CN108176858A - 车辆部件和构造方法 - Google Patents

Abstract

一种构造车辆部件的方法包括沉积第一金属的层，将第二金属的细丝挤出到该层上，以及在所述细丝上沉积第一金属的第二层。

Description

车辆部件和构造方法

技术领域

本发明涉及车辆装备领域，更具体地，涉及一种车辆部件和构造方法。

背景技术

诸如门槛板、保险杠和粉碎罐的车辆部件可以在车辆碰撞期间吸收能量。吸收能量的量可以基于用于构造车辆部件的材料。车辆部件可以由单一材料构成，该材料具有一组特定的碰撞吸收特性和重量限制。例如，具有较高弹性模量的材料会具有较高的密度。

构造车辆部件的方法可以使用一种金属来形成车辆部件。例如，为了焊接车辆部件的一个或多个部件，待焊接的部件可以由相同的材料构造以确保部件具有相似的熔化温度。因此，车辆部件可以具有基于单一材料的特定的碰撞吸收特性。还有机会设计一种由多种材料构造车辆部件的方法。

发明内容

根据本发明，提供一种构造车辆部件的方法，包含：

沉积第一金属的层；

将第二金属的细丝挤出到层上；以及

在细丝上沉积第一金属的第二层。

根据本发明的一个实施例，其中第二金属的弹性模量高于第一金属的弹性模量。

根据本发明的一个实施例，其中第一金属的密度低于第二金属的密度。

根据本发明的一个实施例，其中第一金属是铝和镁的其中一种。

根据本发明的一个实施例，其中第二金属是不锈钢。

根据本发明的一个实施例，该方法还包含通过加热喷嘴并通过喷嘴输送第二金属的进料来挤出细丝。

根据本发明的一个实施例，其中细丝具有大体上圆形的横截面。

根据本发明的一个实施例，其中第一金属的层和第二层围绕细丝的表面区域延伸。

根据本发明的一个实施例，该方法还包含在第一金属的层上挤出第二金属的第二细丝。

根据本发明的一个实施例，该方法还包含在第一金属的第二层上挤出第二金属的第二细丝并且在第二细丝上沉积第一金属的第三层。

根据本发明的一个实施例，该方法还包含沿纵向轴线挤出细丝。

根据本发明的一个实施例，其中层具有第一纵向边缘和第二纵向边缘，方法还包含将细丝在与第二纵向边缘相比更靠近第一纵向边缘处挤出。

根据本发明的一个实施例，该方法还包含在细丝与第一纵向边缘之间的层上挤出第二金属的第二细丝。

根据本发明的一个实施例，该方法还包含沉积多个第一金属的层以形成沿轴线伸长的管，管限定沿着轴线伸长的空腔。

根据本发明的一个实施例，其中管具有面向空腔的内表面和外表面，并且至少一个细丝设置在与内表面相比更靠近外表面处。

根据本发明的一个实施例，其中管是整体结构。

根据本发明的一个实施例，该方法进一步包含在多个第一金属的层中的每个上以纵长图案沉积第二金属的多根细丝。

根据本发明的一个实施例，该方法还包含，对于第一金属的每层，沉积粉末形式的第一金属，并激光烧结沉积的粉末。

根据本发明，提供一种车辆部件，包含：

沿着纵向轴线伸长且由第一金属构成的管；以及

沿纵向轴线纵向地延伸的多根第二金属细丝。

根据本发明的一个实施例，其中管是整体结构。

附图说明

图1是包括车辆部件的车辆的立体图；

图2是车辆部件的立体图；

图3是车辆部件的主视图；

图4是形成车辆部件的第一金属的层的视图；

图5是将第二金属的细丝挤出到第一金属的层上的视图；

图6是将第一金属的第二层沉积到第一金属的层和第二金属的细丝上的视图；

图7是车辆部件的一个示例的一部分的横截面图；

图8是车辆部件的另一示例的一部分的横截面图，其中细丝与车辆部件的内表面相比更靠近车辆部件的外表面；

