(57)【要約】付加製造された高精度な界面ノードを共鋳造するためのシステムおよび方法が開示される。界面ノードには、１つまたは複数の複雑または高度な機構および機能を組み込んだ構造体が含まれている。部品を界面ノード上に鋳造することによって界面ノードを共鋳造することで、鋳造部品と付加製造された界面ノードとを備えるハイブリッド構造体が得られる。界面ノードは、ノード・チューブ接続、ノード・パネル接続、またはノード・押出品接続のうちの少なくとも１つを含むことができる。一実施形態では、共鋳造プロセス中に界面ノードと鋳造部品との間の混合を改善するために、界面ノード上に工学的表面を設けることができる。【選択図】図７
2021511966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
付加製造されたノードと、
鋳造部品であって、前記鋳造部品が、前記付加製造されたノード上に鋳造され、前記付加製造されたノードと前記鋳造部品とを含むハイブリッド部品を形成する、鋳造部品と、
を備える装置。
【請求項２】
前記付加製造されたノードは、界面ノードを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記界面ノードは、ノード・押出品接続、ノード・パネル接続、またはノード・チューブ接続のうちの少なくとも１つを備える、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記付加製造されたノードは、融点要件を満たすように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記付加製造されたノードは、高強度要件を満たすように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記付加製造されたノードは、工学的表面をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記鋳造部品が、鋳造工具を使用して、前記付加製造されたノード上に鋳造される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記付加製造されたノードは、回転防止機構をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記付加製造されたノードは、シーラント用の溝をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
ノードを付加製造するステップと、
前記付加製造されたノード上に部品を鋳造するステップと、
を含む、方法。
【請求項１１】
前記付加製造されたノードは、界面ノードを備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記界面ノードを付加製造するステップが、ノード・押出品接続、ノード・パネル接続、またはノード・チューブ接続のうちの少なくとも１つを形成するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記付加製造されたノードは、融点要件を満たすように構成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記付加製造されたノードは、高強度要件を満たすように構成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
工学的表面を有する前記ノードを付加製造するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記付加製造されたノードが、回転防止機構をさらに備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記付加製造されたノードが、シーラント用の溝をさらに備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記ノードを金型内に配置するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
