用于浮动销接头设计的系统与方法与流程

用于浮动销接头设计的系统与方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年12月24日提交的题为“systems and methods for floating pin joint design”的美国临时申请序列号63/130,487和于2021年11月5日提交的题为“systems and methods for floating pin joint design”的美国非临时申请序列号17/520,543的权益，其公开内容通过引用全部明确并入本文。
技术领域
3.本公开总体上涉及用于接合子部件的技术，并且更具体地，涉及使用增材制造的零件和技术接合节点和其他子部件。


背景技术：

4.三维(3-d)打印，也被称为增材制造(am)，为更有效地建造诸如汽车、飞机、船只、摩托车、公共汽车、火车等结构提供了新的机会。将am工艺应用于生产这些产品的行业已被证明可以产生结构上更高效的运输结构。例如，使用3d打印部件生产的汽车可以变得更坚固、更轻，从而更省油。此外，am使制造商能够3d打印比经由传统机械加工和铸造技术制造的零件更复杂以及配备有更先进功能的零件。
5.尽管最近取得了这些进展，但am技术在运输结构和其他机械化组件中的实际应用仍存在许多障碍。例如，无论am是否用于生产这种设备的各种部件，制造商通常都依赖于劳动密集型和昂贵的技术，诸如焊接、铆接等，以将部件接合在一起，诸如用在运输结构中的节点。与焊接和类似技术相关的缺陷同样适用于目前太大而无法在单个am步骤中进行3d打印的部件，诸如车辆齿轮箱。给定的3d打印机通常被限于渲染具有有限尺寸的对象，该尺寸通常由3d打印机的构建板的可用表面积和打印机可以容纳的允许体积决定。在这些情况下，制造商通常只能使用传统的、昂贵且耗时的机械加工技术来构建部件。可替选地，制造商可以3d打印多个子部件，并将它们组合以形成完整的功能部件或组件。


技术实现要素：

6.下文将参考三维(3-d)打印技术，更全面地描述使用粘合剂接合节点和子部件的技术的若干方面。
7.根据本公开的一个方面的装置包括3d打印的第一零件，其具有与第一零件共同打印的互连件，使得第一零件的互连件可以在第一零件内浮动，以及3d打印的第二零件，其具有与第二零件共打印的互连件，使得第二零件的互连件可以在第二零件内浮动，其中，第一零件和第二零件的互连件被配置为在第一零件和第二零件之间形成连接。
8.这种装置还可选地包括第一零件的互连件，其包括杯形件，以及第二零件的互连件，其包括锥形件，杯形件和锥形件之间的粘合剂，第一零件的互连件和第一零件之间以及第二零件的互连件和第二零件之间的粘合剂，第一零件或第二零件的互连件，其包括对中特征件，以及第一零件或第二零件的互连件，其包括定位特征件。
9.根据本公开的一个方面的方法包括3d打印第一零件，以使互连件与第一零件共同打印，使得第一零件的互连件可以在第一零件内浮动，3d打印第二零件以使互连件与第二零件共同打印，使得第二零件的互连件可以在第二零件内浮动，以及连接第一零件和第二零件的互连件。
10.这种方法还可选地包括将第一零件的互连件3d打印为杯形件，以及将第二零件的互连件3-d打印为锥形件，在杯形件和锥形件之间提供粘合剂，在第一零件的互连件和第一零件之间以及在第二零件的互连件和第二零件之间提供粘合剂，3d打印第一零件或第二零件的互连件以提供对中特征件，3d打印第一零件或第二零件的互连件以提定位特征件，3d打印第一零件以提供支撑区域，3d打印第一零件以包括横跨第一零件的支撑区域的表面的至少一个替代支撑件(surrogate support)，3d打印第二零件以提供支撑区域，以及3d打印第二零件以包括横跨第二零件的支撑区域的表面的至少一个替代支撑件，至少一个代替支撑件从支撑区域的表面偏移一个间隙，该间隙包括未烧结的粉末，该间隙包括部分烧结的粉末和完全烧结的局部偏移中的至少一种，该间隙从支撑区域的表面均匀地偏移，并且该间隙至少部分地不均匀地从支撑区域的表面偏移。
11.根据本公开的一个方面的非暂时性计算机可读介质存储用于3d打印零件的计算机可执行代码，该代码在由处理器执行时，致使处理器三维打印具有与第一零件耦合的第一互连件的第一零件，使得第一互连件在第一零件内浮动，三维打印具有与第二零件耦合的第二互连件的第二零件，使得第二互连件在第二零件内浮动，并连接第一互连件和第二互连件。
12.可以理解，用粘合剂接合节点和子部件的其他方面，对于本领域技术人员来说，从以下详细描述中将变得显而易见，其中，仅通过说明来显示和描述了几个实施例。如本领域技术人员所理解的，在不脱离本发明的情况下，增材制造的节点和子部件的接合可以用其他实施例来实现。因此，附图和详细描述本质上被认为是说明性的，而不是限制性的。
附图说明
13.在附图中，现在将通过示例而不是通过限制来在详细描述中呈现用粘合剂接合节点和子部件的装置和方法的各个方面，其中：
14.图1a-1d示出了根据本公开的一个方面的3d打印机系统的各个侧视图；
15.图1e示出了根据本公开的一个方面的3d打印机系统的功能框图；
16.图2显示了示出根据本公开的一个方面的增材制造的节点-节点接头的立体图；
17.图3显示了示出图1的节点-节点接头的横截面图；
18.图4示出了在本公开的一个方面的两个零件之间的连接的剖视图；
19.图5示出了在本公开的一个方面的零件之间的连接的剖视图；
20.图6示出了根据本公开的一个方面的部件和连接器制造；以及
21.图7显示了示出根据本公开的一个方面的用于对部件进行增材制造的示例性方法的流程图。
具体实施方式