图9是具有设置在一层上的两根细丝的车辆部件的另一示例的一部分的横截面图；

图10是具有设置在第一金属的不同层上的细丝和第二细丝的车辆部件的另一示例的一部分的横截面图；

图11是包括凸缘的车辆部件的第二实施例的视图；

图12是用于构造车辆部件的过程的框图。

具体实施方式

参照附图，其中相同的附图标记在几个视图中表示相同的部件，构造车辆部件12、48的方法包括沉积第一金属的层14，将第二金属的细丝16挤压到层14，并且将第一金属的第二层14沉积在细丝16上。车辆部件12、48可以是沿着纵向轴线A伸长的管并且由多个第一金属的层14和多个沿纵向轴线A纵向延伸的第二金属的细丝16构造。

由于车辆部件12、48包括在第一金属的层14之间的第二金属的细丝16，因此第一金属的层14可以将碰撞能量传递到第二金属的细丝16，从而减少车辆部件12、48的变形。第二金属可以具有比第一金属的弹性模量高的弹性模量，从而允许第二金属的细丝16以比第一金属的层14更小的变形来吸收更多的碰撞能量。此外，第一金属可以具有低于第二金属的密度的密度，从而减小车辆部件12、48的总重量。因此，当车辆部件12、48安装在车辆10中时，车辆部件12、48可以吸收来自车辆碰撞的更多能量，减少传递到车辆10的部件的碰撞能量。此外，通过沉积第一金属的层14、挤出第二金属的细丝16到层14上、并且将第一金属的第二层14沉积在细丝16上来构造车辆部件12、48，车辆部件12、48可以是整体结构，从而进一步减小车辆部件12、48在车辆碰撞期间的变形。

如图1所示，车辆部件12可以附接到车辆10。虽然在图1中未示出，但是图11所示的车辆部件48可以附接到车辆10。如图1-2所示，车辆部件12、48可以是沿着纵向轴线A伸长的管。通过沿纵向轴线A延长车辆部件12、48，车辆部件12、48可以吸收横向于纵向轴线A的碰撞能量，例如侧面碰撞。

如图1所示，车辆部件12可以是例如车辆10的车架42的部件，例如车架42的门槛板44。虽然在图1中未示出，但车辆如图11所示的部件48可以是车辆10的车架42的部件。门槛板44沿着车架42的下端即在车辆10的门的下方延长。车架42可以包括连接到门槛板的车柱46。车柱46可以与门槛板44构成整体，即作为单个单元同时成型在一起，或者可以单独成型并且随后附接到门槛板44。门槛板44可以具有如图1所示的均一的管状形状，或者可以包括用于接合车架42的其余部分的凹部、延伸部等。作为其他示例，车辆部件12、48可以是保险杠、粉碎罐等。

车辆部件12、48可以由第一金属和第二金属构成。车辆部件12、48可以包括第一金属的多个层14和设置在层14之间的第二金属的多个细丝16。细丝16可以沿着纵向轴线A纵向地延伸。细丝16可以吸收来自施加到车辆部件12、48的碰撞的能量，例如侧面碰撞。也就是说，细丝16可以增加车辆部件12、48的刚度，即增加在车辆部件12、48变形之前由车辆部件12、48吸收的能量的量。

第一金属的弹性模量可以不同于第二金属的弹性模量。具体地，第二金属的弹性模量可以高于第一金属的弹性模量。因此，第二金属的细丝16在变形之前可以吸收更多的碰撞能量，并且车辆部件可以吸收更多的总碰撞能量。通过在第一金属的层14之间挤出第二金属的细丝16，细丝16在碰撞期间吸收能量，从而减少由第一金属的层14吸收的能量。例如，第一金属可以是具有69吉帕斯卡(gigapascals，GPa)的弹性模量的铝或具有45GPa的弹性模量的镁。第二金属可以是具有200GPa的弹性模量的不锈钢。