前記金型は、機械的締結具を使用して前記ノードに前記金型に固定される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ノードの配置は、前記ノードの内部、前記金型の外部、または前記金型の内部と外部の組合せのうちの少なくとも１つである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
ノードを付加製造するための手段と、
前記付加製造されたノード上に部品を鋳造するための手段と、
を備える、装置。
【請求項２２】
前記付加製造されたノードは、界面ノードを備える、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記界面ノードは、ノード・押出品接続、ノード・パネル接続、またはノード・チューブ接続のうちの少なくとも１つを備える、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記付加製造されたノード上に部品を鋳造するための手段が、鋳造工具を使用して、前記付加製造されたノード上に前記鋳造部品を鋳造する、請求項２１に記載の装置。
【請求項２５】
前記付加製造されたノード上に部品を鋳造するための前記手段が、付加製造されたパターンを使用して、前記付加製造されたノード上に前記鋳造部品を鋳造する、請求項２１に記載の装置。
【請求項２６】
前記付加製造されたノードが、回転防止機構をさらに備える、請求項２１に記載の装置。
【請求項２７】
前記付加製造されたノードは、シーラント用の溝をさらに備える、請求項２１に記載の装置。
【請求項２８】
前記ノードを金型内に配置するための手段をさらに備える、請求項２１に記載の装置。
【請求項２９】
前記金型は、機械的締結具を使用して前記ノードに前記金型に固定される、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記ノードは、前記ノードの内部、前記金型の外部、または前記金型の内部と外部の組合せのうちの少なくとも１つにある、請求項２８に記載の装置。
【請求項３１】
工学的表面を含む界面部分を含む付加製造されたノードを備え、前記工学的表面が、共鋳造品に結合するために広くなった表面積を有する部分を備える、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１８年１月３１日に出願され、その全体が参照により本明細書に明示的に援用される、「付加製造された界面ノードの共鋳造（ｃｏ−ｃａｓｔｉｎｇ）のためのシステムおよび方法」と題する米国特許出願第１５／８８５，３５０号の利益を主張する。
【０００２】
本開示は、一般に、製造における装置および技術に関し、より具体的には、車両、船舶、航空機、および他の機械的構造体を製造する際に使用するための三次元（３Ｄ）印刷コンポーネントのための界面ノードの共鋳造に関する。
【背景技術】
【０００３】
三次元（３Ｄ）印刷は、付加製造とも呼ばれ、３Ｄ対象物を生成するために使用されるプロセスである。３Ｄ対象物は、対象物のデジタルモデルデータに基づく材料の層を使用して形成されてもよい。３Ｄプリンタは、一度に１層ずつ構造体を印刷することによって、デジタルモデルデータによって定義される構造体を形成することができる。３Ｄ印刷対象物は、ほぼ任意の形状または幾何学的形状であってよい。
【０００４】
３Ｄプリンタは、操作面上に粉末層（例えば、粉末金属）を広げることができる。次いで、３Ｄプリンタは、例えば、レーザを使用して粉末層の粉末を一緒に結合することによって、粉末層の特定の領域を対象物の層に結合することができる。これらのステップを繰り返して、各層を順次形成することができる。したがって、３Ｄ印刷対象物は、３Ｄ対象物を形成するために層ごとに構築されてもよい。
【０００５】
３Ｄ印刷は設計に固有なものではないため、従来の製造プロセスでは不可能だった幾何学的な設計柔軟性を提供する。さらに、３Ｄ印刷技術は、非常に小さなフィーチャサイズの部品も、従来の製造プロセスを使用して製造することが著しく困難または不可能な幾何学的形状も製造することができる。
【０００６】