22.下面结合附图阐述的详细描述旨在提供接合增材制造的节点和子部件的示例性
实施例的描述，并且不旨在表示可以实践本发明的仅有的实施例。整个本公开使用的术语“示例性”意味着“用作示例、实例或图示”，并且不应该一定被解释为比本公开中呈现的其他实施例更优选或有利。出于向本领域技术人员提供充分传达本发明的范围的彻底且完整的公开内容的目的，详细描述包括具体细节。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在一些情况下，众所周知的结构和部件可以以框图形式示出，或者完全省略，以避免模糊在整个本公开中呈现的各种概念。
23.在接合两个或更多个零件的背景下的增材制造使用提供了显著的灵活性和成本节约效益，使机械结构和机械化组件的制造商能够以对消费者较低的成本制造具有复杂几何形状的零件。前面描述的接合技术涉及用于连接am零件和/或商用现货(commercial off the shelf，cots)部件的过程。am零件是通过基于预编程设计逐层添加材料来打印的打印三维(3-d)零件。前面描述的零件可以是用于组装诸如汽车的运输结构的零件。然而，本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，所制造的零件可以用于组装其他复杂的机械产品(诸如车辆、卡车、火车、摩托车、船只、飞机等)，以及其他机械化组件。
24.在本公开的一个方面，公开了一种用于增材制造的节点的接合技术。节点是am零件的一个示例。节点可以是：包括用于接收诸如管和/或面板的部件的插座或其他机构(例如，用于接收这些零件的特征部)的任何3d打印零件。该节点可以具有被配置为接受特定类型的部件的内部特征部。可替选地或结合地，节点可以被成形为接受特定类型的部件。在本公开的一些实施例中，节点可以具有用于将部件定位在节点的插座中的内部特征部。然而，如本领域普通技术人员将理解的，在不脱离本公开的范围的情况下，节点可以利用包括各种几何形状的任何特征部来接受任何各种部件。例如，某些节点可以包括用于接受其他结构的简单的插入部、凹槽或凹陷，这些结构可以经由粘合剂、紧固件或其他机构进一步结合。
25.本文所述的节点还可以包括用于接合管、面板和在运输结构或其他机械组件中使用的其他部件的结构。例如，节点可以包括可以用作两个或更多个面板、连接管或其他结构的交叉点的接头。为此，节点可以被配置有孔或插入物，其被配置为接收这样的其他结构，使得该结构被牢固地适配在节点处。节点可以接合连接管以形成空间框架车辆底盘。节点也可以用于接合内部或外部面板和其他结构。在许多情况下，可能需要将各个节点接合在一起，以实现它们在构建上述结构时的预期目标。下面描述各种这样的接合技术。
26.图1a-d示出了示例性3d打印机系统的相应侧视图。
27.在该示例中，3d打印机系统是粉末床熔合(pbf)系统100。图1a-d显示了在不同操作阶段期间的pbf系统100。图1a-d中所示的特定实施例是采用本公开原理的pbf系统的许多合适的示例中的一个。还应注意，图1a-d和本公开中的其他附图的要素不一定按比例绘制，但出于更好图示本文所描述的概念的目的可以被绘制得较大或较小。pbf系统100可以包括：沉积器101，其可以沉积金属粉末的每层；能量束源103，其可以生成能量束；偏转器105，其可以施加能量束以熔合粉末材料；以及构建板107，其可以支持诸如构建件109的一个或多个构建件。尽管术语“熔合”和/或“融合”用于描述粉末颗粒的机械耦合，但其他机械动作，例如烧结、熔化和/或其他电、机械、机电、电化学和/或化学耦合方法被认为在本公开的范围内。
28.pbf系统100还可以包括构建底板111，其被定位在粉末床容器内。粉末床容器的壁
112一般限定粉末床容器的边界，该粉末床容器从侧面被夹在壁112之间，并且紧靠下面的构建底板111的部分。构建底板111可以逐渐降低构建板107，使得沉积器101可以沉积下一层。整个机构可以驻留于可以包围其他组件的腔113中，从而保护该装备，使得能够实现大气和温度调节并减轻污染风险。沉积器101可以包括：漏斗115，其容纳诸如金属粉末的粉末117；以及校平器119，其可以校平沉积的粉末的每层的顶部。
29.具体地参照图1a，此图示出了在已经熔合了构建件109的一片之后但在沉积粉末的下一层之前的pbf系统100。事实上，图1a示出了pbf系统100已经在多层(例如，150层)中沉积并熔合了片以形成构建件109的当前状态(例如，由150片形成)的时间。已经沉积的多层创建了粉末床121，其包括沉积了但未熔合的粉末。
30.图1b示出了处于其中构建底板111可以降低粉末层厚度123的阶段的pbf系统100。构建底板111的降低造成构建件109和粉末床121下降粉末层厚度123，使得构建件和粉末床的顶部比粉末床容器壁112的顶部低一个等于粉末层厚度的量。例如，以此方式，可以在构建件109和粉末床121的顶部上方创建具有等于粉末层厚度123的一致厚度的空间。
31.图1c示出了处于其中沉积器101被定位成在构建件109和粉末床121的顶部上方创建的并且由粉末床容器壁112限制边界的空间中沉积粉末117的阶段的pbf系统100。在此示例中，沉积器101可以在所限定的空间上逐渐移动，同时从漏斗115释放粉末117。校平器119可以校平所释放的粉末以形成粉末层125，该粉末层125的厚度基本上等于粉末层厚度123(参见图1b)。因此，可以由粉末材料支撑结构来支撑pbf系统中的粉末，所述粉末材料支撑结构可以包括例如构建板107、构建底板111、构建件109、壁112等。应注意的是，所示出的粉末层125的厚度(即粉末层厚度123(图1b))大于用于上面参照图1a所讨论的包含150先前沉积的层的示例的实际厚度。
