CN112839815B - 增材制造的产品中的晶格过渡结构 - Google Patents

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Abstract

增材制造的晶格结构包括：(a)包括第一晶格单位晶胞的重复互连阵列的第一三维晶格；(b)包括第二晶格单位晶胞的重复互连阵列的第二三维晶格，其中，所述第二晶格单位晶胞不同于所述第一晶格单位晶胞；以及(c)第一过渡节段，其使所述第一三维晶格和所述第二三维晶格互连。第一过渡节段包括：(i)包括所述第一晶格单位晶胞的重复阵列的第一三维过渡晶格；和(ii)包括所述第二晶格单位晶胞的重复阵列的第二三维过渡晶格，其与所述第一三维过渡晶格交错且互连。

Description

增材制造的产品中的晶格过渡结构
对相关申请的交叉引用
本申请要求保护对于提交于2018年10月22日的美国临时申请序号No. 62/748624的优先权，该临时申请的公开特此通过引用而以其整体合并。
技术领域
本发明涉及在缓冲器、衬垫、软垫、减震器以及通过增材制造而生产的其它晶格物体中有用的晶格过渡结构。
背景技术
有时被称为“立体光刻”的一组增材制造技术通过可光聚合的树脂的序列聚合而创建三维物体。这样的技术可以是：“自底向上”技术，其中，光通过透光窗向生长的物体的底部上投射到树脂中)；或“自顶向下”技术，其中，光在生长的物体的顶部上投射到树脂上，树脂然后向下浸入到树脂池中。
新近引入有时被称为连续液体界面生产(CLIP)的更迅速的立体光刻技术已使立体光刻的有用性从原型制作扩展到制造。参见J. Tumbleston、D. Shirvanyants、N.Ermoshkin等人的3D物体的连续液体界面生产(Continuous liquid interfaceproduction of 3D objects)(SCIENCE 347，1349-1352)(在2015年3月16日在线公布)；授予DeSimone等人的美国专利No. 9211678；No. 9205601；以及No. 9216546；还参见R.Janusziewicz等人的利用连续液体界面生产来进行的无层制备(Layerless fabricationwith continuous liquid interface production)(PNAS 113，11703-11708)(2016年10月18日)。
在引入CLIP之后不久引入用于增材制造的双重固化树脂，从而使得用于制造多种多样的物体的立体光刻的有用性更进一步扩展。参见Rolland等人的美国专利No.9676963、No. 9453142以及No. 9598606；J. Poelma和J. Rolland的再思考利用聚合物来进行的数字制造(Rethinking digital manufacturing with polymers)(SCIENCE 358，1384-1385)(2017年12月15日)。
在开发用于增材制造的产品的晶格物体的方面存在极大兴趣。然而，如何在单个物体中使多种不同晶格类型以平滑的方式互连的问题迄今为止尚未解决。
发明内容
本文中所描述的各种实施例提供包括两种类型的晶格之间的过渡节段的晶格结构和用于自动地生成所述过渡节段的方法。
根据本文中所描述的一些实施例，增材制造的晶格结构包括：(a)包括第一晶格单位晶胞的重复互连阵列的第一三维晶格；(b)包括第二晶格单位晶胞的重复互连阵列的第二三维晶格，其中，所述第二晶格单位晶胞不同于所述第一晶格单位晶胞；以及(c)第一过渡节段，其使所述第一三维晶格和所述第二三维晶格互连。第一过渡节段包括：(i)包括所述第一晶格单位晶胞的重复阵列的第一三维过渡晶格；和(ii)包括所述第二晶格单位晶胞的重复阵列的第二三维过渡晶格，其与所述第一三维过渡晶格交错且互连。
在一些实施例中，晶格结构进一步包括：(d)由第三晶格单位晶胞的重复互连阵列组成的第三三维晶格，其中，所述第三晶格单位晶胞不同于所述第二晶格单位晶胞以及任选地所述第一晶格单位晶胞；以及(e)第二过渡节段，其使所述第二三维晶格和所述第三三维晶格互连。第二过渡节段包括：(iii)包括所述第二晶格单位晶胞的重复阵列的第三三维过渡晶格；和(iv)包括所述第三晶格单位晶胞的重复阵列的第四三维过渡晶格，其与所述第三三维过渡晶格交错且互连。
在一些实施例中，所述第一过渡节段具有连接到所述第一三维晶格的第一部分和连接到所述第二三维晶格的第二部分，所述第一三维过渡晶格的所述第一晶格单位晶胞从所述第一部分到所述第二部分在尺寸上逐步地收缩，所述第二三维过渡晶格的所述第二晶格单位晶胞从所述第一部分到所述第二部分在尺寸上逐步地扩张，所述第二过渡节段当存在时具有连接到所述第二三维晶格的第三部分和当存在时连接到所述第三三维晶格的第四部分，所述第三三维过渡晶格的所述第二晶格单位晶胞从所述第三部分到所述第四部分在尺寸上逐步地收缩，并且，所述第四三维过渡晶格的所述第三晶格单位晶胞从所述第一部分到所述第二部分在尺寸上逐步地扩张。
在一些实施例中，晶格结构通过增材制造过程(例如，选择性激光烧结(SLS)、融合沉积建模(FDM)、立体光刻(SLA)、三维打印(3DP)或多次喷射建模(MJM))而生产。
在一些实施例中，所述第一三维晶格和第二三维晶格由相同材料(例如，聚合物、金属、陶瓷或它们的复合物)形成。
在一些实施例中，所述晶格结构是刚性的、柔性的或弹性的。
在一些实施例中，所述第一晶格阵列和所述第二晶格阵列是独立地选择的四面体网格(例如，A15、C15或α空间填装等等)或六面体网格晶格。
根据本文中所描述的一些实施例，支架、臂状部、连结件、减震器、软垫或衬垫包括本文中所描述的实施例的晶格结构。