プリンタサイズ仕様を超える非常に大きなコンポーネントは、設計段階で分離され、並列に印刷され、組み合わされることができる。３Ｄ印刷には、汎用性があり、高度に複雑な構造体を作り出すその能力があることが、産業界において、その採用の増加の原動力となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、３Ｄ印刷部品の機構の精巧さが増すにつれて、生産量は減少する。また、３Ｄ印刷コンポーネントのサイズが大きくなるにつれて、生産量も減少する。こうした実際的な制限は、特定の３Ｄ印刷プロセスに固有のものであることが多い。これは、複雑な幾何学的形状の正確にレンダリングする場合に、印刷速度を遅必要があるためである。
【０００８】
鋳造は、ボリュームのある構造体または重い構造体を高スループットで生産するのに、最適な従来の製造プロセスである。しかしながら、鋳造は、より複雑な構造体を高スループットで製造するのに適していない。そのような構造体は、精巧な内部機構および他の複雑な幾何学的機構を有する構造体を含むからである。鋳造プロセスの後に、かなりの量の後加工操作が必要となるので、鋳造のみに依存して、このような複雑な構造体を大量生産すると、全体のプロセスが法外に高価なものとなるであろう。
【０００９】
その結果、一方で、ＡＭの利点、その高度な機構を有する複雑な構造体を作り出す能力を、他方で、鋳造の優位性、リードタイムを短縮し、生産能力を向上させる高スループットの製造技術とを統合するために技術が必要となっている。これにより、両方の利点を組み合わせた構造体の製造が可能になる。
【００１０】
３Ｄ印刷コンポーネントは、様々なデバイスまたは装置のためのサブコンポーネントを生成するために使用されてもよい。３Ｄ印刷サブコンポーネントは、他の３Ｄ印刷サブコンポーネント、押出サブコンポーネントを含む他のサブコンポーネントに、あるいはさらに他のサブコンポーネントに取り付けられるか、または接続される必要があり得る。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
界面ノードを共鋳造するための装置のいくつかの態様は、三次元印刷技術を参照して、以下でより完全に説明される。
【００１２】
一態様は、付加製造されたノードを含む装置である。この装置は、また、鋳造部品を含む。鋳造部品は、付加製造されたノード上に鋳造することができる。したがって、装置はハイブリッド部品であってもよい。ハイブリッド部品は、付加製造されたノードおよび鋳造部品を含むこともある。
【００１３】
界面ノードの共鋳造のための装置の他の態様は、以下の詳細な説明から当業者に容易に明らかになることが理解されるであろう。ここでは、例証として、いくつかの実施形態のみを示し、説明する。当業者によって理解されるように、ブリッジングのための装置は、他の異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は、本発明から逸脱することなく、様々な他の点で修正が可能である。したがって、図面および詳細な説明は、本質的に例示的なものとみなされるべきであり、限定的なものとみなされるべきではない。
【００１４】
ブリッジングのための装置の様々な態様は、ここで、添付の図面において、例として、詳細な説明において提示されるが、限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】例示的な３Ｄプリンタシステムのそれぞれの側面図を示す。
【図１Ｂ】例示的な３Ｄプリンタシステムのそれぞれの側面図を示す。
【図１Ｃ】例示的な３Ｄプリンタシステムのそれぞれの側面図を示す。
【図１Ｄ】例示的な３Ｄプリンタシステムのそれぞれの側面図を示す。
【図２】共鋳造品とすることができるノードの例を示す図である。
【図３】鋳造部品およびノードの例を示す図である。
【図４】鋳造用金型であり得るノードの例を示す図である。
【図５】鋳造用金型内の鋳造部品およびノードの例を示す図である。
【図６】鋳造用金型内の鋳造部品およびノードの例を示す図である。
【図７】鋳造用金型内の鋳造部品およびノードの切欠きの例を示す図である。
【図８Ａ】ＤＥＤ堆積のための平坦な上部領域を有する界面ノードの正面図である。
【図８Ｂ】工学的表面を有する界面ノードの部分断面図である。
【図８Ｃ】代替の工学的表面を有する界面ノードの部分断面図である。
【図８Ｄ】別の代替の工学的表面を有する界面ノードの部分断面図である。