32.图1d示出了处于其中在粉末层125的沉积之后(图1c)能量束源103生成能量束127并且偏转器105施加能量束以熔合构建件109中的下一片的阶段的pbf系统100。在各种示例性实施例中，能量束源103可以是电子束源，在该情况下能量束127构成电子束。偏转器105可以包括偏转板，其可以生成选择性地偏转电子束以造成电子束跨指定为要被熔合的区域进行扫描的电场或磁场。在各种实施例中，能量束源103可以是激光器，在该情况下能量束127为激光束。偏转器105可以包括光学系统，其使用反射和/或折射来操纵激光束以扫描待熔合的选定区域。
33.在各种实施例中，偏转器105可以包括一个或多个平衡环(gimbal)和致动器，其可以旋转和/或平移能量束源以定位能量束。在各种实施例中，能量束源103和/或偏转器105可以调制能量束，例如，当偏转器扫描时开启和关闭能量束，使得能量束仅被施加在粉末层的适当区域中。例如，在各种实施例中，能量束可以由数字信号处理器(dsp)来调制。
34.图1e示出了根据本公开的一个方面的3d打印机系统的功能框图。
35.在本公开的一个方面中，控制设备和/或元件(包括计算机软件)可以被耦合到pdf系统100，以控制pdf系统100内的一个或多个部件。这样的设备可以是计算机150，其可以包括可以协助控制pdf设备100的一个或多个部件。计算机150可以经由一个或多个接口151与pdf系统100和/或其他am系统进行通信。计算机150和/或接口151是可以被配置为实施本文所述的各种方法的设备的示例，该设备可以协助控制pdf系统100和/或其他am系统。
36.在本公开的一个方面，计算机150可以包括至少一个处理器单元152、存储器154、
信号检测器156、数字信号处理器(dsp)158和一个或多个用户界面160。计算机150可以包括附加部件，而不脱离本公开的范围。
37.计算机150可以包括至少一个处理器单元152，其可以协助控制和/或操作pdf系统100。处理器单元152也可以被称为中央处理单元(cpu)。存储器154，其可以包括只读存储器(rom)和随机存取存储器(ram)，可以向处理器504提供指令和/或数据。存储器154的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器(nvram)。处理器152通常基于存储在存储器154内的程序指令执行逻辑和算术运算。存储器154中的指令可以是可执行的(例如，由处理器单元152执行)，以实施本文描述的方法。
38.处理器单元152可以包括或是用一个或多个处理器实施的处理系统的部件。一个或多个处理器可以用通用微处理器、微控制器、数字信号处理器(dsp)、浮点门阵列(fpga)、可编程逻辑器件(pld)、控制器、状态机、门控逻辑、离散硬件部件、专用硬件有限状态机或者可以执行计算或信息的其他操作的任何其他合适的实体来实施。
39.处理器单元152还可以包括用于存储软件的机器可读介质。软件应被广义地解释为任何类型的指令，无论是被称为软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言还是其他。指令可以包括代码(例如，源代码格式、二进制代码格式、可执行代码格式、rs-274指令(g代码)、数字控制(nc)编程语言和/或任何其他合适的代码格式)。当由一个或多个处理器执行时，指令致使处理系统执行本文描述的各种功能。
40.计算机150还可以包括信号检测器156，其可被用于检测和量化计算机150接收任何水平的信号，以供处理单元152和/或计算机150的其他部件使用。信号检测器156可以检测信号诸如能量束源103功率、偏转器105的位置、构建底板111高度、沉积器101中剩余的粉末117的量、校平器119位置以及其他信号。计算机150还可以包括用于处理由计算机150接收的信号的dsp 158。dsp 158可以被配置为生成指令和/或指令包用于传输到pdf系统100。
41.在一些方面，计算机150还可以包括用户界面160。用户界面160可以包括键盘、定点设备和/或显示器。用户界面160可以包括向计算机150的用户传达信息和/或从用户接收输入的任何元件或部件。
42.计算机150的各种部件可以通过总线系统151被耦合在一起。总线系统151可以包括例如数据总线，以及除了数据总线之外的电源总线、控制信号总线和状态信号总线。计算机150的部件可以被耦合在一起，或者使用一些其他机制来接受或提供彼此的输入。
43.尽管在图1e中示出了许多单独的部件，但是一个或多个部件可以被组合或共同实施。例如，处理器单元152不仅可以被用于实施上面关于处理器单元152描述的功能，还可以用于实施上面关于信号检测器156、dsp 158和/或用户界面160描述的功能。此外，图1e中所示的每个部件可以使用多个单独的元件来实施。
44.举例来说，元件、元件的任何部分或元件的任何组合可以被实施为包括一个或多个处理器的“处理系统”。处理器的示例包括微处理器、微控制器、图形处理单元(gpu)、中央处理单元(cpu)、应用处理器、数字信号处理器(dsp)、精简指令集计算(risc)处理器、片上系统(soc)、基带处理器、现场可编程门阵列(fpga)、可编程逻辑器件(pld)、状态机、门控逻辑、分立硬件电路以及被配置为执行整个本公开所描述的各种功能的其他合适的硬件。处理系统中的一个或多个处理器可以执行软件。软件应广义地解释为指令、指令集、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件部件、应用程序、软件应用程序、软件包、例程、子例程、