根据本文中所描述的一些实施例，可穿戴保护装置包括本文中所描述的实施例的支架、臂状部、连结件、减震器、软垫或衬垫(例如，护胫、膝盖衬垫、肘部衬垫、运动内衣、自行车短裤、背包带、背包靠背、颈部支架、护胸、保护背心、保护夹克、宽松长裤、套装、工装裤、连身衣裤以及保护宽松长裤等等)。
根据本文中所描述的一些实施例，底座或座部包括本文中所描述的实施例的支架、臂状部、连结件、减震器、软垫或衬垫。
根据本文中所描述的一些实施例，汽车或航空面板、缓冲器或构件包括本文中所描述的实施例的支架、臂状部、连结件、减震器、软垫或衬垫。
根据本文中所描述的一些实施例，制作本文中所描述的实施例的物体的方法包括：(a)提供所述物体的数字模型；以及然后(b)通过增材制造过程来根据所述数字模型而生产所述物体。
根据本文中所描述的一些实施例，用于生成晶格结构的方法包括：生成包括第一晶格单位晶胞的第一重复互连阵列的第一三维晶格；生成包括第二晶格单位晶胞的第一重复互连阵列的第二三维晶格，其中，第二晶格单位晶胞不同于第一晶格单位晶胞；以及生成使第一三维晶格和第二三维晶格互连的过渡节段，其中，过渡节段包括：包括第一晶格单位晶胞的第二重复阵列的第一三维过渡晶格；和包括第二晶格单位晶胞的第二重复阵列的第二三维过渡晶格，其与第一三维过渡晶格交错且互连。
在一些实施例中，过渡节段具有连接到第一三维晶格的第一部分和连接到第二三维晶格的第二部分，第一三维过渡晶格的第一晶格单位晶胞从第一部分到第二部分在尺寸上逐步地收缩，并且，第二三维过渡晶格的第二晶格单位晶胞从第一部分到第二部分在尺寸上逐步地扩张。
在一些实施例中，生成使第一三维晶格和第二三维晶格互连的过渡节段包括将第二晶格单位晶胞的第二重复阵列中的第二晶格单位晶胞放置成与第一晶格单位晶胞的第二重复阵列中的第一晶格单位晶胞的顶点和/或棱边相邻。
在一些实施例中，过渡节段进一步包括第三三维过渡晶格，第三三维过渡晶格包括与第一晶格单位晶胞和第二晶格单位晶胞不同的第三晶格单位晶胞的重复阵列。
根据本文中所描述的一些实施例，计算机程序产品包括有形非暂时性计算机可读存储介质，有形非暂时性计算机可读存储介质包括在计算机可读存储介质中体现的计算机可读程序代码，计算机可读程序代码在由至少一个处理器执行时，使得至少一个处理器实行包括下者的操作：生成包括第一晶格单位晶胞的第一重复互连阵列的第一三维晶格；生成包括第二晶格单位晶胞的第一重复互连阵列的第二三维晶格，其中，第二晶格单位晶胞不同于第一晶格单位晶胞；以及生成使第一三维晶格和第二三维晶格互连的过渡节段，其中，过渡节段包括：包括第一晶格单位晶胞的第二重复阵列的第一三维过渡晶格；和包括第二晶格单位晶胞的第二重复阵列的第二三维过渡晶格，其与第一三维过渡晶格交错且互连。
本发明的前述目标和方面以及其它目标和方面在本文中的附图和在下文中阐明的说明书中更详细地解释。本文中所引用的所有美国专利参考文献的公开都将通过引用而合并于本文中。
附图说明
图1示意性地图示本发明的晶格结构的一个实施例。
图2示意性地图示四面体晶格单位晶胞通过如可以合并到本发明的复合晶格结构的过渡节段中的一系列的五个中间晶格晶胞过渡到其双重的示例。
图3和图4是在通过本发明的过程而以晶格填充之前的示例性的伺服臂原型的透视图。
图5和图6是在本发明的过程中部分地转换成晶格填料的图3和图4的示例性的伺服臂的透视图。
图7和图8是通过本发明的过程而完全地转换成晶格填料的图3和图4的示例性的伺服臂的透视图。
图9示意性地图示可用于实施本发明的方法的设备的一个实施例。
具体实施方式
现在，在下文中参考附图而更全面地描述本发明，在附图中，示出本发明的实施例。然而，本发明可以按许多不同形式体现，并且不应当被解释为限于本文中所阐明的实施例；更确切地说，提供这些实施例，以便本公开将为详尽并且完整的，并且将向本领域技术人员全面地传达本发明的范围。
同样的编号通篇指同样的元件。在图中，为了清楚起见，可以将某些线、层、构件、元件或特征的厚度放大。
本文中所使用的术语仅仅出于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制本发明。如本文中所使用的，除非上下文清楚地另外指示，否则单数形式”一”、“一个”以及“该”旨在也包括复数形式。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises或comprising)”指定所阐明的特征、整体、步骤、操作、元件构件和/或它们的群组或组合的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、构件和/或它们的群组或组合的存在或添加。
如本文中所使用的，除了在以备选形式(“或”)解释时不存在组合之外，术语“和/或”包括任何可能的组合和所有可能的组合或包括相关联的所列出的项中的一个或多个。
除非另外限定，否则本文中所使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域中的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。将进一步理解，术语(诸如在通常使用的词典中定义的术语)应当被解释为具有与其在说明书和权利要求书的上下文中的含义一致的含义，并且不应当在理想化或过于正式的意义上解释，除非本文中明确地如此定义。为了简洁和/或清楚起见，可能未详细地描述众所周知的功能或构造。
将理解，当元件被称为“在另一元件上”、“附接”到另一元件、“连接”到另一元件、与另一元件“联接”、“接触”另一元件等时，该元件能够直接地位于另一个元件上、附接到另一个元件、连接到另一个元件、与另一个元件联接和/或接触另一个元件，或也能够存在居间元件。形成对照的是，当元件被称为例如“直接位于另一元件上”、“直接附接”到另一元件、“直接连接”到另一元件、与另一元件“直接联接”或“直接接触”另一元件时，不存在居间元件。本领域技术人员还将意识到，对设置成与另一特征“相邻”的结构或特征的引用能够具有与相邻的特征重叠或位于相邻的特征下面的部分。
