懸掛安裝件或定位特征。集成的結(jié)構(gòu)特征可以簡(jiǎn)化骨架設(shè)計(jì)并且減少構(gòu)造骨架結(jié)構(gòu)所需的時(shí)間、勞動(dòng)、部件和成本。集成的結(jié)構(gòu)特征在每個(gè)接頭上的位置可以由骨架模型確定，并且軟件可以與3-D打印機(jī)通信以制造具有針對(duì)所選骨架設(shè)計(jì)而言必要的集成結(jié)構(gòu)特征的每個(gè)接頭。

接頭可被打印成使得其包括用于交通工具的剪切板件或主體板件的安裝特征。接頭上的安裝特征可以允許板件直接連接至交通工具骨架框架。接頭上的安裝特征可被設(shè)計(jì)成與板件上的互補(bǔ)配合特征相配合。例如，接頭上的安裝特征可以是具有用于硬件(例如螺絲、螺栓、螺母或鉚釘)的孔洞的法蘭、卡扣或被設(shè)計(jì)用于焊接或粘合劑應(yīng)用的法蘭。圖12a-圖12c示出了被設(shè)計(jì)用于與諸如交通工具等結(jié)構(gòu)上裝載的其他系統(tǒng)集成的接頭的特征。接頭可被設(shè)計(jì)成與結(jié)構(gòu)的剪切板件或主體板件集成。

圖12a示出了具有法蘭1201的接頭。法蘭1201可以用于連接至剪切板件或主體板件(未示出)。在使用接頭構(gòu)件以構(gòu)造交通工具骨架的情況下，接頭構(gòu)件可以與懸掛系統(tǒng)集成。懸掛系統(tǒng)可以包括液壓減震器、空氣減震器、橡膠減震器或彈簧加壓減震器。懸掛系統(tǒng)可以通過對(duì)法蘭1201的附接而連接至接頭構(gòu)件。法蘭可被打印成使得其包含用于與連接硬件(例如，螺絲、釘、鉚釘)相配合的至少一個(gè)孔洞1202。

接頭可被打印成使得其包括用于電氣連接的集成通路。集成到接頭中的電氣連接可以是電絕緣的。集成到接頭中的電氣連接可以是接地的。集成到接頭中的電氣連接可以與通過連接至該接頭的管而路由的布線連通。電氣布線可以用于向交通工具上裝載的系統(tǒng)提供動(dòng)力以及/或者向電池提供動(dòng)力以啟動(dòng)或運(yùn)行交通工具引擎。使用來自集成接頭的動(dòng)力的交通工具上裝載的系統(tǒng)可以包括導(dǎo)航、音頻、視頻顯示器、動(dòng)力窗或動(dòng)力座椅調(diào)節(jié)。交通工具內(nèi)的動(dòng)力分配可以專門通過管/接頭網(wǎng)絡(luò)而行進(jìn)。圖12b示出了用于使電線在整個(gè)結(jié)構(gòu)中路由的可能的接頭實(shí)施方式。圖12b中示出的接頭具有入口區(qū)域1203；該入口可以用于插入電氣連接或電線。電線可以插入到入口區(qū)域中并且從接頭路由至管以用于整個(gè)骨架中的傳輸?？墒褂秒娋€提供動(dòng)力的一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)可以通過入口區(qū)域與線相連接。集成到接頭中的電連接可以提供插件，該插件容許用戶插入一個(gè)或多個(gè)設(shè)備以獲得設(shè)備的功率。在一些情況下，可以在3-D打印接頭之前、之后或期間將一個(gè)或多個(gè)電接觸打印至接頭上。

接頭可被打印成使得其包括集成的加熱和冷卻流體系統(tǒng)以提供交通工具骨架中的熱調(diào)節(jié)和空氣調(diào)節(jié)。其他應(yīng)用可以包括冷卻和/或加熱交通工具的各種部件。將流體(例如，氣體或液體)系統(tǒng)集成到接頭/管構(gòu)造中可以部分地或完全地消除交通工具設(shè)計(jì)對(duì)常規(guī)通風(fēng)管和管道系統(tǒng)的需要。接頭可以將熱流體或冷流體從生產(chǎn)源(例如，電加熱元件、發(fā)動(dòng)機(jī)組熱交換機(jī)、制冷機(jī)、空氣調(diào)節(jié)單元或鍋爐)路由至骨架中的某一位置，其中乘客或交通工具操作員可能希望使內(nèi)部加熱或冷卻。接頭可以包含集成部件，以從源吸入熱流體或冷流體、分配熱流體或冷流體并且在遠(yuǎn)離源的位置處排放熱流體或冷流體。組件中的接頭和管可以使用玻璃纖維、泡沫絕緣、纖維素或玻璃絲進(jìn)行熱絕緣。接頭和管組件可以是不漏流體的。在包括集成流體系統(tǒng)的接頭的情況下，可以使用圖12b中示出的接頭實(shí)施方式。入口，諸如圖中所示的一個(gè)入口1203，可以用于通過在多個(gè)接頭之間經(jīng)由連接管來管道輸送流體的方式來使流體路由，以使整個(gè)結(jié)構(gòu)加熱或冷卻。