对象、可执行文件、执行线程、程序、函数等，无论其被称为软件、固件、中间件、微码、硬件描述语言还是其他。
45.在一个或多个方面，所描述的功能可以用硬件、软件、固件或其任意组合来实施。如果以软件实施，则功能可以作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码被存储或传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其包括有助于将计算机程序从一个地方转移到另一个地方的任何介质。存储介质可以是由计算机可以访问的任何可用介质。作为示例而非限制，这种计算机可读介质可以包括ram、rom、eeprom、光盘(cd)rom(cd-rom)或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁存储设备，或者可以用于以指令或数据结构的形式携带或存储所需程序代码并且可以由计算机访问的任何其他介质。此外，任何连接都被恰当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(dsl)或无线技术(诸如红外、无线电和微波)从网站、服务器或其他远程源传送软件，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、dsl或无线技术(诸如红外线、无线电和微波)被包括在介质的定义中。如本文所使用的磁盘和光盘包括cd、激光盘、光盘、数字多功能盘(dvd)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘用激光光学地再现数据。因此，计算机可读介质包括非暂时性计算机可读介质(例如，有形介质)。
46.因此，在一个或多个示例实施例中，所描述的功能可以用硬件、软件或其任意组合来实施。如果以软件实施，则这些功能可以被存储在计算机可读介质上，或者被编码为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码。计算机可读介质包括计算机存储介质。存储介质可以是由计算机可以访问的任何可用介质。作为示例而非限制，这种计算机可读介质可以包括随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程rom(eeprom)、光盘存储器、磁盘存储器、其他磁存储设备、上述类型的计算机可读介质的组合，或者可用于以由计算机可以访问的指令或数据结构的形式存储计算机可执行代码的任何其他介质。
47.图2显示了示出增材制造的节点-节点接头的透视图。
48.在一个实施例中，榫槽结构用于连接两个或更多个节点。图2示出了增材制造的节点-节点接头200的立体图。更具体地，节点-节点接头部分200a和200b显示为在间隙208处接合在一起。节点-节点接头200还包括围绕节点-节点接头200的周边布置的支座凸耳(standoff tab)202a-202c。在示例性实施例中，间隙208是0.25mm的间隙(或另一尺寸的间隙)，其被配置为使得由异种金属或其他材料组成的节点能够适当间距。这种间距可以确保被接合的两个子部件不发生物理接触，从而可以避免电偶腐蚀。间距隔离了节点/子部件。密封剂除了提供密封之外，还可以作为间隔物。在由于在节点上施加涂层或其他处理方法(诸如电子涂层)而缺乏腐蚀关切的其他实施例中，节点-节点接头部分200a和200b可以彼此齐平，使得不存在间隙并且不需要密封剂。节点-节点接头部分200a和200b中的每个可以包括在节点-节点接头200内部的侧壁210。
49.节点-节点接头200还可以包括进入口204，用于使粘合剂能够进入节点-节点接头200，以及真空口206，用于抽真空以促进粘合剂在节点-节点接头200内流动。在所示的实施例中，相应的进入口和真空口204和206被构建在节点200b内，并且被设计成提供粘合剂流，以协助相邻的节点200a和200b，如下所述。
50.图3显示了示出图2的节点-节点接头的横截面图。
51.图3示出了沿着平面a-a-a-a截取的节点-节点接头200的横截面图。在该视图中，
图3的侧壁210对应于图2的侧壁210，并且图3的支座凸耳202b对应于图2的支座凸耳202b。在图2的侧壁210上示出的是间隙208。节点-节点接头300的舌状部分302是节点200a的一部分，包括由节点200a的对角线表示的第一材料，并且沿着节点200a的大致外围区域310设置。在一个实施例中，舌状部分302一直围绕外围区域310延伸，并且实际上是围绕外围区域310设置的单个突起。舌状部分302相对于节点200b并围绕节点200a沿着外围区域310向外突出，并且舌状部分302的横向延伸在该视图中可以被认为是从图中出来。节点-节点接头300的凹槽部分304是节点200b的一部分，并且沿着节点200b的大致外围区域312设置。凹槽部分304可以(但不需要)由节点200b的材料组成，其中，该材料由节点200a中的对角线表示，该对角线在与节点200a的对角线相反的方向上延伸。在一个实施例中，凹槽部分304一直围绕着外围区域312延伸，并且实际上是节点200b中一直围绕外围区域312的单个凹陷。凹槽部分302相对于节点300a沿着外围区域312向内插入，并且围绕节点300b横向延伸，并且在该视图中也可以被认为是从图中出来。舌状物302和凹槽304可以被布置在相应的节点200a和200b上，使得当两个节点适当地放置成接触时，舌状物302可以与凹槽304对准并且可以围绕外围区域310、312装配到凹槽304中。