空间相对术语(诸如“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等)可以在本文中为了描述的简单而用于描述如附图中所图示的元件或特征与(一个或多个)另一元件或特征的关系。将理解，除了附图中所描绘的取向之外，空间相对术语旨在还包含在使用或操作中的装置的不同取向。例如，如果附图中的装置倒置，则描述为位于其它元件或特征的“下面”或“底下”的元件将取向成位于其它元件或特征的“上方”。因而，示范性术语“下面”能够包含上方和下面两者的取向。装置可以按其它方式取向(旋转90度或呈其它取向)，并且因此解释本文中所使用的空间相对描述语。类似地，除非另外具体地指示，否则术语“向上”、“向下”、“竖直”、“水平”等在本文中仅用于阐释的目的。
将理解，尽管术语第一、第二等可以在本文中用于描述各种元件、构件、区域、层和/或区段，但这些元件、构件、区域、层和/或区段不应当受这些术语限制。相反，这些术语仅用于将一个元件、构件、区域、层和/或区段与另一元件、构件、区域、层和/或区段区分开。因而，在不脱离本发明的教导的情况下，本文中所讨论的第一元件、构件、区域、层或区段能够被称为第二元件、构件、区域、层或区段。除非另外具体地指示，否则操作(或步骤)的顺序不限于权利要求书或附图中所呈现的次序。
增材制造方法、设备以及树脂。
用于增材制造的技术是已知的。合适的技术包括但不限于诸如下者的技术：选择性激光烧结(SLS)、融合沉积建模(FDM)、立体光刻(SLA)、包括三维打印(3DP)的材料喷射和多次喷射建模(MJM)(包括诸如可从Hewlett Packard买到的多次喷射融合的MJM)以及其它。参见例如H. Bikas等人的增材制造方法和建模途径：批判性回顾(Additivemanufacturing methods and modelling approaches: a critical review)(Int. J.Adv. Manuf. Technol. 83，389-405)(2016)。
用于聚合物物品的增材制造的树脂是在下者中已知的并且描述：例如DeSimone等人的美国专利No. 9211678；No. 9205601；以及No. 9216546。用于增材制造的双重固化树脂是在下者中已知的并且描述：例如，Rolland等人的美国专利No. 9676963；No. 9598606；以及No. 9453142。双重固化树脂的非限制性示例包括但不限于用于生产下者的树脂：由诸如聚氨酯、聚脲之类的聚合物和它们的共聚物组成的物体；由环氧树脂组成的物体；由氰酸酯组成的物体；由硅树脂组成的物体等等。
包括自底向上技术和自顶向下技术的立体光刻在下者中是已知的并且描述：例如，授予Hull的美国专利No. 5236637、授予Lawton的美国专利No. 5391072和No.5529473、授予John的美国专利No. 7438846、授予Shkolnik的美国专利No. 7892474、授予El-Siblani的美国专利No. 8110135、授予Joyce的美国专利申请公布No. 2013/0292862以及授予Chen等人的美国专利申请公布No. 2013/0295212。这些专利和申请的公开通过引用而以其整体合并于本文中。
在一些实施例中，物体通过连续液体界面生产(CLIP)而形成。CLIP在下者中是已知的并且描述：例如、PCT申请No. PCT/US2014/015486(美国专利No. 9211678)；PCT/US2014/015506(美国专利No. 9205601)、PCT/US2014/015497(美国专利No. 9216546)以及J. Tumbleston、D. Shirvanyants、N. Ermoshkin等人的3D物体的连续液体界面生产(Continuous liquid interface production of 3D Objects)(Science 347、1349-1352)(2015)。还参见R. Janusziewcz等人的利用连续液体界面生产来进行的无层制备(Layerless fabrication with continuous liquid interface production)(Proc.Natl. Acad. Sci. USA 113，11703-11708)(2016年10月18日)。在一些实施例中，CLIP采用如上文所描述的自下而上的三维制备的特征，但在实施辐射和/或所述推进步骤的同时还同时维持生长的物体与构建表面或窗之间的稳定或持久的液体界面，诸如通过：(i)连续维持与所述构建表面接触的可聚合液体的死区，以及(ii)连续维持在死区与固体聚合物之间并与其中的各个接触的聚合区(诸如，活性表面)的梯度，聚合区的梯度包括呈部分固化形式的第一组分。在CLIP的一些实施例中，光学透明部件包括半透性部件(例如，含氟聚合物)，并且通过以下方式来实施连续维持死区：通过光学透明部件而供给聚合抑制剂，从而在死区中且任选地在聚合区的梯度的至少部分中产生抑制剂的梯度。用于实施能够在本发明中使用并且排除对于半透性“窗”或窗结构的需要的CLIP的其它途径包括利用包括不混溶液体的液体界面(参见L. Robeson等人的公布于2015年10月29日的WO2015/164234)，通过电解来作为抑制剂而生成氧(参见I. Craven等人的公布于2016年8月25日的WO2016/133759)，并且将光敏剂所联接到的可磁性地定位的颗粒合并到可聚合液体中(参见J.Rolland的公布于2016年9月15日的WO2016/145182)。
