[發明專利]增材制造的加固結構

在審

• 申請號: 202110393210.1
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN113124308A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: C·C·維拓;G·D·格雷森;V·J·貝拉克曼
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: F17C1/08
• 分類號: F17C1/08;F17C13/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王小東

本發明涉及一種增材制造的加固結構。格柵加強結構包括：壁，所述壁在相對于平面橫向的方向上延伸；以及長形肋，所述長形肋沿著所述肋的長形尺寸連接到所述壁，使得所述長形肋沿著所述壁延伸并且與在垂直于所述平面的方向上延伸的軸線形成一角度。所述長形肋限定自由側壁，所述自由側壁從定位在所述長形肋的第一側面上的所述壁延伸并且在圍繞所述長形肋且橫向于所述長形尺寸的方向上延伸到定位在所述長形肋的第二側面上的所述壁。所述壁和所述長形肋由橫向于所述軸線的方向上延伸的多個材料層構成。

本發明是申請號為201711268618.6、申請日為2017年12月5日、發明名稱為“增材制造的加固結構”的中國發明專利申請的分案申請。

技術領域

本公開涉及為結構提供剛性，更具體地，為由增材制造進行制造的結構提供剛性以抵抗來自壓縮負載的屈曲以及/或者抵抗內部壓力負載下的環向應力。

背景技術

格柵加強結構在抵抗來自壓縮負載的屈曲和/或抵抗內部壓力負載下的環向應力方面提供了良好的剛性特性。格柵加強結構通常包括由橫跨壁定位的加固構件(諸如肋、加強件或縱梁)的格柵格架支撐的腹板、壁或外殼(下文中被稱為壁)。這些加強件或縱梁在壁上形成邊界形狀，以提供期望的結構加固。格柵加強結構的一個示例是等格柵結構。等格柵結構具有加固加強件，或者肋在壁上形成三角形邊界形狀。肋或加強件的三角形圖案是有效的并且在節省材料和重量的同時保持剛性。等格柵結構非常像具有在任何方向上測量的同等性質的各向同性材料。

格柵加強結構的另一示例被稱為正格柵結構，其包括由橫跨壁延伸的肋或加固構件形成的矩形邊界形狀。正格柵結構是等格柵結構的變型，并且不是各向同性的但具有與橫跨壁定位的加強件或肋的三角形邊界成形圖案不同的性質。正格柵結構不是各向同性的而是具有沿不同角度的不同性質，但是在某些應用中可以用來代替等格柵結構。其他格柵加強結構是可用的，其具有加強件或肋，形成橫跨被加固的壁結構定位的其他邊界成形配置。

利用減材制造，例如加工金屬片材以去除材料并在壁上形成格柵加固結構是昂貴的制造方法。可以采用其他昂貴的制造技術，這將包括單獨地且與壁結構分開地制造加強件或肋以及將單獨的加固構件焊接到壁。諸如利用復合材料(包括昂貴工裝)來使用額外的昂貴方法。

提供剛性、高強度和輕質構造的格柵加強結構制造昂貴并且受限于經歷起飛、巡航和著陸的通用航空航天應用和經歷發射、位置保持、入軌、下降和著陸的航天應用。利用格柵加強結構，在具有剛度、高強度和輕質特性連同為結構的外側提供密封壁的情況下，這些結構可用于具有這樣的物品的應用，作為火箭的加壓推進劑罐并且優于單殼式構造。

結果，主要關注格柵加強結構的構造，其提供結構所需的剛度、高強度和輕質特性以抵抗來自壓縮負載的屈曲且抵抗環向應力壓力負載，成本低于當前制造這些格柵加強結構時引起的成本。通常，如提到的，使用銑削片材金屬的減材制造方式，形成多個部分或以其他方式錘擊并焊接以制造格柵加強結構。已使用復合構造，但包括昂貴的工裝，如前所述。需要借助增材制造(“AM”)(或另外被稱為三維打印)來實現針對這些加強的格柵結構便宜的制造過程，以避免昂貴的銑削、焊接和/或加工。

然而，特別是，相對于為了相對于豎直軸線而形成結構所施加的材料的懸突，利用結構的三維打印制造來使用AM存在限制。例如，在結構本身將具有豎直或直立節段(諸如具有火箭的更細長的加壓推進劑容器)的情況下，將相對于壁形成方形或矩形邊界形狀的肋或加強件可以不是AM制造的。如果肋結構是可接近的，則將需要使用昂貴的可去除支撐結構(即破壞工具)來構造肋。

根據需要，如果實際或甚至可能連同采用昂貴的傾斜臺組件，則安裝支撐結構以及拆卸支撐結構將需要額外的制造費用，例如，加壓的推進劑容器。需要利用常規的AM打印方法以能夠在豎直方向上制造格柵加強結構來構造例如加壓容器或其部分。容器將抵抗前述屈曲壓縮力和環向應力壓力，無需采用與這樣的三維打印關聯的昂貴步驟，或者另外避免使用打印扁平片材以及滾動片材。

發明內容