52.在一个示例性实施例中，凹槽304包括对中特征部308，其是加宽了凹槽302的开口的狭窄区域，并且协助使舌状物302与凹槽304正确配合，从而使节点-节点接头300对中。在另一个示例性实施例中，溢出密封剂储存器326设置在舌状物302的每一侧上，每个储存器326具有密封剂凹槽320，其可以用于施加合适的密封剂，例如控制待施加的粘合剂的流动。
53.如图2和图3所示，分别提供了粘合剂口204和真空口206。在一个实施例中，首先在节点200a的密封剂凹槽320处施加密封剂。然后，两个节点200a和200b可以使用支座凸耳202a-c作为对准点而被对准并固定就位。可以在真空口206处施加真空以确保节点被密封。一旦获得了完全密封，就可以通过进入口204施加粘合剂。在一个实施例中，真空口206的内部结构类似于进入口204的内部结构。粘合剂-真空作用导致粘合剂渗入舌状物302和凹槽304之间的空间中，并且在该空间中围绕外围区域310、312流动，直到粘合剂已经适当地浸透了围绕外围区域的舌部凹槽连接。
54.在一个实施例中，支座凸耳220a-c也可以用于在粘合剂流动和固化过程中协助防止密封剂回推。一旦粘合剂基本上完全填充舌状物302和凹槽304部分之间的间隙，就可以允许粘合剂固化。粘合剂流动过程中的真空压力可以被监测，并且可以指示完全的粘合剂填充。在固化完成时，在一个实施例中，支座凸耳可以被折断。
55.使用该技术，可以有效且持久地组合节点。在一个实施例中，am的使用创建了实施节点接合所需的结构，使得除了施加粘合剂和/或密封剂之外的附加过程(诸如焊接或使用各种外部紧固机构)是不必要的。
56.在本公开的另一个方面，公开了用于接合较大的增材制造部件的子部件的技术，诸如发动机、变速器、齿轮箱等。在下面的讨论中，本公开将在运输结构的变速器内的增材制造的齿轮箱的背景下进行说明。然而，应当理解，本公开的教导不限于此，并且可以使用本文描述的原理来组装任何数量和类型的增材制造的部件。
57.图4示出了在本公开的一个方面中的两个部分之间的连接的剖视图。
58.组件400包含带有配准标记404的零件402和带有对应配准标记408的零件406。关于零件402和零件406描述了可以具有标称性质的各种测量。
59.关于零件402，距离410是边缘412和配准标记404的第一边缘414之间的距离。距离416是边缘412和配准标记404的第二边缘418之间的距离。距离420是边缘412和配准标记404的中心线422之间的距离。
60.关于零件406，距离424是边缘426和配准标记408的第一边缘428之间的距离。距离430是边缘426和配准标记408的第二边缘432之间的距离。距离434是边缘426和配准标记408的中心线436之间的距离。对于零件406，其他距离也可能是重要的，诸如距离438，即边缘426和配准标记408的顶部边缘440之间的距离，和/或距离442，即配准标记408的边缘440和边缘444之间的配准标记440的顶部边缘的宽度。
61.如图4所示，零件402和零件406被设计为耦合在一起。由于制造零件402和/或零件406的制造公差，因此在零件402和零件406上放置配准标记404和408的地方经常存在公差，使得零件402和406的耦合可以以期望的方式执行。例如，而不是作为限制，零件402和零件406可以被设计为使得零件402的边缘412和零件406的边缘426要产生平坦表面，即，边缘412和边缘426彼此齐平，如线446所示。在这样的示例中，零件402的一种设计将使中心线422与零件406的中心线436对准。
62.然而，零件402和/或零件406的制造公差，以及制造过程的退化，即工具磨损、齿轮和/或其他机器磨损等，可能导致零件402和/或零件406偏离设计尺寸值。通过适当地确定配准标记404和/或配准标记408的尺寸，中心线422从中心线436的偏移(如偏移448所示)可以考虑制造过程的公差和/或退化。
63.然而，在某些情况下，距离410、416、420、424、430、434、438和/或442中的一个或多个的足够大的变化将阻止零件402和零件406耦合而同时保持边缘412和边缘426的齐平性质。例如，而不是作为限制，偏移448可以变得如此之大，以至于配准标记404不再完全适配在配准标记408内，例如，因为边缘418不再能接触边缘432，所以距离410和距离424之间的差太大，等等。配准过程(例如，耦合零件402和零件406)因为零件402和零件406可以是三维零件而也被加剧，并且图4仅示出了由本公开解决的这种耦合问题的两个维度。
64.图5示出了在本公开的一个方面中的零件之间的连接的剖视图。
65.在本公开的一个方面中，组件500示出了具有表面504的部件502和具有表面508的部件506。如关于图4所讨论的，出于本公开的一个方面的示例的目的，而不是作为限制，部件502和部件506将被耦合，使得表面504与表面508齐平。其他耦合视角、布置和/或方法被认为包括在本公开的范围内。
66.部件502还包括空腔510，其中空腔510可适于容纳一个或多个连接器512。尽管在本文中被称为“连接器”，但是连接器512可以被称为互连件、耦合器或用于将部件502耦合到其他部件的其他设备。如图5所示，连接器512可以包括至少一个凹槽514。如图5所示，凹槽514(其可以被称为杯形件、通道、沟形件和/或其他凹陷)可以延伸到部件502的空腔510中，然而，凹槽514可以在空腔510的外部，或者可以是按需的表面516之上的形状，而不脱离本公开的范围。连接器512可以与部件502共同打印。在各种实施例中，共同打印连接器512和部件502可以包括在空腔510中的，连接器和部件之间的打印支撑结构。在打印之后，支撑结构可以被移除，以允许连接器512在空腔510中“浮动”，同时保持被捕获在空腔中。在各种实施例中，共同打印可以不涉及打印支撑结构。例如，在打印之后，只有未熔合的粉末材料可以在空腔510中。在这种情况下，可能只需要移除粉末以允许连接器512在空腔510中“浮