用于实施CLIP的特定实施例的方法和设备的其它示例包括但不限于：B. Feller的美国专利申请公布No. US2018/0243976(公布于2018年8月30日)；M. Panzer和J.Tumbleston的美国专利申请公布No. US2018/0126630(公布于2018年5月10日)；K. Willis和B. Adzima的美国专利申请公布No. US2018/0290374(2018年10月11日)；Batchelder等人的具有粘性泵的连续液体界面生产***(Continuous liquid interface productionsystem with viscosity pump)(美国专利申请公布No. US2017/0129169(2017年5月11日))；Sun和Lichkus的用于迅速地生产物体的三维制备***(Three-dimensionalfabricating system for rapidly producing objects)(美国专利申请公布No. US2016/0288376(2016年10月6日))；Willis等人的在固化过程期间的3d打印粘附力减小(3d printadhesion reduction during cure process)(美国专利申请公布No. US2015/0360419(2015年12月17日))；Lin等人的通过3d打印参数的优化而进行的智能3d打印(Intelligent3d printing through optimization of 3d print parameters)(美国专利申请公布No.US2015/0331402(2015年11月19日))；以及D. Castanon的立体光刻***(Stereolithography System)(美国专利申请公布No. US2017/0129167(2017年5月11日))。
在形成物体之后，物体典型地被清洁，并且，在一些实施例中，物体然后优选地通过烘烤而进一步被固化(然而，进一步固化可以在一些实施例中与第一次固化同时发生，或可以通过诸如与水接触之类的不同机制来进行，如授予Rolland等人的美国专利No.9453142中所描述的那样)。
本文中所描述的实施例提供为从第一晶格类型过渡到第二晶格类型作准备的方法和根据该方法而得到的晶格结构。
图1示意性地图示本发明的晶格结构10的一个实施例。如图1中所图示的，晶格结构10可以由第一类型的第一晶格11和第二类型的第二晶格12构成。第一晶格11可以包括第一晶格单位晶胞的重复互连阵列。第二晶格12可以包括第二晶格单位晶胞的重复互连阵列。在一些实施例中，第一晶格11的第一晶格单位晶胞和第二晶格12的第二晶格单位晶胞可能彼此不同。尽管在图1中以二维图示，但将理解，第一晶格11和第二晶格12可以按三维形成。在一些实施例中，第一晶格11和第二晶格12可以由多个多面体构成的网格限定。在一些实施例中，第一晶格11和/或第二晶格12可以由沿着网格的多面体的形心、棱边和/或顶点布置的支柱构成。
在一些实施例中，第一晶格11和第二晶格12可以是晶格结构10的节段(例如，工作晶胞)。例如，在授予Kabaria等人的国际专利申请PCT/US2018/056842(要求保护对于授予Kabaria的美国临时专利申请No. 62/579346和授予Kabaria等人的美国临时专利申请No.62/719316的优先权)中，描述了用于形成由不同晶格类型的多个工作晶胞构成的晶格结构的方法，这些专利申请中的每个的内容通过引用而被包括在本文中。在一些实施例中，晶格结构10可以是例如使用增材制造过程来形成的晶格。在一些实施例中，晶格结构10可以通过由将制造的晶格的数据表示而表示。因此，本文中所描述的晶格结构可以指物理晶格结构的数据表示以及根据这样的数据表示而构造的晶格两者。
如图1中所图示的，晶格结构10可以进一步包括使第一晶格11连接到第二晶格12的过渡节段14。过渡节段14可以包括多个不同单位晶胞，包括第一晶格单位晶胞、第二晶格单位晶胞和/或其它晶格单位晶胞。在一些实施例中，过渡节段14可以包括与第二晶格单位晶胞的重复阵列交错和/或互连的第一晶格单位晶胞的重复阵列。在一些实施例中，第一晶格单位晶胞的重复阵列的相应的第一晶格单位晶胞的尺寸可以随着距第一晶格11的距离增大而在过渡节段14内在尺寸上逐步地收缩。类似地，第二晶格单位晶胞的重复阵列的相应的第二晶格单位晶胞的尺寸可以随着距第二晶格12的距离增大而在过渡节段14内在尺寸上逐步地收缩。在一些实施例中，过渡节段14可以具有连接到第一晶格11的第一部分和连接到第二晶格12的第二部分。过渡节段14的第一晶格单位晶胞可以从第一部分到第二部分在尺寸上逐步地收缩，并且，过渡节段14的第二晶格单位晶胞可以从第一部分到第二部分在尺寸上逐步地增大。过渡节段14可以虑及在晶格结构10内从第一晶格11的第一晶格单位晶胞到第二晶格12的第二晶格单位晶胞的过渡(例如，逐渐过渡和/或不那么突然的过渡)。
在一些实施例中，过渡节段14通过将一种类型的单位晶胞(例如，第一晶格单位晶胞)布置于另一种类型的晶胞(例如，第二晶格单位晶胞)的顶点和/或棱边处而形成。例如，在过渡节段14内，第二晶格单位晶胞可以布置于第一晶格单位晶胞中的第一晶格单位晶胞的顶点和/或棱边处，并且进一步布置成使得第二晶格单位晶胞的尺寸随着布置从过渡节段14的第二部分继续进行到第一部分而相继地减小。在一些实施例中，第二晶格单位晶胞的尺寸可以减小，直到第二晶格单位晶胞不再与第一晶格单位晶胞相邻(例如，在过渡节段14的第一部分和第一晶格11边界处)而存在为止。类似地，在过渡节段14内，第一晶格单位晶胞可以布置于第二晶格单位晶胞中的第二晶格单位晶胞的顶点和/或棱边处，并且进一步布置成使得第一晶格单位晶胞的尺寸随着布置从过渡节段14的第一部分继续进行到第二部分而相继地减小。在一些实施例中，第一晶格单位晶胞的尺寸可以减小，直到第一晶格单位晶胞不再与第二晶格单位晶胞相邻(例如，在过渡节段14的第二部分和第二晶格12的边界处)而存在为止。在一些实施例中，第一晶格单位晶胞的从第一部分到第二部分的在尺寸上的增大和/或第二晶格单位晶胞的从第二部分到第一部分的在尺寸上的增大可以随着过渡节段14内的正扩张的泡沫而进展。
