(57)【要約】【課題】スペースフレーム用に管を連結するように設計された継手を製造するための方法が提供され、スペースフレームは車両用シャシであってよい。【解決手段】本方法は、可変の形状及び微細な機構を備える継手を作り、製造費用を減少し、製造時間を減少し、極めて特定の用途のために構成された継手を作る。継手は、管の表面と継手の表面との間に接着剤が流れる空間を作るセンタリング機構を含み得る。【選択図】  図４
2020197307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペースフレームを形成する複数の連結管を連結するための継手部材を製造する方法であって、
前記継手部材により連結される前記複数の連結管のそれぞれについて、相対的な管角度、管寸法及び管形状を決定し、
前記継手部材で前記複数の連結管によって作用される応力の方向と大きさを決定し、
（１）それぞれの継手部材での前記相対的な管角度、管寸法及び管形状に対応し、
（２）前記複数の連結管によって作用される前記応力の方向と大きさを支持する構成を有する前記継手部材を３−Ｄ印刷することを含む方法。
【請求項２】
前記スペースフレームは、３次元体積を少なくとも部分的に取り囲むように構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の連結管のそれぞれの連結管は、異なる平面に沿って長手方向軸を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記スペースフレームは車両用シャシフレームである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記継手部材の少なくとも一部分上にセンタリング機構を３−Ｄ印刷することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記センタリング機構は、連結管に挿入されるように構成された前記継手部材の継手の突出に印刷される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記センタリング機構の前記特徴は、前記継手部材で前記複数の連結管によって作用される前記応力の方向と大きさに基づいて決定される、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記継手部材で前記複数の連結管によって作用される前記応力の方向と大きさは、実験又は計算で決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
複数の連結管と、
複数の継手部材であって、それぞれの継手部材は、３次元フレーム構造を形成するために、前記複数の連結管における前記複数の前記連結管の少なくとも一部に嵌合するような寸法及び形状である複数の継手部材と、を備えた車両用シャシであって、
前記複数の継手部材は３−Ｄプリンタによって形成される、車両用シャシ。
【請求項１０】
前記複数の継手部材のそれぞれの継手部材は、連結管が前記継手部材に嵌合するときに、前記継手部材が前記連結管の内側面と外側面に接触するような寸法及び形状である、請求項９に記載の車両。
【請求項１１】
前記複数の継手部材の少なくとも１つの継手部材は、前記継手部材の３−Ｄ印刷中に形成された内部ルーティング機構を備える、請求項９に記載の車両。
【請求項１２】
前記内部ルーティング機構は、前記３次元フレーム構造が形成されているとき、前記車両用シャシを通る流体の輸送用の経路のネットワークを提供する、請求項１１に記載の車両。
【請求項１３】
前記内部ルーティング機構は、前記３次元フレーム構造が形成されているとき、前記車両用シャシ全体の電気部品を通って電気を送るための経路のネットワークを提供する、請求項１１に記載の車両。
【請求項１４】
前記複数の継手部材は、前記継手部材の３−Ｄ印刷中に形成された取り付け機構を備える、請求項９に記載の車両。
【請求項１５】
前記取り付け機構は、前記３次元フレーム構造上にパネルを取り付けるためのパネルマウントを提供する、請求項１４に記載の車両。
【請求項１６】
構造を形成するためのシステムであって、
複数の継手部材により連結されて前記構造のフレームを形成する複数の連結管のそれぞれについての、相対的な管角度、管寸法及び管形状を記載する入力データを受信するコンピュータシステムであって、前記複数の継手部材で前記複数の連結管によって作用される応力の方向と大きさを決定するようにプログラムされるコンピュータシステムと、
（１）それぞれの継手部材で前記相対的な管角度、管寸法及び管形状に対応し、（２）前記複数の連結管によって作用される前記応力の方向と大きさを支持する、寸法及び形状を有する前記複数の継手部材を作るように構成された前記コンピュータシステムと通信する３−Ｄプリンタと、を備えるシステム。
【請求項１７】
前記構造の前記フレームは、３次元体積を少なくとも部分的に取り囲む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記複数の継手部材は、前記継手部材の少なくとも一部分上に前記３−Ｄプリンタによって形成されたセンタリング機構をさらに備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記センタリング機構は、連結管に挿入されるように構成された前記継手部材の継手の突出に印刷される、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記センタリング機構の前記特徴は、それぞれの継手部材で前記複数の連結管によって作用される前記応力の方向と大きさに基づいて決定される、請求項１８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]  本出願は、２０１４年７月２日に出願された米国特許仮出願番号第６２／０２０，０８４号に対する優先権を請求し、この内容は、参照により全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  スペースフレーム構造は、自動車、構造、船舶及び多くのその他の用途に使用されている。スペースフレーム構造の一例は、溶接管フレームシャシ構造であることができ、多くの場合、工具の費用が低い、設計の柔軟性がある、高効率構造を作る能力があるという利点により、低体積で高性能な車両の設計に使用され得る。これらの構造は、様々な角度で連結されるシャシの管を必要とし、様々な管の形状に対応するために同じ連結点を必要とし得る。このような管フレームシャシの連結用の継手部材の従来の製造方法は、高額な装置と製造費用がかかり得る。
【発明の概要】
【０００３】
[0003]  様々な幾何学的パラメータと管を連結する継手を作ることが可能な製造方法が必要とされている。本明細書で提供されているのは、炭素繊維管のような管の連結用の継手を３−Ｄ印刷する方法である。継手は、各管の交点での幾何学的、物理的要件の仕様により印刷され得る。３−Ｄで継手を印刷する方法は、製造費用を低減し、容易に変倍し得る。
【０００４】
[0004]  本開示中に記載された３−Ｄ印刷の方法は、その他の製造方法により達成することができない継手の微細な機構の印刷を可能にし得る。本開示中に記載された微細な機構の例は、連結管の中心と、隣接する継手の突出の中心とを同軸にさせるセンタリング機構であってよい。センタリング機構は、継手の内側領域の外側面と連結管の内側面との間の間隙を提供し、その中に接着剤が塗布されてよい。別の例として、継手と管アセンブリを結合する接着剤を導入する装置に連結し得るニップルが、継手に印刷されることが可能であってもよい。
【０００５】
[0005]  本発明の態様は、スペースフレームを形成する複数の連結管を連結するための継手部材を製造する方法を対象とし、本方法は、継手部材により連結される複数の連結管のそれぞれについての、相対的な管角度、管寸法及び管形状を決定し、継手部材で複数の連結管によって作用される応力の方向と大きさを決定し、（１）それぞれの継手部材での相対的な管角度、管寸法及び管形状に対応し、（２）複数の連結管によって作用される応力の方向と大きさを支持する構成を有する継手部材を３−Ｄ印刷することを含む。
【０００６】
[0006]  いくつかの実施形態では、スペースフレームは、３次元体積を少なくとも部分的に取り囲むように構成されている。複数の連結管のそれぞれの連結管は、異なる平面に沿って長手方向軸を有していてよい。スペースフレームは、車両用シャシフレームであってよい。
【０００７】
[0007]  この方法は、さらに、継手部材の少なくとも一部分上にセンタリング機構を３−Ｄ印刷することを含んでいてもよい。センタリング機構は、連結管に挿入されるように構成された継手部材の継手の突出に印刷されてよい。センタリング機構の特徴は、継手部材で複数の連結管によって作用される応力の方向と大きさに基づいて決定されることができる。継手部材で複数の連結管によって作用される応力の方向と大きさは、実験又は計算で決定されてよい。