第一金属的密度可以不同于第二金属的密度。具体地，第一金属的密度可以低于第二金属的密度。因为车辆部件12、48中第一金属的量可以大于的第二金属的量，所以可以在保持期望的能量吸收特性的同时减小车辆部件12、48的总重量。例如，第一金属可以是密度为2700千克/立方米的铝或密度为1800千克/立方米的镁。第二种金属可以是密度为8000千克/立方米的不锈钢。可以选择第一金属和第二金属以使得第二金属的细丝16的重量可以是车辆部件12、48的总重量的大约10％。

车辆部件12、48可以用添加工艺(例如三维打印)来构造。例如，添加工艺可以是如图4-6所示的选择性激光烧结，或者材料被选择性地分层以形成车辆部件12、48的其他工艺，例如立体光刻、数字光处理、熔融沉积建模、选择性激光熔化、电子束熔化等。添加工艺可以由三维打印机(未示出)执行。三维打印机可以包括激光器20、喷嘴28、辊34以及第一和第二金属的储存器。

如图6所示，通过沉积粉末18形式的第一金属的层14来开始添加工艺。在沉积粉末18时，可以如图4所示的启动激光器20(例如二氧化碳激光器)以烧结沉积粉末18。也就是说，激光器20将粉末18熔化成固体物质。烧结粉末18产生呈现表面22的整体层14。层14可具有第一纵向边缘24和第二纵向边缘26。层14可具有约2.0-3.0毫米(mm)的宽度W。

如图5所示，然后可以加热喷嘴28，并且可以通过喷嘴28的开口32供给第二金属的进料30。进料30软化并形成细丝16，喷嘴28沉积该细丝16到第一金属的层14上。喷嘴28的开口32可以具有大致圆形的横截面，并且因此细丝16可以具有大致圆形的横截面。细丝16可以沿着纵向轴线A从喷嘴28挤出。具有大致圆形横截面的细丝16可以具有大约0.1-0.2mm的直径。

如图9所示，第一金属的第二层14’可以沉积在层14和细丝16上。如上所述，第二层14’可以如图6所示的通过辊34以粉末18形式沉积。粉末18可以用激光器20烧结。通过沉积粉末18形式的第一金属的第二层14’，粉末18围绕细丝16的表面区域。因此，如图7-9所示，第一金属的层14和第二层14’围绕细丝16的表面区域延伸。如图10所示，第二层14’和第三层14”围绕第二细丝16”的表面区域延伸。

通过围绕细丝16的表面区域延伸，细丝16被第一金属围绕，从而允许第一金属的层将碰撞能量分配至细丝16。如图9所示第二金属的第二细丝16’可以被挤出在第一金属的第二层14’上。如图7-10所示的第一金属的第三层14”可以沉积在第二细丝16’上，如图9所示。如图7-10所示，第一金属的层14、14’、14”和第二金属的细丝16、16’可以被增加直到形成车辆部件12。如图3所示，两根细丝16之间的距离D可以是2.0-3.0mm。

如图7-10所示，第二层14’可具有相应的第一纵向边缘24’和第二纵向边缘26’，并且第三层14”可具有第一纵向边缘24”和第二纵向边缘26”。也就是说，图7-10示出了分别具有相应的第一纵向边缘24、24’、24”和第二纵向边缘26、26’、26”的三个层14、14’、14”。可以将细丝16和第二细丝16’挤出到靠近第一纵向边缘24、24’、24”和第二纵向边缘26、26’、26”中的一个处，以定制车辆部件12的碰撞能量吸收特性。

如图8-10所示，细丝16可以比第二纵向边缘26被挤出到更靠近第一纵向边缘24处。此外，如图9所示，细丝16可以被挤出到与第一纵向边缘24相比更靠近第二纵向边缘26处。如下所述，基于第一纵向边缘24和第二纵向边缘26相对于车辆碰撞的方向的位置，将细丝16挤出成更接近车辆碰撞可以致使通过细丝16吸收更多的能量并且减少车辆部件12的变形。