动(float)”。
67.部件508还包括空腔518，其中空腔518可适于容纳一个或多个连接器520。尽管在本文中被称为“连接器”，但是连接器520可以被称为互连件、耦合器或用于将部件506耦合到其他部件的其他设备。连接器520可以包括至少一个舌状物522。如图5所示，舌状物522(其可以被称为锥形件、挤出件和/或其他延伸件)可以延伸超过部件506的表面524，或者舌状物522可以是按需的任何形状，而不脱离本公开的范围。类似于连接器512和部件502，连接器520和部件508可以被共同打印。空腔518可以包括在打印之后在连接器520和部件508之间的支撑结构，该支撑结构可以被移除以允许连接器520在空腔518中“浮动”。在各种情况下，连接器520和部件508可以在空腔518中没有支撑件的情况下被共同打印，并且仅需要移除未熔合的粉末。
68.连接器512和连接器520可以被设计为耦合在一起。例如，凹槽514的形状和舌状物522的形状可以被设计为使得凹槽514和舌状物522可以彼此连接。在本公开的一个方面中，凹槽514和舌状物522可以不是精确的装配，使得当连接器512和/或连接器520配合在一起时，粘合剂、环氧树脂、树脂、其他键合剂和/或其他流体或气体的层可以处于凹槽514与舌状物522之间。
69.如图5所示，当部件502和部件506耦合时，齐平线526表示表面504和表面508将作为均匀、平坦的表面配合。因为连接器512和连接器520在空腔510和空腔518内“浮动”，所以部件502和506上的连接点的刚度对以期望的方式使部件502和506耦合的能力的影响较小。例如，而不是作为限制，在图4中，距离410、416、420、424、430、434、438和/或442中的一个或多个将阻止零件402和零件406以期望的方式耦合。在本公开的一个方面中，连接器512和连接器520相对于齐平线526进行调节的能力减少了以期望的方式使部件502和506配合的问题。
70.图6示出了根据本公开的一个方面的部件和连接器制造。
71.在本公开的一个方面，可以制造包括部件602和连接器604的组件600。如关于图1a-1d所讨论的，沉积器101在表面上沉积一层粉末117，并且能量束源103将粉末熔合成固体材料层。对于组件600，在本公开的一个方面，组件600可以具有若干个材料层，例如层606、608、610、612和614，以及为便于理解而未示出的更多层。
72.当沉积器101沉积层606时，能量束源103可以将所有粉末117熔合成固体材料，其包括空腔616的底表面。
73.沉积器101可以在层606上沉积整个层608，然而，能量束源103可以仅熔合层608的部分，如图6中的部分618和部分620所示，而层608中的部分622没有被熔合。
74.然后，沉积器101可以在层608上沉积层610。再次，能量束源103可以仅熔合层610的部分，例如部分618和620，并且留下层610的部分622不熔合。层608的未熔合部分可以用作部分622中的层610的机械支撑。
75.然后，沉积器101可以在层610上沉积层612。再次，能量束源103可以仅熔合层612的部分，例如部分618和620，并且留下层612中的部分622不熔合。层608和610的未熔合部分可以用作部分622中的层612的机械支撑。
76.然后，沉积器101可以在层612上沉积层614。能量束源103可以再次仅熔合层612的部分，例如部分618和620，并且在层612中，能量束源103可以熔合部分622的一些部分，如图
6中的部分624所示。部分622中的层614的一些部分可以保持未熔合，或者部分614的全部可以根据需要被熔合。层608、610和612的未熔合部分可以用作部分622中的层614的机械支撑。
77.随着组件600的沉积和选择性熔合过程的继续，可以制造部件602和连接器604。一旦组件的制造完成，就可以从空腔116中移除一定体积的未熔合的粉末117，如图6中的粉末626所示。可以通过吸尘、摇动或以其它方式将粉末626从空腔616中移出来移除粉末626，这将使连接器604自由浮动但被捕获在空腔616内。
78.部件602和连接器604的其他制造方法也考虑在本公开的范围内。例如，而不是作为限制，连接器604可以是“压配合(press-fit)”或“扭转配合(twist-fit)”设备，使得连接器604可以相对容易地安装到空腔616中，但是移除连接器604可能相对困难。部件602可以是柔性的，并且弯曲或以其他方式扩大空腔616可以允许连接器604的插入，并且一旦空腔616的弯曲和/或扩大完成，连接器604就被捕获在空腔616内。在组件600的制造过程中，可以在部件602和连接器604之间形成小引线或可移除/可断开的连接，并且这些连接可以被机械地、电气地、电化学地和/或以其它方式断裂，以允许连接器604在空腔616内自由浮动。除了粉末626之外和/或代替粉末626，还可以使用替代支撑结构。许多替代方案是可能的，并且所有这些可能性都被认为在本公开的范围内。