【０００８】
[0008]  本発明の追加の態様は、複数の連結管と、複数の継手部材と、を備えた車両用シャシであって、それぞれの継手部材は、３次元フレーム構造を形成するために、複数の連結管における複数の連結管の少なくとも一部に嵌合するような寸法及び形状であり、複数の継手部材は３−Ｄプリンタによって形成される、車両用シャシを対象としてもよい。
【０００９】
[0009]  いくつかの実施形態では、複数の継手部材のそれぞれの継手部材は、連結管が継手部材に嵌合するときに、継手部材が連結管の内側面と外側面に接触するような寸法及び形状である。必要に応じて、複数の継手部材の少なくとも１つの継手部材は、継手部材の３−Ｄ印刷中に形成された内部ルーティング機構を備える。内部ルーティング機構は、３次元フレーム構造が形成されているとき、車両用シャシを通る流体の輸送用の経路のネットワークを提供していてよい。内部ルーティング機構は、３次元フレーム構造が形成されているとき、車両用シャシ全体の電気部品を通って電気を送るための経路のネットワークを提供していてよい。
【００１０】
[0010]  複数の継手部材は、継手部材の３−Ｄ印刷中に形成された取り付け機構を備えていてよい。取り付け機構は、３次元フレーム構造上にパネルを取り付けるためのパネルマウントを提供し得る。
【００１１】
[0011]  構造を形成するためのシステムが、本発明の追加の態様により提供されてもよい。本システムは、複数の継手部材により連結されて構造のフレームを形成する複数の連結管のそれぞれについての、相対的な管角度、管寸法及び管形状を記載する入力データを受信するコンピュータシステムであって、複数の継手部材で複数の連結管によって作用される応力の方向と大きさを決定するようにプログラムされるコンピュータシステムと、（１）それぞれの継手部材で相対的な管角度、管寸法及び管形状に対応し、（２）複数の連結管によって作用される応力の方向と大きさを支持する寸法及び形状を有する複数の継手部材を作るように構成された、コンピュータシステムと通信する３−Ｄプリンタと、を備えていてよい。
【００１２】
[0012]  場合によっては、構造のフレームは、３次元体積を少なくとも部分的に取り囲む。複数の継手部材は、さらに、継手部材の少なくとも一部分上に３−Ｄプリンタによって形成されたセンタリング機構を備えていてもよい。センタリング機構は、連結管に挿入されるように構成された継手部材の継手の突出に印刷されてよい。センタリング機構の特徴は、それぞれの継手部材で複数の連結管によって作用される応力の方向と大きさに基づいて決定されてよい。
【００１３】
[0013]  本開示の追加の態様及び利点は、本開示の例示的な実施形態のみが示されて記載されている以下の詳細な説明から、当業者に容易に明らかになるであろう。実現されるように、本開示は、すべて開示を逸脱することなく、その他及び異なる実施形態が可能であり、いくつかの詳細は、様々に明白な点において修正が可能である。したがって、図面及び説明は、本質的に制限的なものではなく、例示的なものとみなす。
【００１４】
参照による組み込み
[0014]  本明細書に記載されるすべての刊行物、特許及び特許出願が、あたかもそれぞれの刊行物、特許又は特許出願が具体的かつ個々に、参照により組み込まれると示されるがごとく同程度に参照により本明細書に組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
[0015]  本発明の新規の特徴を、添付の特許請求の範囲に具体的に記載する。本発明の原理が使用される、例示的な実施形態を説明する次の詳細な説明及び添付図面（本明細書においては、“ｆｉｇｕｒｅ”及び“ＦＩＧ．”とも称される）を参照することによって、本発明の特徴及び利点はより良く理解されるであろう。
【００１６】
【図１】[0016]３−Ｄで印刷されたノードによって連結された炭素繊維管から構築されたスペースフレームシャシの実施例を示す図である。
【図２】[0017]継手を設計し、構築するために使用されるプロセスのフローチャートを示す図である。
【図３】[0018]３−Ｄプリンタと通信するコンピュータを示す図である。
【図４】[0019]設計モデルが所与の設計モデルのアセンブリ用に印刷された継手を作るために、どのように使用され得るかを記載する詳細なフローチャートを示す図である。
【図５】[0020]本明細書において記載されている方法を使用して印刷された継手の実施例を示す図である。
【図６】[0021]互いに対して等しくない角度である管に連結された継手を示す図である。
【図７】[0022]５つの突出を備える継手を示す図である。
【図８】[0023]等しくない断面の寸法の管に連結するために印刷された継手を示す図である。
【図９ａ】[0024]継手に印刷されたセンタリング機構の実施例を示す図である。
【図９ｂ】[0024]継手に印刷されたセンタリング機構の実施例を示す図である。
【図９ｃ】[0024]継手に印刷されたセンタリング機構の実施例を示す図である。
【図９ｄ】[0024]継手に印刷されたセンタリング機構の実施例を示す図である。
【図１０】[0025]継手にかかる、予想された負荷又は応力に基づいたセンタリング機構を選択する方法を記載しているフローチャートを示す図である。
【図１１】[0026]継手の突出の側壁における内部経路に連結するニップルを備える、継手の突出の断面を示す図である。
【図１２ａ】[0027]電気ルーティング及び流体ルーティング用の一体化された構造的機構及び経路を備えて印刷された継手を示す。
【図１２ｂ】[0027]電気ルーティング及び流体ルーティング用の一体化された構造的機構及び経路を備えて印刷された継手を示す。
【図１２ｃ】[0027]電気ルーティング及び流体ルーティング用の一体化された構造的機構及び経路を備えて印刷された継手を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
[0028]  本発明の様々な実施形態を本明細書で示し、説明したが、こうした実施形態はあくまで例として与えられたものであることは当業者には明らかであろう。当業者であれば、本発明から逸脱することなく多くの変形、変更、及び代用を想到し得る。本明細書で述べた発明の実施形態には、様々な代替例が用いられ得る点は理解されるべきである。
【００１８】
[0029]  本開示は、３−Ｄ印刷のような、付加製造及び／又は減法製造によって継手部材を製造する方法を提供する。継手部材は、複数の連結管を連結するように構成されてもよく、軽量のスペースフレームの構築に使用されてもよい。スペースフレームは、３次元体積を有するフレームであることができる。スペースフレームは、少なくとも部分的にフレームを取り囲むために１つ以上のパネルを受けることが可能なフレームであり得る。スペースフレームの例は、車両用シャシであってよい。記載された開示の様々な態様は、継手／管フレーム構造を備える任意のその他の構成に加え、本明細書で特定される用途の何れかに適用されてよい。本発明の異なる態様は、個別に、包括的に、又は互いに組み合わせて理解されてよいものであることを理解しなければならない。
【００１９】
[0030]  図１は、本発明の実施形態による、１つ以上のノード（別名、継手）１０２によって連結される連結管１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを含む、車両用シャシ１００を示す。それぞれの継手部材は、中央本体及び中央本体から延びる１つ以上のポートを備えることができる。マルチポートノード又は継手部材は、炭素繊維管のような管を連結して２次元又は３次元構造を形成するために提供されてよい。構造はフレームであってよい。一実施例では２次元構造は平面フレームであってよく、一方、３次元構造はスペースフレームであってよい。スペースフレームは、その中の体積を取り囲んでいてよい。いくつかの実施例では、３次元スペースフレーム構造は、車両用シャシであってもよい。車両用シャシは、その中に空間を取り囲み得る長さ、幅及び高さを有しいてよい。車両用シャシの長さ、幅及び高さは、連結管の厚さよりも厚くてよい。
【００２０】