如图1-3和图7-10所示，第一金属的多个层14可以被沉积以形成纵长管。管可以限定沿纵向轴线A伸长的空腔36。管可以具有面向空腔36的内表面38和外表面40。通过将车辆部件12形成为管，车辆部件12的总重量可以被减少。

如图10所示，细丝16、16’可以相对于内表面38和外表面40以交替模式挤出。例如，图10示出了更靠近外表面40挤出的细丝16和更靠近内表面38挤出的细丝16’。通过以交替的方式挤出细丝16、16’，可以定制车辆部件12的碰撞能量吸收特性。此外，细丝16可以在层14上以不同的图案挤出以产生车辆部件12的特定的碰撞能量吸收特性。

车辆部件12、48可以是整体结构。也就是说，车辆部件12、48可以用上述的添加工艺形成，并且在图4-6中示出为单个件。因为车辆部件12、48形成为整体结构，所以车辆部件12、48不存在减小车辆部件12、48的强度的接缝。车辆部件12、48的整体结构可以将碰撞能量更均匀地分布来减小车辆部件12、48的变形。

如上所述和在图4-10所示，第一金属的层14可以具有第一纵向边缘24和第二纵向边缘26。如图7-10所示，第一纵向边缘24可以呈现车辆部件12的外表面40的部分。如图7-10所示，第二纵向边缘26可以呈现车辆部件12的内表面38的部分。也就是说，基于层14的沉积位置，第一纵向边缘24和第二纵向边缘26可以呈现内表面38和外表面40的其中一个的部分。即，尽管图7-10示出了第一纵向边缘24呈现外表面40的部分，但是第一纵向边缘24可以在车辆部件12的相对侧(图7-10中未示出)上呈现内表面38的部分。

如图8-10所示，第二金属的细丝16可以在与第二纵向边缘26相比更靠近第一纵向边缘24处被挤出。也就是说，如图8-10所示，细丝16可以沉积在与内表面38相比更靠近外表面40处。当细丝16设置在与内表面38相比更靠近外表面40处时，碰撞能量可以是更快速地被细丝16吸收，从而减小了车辆部件12的变形。也就是说，碰撞可以首先与外表面40接触，并且碰撞能量可以穿过第一金属的层14直到到达第二金属的细丝16。在那里，至少一部分碰撞能量被细丝16吸收。当细丝16是与内表面38相比更接近外表面40时，第一金属的层14在碰撞能量到达细丝16之前吸收较少的碰撞能量，允许细丝16吸收更多的碰撞能量并减少车辆部件12的变形。

如图9所示，可以在第一金属的每个层14上挤出多于一根的第二金属的细丝16。例如，在将第二金属的细丝16挤出到第一金属的层14上之后，第二金属的第二细丝16’可以被挤出在第一金属的层14上。通过在第一金属的层14上挤出多于一根的第二金属的细丝16，车辆部件12可以具有更多的第二金属的细丝16并且可以吸收更多的碰撞能量。第二金属的细丝16可以以纵长图案沉积在第一金属的多个层14中的每一个上。

虽然部件12在图1-10中被示出为矩形管，但部件12可以具有不同的形状。例如，如图11所示，车辆部件48的第二实施例可以是矩形管，具有从矩形管的外表面52延伸的凸缘50。凸缘50可以用于附接到车身的一部分，例如车柱46。凸缘50可以通过如上所述的沉积第一金属的多个层14并且将一个或多个细丝16挤出到层14来构造。例如，如图11所示，凸缘50可以包括吸收碰撞能量的多个细丝16。如上所述，凸缘50可以与车辆部件48的其他部分形成为整体结构。如图11所示，凸缘50可以是单个件，或者可以是在外表面52上形成的多个件以与每个车柱46对齐。此外，车辆部件48可以具有利用如上所述的添加工艺形成的多个凸缘50(在图11中未示出)。