【図８Ｅ】さらに別の代替の工学的表面を有する界面ノードの部分断面図である。
【図９】本明細書で説明されるシステムおよび方法による方法の例を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１６】
添付の図面に関連して以下に記載される詳細な説明は、３Ｄ印刷コンポーネントを有する界面ノードを共鋳造するための装置の様々な例示的な実施形態の説明を提供することを意図しており、本発明を実施することができる唯一の実施形態を表すことを意図していない。
【００１７】
本開示は、一般に、鋳造コンポーネントを接続する界面ノードを対象とする。界面ノードは、高精度な機構または複雑な幾何学的形状を有することができ、特定の機能を実行することができる。その機能には、チューブ、構造パネル、押出品、板金、および他の構造部材などのスパニング構造体への接続を形成することも含まれる。別の言い方をすれば、界面ノードは、１つまたは複数の高精度な機構を組み込み、他の鋳造コンポーネントに接続して、機能部品の多用途で効率的な配置を形成する構造体である。
【００１８】
界面ノード・アーキテクチャは、界面ノードの他のコンポーネントへの結合を可能にするために、様々な接続機構を使用することがある。界面ノードを使用して、輸送構造体または他の機械化アセンブリ内の鋳造コンポーネントおよびスパニング構造体の予め構成されたネットワークを一緒に接続することには、多くの利点がある。とりわけ、本明細書の態様で開示されるアーキテクチャは、製造コストを削減しながら、高精度部品と低精度部品の両方の生産量を増加させることによって、製造プロセスを合理化することができる。界面ノード・アーキテクチャは、また、ロバストで、コンパクトで、本質的に信頼性が高いので、製品全体の品質を向上させることもできる。
【００１９】
界面ノードは、一般に、高精度構造体であり、本明細書で説明するように、１つまたは複数の複雑な機構および機能を組み込むことができることを意味する。これらの機構および機能は、しばしば、界面ノードにコンパクトに組み込まれ、多数の物理的特性および特徴によって定義され得る。多くの場合、単一のコンポーネントに組み込まれた構造体の複雑な統合であるため、界面ノードには、複雑な接続機構と高度な機能能力の両方が含まれることがある。これらの機構および能力により、界面ノードは、生産スループットを大幅に犠牲にすることなく、より大きな鋳造コンポーネントとシームレスに接続することができる。具体的には、２つのコンポーネントから、界面ノードのサイズは、他方のコンポーネント、この場合は、鋳造コンポーネントと比較して小さくなり、界面ノードを印刷する間に、質量を消費するようにして、材料の消費を削減する。
【００２０】
本開示を通して使用される「例示的な」という用語は、「例、事例、または例示としての役割を果たす」ことを意味し、本開示において提示される他の実施形態よりも好適または有利であると、必ずしも解釈されるべきではない。詳細な説明は、本発明の範囲を当業者に完全に伝え、十分かつ完全な開示を提供する目的で、特定の詳細を含む。しかしながら、本発明は、これらの特定の詳細がなくても、実施することができる。いくつかの事例では、本開示全体にわたって提示される様々な概念を曖昧にすることを回避するために、周知の構造体およびコンポーネントは、ブロック図の形態で示されるか、または完全に省略されることもある。
【００２１】
３Ｄ印刷を使用することで、機械的構造体および機械化アセンブリの製造業者には、著しい柔軟性が提供され、複雑な幾何学的形状を有する部品の製造が可能になる。例えば、３Ｄ印刷技術によって、製造業者は、入り組んだ内部格子構造および／またはプロファイルを有する部品を設計して、製造するのに、柔軟に対応するとができる。これらの部品は、従来の製造プロセスを介して製造できないことも、あるいは従来の製造プロセスで製造するには法外な費用を要することもある。上述のように、３Ｄ印刷サブコンポーネントは、他の３Ｄ印刷サブコンポーネント、押出サブコンポーネントを含む他のサブコンポーネントに、あるいはさらに他のサブコンポーネントに取り付けられるか、または接続される必要があり得る。
【００２２】