[0031]  車両用シャシは、車両のフレームワークを形成していてよい。車両用シャシは、車両のボディパネルを配置するための構造を提供していてよく、ボディパネルは、ドアパネル、ルーフパネル、フロアパネル又は車両の筐体を形成する任意のその他のパネルであってよい。さらに、シャシは、ホイール、ドライブトレイン、エンジンブロック、電気部品、冷暖房システム、シート又は収納空間のための構造支持であってよい。車両は、少なくとも約１人以上、２人以上、３人以上、４人以上、５人以上、６人以上、７人以上、８人以上、１０人以上、２０人以上又は３０人以上の乗客を乗せることができる乗用車であってもよい。車両の例としては、セダン、トラック、バス、バン、ミニバン、ステーションワゴン、ＲＶ、トレーラ、トラクタ、ゴーカート、自動車、電車、バイク、ボート、宇宙船又は航空機を含み得るがこれらに限定されない。車両用シャシは、車両の種類の形状要因に合致する形状要因を提供していてよい。車両の種類に応じて、車両用シャシは様々な構成を有していてよい。車両用シャシは様々なレベルの複雑さを有してよい。場合によっては、３次元スペースフレームは、車両用の外枠を提供することがあり得る。外枠は、３次元の筐体を形成するためのボディパネルを受けるように構成されてよい。必要に応じて、内側の支持体又は部品を設けてよい。内側の支持体又は部品は、スペースフレームの１つ以上の継手部材に連結することで、スペースフレームに連結されることができる。異なる車両用シャシの構成に対応するために、マルチポートノード及び連結管の異なる配置が設けられてもよい。場合によっては、ノードのセットは、単一の独自のシャシ設計を形成するように配置されることが可能である。あるいは、少なくともノードのセットの一部は、複数のシャシ設計の形成に使用されることができる。場合によっては、ノードのセットにおける少なくともノードの一部は、第１のシャシ設計に組み立てられ、次に分解され、第２のシャシ設計を形成するために再利用されることができる。第１のシャシ設計及び第２のシャシ設計は、同じか又は異なっていてもよい。ノードは、２次元又は３次元の平面内で管を支持することが可能であってよい。例えば、多プロング式ノードは、すべてが同じ平面内にはない管を連結するように構成されてもよい。多プロング式ノードに連結された管は、３次元的に設けられていてよく、３つの直交軸に及んでいてよい。代替実施形態では、いくつかのノードは、２次元の平面を共有し得る管を連結してよい。場合によっては、継手部材は、２つ以上の管を連結するように構成されることができ、２つ以上の管の各管は、異なる面に沿って長手方向軸を有する。異なる平面は交差面であることができる。
【００２１】
[0032]  車両の連結管１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃは、炭素繊維材料又は任意のその他の入手可能な複合材料で形成されていてよい。複合材料の例は、高弾性炭素繊維複合材、高強度炭素繊維複合材、平織炭素繊維複合材、ハーネス朱子織炭素複合材料、低弾性炭素繊維複合材又は低強度炭素繊維複合材を含んでいてよい。代替実施形態では、管は、プラスチック、ポリマー、金属又は合金類のような、その他の材料から形成されてもよい。連結管は、硬質材料から形成されてよい。連結管は様々な寸法を有していてよい。例えば、異なる連結管は、異なる長さを有していてよい。例えば、連結管は、約１インチ、３インチ、６インチ、９インチ、１ｆｔ、２ｆｔ、３ｆｔ、４ｆｔ、５ｆｔ、６ｆｔ、７ｆｔ、８ｆｔ、９ｆｔ、１０ｆｔ、１１ｆｔ、１２ｆｔ、１３ｆｔ、１４ｆｔ、１５ｆｔ、２０ｆｔ、２５ｆｔ又は３０ｆｔほどの長さを有していてよい。場合によっては、管は、同じ直径又は異なる直径を有していてもよい。場合によっては、管は、約１／１６インチ、１／８インチ、１／４インチ、１／２インチ、１インチ、２インチ、３インチ、４インチ、５インチ、１０インチ、１５インチ又は２０インチほどの直径であってよい。
【００２２】
[0033]  連結管は、任意の断面形状を有していてよい。例えば、連結管は、実質的に円形形状、正方形形状、楕円形形状、六角形形状又は任意の不規則形状を有していてよい。連結管の断面は、Ｃ−チャネル、Ｉ−ビーム又は角のような開断面であり得る。
【００２３】
[0034]  連結管１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃは、中空管であってよい。中空部は、管の全長に沿って設けられていてよい。例えば、連結管は、内側面及び外側面を有していてよい。管の内径は、連結管の内側面に対応していてよい。管の外径は、管の外径に対応していてよい。いくつかの実施形態では、内径と外径との差は、約１／３２インチ、１／１６インチ、１／８インチ、１／４インチ、１／２インチ、１インチ、２インチ、３インチ、４若しくは５インチ未満か又は等しくてよい。連結管は２つの端を有していてよい。２つの端は、互いに対向していてよい。代替実施形態では、連結管は、３、４、５、６又はそれ以上の端を有していてよい。車両用シャシフレームは、ノード１０２に連結された炭素繊維管を備えていてよい。
【００２４】
[0035]  本開示において示されたマルチポートノード１０２（別名、継手、継手部材、継手、コネクタ、ラグ）は、図１に示されたフレームのような車両用シャシフレームで使用するのに好適であってよい。シャシフレーム１００のノードは、シャシ設計に従った管角度に合うように設計されてよい。ノードは、迅速かつ低費用なシャシの組み立てを可能にするために、所望の形状に事前に形成されてよい。いくつかの実施形態では、ノードは、３−Ｄ印刷技術を使用して事前に形成されてよい。３−Ｄ印刷は、ノードが、異なるフレーム構成に対応する多様な形状で形成されるのを可能にし得る。３−Ｄ印刷は、ノードが、ノードの寸法を備えるコンピュータで生成された設計ファイルに基づいて形成されることを可能にし得る。
【００２５】
[0036]  ノードは、金属材料（例えば、アルミニウム、チタン又はステンレス鋼、真鍮、銅、クロモリ鋼又は鉄）、複合材料（例えば炭素繊維）、高分子材料（例えばプラスチック）又はこれら材料のいくつかの組み合わせで構成されてよい。ノードは、粉末材料から形成されることができる。３−Ｄプリンタは、ノードを形成するために、粉末材料の少なくとも一部を溶解及び／又は焼結可能である。ノードは、実質的に硬質材料で形成されてよい。
【００２６】
[0037]  ノードは、ノードに、又はノードの近傍に印加される応力を支持してよい。ノードは、圧縮、張力、ねじり力、せん断応力又はこれらの応力の種類のいくつかの組み合わせを支持してよい。ノードで支持される応力の大きさは、少なくとも１メガパスカル（ＭＰａ）、５ＭＰａ、１０ＭＰａ、２０ＭＰａ、３０ＭＰａ、４０ＭＰａ、５０ＭＰａ、６０ＭＰａ、７０ＭＰａ、８０ＭＰａ、９０ＭＰａ、１００ＭＰａ、２５０ＭＰａ、５００ＭＰａ又は１ＧＰａであってよい。応力の種類、方向及び大きさは静的であり、フレーム内のノードの位置に依存していてよい。あるいは、応力の種類、方向及び大きさは、動的であり、車両の移動に応じていてよい。例えば、ノードへの応力は、車両が丘を登り降りする際に変化してよい。
【００２７】
[0038]  図２は、スペースフレーム内で炭素繊維管のような管を連結するための継手部材を３−Ｄ印刷する方法を記載しているフローチャートを示す。本方法において、シャシ設計モデルが２０１で選択される。シャシ設計モデルは、新しい設計又は、以前に使用された設計若しくは共有で蓄積された設計を含み得るライブラリに記憶された設計であってよい。シャシ設計は、３−Ｄ印刷プロセスで継手を形成するユーザ、又は継手を形成するユーザとは異なるユーザによって作られることができる。シャシ設計は編集可能であり得る。シャシ設計は、オンライン市場を通して入手可能にすることが可能である。選択されたシャシ設計から、管の仕様（例えば、内径及び外径、管の断面及び連結ポイントでの互いに対する管の角度）は、２０２において決定される。次に、それぞれの管連結ポイントでの動的応力及び静的応力が２０３において決定される。それぞれの管連結ポイントでの動的応力及び静的応力は、例えば有限要素解析のような、計算モデルを使用して決定されることができる。ステップ２０２とステップ２０３で決定された物理的性質及び構造的性質を使用して、２０４で継手（ノード）が設計される。最後に、最終ステップ２０５において、前のステップにて決定された仕様によって、継手が３−Ｄプリンタを使用して作られる。２つ以上の継手は、同時に形成されることが可能である。あるいは、継手は１つずつ形成されることが可能である。
【００２８】
[0039]  シャシ設計モデルは、例えば、ＡｕｔｏＣＡＤ，Ａｕｔｏｄｅｓｋ，Ｓｏｌｉｄ  Ｗｏｒｋｓ又はＳｏｌｉｄ  Ｅｄｇｅのような任意の入手可能な構造設計用ソフトウェアプログラムで作られてもよい。シャシ設計モデルは、スペースフレームの設計の必要条件に合わせて作られる、簡単なカスタム設計ツールで作られてもよい。このカスタマイズされたツールは、既存の構造設計用ソフトウェアにインタフェースして、入力データの最小セット（例えば、所与のノードに入る管の相対角度）から完全なノードの形状を自動的に作り得る。シャシのモデルを作った後、それぞれの管連結ポイントが画定されてよい。管連結ポイントは、継手が２つ以上の管を連結するために使用される位置であってよい。管連結ポイントの特徴は、モデルによって決定され、設計に必要な継手構造を画定するために使用されてよい。例えば、管の数、管の寸法及び管の相対角度が決定されてよい。それぞれの継手の管の数は、シャシのモデルから決定されてよく、例えば、継手は２、３、４、５、６、７、８、９又は１０本の管を連結してよい。継手位置における、それぞれの連結管の直径及び断面形状は、モデルから決定されてよい。例えば、継手は、正方形管、円形管、楕円形管、三角形管、五角形管、六角形管又は不規則形状の管を連結してよい。継手に連結された管は、すべて同じ断面形状を有するか、又は異なっていてよい。連結管の直径は、モデルから決定されてよく、連結管は少なくとも約１／１６インチ、１／８インチ、１／４インチ、１／２インチ、１インチ、２インチ、３インチ、４インチ、５インチ、１０インチ、１５インチ又は２０インチの直径を有していてよい。継手に連結された管は、すべて同じ直径を有するか、又は異なっていてよい。それぞれの継手における管の相対角度もまた、シャシのモデルから決定されてよい。