79.当部件602被耦合到另一个部件(如关于图5所讨论的)时，空腔616的未被连接器604占据的部分可以用粘合剂、环氧树脂等填充，其可以加硬和/或固化连接器604在空腔616内的位置，以及将部件602耦合到另一个部件(以及将连接器604耦合到其他连接器)。在本公开的一个方面，取决于连接器604的形状，连接器604还可以用作部件602的粗略位置和/或中心点。在本公开的一个方面，单个部件602上的不同形状的连接器604可以用作配准标记，使得部件602只能相对于其他部件安装在特定方向上。根据本公开的教导，许多形状的连接器602是可能的。
80.尽管显示为大致位于空腔616的中心，但在不脱离本公开范围的情况下，连接器604可以在空腔616内从一侧到另一侧、从顶部到底部和/或其任何组合偏移。空腔616为连接器604提供支撑结构，使得连接器604基本上被捕获在空腔616内。连接器604和空腔616之间的间隙和/或空间可以用如上所述的未烧结/未熔合的粉末填充，和/或可以包括部分烧结/部分熔合的粉末、局部烧结的偏移以及连接器604和空腔(支撑结构)616之间均匀和/或不均匀的偏移距离。
81.在本公开的一个方面中，公开了一种用于连接增材制造的零件的浮动连接器接头设计(其也可以被称为“浮动销接头设计”)。本公开的一个方面中的连接器可以被构建在部件中和/或凹进部件中；然而，连接器可能不是物理地附接到零件上。因此，连接器可以在零件内浮动，但不容易被移除。这样的连接器可以单独制造，或者，在本公开的一个方面中，可以使用一个或多个替代支撑结构来制造连接器。
82.由于连接器和/或部件之间的连接点可以在一个或多个相对平面内浮动(相对于部件之间的连接)，因此要耦合的部件具有浮动公差。通过提供浮动公差，可以减少制造公差的叠加(被称为“公差叠加”)。此外，还可以减少连接器和/或部件之间所需的任何间隙，诸如用于粘接的间隙等。
83.在本公开的一个方面中，浮动连接器接头可以允许一个或多个部件的较大变形。
取决于连接器的形状，连接器也可以作为部件的粗略定位和/或对中特征件。此外，粘合剂特征件将被设计为确保一旦粘合剂固化，浮动件就变硬。
84.许多不同的am技术可能非常适合并适用于本公开的各个方面。这种3d打印技术可以包括，例如，选择性激光熔化(slm)、选择性激光烧结(sls)、直接金属激光烧结(dmls)、电子束熔化(ebm)和涉及金属粉末的熔化或熔合的其他am工艺。与其他3d打印技术一样，slm、sls和其他粉末床熔合(“pbf”)系统可以逐层创建构建件。每一层或“片”是通过沉积一层粉末并将部分粉末暴露在能量束中形成的。能量束被施加到粉末层的熔化区域，该熔化区域与层中构建件的横截面重合。熔化的粉末冷却并熔合，以形成构建件的一片。该过程可以被重复，以形成构建件的下一片，以此类推。每一层都沉积在前一层的顶部。最终的结构是从地面逐片组装的构建件。sls和各种其它pbf技术可以非常适合齿轮箱和其它运输结构部件的构造。然而，应当理解，其他am技术，诸如熔合沉积建模(fdm)等，也可以用于此类应用中。
85.图7示出了流程图700，其示出了根据本公开的一个方面的用于增材制造部件的示例性方法。
86.应当理解，图7中所标识的步骤本质上是示例性的，并且可以按照本公开中的设想采取不同的步骤次序或顺序，以及附加的或替代的步骤，以达到类似的结果。
87.在步骤702处，第一零件可以被3d打印和/或以其他方式增材制造，以具有与第一零件耦合的第一互连件，从而使第一互连件在第一零件内浮动。第一互连件可以与第一零件共同打印，或者可以单独打印并与第一零件捕获性地耦合。
88.在步骤704处，第二零件可以被3d打印和/或以其他方式增材制造，以具有与第二零件耦合的第二互连件，从而使第二互连件在第二零件内浮动。第二互连件可以与第二零件共同打印，或者可以单独打印并与第二零件捕获性地耦合。
89.可选步骤706指示第一互连件可以被打印为杯形件，并且第二互连件可以被打印为锥形件。
90.可选步骤708在第一互连件和第二互连件之间提供粘合剂，其可以可选地是步骤706的杯形件和锥形件。
91.可选步骤710打印第一互连件和第二互连件中的至少一个，以使第一零件和第二零件中的至少一个居中。
92.可选步骤712打印第一互连件和第二互连件中的至少一个，以定位第一零件和第二零件中的至少一个。
93.可选步骤714打印第一零件和第二零件中的至少一个，以为第一互连件和第二互连件中的至少一个提供支撑区域。支撑区域可以是替代支撑件，其可以被间隙偏移，并且间隙可以包括未烧结的粉末、部分烧结的粉末、从支撑区域的表面的部分不均匀地偏移，和/或从支撑区域的表面的烧结的局部偏移。
94.在步骤716处，耦合和/或连接第一零件和第二零件的互连件。耦合/连接过程可以使用多种技术来完成，例如，密封剂可以在互连件的各个区域之间施加，其可以包含粘合剂的流动，以促进强真空，减少电偶腐蚀，和/或协助固定两个部件。
95.提供先前的描述以使本领域的任何技术人员能够实践本文所描述的各种方面。对于本领域技术人员来说，对在整个此公开中呈现的这些示例性实施例的各种修改将是显而易见的，并且本文公开的概念可以应用于用于打印和连接节点和子部件的其他技术。因此，
权利要求不旨在被局限于在整个此公开中呈现的示例性实施例，而是要被赋予与语言权利要求相一致的全部范围。本领域普通技术人员已知或以后将知道的在整个此公开中描述的示例性实施例的要素的结构和功能等价物均旨在被权利要求所涵盖。而且，在本文所公开的任何内容都不旨在奉献于公众，不管此类公开是否在权利要求中明确叙述。除非使用短语“用于
…
的装置”对要素进行明确叙述，或者在方法权利要求的情况下使用短语“用于
…
的步骤”对要素进行明确叙述，否则，权利要求要素不根据35u.s.c.