尽管图1图示两种晶格类型(第一晶格11和第二晶格12)，但将理解，可以合并有超过仅两个额外的晶格。例如，第三晶格可以经由额外的过渡节段来连接到第一晶格11和/或第二晶格12。额外的晶格可以包括额外的晶格与额外的晶格所连接到的晶格之间的额外的过渡节段。额外的过渡节段可以包括来自两个晶格的单位晶胞，额外的过渡节段以如在本文中关于第一晶格11、第二晶格12以及过渡节段14而描述的方式位于所述两个晶格之间。
图2是能够由四面体网格单位晶胞限定的各种各样的不同晶格晶胞类型的非限制性的图示，晶格晶胞类型在从原始单位晶胞(其中，支柱与棱边对准并且连接于拐角处，并且，沿着棱边的支柱为相邻的晶胞共有)到对应的双重(其中，相邻的晶胞的形心通过支柱而彼此连接)的范围内变动。图2图示所记录的多面体扩张的过渡形态。在图2中，作为点而终止于四面体的四个面中的每个上的线表示伸出到相邻的四面体中并且与相邻的四面体的形心连接的支柱。在所示出的所有实施例中，粗线表示晶胞的支柱；沿着棱边的支柱为相邻的晶胞共有；以及终结于四面体的面上的支柱与相邻的晶胞的对应的支柱互连。本发明的复合晶格结构能够通过生产中间结构而由两个或更多个单独的晶格组装，在该中间结构中，晶胞通过一系列的中间晶胞类型(诸如，图2中所图示的那些晶胞类型)从一种晶胞类型逐步地转变成另一种晶胞类型。
图3-8图示能够根据本发明而生产的伺服臂。伺服臂(图3和图4)的原型示出为通过中间体(例如，在软件程序中)(图5和图6)进展到能够通过增材制造而生产的填充有晶格的伺服臂的最终形式(图7和图8)。最终形式可以例如按可以包括最终晶格结构的表示的数据文件的形式生成。
参考图3和图4，可以生成伺服臂的原型8。在一些实施例中，原型8可以是三维物体的数据表示。在一些实施例中，数据表示的几何结构可以包括多表面文件(例如，.iges文件)或边界表示(BREP)文件(例如，.stl、.obj、.ply、.3mf、.amf或.mesh文件)。在一些实施例中，数据表示可以包括三维物体的边界形状，诸如，例如外表面。在一些实施例中，数据表示可以包括适合于经由增材制造过程来制造的处于三维的物体的概述和/或数据描述。
参考图5和图6，原型的表示的内部部分可以用初始晶格结构10'替代。初始晶格结构10'可以包括对包括第一晶格单位晶胞的第一晶格11和包括第二晶格单位晶胞的第二晶格12以及在第一晶格11与第二晶格12之间的过渡节段14的表示。第一晶格11和/或第二晶格12可以基于特定物理位置处的原型的模型的期望的性质(例如，稳定性、灵活性等等)而选择。过渡节段14可以基于第一晶格单位晶胞和第二晶格单位晶胞而自动地生成。换而言之，过渡节段14的公式化可以基于与第二晶格单位晶胞的重复阵列交错和/或互连的第一晶格单位晶胞的重复阵列。在一些实施例中，第一晶格单位晶胞和/或第二晶格单位晶胞的尺寸可以被调整，以生成过渡节段14。在一些实施例中，过渡节段14的生成可以包括使第一晶格单位晶胞(其尺寸沿远离第一晶格11的方向缩小)与第二晶格单位晶胞(其尺寸沿远离第二晶格12的方向缩小)互连。在过渡节段14内，可以存在最接近第一晶格11的第一部分和最接近第二晶格12的第二部分。自动地生成过渡节段14可以包括：在数据模型内布置具有从第一部分到第二部分减小的尺寸的多个第一晶格单位晶胞；在数据模型内布置具有从第二部分到第一部分减小的尺寸的多个第二晶格单位晶胞；以及使多个第一晶格单位晶胞和多个第二晶格单位晶胞互连。在一些实施例中，不同类型的额外的晶格单位晶胞(例如，不同于第一晶格单位晶胞和/或第二晶格单位晶胞)可以在过渡节段14内散布于第一晶格单位晶胞与第二晶格单位晶胞之间，以便改进和/或维持过渡节段14的稳定性。
参考图7和图8，一旦完成初始晶格结构10'的公式化，就可以生成最终晶格结构10。最终晶格结构10的公式化可以包括：沿着初始晶格结构10'的节段形成支柱；和移除网格表示的内部部分。最终晶格结构10可以用适合于经由增材制造过程的三维建模和/或打印的数据模型(例如，.igs、.stl、.obj、.ply、.wrl、.x3d、.3mf、.amf、.fbx或.mesh文件)表示。
将理解，在生成初始晶格结构10'和/或最终晶格结构10期间，晶格结构的棱边处和/或其附近的、晶格结构的部分可以被平滑化，以创建平面表面和/或平滑表面。平滑化可以移除例如在其它情况下将在三维物体的表示的边界之外延伸的、晶格结构的部分。平滑化可以根据被本领域技术人员理解的已知的技术而实现。在一些实施例中，具有特定厚度的外表面(例如，蒙皮)可以放置于晶格结构中的部分或全部上，以提供外表面。
在图9中示意性地图示用于实施本发明的设备。这样的设备包括：用户接口3，其用于输入指令(诸如，选择将生产的物体和选择将添加到物体的特征)；控制器4；以及诸如上述的立体光刻设备5。能够在期望的情况下在***中包括任选的洗涤器(未示出)，或能够利用单独的洗涤器。类似地，对于双重固化树脂，能够在***中包括烘箱(未示出)，然而还能够利用所操作的单独的烘箱。