【００２９】
[0040]  必要に応じて、ユーザは、シャシ設計の一部を設計するか、又は設計の際に準拠する仕様を提供してよい。１つ以上のプロセッサによって実行されるソフトウェアは、シャシの残りを設計するか、又は仕様に準拠したシャシの詳細を提供してよい。プロセッサは、人の介入をさらに必要とせずに設計の少なくとも一部を生成してよい。本明細書に記載された特徴の何れかは、ソフトウェア、ユーザ又はソフトウェアとユーザの両方によって最初に設計されてよい。
【００３０】
[0041]  追加の構造、機械、電気及び流体の部品の位置は、また、構造設計用ソフトウェアにより決定されてよい。例えば、せん断パネル、構造パネル、衝撃システム、エンジンブロック、電気回路及び流体経路の位置は、構造設計用ソフトウェアによって決定されてよい。シャシのモデルは、継手が構造、機械、電気及び流体部品の位置と一体化するように継手の設計を画定するために使用されてよい。
【００３１】
[0042]  シャシのモデルは、それぞれの継手における応力の方向及び大きさを計算するために使用されてよい。応力は、線形又は非線形応力モデルを用いる有限要素解析を使用して計算されてよい。応力は、シャシが静止している間又はシャシが、例えば直線沿い、曲面の軌道、平滑な表面沿い、起伏の多い表面沿い、平坦な地形又は丘陵地のような一般的な経路に沿って移動している間に継手において計算されてよい。継手において計算された応力は、せん断力、引っ張り力、圧縮力、捩り応力又は応力の種類の組み合わせであってよい。継手は、計算された応力を支持するための設計上の特徴を含んでいてよい。継手における設計上の特徴は、特定の安全基準を遵守するように構成されてよい。例えば、継手は、少なくとも１、２、３、４、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５又は５０の安全率内で計算された応力に耐えるように構成されてよい。継手は、振動したり、衝撃や衝突を受けたりする可能性があるフレーム上の管を支持するように設計されてよい。例えば、車両用シャシは、道路上で走行され、長時間の振動を受ける可能性がある。継手は、長期にわたる振動によって生じる継手にかかる力と応力に耐えることが可能であってよい。別の実施例においては、車両が別の物体にぶつかった場合、車両は衝突を受け得る。継手は、この衝突に耐えるように設計されてよい。場合によっては、継手は、特定の所与の程度までの衝突に耐えるように設計されてよい。必要に応じて、継手は、所与の程度を超えて構成を変形又は変更し、衝撃を吸収することが望ましい場合がある。継手は、様々なフレームの仕様及び基準を満たすように設計されてよい。場合によっては、継手は、消費者用及び／又は商用車に対する州又は国の安全要件を満たすシャシを形成するように設計されてもよい。
【００３２】
[0043]  最終の継手の設計は、管の寸法と形状の必要条件と、一体化された構造、機械、電気及び流体部品の位置と、任意の性能仕様とともに計算された応力の種類及び大きさによって決定されてよい。図３は、必要な仕様を満たす継手の計算モデルが、いかにデバイス３０１上のソフトウェアプログラムにおいて開発され得るかを示す図である。デバイスは、プロセッサ及び／又はメモリを備えていてよい。メモリは、コード、ロジック又は設計のステップ若しくは計算のような１つ以上のステップを実行する命令を備える非一時的コンピュータ可読媒体を含んでいてよい。プロセッサは、非一時的コンピュータ可読媒体に従ってステップを実行するように構成されていてよい。デバイスは、デスクトップコンピュータ、携帯電話、スマートフォン、タブレット、ラップトップ、サーバ又は任意のその他の種類の計算デバイスであってよい。デバイスは、３−Ｄプリンタ３０２と通信してよい。３−Ｄプリンタ３０２は、ソフトウェアプログラムで開発された設計に従って継手を印刷してよい。３−Ｄプリンタは、付加製造及び／又は減法製造を通して物体を作るように構成されることができる。３−Ｄプリンタは、金属、複合材又はポリマーの物体を形成するように構成されることができる。３−Ｄプリンタは、直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）プリンタ、電子ビーム溶解（ＥＢＭ）プリンタ、熱溶解造形（ＦＤＭ）プリンタ又はポリジェットプリンタであってよい。３−Ｄプリンタは、チタン、アルミニウム、ステンレス鋼、構造プラスチック又は任意のその他の構造材料でできた継手を印刷してよい。
【００３３】
[0044]  ３−Ｄ印刷は、入力として計算又は電子モデルに基づいた３次元構造を作るプロセスを含んでいてよい。３−Ｄプリンタは、押出成形、粒状の結合体、積層、又はステレオリソグラフィを含む任意の既知の印刷技術を採用してよい。３−Ｄ印刷の一般的な技術は、３次元の物体の設計を、プリンタが次に物体が完成されるまで一層毎に形成する一連のデジタル層に分解することを含んでいてよい。継手は一層毎のやり方で印刷され、広範囲の形状の設計及び詳細な機構に対応し、内部機構及び外部機構を含んでいてよい。
【００３４】
[0045]  ３−Ｄで印刷された継手は、管で組み立てられフレーム構造を形成してよい。設計は、後半の設計変更に対応する柔軟性を有していてよい。例えば、支持管が設計プロセスの後半において設計に加えられた場合には、追加の継手が追加の支持管に対応するために迅速に、かつ低費用で印刷されることができる。継手を作るために３−Ｄプリンタと通信するコンピュータモデルを使用する方法は、広範囲の形状を低費用で迅速に作ることを可能にし得る。
【００３５】
[0046]  図４は、上述した方法の詳細なフローチャートを示す。記載されるステップは例としてのみ提供される。いくつかのステップは省略され、異なる順序で完了され又はその他のステップと入れ替えてもよい。何れのステップも１つ以上のプロセッサを利用して自動的に実行され得る。１つ以上のステップは、ユーザ入力による介入により実行されても又は実行されなくてもよい。プロセスは、シャシ設計のようなフレーム設計の選択を含むステップ４０１から開始され、設計は記憶された設計のライブラリから選択されるか、又は特定のプロジェクト用に開発された新しい設計であってよい。
【００３６】
[0047]  設計が選択された後、次のステップは４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ及び／又は４０２ｄであり、フレームの継手のための構造上の要望や仕様の計算を含んでいてよい。ステップ４０２ａ〜４０２ｄは、任意の順番で完了されてよく、すべてのステップ４０２ａ〜４０２ｄが完了されるか、又はステップのいくつかのみが行われてよい。ステップ４０２ａは、各継手における構造負荷の計算を含む。構造負荷は有限要素方法によって決定されてよく、せん断応力、圧縮応力、引っ張り応力、捩り応力又は任意の応力の組み合わせの方向及び大きさを含んでいてよい。応力は、車両が走行中であるか、又は車両が静止していると仮定して計算されてよい。これは又、安全性、製造、耐久性のような任意の性能仕様の計算を含んでいてよい。ステップ４０２ｂは、車両全体に流体経路及び電気経路をマッピングする。流体経路の例は、冷媒、潤滑、換気、空調及び／又は暖房ダクトを含み得る。ソースからシステムへの電気ルーティングを必要とし得る電気システムの例は、オーディオシステム、室内照明システム、室外照明システム、エンジンイグニッションコンポーネント、搭載用ナビゲーションシステム及び制御システムを含み得る。ステップ４０２ｃでは、各継手での管の角度、形状及び寸法の決定がされる。ステップ４０２ｄにおいては、パネル及びサスペンション用連結のような構造部品がマッピングされる。
【００３７】