一態様では、界面ノードは、ガルバニック腐食防護機構を含むように共鋳造されてもよい。例えば、シーラントおよび他のアイソレータが、ガルバニック腐食防護のために使用されることもある。シーラントは、ＩＮとチューブ／パネル／押出品との間の接着剤接続のための密閉環境を提供する。さらに、シーラントは、２つのコンポーネント間の物理的接触を防止することによって、絶縁を提供するので、ガルバニック腐食の可能性を低減または排除する。しかしながら、一態様では、ガルバニック腐食防護機構は、共鋳造領域にはない。むしろ、ガルバニック腐食防護機構は、チューブ、パネル、押出品、または他のタイプの界面点に接続する界面にあってもよい。
【００２３】
図１Ａ〜図１Ｄは、例示的な３Ｄプリンタシステムのそれぞれの側面図を示す。この例では、３Ｄプリンタシステムは、粉末床溶融（ＰＢＦ）システム１００である。図１Ａ〜図１Ｄは、異なる動作段階におけるＰＢＦシステム１００を示す。図１Ａ〜図１Ｄに示される特定の実施形態は、本開示の原理を採用するＰＢＦシステムの多くの適切な例のうちの１つである。また、本開示における図１Ａ〜図１Ｄおよび他の図の要素は、必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではなく、本明細書で説明される概念をより良く例示するために、拡大または縮小されて描かれている場合もあることにも留意されたい。ＰＢＦシステム１００は、金属粉末の各層を堆積することのできる堆積器１０１と、エネルギービームを生成することができるエネルギービーム源１０３と、粉末材料を溶融するためにエネルギービームを印加することができる偏向器１０５と、ビルドピース１０９のような１つまたは複数のビルドピースを支持することができるビルドプレート１０７とを含むことができる。ＰＢＦシステム１００はまた、粉末床収容部内に配置されたビルドフロア１１１を含むことができる。粉末床収容部の壁１１２は、概して、粉末床収容部の境界を規定し、これは、側面からの壁１１２の間に挟まれ、下方のビルドフロア１１１の一部分に当接する。ビルドフロア１１１は、堆積器１０１が次の層を堆積できるように、ビルドプレート１０７を徐々に下げることができる。メカニズム全体は、他のコンポーネントを取り囲むことができるチャンバ１１３内に存在することができ、それによって、機器を保護し、大気および温度を調整することが可能になり、汚染リスクが低下する。堆積器１０１は、金属粉末などの粉末１１７を収容するホッパ１１５と、堆積した粉末の各層の頂部を水平にすることができるレベラ１１９とを含むことができる。
【００２４】
特に図１Ａを参照すると、この図は、ビルドピース１０９のスライスを溶融した後、次の粉末層を堆積する前のＰＢＦシステム１００を示す。実際、図１Ａには、ＰＢＦシステム１００が、複数の層、例えば、１５０層のスライスを既に堆積し、溶融して、例えば、１５０のスライスで形成されたビルドピース１０９の現在の状態を形成した時点を示す。既に堆積した複数の層は、粉末床１２１を形成し、粉末床１２１には、堆積したものの、溶融しなかった粉末も含まれている。
【００２５】
図１Ｂは、ビルドフロア１１１が粉末層厚さ１２３だけ下がることができる段階におけるＰＢＦシステム１００を示す。ビルドフロア１１１が下がると、ビルドピース１０９および粉末床１２１が粉末層厚さ１２３だけ降下し、その結果、ビルドピースおよび粉末床の頂部は、粉末層厚さに等しい量だけ粉末床収容部壁１１２の頂部よりも低くなる。このようにして、例えば、粉末層厚さ１２３に等しい一貫した厚さを有する空間を、ビルドピース１０９および粉末床１２１の頂部にわたって形成することができる。
【００２６】
図１Ｃは、堆積器１０１が、ビルドピース１０９および粉末床１２１の頂面上に形成され、粉末床収容部壁１１２によって境界付けされた空間内に粉末１１７を堆積するように配置された段階でのＰＢＦシステム１００を示す。この例では、堆積器１０１は、ホッパ１１５から粉末１１７を放出しながら、規定された空間上を徐々に移動する。レベラ１１９は、放出された粉末を平らにして、粉末層厚さ１２３（図１Ｂ参照）に実質的に等しい厚さを有する粉末層１２５を形成することができる。したがって、ＰＢＦシステム内の粉末は、粉末材料支持構造体によって支持することができる。この構造体には、例えば、ビルドプレート１０７、ビルドフロア１１１、ビルドピース１０９、壁１１２などを含むことができる。粉末層１２５の図示された厚さ、すなわち、粉末層厚さ１２３（図１Ｂ）は、図１Ａを参照して上述した予め堆積された１５０層を含む例で使用された実際の厚さよりも厚いことに留意されたい。