图12示出了用于构造车辆部件12、48的过程100。过程100在框102中开始，其中三维打印机接收用于构造车辆部件12、48的指令。指令可以包括例如要沉积的层14的数量、挤出到层14上的细丝16的数量、细丝16被挤出到的特定的层14等。

在框104中，第一金属的粉末18如图6中所示的由辊34沉积。辊34可以将粉末18沉积到例如另一层14、细丝16中的一个、未烧结粉末18上等。

在框106中，激光器20将粉末18烧结到层14中。如上所述和图5中所示，激光器20将粉末18熔合成呈现表面22的固体物质。通过烧结粉末18，激光器20将当前层14与前一层14熔合，形成车辆部件12的整体结构。

在框108中，三维打印机确定指令是否指示应当将细丝16之一挤出到层14上。如果指令指示应将细丝16之一挤出到层14上，过程100在框110中继续。否则，过程100在框112中继续。

在方框110中，喷嘴28加热第二金属的进料30并将细丝16挤出到层14的表面22上。加热的喷嘴28软化进料30，允许喷嘴28推进进料30穿过开口32且挤出细丝16。如上所述并且如图5所示，喷嘴28可以沿着层14上的纵向轴线A挤出细丝16。

在框112中，三维打印机确定车辆部件12、48是否完整。也就是说，三维打印机确定是否还需要添加更多的层14以构建车辆部件12、48。如果车辆部件12、48的所有层14已经铺设，则车辆部件12、48完成并且过程100结束。否则，过程100返回到框104以致动辊34以沉积更多的第一金属的粉末18。

已经以说明性方式描述了本公开，并且应该理解的是，已经使用的术语旨在具有描述性词语的性质，而不是限制性的。鉴于上述教导，本公开的许多修改和变化是可能的，并且本公开可以以与具体描述不同的方式实施。

Claims (20)

1.一种构造车辆部件的方法，包含：

沉积第一金属的层；

将第二金属的细丝挤出到所述层上；以及

在所述细丝上沉积所述第一金属的第二层。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二金属的弹性模量高于所述第一金属的弹性模量。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一金属的密度低于所述第二金属的密度。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一金属是铝和镁的其中一种。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二金属是不锈钢。

6.根据权利要求1所述的方法，还包含通过加热喷嘴并通过所述喷嘴输送所述第二金属的进料来挤出所述细丝。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述细丝具有大体上圆形的横截面。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一金属的所述层和所述第二层围绕所述细丝的表面区域延伸。

9.根据权利要求1所述的方法，还包含在所述第一金属的所述层上挤出所述第二金属的第二细丝。

10.根据权利要求1所述的方法，还包含在所述第一金属的所述第二层上挤出所述第二金属的第二细丝并且在所述第二细丝上沉积所述第一金属的第三层。

11.根据权利要求1所述的方法，还包含沿纵向轴线挤出所述细丝。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述层具有第一纵向边缘和第二纵向边缘，所述方法还包含将所述细丝在与所述第二纵向边缘相比更靠近所述第一纵向边缘处挤出。

13.根据权利要求12所述的方法，还包含在所述细丝与所述第一纵向边缘之间的所述层上挤出所述第二金属的第二细丝。

14.根据权利要求1所述的方法，还包含沉积多个所述第一金属的层以形成沿轴线伸长的管，所述管限定沿着所述轴线伸长的空腔。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述管具有面向所述空腔的内表面和外表面，并且至少一个细丝设置在与所述内表面相比更靠近所述外表面处。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述管是整体结构。

17.根据权利要求14所述的方法，进一步包含在所述多个所述第一金属的所述层中的每个上以纵长图案沉积所述第二金属的多根细丝。

18.根据权利要求1所述的方法，还包含，对于所述第一金属的每层，沉积粉末形式的所述第一金属，并激光烧结所述沉积的粉末。

19.一种车辆部件，包含：

沿着纵向轴线伸长且由第一金属构成的管；以及

沿纵向轴线纵向地延伸的多根第二金属细丝。

20.根据权利要求19所述的车辆部件，其中所述管是整体结构。