[0048]  ステップ４０２ａ〜４０２ｄにおける継手の要望／仕様の計算の次に、継手部材はステップ４０３ａ〜４０３ｄにおいて継手の要望／仕様に対応するように設計されてよい。継手の設計方法は、ステップ４０３ａ〜４０３ｄを含んでいてよい。ステップ４０３ａ〜４０３ｄは、任意の順番で完了されてよく、すべてのステップ４０３ａ〜４０３ｄが完了されるか、又はステップのいくつかのみが行われてよい。４０３ａにおいて、各継手における既知の応力プロファイルは、継手の壁厚、継手の材料又は継手に印刷する必要のあるセンタリング機構を決定してよい。流体及び電気経路がマッピングされた後、４０３ｂにおいて、対応する内部ルーティング機構が継手に印刷されるように設計されてよい。継手は流体及び電気経路用の別の内部ルーティング機構を有するか、継手は流体及び電気経路によって共有される１つのルーティング機構を有してよい。管の角度、形状及び寸法の決定後、その他の仕様を満たしつつ必要な管に対応できるように、継手は４０３ｃにて設計されてよい。４０２ｄにおいて決定されたマップを使用して、一体化された連結機構の位置は、４０３ｄで継手に印刷されるように設計される。このような設計のステップは、順番に、又は並行して行われてよい。様々な継手の設計の必要性は、印刷用の継手の設計をする際に組み合わせて考慮されてよい。場合によっては、３−Ｄ印刷のプロセスも継手を設計する上で考慮されてよい。
【００３８】
[0049]  最終ステップ４０４では、一連の印刷された継手は４０１にて選択されたフレームアセンブリで使用されるために作られる。印刷された継手は、４０３ａ〜４０３ｄのステップを包括的に考慮して設計された継手に基づいて３−Ｄ印刷されてよい。印刷された継手は、シャシのアセンブリを完成するために使用されてよい。
【００３９】
[0050]  管を連結するための継手の製造に適応する本明細書で記載された３−Ｄ印刷の方法は、シャシを組み立てるために必要な時間を減少し得る。例えば、シャシを設計し構築する全時間は、約１５分、３０分、４５分、１時間、２時間、３時間、４時間、５時間、６時間、７時間、８時間、９時間、１０時間、１２時間、１日、２日、３日、４日、５日、６日、１週間、２週間、３週間、４週間若しくは１ヶ月未満か又は等しくてよい。場合によっては、継手自体の印刷は、約１分、３分、５分、１０分、１５分、２０分、３０分、４０分、５０分、１時間、１．５時間、２時間、２．５時間又は３時間未満か又は等しい時間がかかり得る。３−Ｄ印刷の方法に必要となるツールが通常の製造方法よりも少ないため、シャシの組み立てに必要な時間は減少され得る。本明細書において記載されている方法においては、単一のツール（例えば、３−Ｄプリンタ）は、複数の継手を異なる仕様（例えば、寸法／形状）で製造するように構成されてよい。例えば、同一の設計をすべて有する一連の継手は、単一の３−Ｄプリンタを使用して印刷されてよい。別の実施例においては、異なる設計を有する一連の継手は、単一の３−Ｄプリンタを使用して印刷されてよい。異なる設計は、同一のフレームアセンブリにすべて属するか、又は異なるフレームアセンブリ用に印刷されてよい。これにより、現場で継手を印刷する業務の予定を立てる上でより柔軟性の程度を上げ、製造者が特定の目的を満たす継手の生産を最適化し得る。場合によっては、３−Ｄプリンタは車両が構築される現場に搬送され得るような寸法及び形状であることができる。さらに、３−Ｄ印刷は、継手の品質管理や均一性を高め得る。
【００４０】
[0051]  図４に示された製造プロセスは、製造時間及び費用を低減し得る。製造時間及び／又は費用は、１つ以上の継手を形成するために必要なツールの数を減らすことによって低減されることができる。すべての継手は単一のツールである３−Ｄプリンタで形成されることができる。同様に、３−Ｄプリンタによってもたらされる、その他の製造技術よりも高いレベルの品質管理により、製造時間及び／又は費用が低減されることができる。例えば、前述の方法を使用する継手の生産費用は、他の方法と比較して、少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％又は９０％の製造費用を削減し得る。スペースフレームにおいて、管を連結するための継手を製造するために３−Ｄ印刷を使用することで、各継手用に別の金型又はツールを必要とせずに、各継手が異なる形状及び寸法を有することが可能となる。継手用の３−Ｄ印刷のプロセスは、容易に調整され得る。
【００４１】
[0052]  記載された３−Ｄ印刷の方法を使用して製造され得る継手の例は、図５に示されている。図５に示されている継手は、本体部５０１及び継手本体から出る３つの受容ポート５０２を有する。受容ポート５０２は、連結管と嵌合する位置であってよい。受容ポートは、連結管の内部に挿入されることによって及び／又は連結管の外面を覆うことによって連結管と嵌合してよい。受容ポートは、３次元空間において互いに対して任意の角度を有していてよい。互いに対するポートの角度は、シャシ設計によって決定されてよい。場合によっては、３つ以上のポートが設けられてよい。３つ以上のポートは、同一平面上であっても又は同一平面上でなくともよい。ポートは、円形、正方形、楕円形又は不規則形状の管を受け入れ可能であってよい。連結管に対し断面形状／寸法が異なるため、ポートは管の異なる形状／寸法に対応するように構成されてよく、ポート自体が異なる断面形状／寸法であってよい。ポートは円形、正方形、楕円形又は不規則形状であってよい。
【００４２】
[0053]  突出５０２は、連結管に挿入され得るように設計されてよい。継手の突出の壁厚は、完全なシャシ設計のための有限要素モデルよって計算された構造負荷を継手が支持できるように印刷されてよい。例えば、大きな負荷を支持する必要のある継手は、小さな負荷を支持する継手よりも厚い壁を有していてよい。
【００４３】
[0054]  図６は、３つの管６０２ａ〜６０２ｃと連結する継手６０１を示す。図は、様々な角度で管を連結するために、どのように継手が設計されることができるかを示す。継手に連結している一連の管の間の角度は、等しいか又は等しくなくてよい。図６に示す実施例においては、角度のうち２つが表示されており、管６０２ａと管６０２ｂとの間の角度は６０３と表示され、管６０２ｂと管６０２ｃとの間の角度は６０４と表示されている。図６においては、角度６０３と角度６０４は等しくない。６０３と６０４の可能な値は、少なくとも１度、５度、１０度、１５度、２０度、３０度、４５度、６０度、７５度、９０度、１０５度、１２０度、１３５度、１５０度、１６５度又は１８０度であることが可能である。
【００４４】
[0055]  継手は、連結管に嵌合するために、任意の数の突出する受容ポートを備えて印刷されてよい。例えば、継手は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１２、１５、２０、３０又は５０個の受容ポートあるいは突起を有していてよい。継手は、本明細書に記載された受容ポートの数の何れよりも少ない数を有していてよい。継手は、本明細書に記載された値のうち何れか２つの値間の範囲にある受容ポートの数を有していてよい。図７は、５つの突出を備える継手の実施例を示す。さらに、突出は等しい直径か又は等しくない直径を有していてよい。例えば、図８は、異なる直径の管を受け入れるように設計された継手８０１を示しており、上部ポート８０２で小さな管が受け入れられ、下部ポート８０３で大きな管が受け入れられるようになっている。別の実施例においては、同じ継手上の異なるポートは、１：２、１：３、１：４、１：５、１：６、２：３、２：５、２：７、３：５又は３：７の異なる管の間の直径比を備える管を受け入れることが可能であってよい。円形ではない管の場合には、直径は関連する基本的な長さスケールによって表され得る。例えば、正方形管の場合には辺の長さである。さらに、異なる断面形状を有する管は、同じ継手の異なる突出に合うことが可能であってよい。例えば、継手は、円形、楕円形、正方形、長方形若しくは不規則形状のすべてを備える突出又は任意の組み合わせを備える突出を有していてよい。その他の実装においては、単一の継手は、等しい直径及び／又は同一の形状を備える突出を有していてもよい。継手の３−Ｄ印刷は、この広範な継手の構成に対応し得る。
【００４５】
[0056]  継手は、連結管の内側に嵌まるように構成される突出の領域と、連結管上に嵌まるリップとを備えるように印刷されてよい。連結管の内側に嵌まるように構成される継手の突出は、環状領域が突出の表面とリップの内径との間で形成され得るように印刷されてよい。
【００４６】
[0057]  本明細書に記載の３−Ｄ印刷方法により、その他の製造方法を使用する際には不可能であるか、又は法外に費用がかかる可能性がある微細な構造の機構を取り入れることが可能となり得る。例えば、センタリング機構が継手の突出領域に印刷されてよい。センタリング機構は、継手の突出上の規則的又は不規則的なパターンの浮き出された隆起又はその他の形状であってよい。センタリング機構は、継手と管が組み合わされているときには、連結管の内側の継手の突出を中心に合わせ得る。接着剤が継手の突出と連結管との間に配置されている場合には、センタリング機構は流体通路を作って所望の厚さ又は位置に接着剤を伸ばし得る。別の実施例では、ニップルが継手に印刷されていてよい。ニップルは、継手の突出と連結管との間の空間に接着剤を導入するための真空又は注入ポートを設け得る。場合によっては、センタリング機構は、本明細書の何れかで詳細に記載されたように、継手の突出と連結管との間の空間における接着剤の均一な塗布を促進することができる。
【００４７】