***的构件之间的连接能够通过包括有线连接和/或无线连接的任何合适的配置而进行。构件还可以通过包括任何常规网络、公共网络和/或私有网络、真实网络和/或虚拟网络、有线网络和/或无线网络(包括互联网)的一个或多个网络通信。
控制器4可以属于任何合适的类型，诸如，通用计算机。典型地，控制器将包括至少一个处理器4a、易失性(或“工作”)存储器4b(诸如，随机存取存储器)以及至少一个非易失性或持久性存储器4c(诸如，硬盘驱动器或闪存驱动器)。控制器4可以使用硬件、利用硬件来实施的软件、固件、在上面存储有指令的有形计算机可读存储介质和/或它们的组合，并且可以在一个或多个计算机***或其它处理***中实施。控制器4还可以利用计算机的虚拟实例。照此，本文中所描述的装置和方法可以在一般全都可以在本文中被称为“电路”、“模块”、“构件”和/或“***”的硬件和软件的任何组合中体现。此外，本发明的方面可以采取体现于在上面体现有计算机可读程序代码的一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式。
可以利用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子、磁、光学、电磁或半导体***、设备或装置或前述项的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的示例(非详尽的列表)将包括下者：便携式计算机软磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪速存储器)、具有中继器的适当的光纤、便携式致密盘只读存储器(CD-ROM)、光存储装置、磁存储装置或前述项的任何合适的组合。在本文献的情境下，计算机可读存储介质可以是能够包含或存储供指令执行***、设备或装置使用或与其结合而使用的程序的任何有形介质。
计算机可读信号介质可以包括在内部例如在基带中或作为载波的部分体现有计算机可读程序代码的所传播的数据信号。这样的所传播的信号可以采取包括但不限于电磁、光学或它们的任何合适的组合的各种各样的形式中的任一种。计算机可读信号介质可以是如下的任何计算机可读介质：并非计算机可读存储介质，并且能够传递、传播或输送供指令执行***、设备或装置使用或与其结合而使用的程序。在计算机可读信号介质上体现的程序代码可以使用包括但不限于无线、电线、光纤缆线、RF等等或前述项的任何合适的组合的任何适当的介质来传送。
控制器4的至少一个处理器4a可以配置成执行计算机程序代码，以便实施对于本发明的方面的操作，该计算机程序代码可以按包括下者的一个或多个编程语言的任何组合写入：面向对象的编程语言(诸如，Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET等等)、常规规程编程语言(诸如，“C”编程语言、Visual Basic、Fortran 2003、COBOL2002、PHP、ABAP)、动态编程语言(诸如，Python、PERL、Ruby以及Groovy)或其它编程语言。
至少一个处理器4a可以是或可以包括可以跨过一个或多个数据网络并置或分布的一个或多个可编程通用或专用微处理器、数字信号处理器(DSP)、可编程控制器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑装置(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、可信平台模块(TPM)或这样的装置或类似的装置的组合。
控制器4的内部构件之间的连接仅部分地示出，并且，控制器4的内部构件与外部构件之间的连接为了清楚起见而未示出，但由本领域中已知的额外的构件(诸如，总线、输入板/输出板、通信适配器、网络适配器等等)提供。因此，控制器4的内部构件之间的连接可以包括例如***总线、***构件互连(PCI)总线或PCI-Express总线、HyperTransport或工业标准架构(ISA)总线、小型计算机***接口(SCSI)总线、通用串行总线(USB)、IIC(I2C)总线、高级技术附件(ATA)总线、串行ATA(SATA)总线和/或电气与电子工程师协会(IEEE)标准1394总线(其也被称为“火线”)。
用户接口3可以属于任何合适的类型。用户接口3可以包括显示器和/或一个或多个用户输入装置。显示器可以可被至少一个处理器4a经由***构件之间的连接来访问。显示器可以提供用于接收输入、显示中间操作/数据和/或导出本文中所描述的方法的输出的图形用户接口。显示器可以包括但不限于监视器、触摸屏装置等等，包括它们的组合。输入装置可以包括但不限于鼠标、键盘、相机等等，包括它们的组合。输入装置可以可被至少一个处理器4a经由***构件之间的连接来访问。用户接口3可以与由处理器4a执行的驻留于易失性存储器4b中的计算机可读软件代码指令通过接口接合和/或通过所述指令而操作。
根据本文中所描述的一些实施例，增材制造的晶格结构包括：(a)包括第一晶格单位晶胞的重复互连阵列的第一三维晶格；(b)包括第二晶格单位晶胞的重复互连阵列的第二三维晶格，其中，所述第二晶格单位晶胞不同于所述第一晶格单位晶胞；以及(c)第一过渡节段，其使所述第一三维晶格和所述第二三维晶格互连。第一过渡节段包括：(i)包括所述第一晶格单位晶胞的重复阵列的第一三维过渡晶格；和(ii)包括所述第二晶格单位晶胞的重复阵列的第二三维过渡晶格，其与所述第一三维过渡晶格交错且互连。
在一些实施例中，晶格结构进一步包括：(d)由第三晶格单位晶胞的重复互连阵列组成的第三三维晶格，其中，所述第三晶格单位晶胞不同于所述第二晶格单位晶胞以及任选地所述第一晶格单位晶胞；以及(e)第二过渡节段，其使所述第二三维晶格和所述第三三维晶格互连。第二过渡节段包括：(iii)包括所述第二晶格单位晶胞的重复阵列的第三三维过渡晶格；和(iv)包括所述第三晶格单位晶胞的重复阵列的第四三维过渡晶格，其与所述第三三维过渡晶格交错且互连。