【００２７】
図１Ｄは、粉末層１２５の堆積（図１Ｃ）に続いて、エネルギービーム源１０３がエネルギービーム１２７を生成し、偏向器１０５がエネルギービームを印加して、ビルドピース１０９内の次のスライスを溶融させる段階におけるＰＢＦシステム１００を示す。様々な例示的な実施形態では、エネルギービーム源１０３は電子ビーム源とすることができ、この場合、エネルギービーム１２７は電子ビームを構成する。偏向器１０５は、電子ビームを選択的に偏向させて、電子ビームを、溶融させるように指定された領域にわたって走査させる電場または磁場を発生させることができる偏向板を含むことができる。様々な実施形態では、エネルギービーム源１０３はレーザであり得、その場合、エネルギービーム１２７はレーザビームである。偏向器１０５は、反射および／または屈折を用いてレーザビームを操作して、溶融されるように選択された領域を走査する光学システムを含むことができる。
【００２８】
様々な実施形態では、偏向器１０５は、エネルギービーム源を回転および／または平行移動させてエネルギービームを位置決めすることができる１つまたは複数のジンバルおよびアクチュエータを含むことができる。様々な実施形態では、エネルギービーム源１０３および／または偏向器１０５は、エネルギービームを変調することができ、例えば、偏向器が走査するときにエネルギービームをオンにしたり、オフにしたりして、エネルギービームが粉末層の適切な領域にのみ印加されるようにすることができる。例えば、様々な実施形態では、エネルギービームは、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）によって変調することができる。
【００２９】
一態様では、界面ノードは、ＰＢＦおよび他の付加製造（ＡＭ）プロセスを介して製造することができ、その結果、フィーチャサイズが小さく、精度の高い印刷を有する部品を得ることができる。界面ノードを製造するために使用されるＰＢＦおよび他のＡＭプロセスは、非常に精度が高く、複数の極めて複雑な機構を有する部品を製造するのには柔軟性を提供し得るが、ＰＢＦおよび他のＡＭプロセスは、高スループット生産に理想的でない場合がある。したがって、界面ノードへの接続を可能にする構造体を開発することで、ＰＢＦおよび他のＡＭプロセスを使用する複数の非常に複雑な機構を有する部品を製造するための高度な精度と柔軟性を、他の従来のプロセスと組み合わせることができる。ＰＢＦおよび他のＡＭプロセスを使用して作製されたノードは、他の構造体（例えば、チューブ、押出品、パネル、または他の従来の製造プロセス）に接続してもよい。そのようなノードは、他の構造体（例えば、チューブ、押出品、パネル、または他の従来の製造プロセス）に接続されてもよい。
【００３０】
図２は、共鋳造品とすることができるノード２００の例を示す図である。図示のように、付加製造されたコンポーネント２０２は、共鋳造コンポーネント２０６を含むことができる。共鋳造コンポーネント２０６は、いくつかの態様では、ノード２００を形成することができる。ノード２００は、付加製造されたノード２０２であってもよく、このノード２０２は、車両シャーシまたは他のより高いレベルのアセンブリ（例えば、チューブ２０８）内の他の構造体に接続する。他の構造体（例えば、チューブ２０８）は、付加製造されたノード２０２に接続されてもよい。他の構造体（例えば、チューブ２０８）は、構造チューブ（炭素繊維複合材料、金属、合金、および他の工学材料で作製されたもの）、押出品、パネル、板金、鋳物、および他の機械加工コンポーネント（図示せず）を含んでもよい。機械加工には、フライス加工、ボーリング、タッピング、研削、または他のタイプの機械加工が含まれる。
【００３１】
付加製造されたコンポーネント２０２を、金型内に配置してもよい。（鋳造用金型の例については、図５〜図７を参照。）一態様では、付加製造されたコンポーネント２０２は、ノード２００（例えば、付加製造されたコンポーネント２０２）が拘束されるように、例えば、鋳造プロセス中に移動または回転できないように、鋳造用金型に固定されてもよい。例えば、ノード２００は、ノード２００の形状、またはノード２００の回転防止機構２０４、例えば、ノード２００の付加製造されたコンポーネント２０２に拘束されてもよい。（例えば、ノード２００は、回転防止機構２０４を形成することができる六角形の基部を有することができる。）