[0058]  センタリング機構は、連結管の内側に合うように設計された継手の突出に浮き出しで印刷されたパターンを含んでいてよい。センタリング機構は、突出が最初に形成されたときに継手の突出に印刷されるか、又は継手が設計されてからしばらく時間を経た後に継手の突出に印刷されてもよい。センタリング機構は、受容ポート（管係合領域）の突出の外側面から浮き出されてよい。浮き出されたセンタリング機構の高さは、少なくとも０．００１インチ、０．００５インチ、０．００６インチ、０．００７インチ、０．００８インチ、０．００９インチ、０．０１０インチ、０．０２０インチ、０．０３０インチ、０．０４０インチ又は０．０５０インチであってよい。図９ａ〜図９ｄに示されるように、センタリング機構は、好ましくは連結管の内側に合うように構成される突出の領域に印刷されてよい。代替的実施形態では、管係合領域にセンタリング機構を印刷することに加え、又はその代わりに、連結管の外径に嵌まるように構成された継手のリップ領域にセンタリング機構を印刷してもよい。センタリング機構は、連結管の内側に合うように構成された突出と、連結管の外径に嵌まるように構成された継手のリップ領域の一方又はその両方に印刷されてよい。
【００４８】
[0059]  図９ａ〜図９ｄは、４つの可能な継手のセンタリング機構の実施形態の詳細図を示す。図９ａは、小さな塊（ｎｕｂ）のあるセンタリング機構９０１を示し、この機構は継手の突出の管係合領域上に浮き出された点のパターンを備える。継手の突出の管係合領域は、管の表面に接触するように構成された継手の突出の一部であってよい。管係合領域は、管に挿入されるように構成されてよい。点は、１つ以上の行又は列に、又は互い違いの行及び／又は列に設けられてよい。浮き出された点は、少なくとも０．００１インチ、０．００５インチ、０．００６インチ、０．００７インチ、０．００８インチ、０．００９インチ、０．０１０インチ、０．０２０インチ、０．０３０インチ、０．０４０インチ又は０．０５０インチの直径を有していてよい。
【００４９】
[0060]  図９ｂは弦巻状路のセンタリング機構９０２を示し、この機構は、継手の突出の管係合領域の全長に巻き付く連続的な浮き出し線を備える。連続的な浮き出し線は、一度又は複数回、管の継手の突出の周りに巻き付いていてよい。代替的な設計においては、管係合領域の全直径には巻き付かない浮き出された弦巻状のセンタリング機構を備えるセンタリング機構を含んでいてよい。代替実施形態では、弦巻状のセンタリング機構は、係合領域の円周に、１０度、２０度、３０度、４０度、５０度、６０度、７０度、８０度、９０度、１００度、１１０度、１２０度、１３０度、１４０度、１５０度、１８０度、１９０度、２００度、２１０度、２２０度、２３０度、２４０度、２５０度、２６０度、２７０度、２８０度、２９０度、３００度、３１０度、３２０度、３３０度、３４０度、３５０度又は一周３６０度巻き付いてよい。センタリング機構は、さらに、多条開始ねじ山に類似したやり方で交差せずに管の全長に巻き付く多数の浮き出し線を備えていてよい。
【００５０】
[0061]  図９ｃは、迷路型のセンタリング機構９０３を示し、この機構は、継手の突出の長さの方向に対し９０度の角度で継手の管係合領域を取り囲む浮き出した破線を備える。迷路型のセンタリング機構の隣接する破線は、互い違いに編成されている。多数の破線の行が設けられていてよい。破線は、実質的に互いに対し平行であってよい。あるいは、様々な角度が設けられてよい。
【００５１】
[0062]  図９ｄは、断続的ならせん状のセンタリング機構９０４を示し、この機構は、管係合領域の長さの方向に対し４５度の角度で継手の管係合領域を取り囲む浮き出した破線を備える。別の実施例においては、センタリング機構は、１度、５度、１０度、１５度、２０度、３０度、４５度、６０度、７５度、９０度、１０５度、１２０度、１３５度、１５０度、１６５度又は１８０度の角度で管係合領域を取り囲む浮き出し線を有し得る。図９ｃ及び図９ｄに示されているセンタリング機構における破線は、少なくとも０．００５インチ、０．００６インチ、０．００７インチ、０．００８インチ、０．００９インチ、０．０１０インチ、０．０２０インチ、０．０３０インチ、０．０４０インチ、０．０５０インチ又は０．１００インチの長さを有していてよい。
【００５２】
[0063]  図９ａ〜図９ｄに記載されたものに加え、その他のパターンも使用されてよい。代替的なパターンは、不規則な角度又は間隔の破線、線と点の組み合わせ、又は線の間が均一若しくは不均一な間隔である、係合領域の周りに巻き付く実線の群を含んでいてよい。場合によっては、センタリング機構は、まっすぐな直線の模様が１つ以上のセンタリング機構に交差せずに内部突出の遠位端から近位端へと描かれないようなパターンであってよい。これは、さらに本明細書の何れかで記載されているように、接着剤に、より遠回りの路をとらせ、接着剤を伸ばすことを支援し得る。あるいは、直線は、１つ以上のセンタリング機構に交差せずに内部突出の遠位端から近位端に設けられてもよい。
【００５３】
[0064]  センタリング機構は、異なる密度で継手の突出に印刷されてよい。例えば、継手の突出は突出の９０％が浮き出されたセンタリング機構で覆われるように印刷されてよい。９０％をセンタリング機構で覆う場合には、機構は非常に近接して離間されてよい。あるいは、センタリング機構は少なくとも突出の５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％又は９５％を覆っていてよい。センタリング機構は、本明細書で記載されるパーセントの何れよりも少なく覆っていてよい。センタリング機構は、本明細書に記載されたパーセント値の何れか２つの間の範囲内であってよい。継手に印刷されたセンタリング機構の密度は、シャシのモデルから決定された構造的特徴を提供するために選択されてよい。
【００５４】
[0065]  センタリング機構は、継手／管アセンブリが連結管の内側面と、連結管に入るように設計された継手の突出の表面との間に空間を備えるように浮き出されていてよい。内管径と突出との間の公差は、継手及び管が圧力嵌め連結を形成するようなものであってよい。圧力嵌め連結の場合には、センタリング機構は継手へ管を挿入すると変形してもよく、しなくてもよい。センタリング機構は、連結管の内側面と継手の突出の表面との間の距離が均一な半径方向の厚さを有し得るように、連結管の内側の継手の突出を中心に合わせてよい。あるいは、センタリング機構は、継手の突出と連結管との間の空間の不均一な分布を支援してもよい。
【００５５】
[0066]  異なるセンタリング機構が、同一のシャシ構造における異なる継手に印刷されてもよい。異なるセンタリング機構は、同一の継手の異なる継手の突出に印刷されることができる。継手の突出に印刷されたセンタリング機構は、継手がシャシ構造で実行される有限要素解析によって決定された応力プロファイルを支持するように選択されてよい。継手に印刷するためのセンタリング機構を決定する方法の実施例は、図１０に示されている。この方法で、第１のステップ１００１では継手の突出における負荷又は応力を決定する。応力は、線形又は非線形応力モデルを用いる有限要素解析を使用して計算されてよい。応力は、シャシが静止している間又はシャシが、例えば直線沿い、曲面の軌道、平坦な地形又は丘陵地のような一般的な経路に沿って移動している間に継手において計算されてよい。継手において計算された応力は、せん断力、引っ張り力、圧縮力、捩り応力又は応力の種類の組み合わせであってよい。図１０に示されている方法の次のステップ１００２は、決定された応力又は負荷プロファイルに最適な構造支持を提供するセンタリング機構を選択することである。センタリング機構の選択は、可能なセンタリング機構のパターン、寸法及び密度の任意の組み合わせを選択することを含んでいてよい。プロセスの最終ステップは、継手にセンタリング機構を印刷することであってよい。
【００５６】
[0067]  例えば、高程度の緊張力を受けることが想定される継手には、継手と管との間の接着剤の接触領域が最大化するように、小さな塊のあるセンタリング機構が印刷されてよい。別の実施例においては、時計方向に捩り応力がかかることが想定される継手には、捻り力への抵抗をもたらすために、時計方向に弦巻状のセンタリング機構が印刷されてよい。
【００５７】
[0068]  センタリング機構の寸法及び密度はまた、継手が、シャシ構造で実行される計算及び／又は実験的分析によって決定された応力プロファイルを支持するように選択されてもよい。センタリング機構の高さは、継手の突出表面と連結管の内径との間に形成された環状部の容積を決定し得る。環状部の容積は、継手と管が組み立てられるときに接着剤を充填されてよい。センタリング機構の高さは、接着剤の量が継手にかかる想定される応力又は負荷を支持するために最適であるように選択されてよい。センタリング機構の密度も、環状領域の容積を変更し得る。例えば、高密度のセンタリング機構を備える継手は、環状領域において、粗密度のセンタリング機構を備える継手と比較すると容積が少なくてよい。センタリング機構の密度は、接着剤の量が継手にかかる想定される応力又は負荷を支持するために最適であるように選択されてよい。