在一些实施例中，所述第一过渡节段具有连接到所述第一三维晶格的第一部分和连接到所述第二三维晶格的第二部分，所述第一三维过渡晶格的所述第一晶格单位晶胞从所述第一部分到所述第二部分在尺寸上逐步地收缩，所述第二三维过渡晶格的所述第二晶格单位晶胞从所述第一部分到所述第二部分在尺寸上逐步地扩张，所述第二过渡节段当存在时具有连接到所述第二三维晶格的第三部分和当存在时连接到所述第三三维晶格的第四部分，所述第三三维过渡晶格的所述第二晶格单位晶胞从所述第三部分到所述第四部分在尺寸上逐步地收缩，并且，所述第四三维过渡晶格的所述第三晶格单位晶胞从所述第一部分到所述第二部分在尺寸上逐步地扩张。
在一些实施例中，晶格结构通过增材制造过程(例如，选择性激光烧结(SLS)、融合沉积建模(FDM)、立体光刻(SLA)、三维打印(3DP)或多次喷射建模(MJM))而生产。
在一些实施例中，所述第一三维晶格和第二三维晶格由相同材料(例如，聚合物、金属、陶瓷或它们的复合物)形成。
在一些实施例中，所述晶格结构是刚性的、柔性的或弹性的。
在一些实施例中，所述第一晶格阵列和所述第二晶格阵列是独立地选择的四面体网格(例如，A15、C15或α空间填装等等)或六面体网格晶格。
根据本文中所描述的一些实施例，支架、臂状部、连结件、减震器、软垫或衬垫包括本文中所描述的实施例的晶格结构。
根据本文中所描述的一些实施例，可穿戴保护装置包括本文中所描述的实施例的支架、臂状部、连结件、减震器、软垫或衬垫(例如，护胫、膝盖衬垫、肘部衬垫、运动内衣、自行车短裤、背包带、背包靠背、颈部支架、护胸、保护背心、保护夹克、宽松长裤、套装、工装裤、连身衣裤以及保护宽松长裤等等)。
根据本文中所描述的一些实施例，底座或座部包括本文中所描述的实施例的支架、臂状部、连结件、减震器、软垫或衬垫。
根据本文中所描述的一些实施例，汽车或航空面板、缓冲器或构件包括本文中所描述的实施例的支架、臂状部、连结件、减震器、软垫或衬垫。
根据本文中所描述的一些实施例，制作本文中所描述的实施例的物体的方法包括：(a)提供所述物体的数字模型；以及然后(b)通过增材制造过程来根据所述数字模型而生产所述物体。
根据本文中所描述的一些实施例，用于生成晶格结构的方法包括：生成包括第一晶格单位晶胞的第一重复互连阵列的第一三维晶格；生成包括第二晶格单位晶胞的第一重复互连阵列的第二三维晶格，其中，第二晶格单位晶胞不同于第一晶格单位晶胞；以及生成使第一三维晶格和第二三维晶格互连的过渡节段，其中，过渡节段包括；包括第一晶格单位晶胞的第二重复阵列的第一三维过渡晶格；和包括第二晶格单位晶胞的第二重复阵列的第二三维过渡晶格，其与第一三维过渡晶格交错且互连。
在一些实施例中，过渡节段具有连接到第一三维晶格的第一部分和连接到第二三维晶格的第二部分，第一三维过渡晶格的第一晶格单位晶胞从第一部分到第二部分在尺寸上逐步地收缩，并且，第二三维过渡晶格的第二晶格单位晶胞从第一部分到第二部分在尺寸上逐步地扩张。
在一些实施例中，生成使第一三维晶格和第二三维晶格互连的过渡节段包括将第二晶格单位晶胞的第二重复阵列中的第二晶格单位晶胞放置成与第一晶格单位晶胞的第二重复阵列中的第一晶格单位晶胞的顶点和/或棱边相邻。
在一些实施例中，过渡节段进一步包括第三三维过渡晶格，第三三维过渡晶格包括与第一晶格单位晶胞和第二晶格单位晶胞不同的第三晶格单位晶胞的重复阵列。
根据本文中所描述的一些实施例，计算机程序产品包括有形非暂时性计算机可读存储介质，有形非暂时性计算机可读存储介质包括在计算机可读存储介质中体现的计算机可读程序代码，计算机可读程序代码在由至少一个处理器执行时，使得至少一个处理器实行包括下者的操作：生成包括第一晶格单位晶胞的第一重复互连阵列的第一三维晶格；生成包括第二晶格单位晶胞的第一重复互连阵列的第二三维晶格，其中，第二晶格单位晶胞不同于第一晶格单位晶胞；以及生成使第一三维晶格和第二三维晶格互连的过渡节段，其中，过渡节段包括：包括第一晶格单位晶胞的第二重复阵列的第一三维过渡晶格；和包括第二晶格单位晶胞的第二重复阵列的第二三维过渡晶格，其与第一三维过渡晶格交错且互连。
前文说明本发明，并且将不会被解释为限制本发明。本发明由下文的权利要求书定义，其中，权利要求书的等同体被包括在本发明中。

Claims (23)

1.一种增材制造的晶格结构(10)，包括：
(a)包括第一晶格单位晶胞的重复互连阵列的第一三维晶格(11)；
(b)包括第二晶格单位晶胞的重复互连阵列的第二三维晶格(12)，其中，所述第二晶格单位晶胞不同于所述第一晶格单位晶胞；以及
(c)第一过渡节段(14)，其使所述第一三维晶格和所述第二三维晶格互连；所述第一过渡节段包括：
(i)包括所述第一晶格单位晶胞的重复阵列的第一三维过渡晶格；以及
(ii)包括所述第二晶格单位晶胞的重复阵列的第二三维过渡晶格，其与所述第一三维过渡晶格交错且互连，
其中，所述第一过渡节段具有连接到所述第一三维晶格的第一部分和连接到所述第二三维晶格的第二部分；
所述第一三维过渡晶格的所述第一晶格单位晶胞从所述第一部分到所述第二部分在尺寸上逐步地收缩；
所述第二三维过渡晶格的所述第二晶格单位晶胞从所述第一部分到所述第二部分在尺寸上逐步地扩张。
2.根据权利要求1所述的晶格结构，进一步包括：
(d)由第三晶格单位晶胞的重复互连阵列组成的第三三维晶格，其中，所述第三晶格单位晶胞不同于所述第二晶格单位晶胞以及任选地所述第一晶格单位晶胞；以及
(e)第二过渡节段，其使所述第二三维晶格和所述第三三维晶格互连；所述第二过渡节段包括：
(iii)包括所述第二晶格单位晶胞的重复阵列的第三三维过渡晶格；以及
(iv)包括所述第三晶格单位晶胞的重复阵列的第四三维过渡晶格，其与所述第三三维过渡晶格交错且互连。