§
112(f)或可适用的司法权中类似的规定进行解释。

技术特征：
1.一种装置，包括：3d打印的第一零件，其具有与所述第一零件共同打印的互连件，使得所述第一零件的互连件能在所述第一零件内浮动；3d打印的第二零件，其具有与所述第二零件共同打印的互连件，使得所述第二零件的互连件能在所述第二零件内浮动；其中，所述第一零件和所述第二零件的所述互连件被配置为在所述第一零件和第二零件之间形成连接。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一零件的互连件包括杯形件，并且所述第二零件的互连件包括锥形件。3.根据权利要求1所述的装置，还包括在所述杯形件和锥形件之间的粘合剂。4.根据权利要求3所述的设备，还包括：在所述第一零件的互连件和所述第一零件之间的粘合剂；以及在所述第二零件的互连件和所述第二零件之间的粘合剂。5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一零件或所述第二零件的所述互连件包括对中特征件。6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一零件或所述第二零件的所述互连件包括定位特征件。7.一种用于3d打印零件的方法，包括：3d打印第一零件，其具有与所述第一零件耦合的第一互连件，使得所述第一互连件在第一零件内浮动；3d打印第二零件，其具有与所述第二零件耦合的第二互连件，使得所述第二互连件在第二零件内浮动；以及连接所述第一互连件和所述第二互连件。8.根据权利要求7所述的方法，还包括：将所述第一互连件3d打印为杯形件，并且将所述第二互连件3d打印为锥形件。9.根据权利要求8所述的方法，还包括：在所述杯形件和锥形件之间提供粘合剂。10.根据权利要求9所述的方法，还包括：在所述第一互连件和所述第一零件之间；以及在所述第二互连和所述第二零件之间，提供至少一种粘合剂。11.根据权利要求7所述的方法，还包括：3d打印所述第一互连件和所述第二互连件中的至少一个，以为所述第一零件和所述第二零件中至少一个提供对中特征件。12.根据权利要求7所述的方法，还包括：3d打印所述第一互连件和所述第二互连件中的至少一个，以为所述第一零件和所述第二零件中至少一个提供定位特征件。13.根据权利要求7所述的方法，还包括：3d打印所述第一零件以提供用于所述第一互连件的支撑区域；3d打印所述第一零件以包括横跨所述第一零件的所述支撑区域的表面的至少一个替代支撑件；3d打印所述第二零件以提供用于所述第二互连件的支撑区域；以及3d打印所述第二零件以包括横跨所述第二零件的所述支撑区域的表面的至少一个替
代支撑件。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述至少一个替代支撑件从所述支撑区域的表面偏移一个间隙。15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述间隙包括未烧结的粉末。16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述间隙包括部分烧结的粉末和完全烧结的局部偏移中的至少一种。17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述间隙从所述支撑区域的表面均匀地偏移。18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述间隙从所述支撑区域的表面至少部分地非均匀地偏移。19.一种存储用于3d打印零件的计算机可执行代码的非暂时性计算机可读介质，所述代码在由处理器执行时致使所述处理器：三维打印第一零件，其具有与所述第一零件耦合的第一互连件，使得所述第一互连件在所述第一零件内浮动；三维打印第二零件，其具有与所述第二零件耦合的第二互连件，使得所述第二互连件在所述第二零件内浮动；以及连接所述第一互连件和所述第二互连件。

技术总结
本文呈现了用于接合节点和子部件的技术。根据本公开的一个方面的装置包括3D打印的第一零件，其具有与第一零件共同打印的互连件，使得第一零件的互连件可以在第一零件内浮动，以及3D打印的第二零件，其具有与第二零件共同打印的互连件，使得第二零件的互连件可以在第二零件浮动，其中，第一零件和第二零件的互连件被配置为在第一零件和第二零件之间形成连接。接。接。


技术研发人员：塞缪尔
受保护的技术使用者：戴弗根特技术有限公司
技术研发日：2021.11.08
技术公布日：2023/10/5