【００５８】
[0069]  真空又は注入管類を連結するためのニップルは、直接継手に印刷されてよい。ニップルは、継手及びニップルが同じバルク材料から掘り出され得るように、継手が印刷される時点で継手に印刷されてもよい。あるいは、ニップルは別に印刷され、印刷された後継手に加えられてもよい。ニップルは、３−Ｄ印刷以外の製造方法では達成することができない可能性がある繊細な内部通路を有していてよい。場合によっては、流体は、ニップル及び／又はニップルと流体連通する内部通路を通じて、突出の管受け入れ領域と、突出に取り付けられた管の内径との間の環状空間に送達されることができる。流体は接着剤であることができる。接着剤は印刷されたニップルを通して環状領域に吸い込まれ又は押し込まれてよい。ニップルは、接着剤を均一に塗布するために、継手の両側に配置されてもよい。２つ以上のニップルは、継手に対称的又は非対称に取り付けられることができる。例えば、ニップルは継手の受容ポート上で互いに円周方向に対向して設けられてよい。ニップルは、継手の受容ポートの近位端に、又は近位端の近傍に設けられてよい。あるいは、ニップルは継手の受容ポートの遠位端に、若しくは遠位端の近傍に、又はこれらを組み合わせて設けられてよい。継手は、各突出に少なくとも約１、２、３、４、５、１０、１５又は２０のニップルを有していてよい。
【００５９】
[0070]  ニップルは、均一な接着剤の塗布を提供し得る内部の継手の突出における壁の内側にある流体経路のような内部の継手の機構から離れて、内部の継手の機構の極めて近くに、又は内部の継手の機構と同軸に配置され得る。図１１は、継手の突出の壁の内側における内部流体通路１１０２に連結するニップル１１０１を備える、継手の突出の実施例の断面を示す。内部通路は、継手の側壁に印刷されてもよい。内部通路は、環状領域への出口１１０３を有していてもよい。内部通路は、流体（例えば接着剤）を環状領域に導入してもよい。内部通路は、円形断面、正方形断面、楕円形断面又は不規則形状の断面を有していてもよい。内部通路の直径は、少なくとも１／１００インチ、１／６４インチ、１／５０インチ、１／３２インチ、１／１６インチ、１／８インチ、１／４インチ又は１／２インチであってよい。内部の流体通路が非円形断面を有する場合には、列挙された直径は、断面の関連する基本的な長さスケールに対応していてよい。流体経路は、継手の突出の全長に沿って、又は任意の一部の長さに沿っていてよい。
【００６０】
[0071]  ニップルは、真空及び／又は圧力注入装置に連結されるように形成され構成されることができる。継手に直接ニップルを印刷することで、環状領域に接着剤を注入する装置の必要性を低減し得る。接着剤が導入された後、ニップルは、継手のニップルを切断又は融解することによって継手から除去されてもよい。
【００６１】
[0072]  一体化された構造的機構は、継手に直接印刷されるか、又は継手の内側に印刷されてよい。一体化された構造的機構は、液配管、電気配線、電気バス、パネルマウント、サスペンションマウント又は位置決め機構を含んでいてよい。一体化された構造的機構は、シャシ設計を簡略化し、シャシ構造を構築するのに必要な時間、労力、部品及び費用を減少し得る。各継手における一体化された構造的機構のための位置は、シャシのモデルによって決定されてよく、ソフトウェアは３−Ｄプリンタと通信して、選択されたシャシ設計用に必要な一体化された構造的機構を有するそれぞれの継手を製造してよい。
【００６２】
[0073]  継手は、車両のせん断パネル又はボディパネル用の取り付け機構を備えるように印刷されてよい。継手における取り付け機構により、パネルが直接車両用シャシフレームに連結されることが可能であり得る。継手における取り付け機構は、パネルの相補的な嵌合機構に嵌合するように設計されてよい。例えば、継手の取り付け機構は、ハードウェア（例えば、ねじ、ボルト、ナット又はリベット）、スナップ又は溶接若しくは接着剤の用途のために設計されたフランジ用の穴を備えるフランジであってよい。図１２ａ〜図１２ｃは、車両のような、その他の搭載用システム構造と一体化するために設計された継手の特徴を示す。継手は、構造のせん断パネル又はボディパネルと一体化するように設計されてよい。
【００６３】
[0074]  図１２ａは、フランジ１２０１を備える継手を示す。フランジ１２０１は、せん断パネル又はボディパネル（図示せず）に連結するために使用されてよい。継手部材を車両用シャシの構築をするために使用する場合には、継手部材はサスペンションシステムと一体化されてよい。サスペンションシステムは、油圧、空気、ゴム又はばねが搭載された衝撃吸収材を含んでいてもよい。サスペンションシステムは、フランジ１２０１に取り付けることによって継手部材と連結してよい。フランジは、連結するハードウェア（例えば、ねじ、釘、リベット）と嵌合するために、少なくとも１つの穴１２０２を含むように印刷されてよい。
【００６４】
[0075]  継手は、電気的接続用に一体化された経路を含むように印刷されてよい。継手に一体化された電気的接続は、電気的に絶縁されていてもよい。継手に一体化された電気的接続は、接地されていてもよい。継手に一体化された電気的接続は、継手に連結された管をルーティングする配線と通信していてよい。電気配線は、車載用システムに電力を供給し及び／又は自動車エンジンを起動若しくは作動するために電池に電力を供給するために使用されてよい。一体化された継手からの電力を使用する車載用システムは、ナビゲーション、オーディオ、ビデオディスプレイ、パワーウィンドウ又はパワーシート調整を含んでいてよい。車両内の配電は、専ら管／継手のネットワークを通じてわたっていてよい。図１２ｂは、構造全体の電線をルーティングするための可能な継手の実施形態を示す。図１２ｂに示されている継手は、入口領域１２０３を有し、この入口は電気的接続又は電線を挿入するために使用され得る。電線は、入口領域に挿入され、継手から管にシャシ全体に伝達するためにルーティングされてよい。電線を使用して電力が供給される１つ以上のシステムは、入口領域を通る線に接続していてよい。継手に一体化された電気的接続は、ユーザに、１つ以上のデバイスのプラグを差し込んでデバイス用に電力を得ることを可能にするプラグインを設けることができる。場合によっては、１つ以上の電気接触は、継手の３−Ｄ印刷の前、印刷の後又は印刷中に継手に印刷されることができる。
【００６５】
[0076]  継手は、車両用シャシに冷暖房の空調を提供する、一体化された冷暖房流体システムを備えるように印刷されてよい。その他の用途は、車両の様々な部品を冷却及び／又は加熱することを含んでいてよい。継手／管の構造への流体（例えば、気体又は液体）システムの一体化は、車両の設計において、部分的に又は全面的に従来のエアダクト及び配管の必要性をなくし得る。継手は、発生源（例えば、電気発熱体、エンジンブロック熱交換器、冷却装置、空調ユニット又はボイラ）から、搭乗者又は車両の運転者が内部を暖め又は冷却することを望むシャシ内の位置へ、熱流体又は冷流体をルーティングしてよい。継手は、供給源から熱流体又は冷流体を取り入れ、熱流体又は冷流体を分配し、供給源から離れた位置で熱流体又は冷流体を吐出する一体化された部品を含んでいてよい。アセンブリにおける継手及び管は、ファイバーグラス、発泡断熱材、セルロース又はグラスウールを使用して断熱されてよい。継手及び管のアセンブリは、流体密であってよい。一体化された流体システムを備える継手の場合には、図１２ｂに示された継手の実施形態が使用されてよい。図の１２０３に示されたもののような入口は、連結管を介して複数の継手の間に流体をパイプで通すことによって、構造全体の暖房又は冷却用の流体をルーティングするために使用されてもよい。
【００６６】
[0077]  流体又は電気をルーティングするために使用され得る継手の断面図は、図１２ｃに示されている。図１２ｃに示された実施例においては、２つの継手の突出は内部経路１２０４によってつながれている。実施形態において、図１２ｃにおける継手は、入口１２０５から出口１２０６へと流体又は配線をルーティングしてよい。流体及び電気のルーティングに使用される経路は、同一の経路であってよく、又は別でもよい。管の間又は管から継手が搭載されたコネクタ若しくは機構に、所望のルーティングを依然として設けつつ、内部の継手のルーティングは、２つ以上の流体を継手内で別に保っていてもよい。
【００６７】