圖12c中示出了可用于流體或電力的路由的接頭的截面圖。在圖12c中示出的示例中，兩個(gè)接頭突出部由內(nèi)部通路1204連結(jié)。在實(shí)施方式中，圖12c中的接頭可以使流體或布線從1205處的入口路由至1206處的出口。用于流體和電力的路由的通路可以是相同的通路或者它們可以是分開的。內(nèi)部接頭路由可以保持兩種或更多種流體在接頭內(nèi)分離，同時(shí)仍然在管之間或者從管至安裝在接頭上的連接器或特征之間提供期望路由。

接頭可被打印成使得其包括集成的定位特征或標(biāo)識(shí)特征。該特征可以在組裝和處理期間實(shí)現(xiàn)對(duì)接頭的自動(dòng)標(biāo)識(shí)或處理。定位特征的示例可以包括圓柱形凸臺(tái)(例如，具有平坦的且徑向的凹槽的凸臺(tái))、具有帽的擠出的C形、與非對(duì)稱銷圖案適配的卡口或逆向卡口、掛鉤特征或者具有在檢查時(shí)可以唯一地限定特征定向和位置的幾何形狀的其他特征。這些定位特征可以對(duì)接至機(jī)器人夾持器或工件固定工具或者由其夾緊。一旦夾緊運(yùn)動(dòng)開始、部分完成或完成，接頭的接口可被完全限定。定位特征可以在空間框架組裝之前和期間實(shí)現(xiàn)對(duì)接頭的可重復(fù)和可選的自動(dòng)化定位。限定特征的幾何形狀還可以使得自動(dòng)化系統(tǒng)能夠在將管插入到接頭期間協(xié)調(diào)多個(gè)接頭沿著空間中的限定路徑的運(yùn)動(dòng)。在組裝期間，至少兩個(gè)管可以并行地插入到多個(gè)接頭中，而不導(dǎo)致幾何約束。集成的定位特征還可以包括整體標(biāo)識(shí)特征。例如，標(biāo)識(shí)特征可以是一維條形碼、二維QR碼、三維幾何圖案或這些元素的組合。標(biāo)識(shí)特征可以對(duì)關(guān)于其所附接的接頭的信息進(jìn)行編碼。這種接頭信息可以包括：接頭的幾何形狀，包括管進(jìn)口相對(duì)于標(biāo)識(shí)/位置特征的定向；接頭的材料；粘合劑注射端口和真空端口相對(duì)于標(biāo)識(shí)/定位特征的定位；接頭所需的粘合劑；以及接頭管直徑。組合的標(biāo)識(shí)/定位特征可以實(shí)現(xiàn)對(duì)用于組裝的接頭的自動(dòng)化定位，而無(wú)需向自動(dòng)化組裝單元供應(yīng)外部信息。

本文所描述的任何特征可以隨接頭的其余部分一起打印。例如，包括本文所描述的各種特征(例如，定心特征、接套、通路等)的整個(gè)接頭能夠以單一步驟打印并且由單一整體材料形成。或者，可以將特定特征打印至預(yù)先存在的接頭部件上。例如，可以將定心特征打印至現(xiàn)有的接受器端口上。

接頭制造的3-D打印方法可以是高效制作過程。單一的一組設(shè)備可被配置成用于生成具有不同詳細(xì)特征的多種接頭幾何形狀。與傳統(tǒng)制作方法相比，生產(chǎn)可以具有較低的時(shí)間和成本要求，此外，所述過程可以很容易地從小批量生產(chǎn)擴(kuò)展到大批量生產(chǎn)。所述過程可以提供優(yōu)于傳統(tǒng)制作方法的質(zhì)量控制，其可以減少與畸形部件相關(guān)聯(lián)的浪費(fèi)以及重制可能不滿足質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)的部件所需的時(shí)間。

雖然本文已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，這樣的實(shí)施方式只是以示例的方式提供的。本文并不旨在通過說明書中提供的特定示例來限制本發(fā)明。盡管已經(jīng)參考前述說明書描述了本發(fā)明，但本文的實(shí)施方式的描述和圖示不應(yīng)以限制性的意義來解釋。本領(lǐng)域技術(shù)人員現(xiàn)將會(huì)在不偏離本發(fā)明的情況下想到許多更改、改變和替代。此外，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的所有方面并不限于本文闡述的特定描繪、配置或相對(duì)比例，而是取決于多種條件和變量。應(yīng)當(dāng)理解，在實(shí)踐本發(fā)明的過程中可以采用對(duì)本文所描述的本發(fā)明實(shí)施方式的各種替代方案。因此可以設(shè)想，本發(fā)明還應(yīng)當(dāng)覆蓋任何這樣的替代、修改、改變或等同物。以下權(quán)利要求旨在限定本發(fā)明的范圍，并因此覆蓋這些權(quán)利要求范圍內(nèi)的方法和構(gòu)造及其等效項(xiàng)。