3.根据权利要求2所述的晶格结构，其中：
所述第二过渡节段当存在时具有连接到所述第二三维晶格的第三部分和当存在时连接到所述第三三维晶格的第四部分；
所述第三三维过渡晶格的所述第二晶格单位晶胞从所述第三部分到所述第四部分在尺寸上逐步地收缩；以及
所述第四三维过渡晶格的所述第三晶格单位晶胞从所述第三部分到所述第四部分在尺寸上逐步地扩张。
4.根据权利要求1或2所述的晶格结构，通过增材制造过程而生产。
5.根据权利要求4所述的晶格结构，其中，所述增材制造过程是选择性激光烧结(SLS)、融合沉积建模(FDM)、立体光刻(SLA)、三维打印(3DP)或多次喷射建模(MJM)。
6.根据权利要求1或2所述的晶格结构，其中，所述第一三维晶格和第二三维晶格由相同材料形成。
7.根据权利要求6所述的晶格结构，其中，所述材料是聚合物、金属、陶瓷或它们的复合物。
8.根据权利要求1或2所述的晶格结构，其中，所述晶格结构是刚性的、柔性的或弹性的。
9.根据权利要求1或2所述的晶格结构，其中，第一晶格单位晶胞阵列和第二晶格单位晶胞阵列是独立地选择的四面体网格或六面体网格晶格。
10.根据权利要求9所述的晶格结构，其中，所述四面体网格是A15、C15或α空间填装。
11.一种支架、臂状部、连结件、减震器、软垫或衬垫，由根据任一前述权利要求所述的晶格结构组成。
12.一种可穿戴保护装置，包括根据权利要求11所述的支架、臂状部、连结件、减震器、软垫或衬垫。
13.根据权利要求12所述的可穿戴保护装置，其中，所述支架、臂状部、连结件、减震器、软垫或衬垫是护胫、膝盖衬垫、肘部衬垫、运动内衣、自行车短裤、背包带、背包靠背、颈部支架、护胸、保护背心、保护夹克、宽松长裤、套装、工装裤或连身衣裤。
14.根据权利要求13所述的可穿戴保护装置，其中，所述宽松长裤是保护性的。
15.一种底座或座部，包括根据权利要求11所述的支架、臂状部、连结件、减震器、软垫或衬垫。
16.一种包括根据权利要求11所述的支架、臂状部、连结件、减震器、软垫或衬垫的汽车或航空面板、缓冲器或构件。
17.一种制作包括根据权利要求1到10中任一项所述晶格结构的物体的方法，包括：
(a)提供所述物体的数字模型；以及然后，
(b)通过增材制造过程来根据所述数字模型而生产所述物体。
18.一种用于生成晶格结构(10)的方法，包括：
生成包括第一晶格单位晶胞的第一重复互连阵列的第一三维晶格(11)；
生成包括第二晶格单位晶胞的第一重复互连阵列的第二三维晶格(12)，其中，所述第二晶格单位晶胞不同于所述第一晶格单位晶胞；以及
生成使所述第一三维晶格和所述第二三维晶格互连的过渡节段(14)，其中，所述过渡节段包括：包括所述第一晶格单位晶胞的第二重复阵列的第一三维过渡晶格；和包括所述第二晶格单位晶胞的第二重复阵列的第二三维过渡晶格，其与所述第一三维过渡晶格交错且互连，
其中：
所述过渡节段具有连接到所述第一三维晶格的第一部分和连接到所述第二三维晶格的第二部分；
所述第一三维过渡晶格的所述第一晶格单位晶胞从所述第一部分到所述第二部分在尺寸上逐步地收缩；以及
所述第二三维过渡晶格的所述第二晶格单位晶胞从所述第一部分到所述第二部分在尺寸上逐步地扩张。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，生成使所述第一三维晶格和所述第二三维晶格互连的所述过渡节段包括将所述第二晶格单位晶胞的所述第二重复阵列中的所述第二晶格单位晶胞放置成与所述第一晶格单位晶胞的所述第二重复阵列中的所述第一晶格单位晶胞的顶点和/或棱边相邻。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其中，所述过渡节段进一步包括第三三维过渡晶格，所述第三三维过渡晶格包括与所述第一晶格单位晶胞和所述第二晶格单位晶胞不同的第三晶格单位晶胞的重复阵列。
21.一种计算机程序产品，包括：
有形非暂时性计算机可读存储介质，其包括在所述计算机可读存储介质中体现的计算机可读程序代码，所述计算机可读程序代码在由至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器实行包括下者的操作：
生成包括第一晶格单位晶胞的第一重复互连阵列的第一三维晶格(11)；
生成包括第二晶格单位晶胞的第一重复互连阵列的第二三维晶格(12)，其中，所述第二晶格单位晶胞不同于所述第一晶格单位晶胞；以及
生成使所述第一三维晶格和所述第二三维晶格互连的过渡节段(14)，其中，所述过渡节段包括：包括所述第一晶格单位晶胞的第二重复阵列的第一三维过渡晶格；和包括所述第二晶格单位晶胞的第二重复阵列的第二三维过渡晶格，其与所述第一三维过渡晶格交错且互连，
其中：
所述过渡节段具有连接到所述第一三维晶格的第一部分和连接到所述第二三维晶格的第二部分；
所述第一三维过渡晶格的所述第一晶格单位晶胞从所述第一部分到所述第二部分在尺寸上逐步地收缩；以及
所述第二三维过渡晶格的所述第二晶格单位晶胞从所述第一部分到所述第二部分在尺寸上逐步地扩张。
22.根据权利要求21所述的计算机程序产品，其中，生成使所述第一三维晶格和所述第二三维晶格互连的所述过渡节段包括将所述第二晶格单位晶胞的所述第二重复阵列中的所述第二晶格单位晶胞放置成与所述第一晶格单位晶胞的所述第二重复阵列中的所述第一晶格单位晶胞的顶点和/或棱边相邻。
23.根据权利要求21或22所述的计算机程序产品，其中，所述过渡节段进一步包括第三三维过渡晶格，所述第三三维过渡晶格包括与所述第一晶格单位晶胞和所述第二晶格单位晶胞不同的第三晶格单位晶胞的重复阵列。
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