[0078]  継手は、一体化された位置決め機構又は識別機構を含むように印刷されてもよい。機構は、組み立て及び処理中の、自動化された継手の識別又は対処を可能にし得る。位置決め機構の実施例は、円筒形状ボス（例えば、平坦で半径方向の溝を備えるボス）、キャップを備えた押出されたＣ形状、非対称のピンパターンを備えた差し込みフィッティング又は逆差し込みフィッティング、フック機構又は実行されたときに機構の方向及び位置を独自に画定し得る形状を備えるその他の機構を含んでいてよい。これらの位置決め機構は、ロボットのグリッパー又はワーク保持具によってインタフェースで接続されるか、又は把持されてよい。継手のインタフェースは、一旦把持する動作が開始し、部分的に終了され、又は完了されると完全に画定されてよい。位置決め機構は、スペースフレームの組み立ての前及び組み立て中に、繰り返し、及び必要に応じて自動的に継手の位置決めをすることを可能にし得る。機構の形状を画定することで、自動化されたシステムが管を継手に挿入する間に空間において画定された経路に沿って多数の継手の動作を調整することも可能であり得る。少なくとも２つの管は、組み立て中に形状が結合する結果にならずに、平行して多数の継手に挿入されてもよい。一体化された位置決め機構は、一体化した識別機構をさらに備えていてよい。例えば、識別機構は、１次元バーコード、２次元QRコード（登録商標）、３次元幾何学模様又はこれらの要素の組み合わせであってもよい。識別機構は、取り付けられている継手に関する情報を符号化してもよい。この継手の情報は、識別／位置決め機構に対する管の入口の方向を含む継手の形状、継手の材料、識別／位置決め機構に対する接着剤の注入及び真空ポートの位置決め、継手により必要とされる接着剤及び継手管の直径を含んでいてよい。組み合わされた識別／位置決め機構は、自動化されたアセンブリセルに供給される外部の情報を必要とせずに、アセンブリにおける継手の位置決めを自動化するのを可能にし得る。
【００６８】
[0079]  本明細書に記載の任意の機構は、継手の残りの部分とともに印刷されてもよい。例えば、本明細書に記載された様々な機構（例えば、センタリング機構、ニップル、経路等）を含む継手全体が１回の操作で印刷され、単一の一体化された材料から形成されてもよい。あるいは、特定の機構が既存の継手の部品に印刷されてもよい。例えば、センタリング機構は既存の受容ポートに印刷されてもよい。
【００６９】
[0080]  継手を製造する３−Ｄ印刷の方法は、高効率の製造プロセスであり得る。装置の単一のセットは、異なる細部の機構を備えた様々な継手の形状を作るように構成されてよい。生産は、従来の製造方法に比べて時間及び費用の必要条件が少なく、さらに、プロセスは少量生産から大量生産に容易に変更され得る。プロセスは、従来の製造方法に比べて優れた品質管理を提供することができ、形の悪い部品に関連する廃棄物や、品質管理の基準を満たし得ない部品を作り直すのに必要な時間を短縮し得る。
【００７０】
[0081]  本発明の好ましい実施形態を図示、説明したが、こうした実施形態はあくまで例として与えられたものであることは当業者には明らかであろう。本発明は、明細書内に記載された特定の実施例によって限定されることを意図するものではない。本発明は上述の仕様に関連して記載されているものの、本願明細書の実施形態の説明及び例示は、制限的な意味で解釈されることを意図するものではない。当業者であれば、本発明から逸脱することなく多くの変形、変更、及び代用を想到するであろう。さらに、本発明の全態様は、本明細書に記載した特定の記載、構成又は関連する割合に限定されず、様々な条件及び変数に従うことは理解されるべきである。本発明の実施に際し、本明細書で述べた本発明の実施形態には、様々な代替例を用い得る点は理解されるべきである。したがって、本発明は、また、そのような任意の代替、変更、変形又は均等物も包含することが意図されている。以下の特許請求の範囲は発明の範囲を規定することを目的としたものであり、特許請求の範囲に含まれる方法及び構造並びにそれらの均等物をこれによって網羅することを目的としたものである。
【図１】
2020197307.tif 000003
【図２】
2020197307.tif 000004
【図３】
2020197307.tif 000005
【図４】
2020197307.tif 000006
【図５】
2020197307.tif 000007
【図６】
2020197307.tif 000008
【図７】
2020197307.tif 000009
【図８】
2020197307.tif 000010
【図９Ａ】
2020197307.tif 000011
【図９Ｂ】
2020197307.tif 000012
【図９Ｃ】
2020197307.tif 000013
【図９Ｄ】
2020197307.tif 000014
【図１０】
2020197307.tif 000015
【図１１】
2020197307.tif 000016
【図１２Ａ】
2020197307.tif 000017
【図１２Ｂ】
2020197307.tif 000018
【図１２Ｃ】
2020197307.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】令和2年9月15日(2020.9.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペースフレームを形成する複数の連結管を連結するための継手部材を製造する方法であって、
前記継手部材により連結される前記複数の連結管のそれぞれについて、相対的な管角度、管寸法及び管形状を決定し、
前記継手部材で前記複数の連結管によって作用される応力の方向と大きさを決定し、
（１）それぞれの継手部材での前記相対的な管角度、管寸法及び管形状に対応し、（２）前記複数の連結管によって作用される前記応力の方向と大きさを支持する構成を有する前記継手部材を３−Ｄ印刷し、
前記継手部材の少なくとも一部分上にセンタリング機構を３−Ｄ印刷することを含み、
前記センタリング機構の１つ以上の特徴は、前記継手部材で前記複数の連結管によって作用される前記応力の方向と大きさに基づいて決定される、方法。
【請求項２】
前記スペースフレームは、３次元体積を少なくとも部分的に取り囲むように構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の連結管のそれぞれの連結管は、異なる平面に沿って長手方向軸を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記スペースフレームは車両用シャシフレームである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記センタリング機構は、連結管に挿入されるように構成された前記継手部材の継手の突出に印刷される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記継手部材で前記複数の連結管によって作用される前記応力の方向と大きさは、実験又は計算で決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
構造を形成するためのシステムであって、
複数の継手部材により連結されて前記構造のフレームを形成する複数の連結管のそれぞれについての、相対的な管角度、管寸法及び管形状を記載する入力データを受信するコンピュータシステムであって、前記複数の継手部材のそれぞれの継手部材で前記複数の連結管によって作用される応力の方向と大きさを決定するようにプログラムされるコンピュータシステムと、
（１）それぞれの継手部材で前記相対的な管角度、管寸法及び管形状に対応し、（２）前記複数の連結管によって作用される前記応力の方向と大きさを支持する、寸法及び形状を有する前記複数の継手部材を作るように構成された前記コンピュータシステムと通信する３−Ｄプリンタと、を備え、
前記複数の継手部材のそれぞれの継手部材は、前記継手部材の少なくとも一部分上に前記３−Ｄプリンタによって形成されたセンタリング機構をさらに備え、前記センタリング機構の１つ以上の特徴は、前記継手部材で前記複数の連結管によって作用される前記応力の方向と大きさに基づいて決定される、システム。
【請求項８】
前記構造の前記フレームは、３次元体積を少なくとも部分的に取り囲む、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記センタリング機構は、連結管に挿入されるように構成された前記継手部材の継手の突出に印刷される、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記複数の継手部材のそれぞれの継手部材での前記複数の連結管のそれぞれの連結管は、異なる平面に沿って長手方向軸を有する、請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
前記構造の前記フレームは車両用シャシフレームを備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項１２】
前記複数の継手部材のそれぞれの継手部材で前記複数の連結管によって作用される前記応力の方向と大きさは、実験又は計算で決定される、請求項７に記載のシステム。
【外国語明細書】
2020197307000001.pdf