【００３２】
一態様では、鋳造用金型は、付加製造されたコンポーネント２０２）を受け入れる。一態様では、付加製造されたコンポーネント２０２は、界面ノードであってもよい。ノード２００（例えば、付加製造されたコンポーネント２０２）は、ノード２００（例えば、付加製造されたコンポーネント２０２）を受け入れるように構成された金型２０４内に配置されてもよい。ノード２００は、共鋳造領域２１０を有することができる。共鋳造領域２１０とは、鋳造キャビティと協働して部品を形成するノード２００の部分を意味する。共鋳造領域２１０は、ノードと鋳物との間の接合部の表面積を広くするために、鋳造キャビティ内に延在するフィンまたは指部２１２とすることができる。加えて、これらの機構は、鋳造部品への最適な荷重または熱伝達のための構造体として役立つ可能性がある。したがって、すべての複雑さをノードに組み込むことができ、鋳物は、単純な幾何学的形状を有する部品とすることができる。さらに、ノードの表面積が広くなったことで、ノードと鋳造部品との間での混合を改善することができる。広くなった表面積は、工学的表面によって提供されてもよい。工学的表面は、平坦な表面以外の形状であってもよい。工学的表面が、平坦な表面の代わりに提供されてもよい。
【００３３】
このプロセスの一態様では、ノード２００（例えば、付加製造されたコンポーネント２０２）の融点／ガラス転移温度（例えば、プラスチックの場合）は、鋳造される材料の融点／ガラス転移温度よりも高くてもよい。一態様では、付加製造されたコンポーネント２０２は、機械的締結機構を使用して、金型に固定されてもよい。
【００３４】
一態様では、ノードは、鋳造プロセス中にノードを定位置に固定することのできるスタンドオフタブを有することができる。例えば、回転防止機構２０８は、スタンドオフタブとして機能することもできる。ノードは、鋳造プロセス中に固定するために、他の機構を有してもよい。一態様では、他の機構は、ピン（例えば、回転防止機構２０８）を含んでも、あるいはピン／舌部を受け入れるための溝２０６を含んでもよい。ピン／舌部は、金型内のノードを位置決めするための位置決め機構として、（例えば、金型の外側または内部のいずれかに）付加的に機能してもよい。
【００３５】
付加製造されたコンポーネント２０２は、界面ノードであってもよい。図２に示すように、付加製造されたコンポーネント２０２は、接着剤入口ポート２１０、接着剤出口ポート２１２、およびシーラントを含む。一実施形態では、接着剤出口ポート２１２は、注入プロセス中の接着剤分布を促進するために、負圧源（真空源など）に接続されてもよい。さらに、シーラントおよび他のアイソレータを受け入れるために、付加製造されたコンポーネント２０２（例えば、界面ノード）上に、溝または他の機構を設けることもできる。シーラントを使用して、接着剤を導入するための密閉されたエンクロージャを設けることもでき、接着剤が硬化すると、接着剤の完全性がさらに保証される。また、シーラントは、付加製造されたコンポーネント２０２と、付加製造されたコンポーネント２０２に接続されているコンポーネントとが確実に物理的に接触しないようにすることで、潜在的なガルバニック腐食の問題を防止する。場合によっては、アイソレータを受け入れるための機構は、付加製造されたコンポーネント２０２とともに共印刷されてもよい。アイソレータは、付加製造されたコンポーネント２０２と、付加製造されたコンポーネント２０２に接続されているコンポーネントとが確実に互いに物理的に接触しないようにすることで、ガルバニック腐食を防止する。一態様では、ナイロンワッシャをアイソレータとして使用することができる。
【００３６】
ノードからチューブ２０８への接続は、付加製造されたコンポーネント２０２上に示されているが、当業者であれば、特定の設計の要件によって指示されるように、付加製造されたコンポーネント２０２上に任意の接続機構が存在し得ることを理解するであろう。例えば、付加製造されたコンポーネント２０２（例えば、界面ノード）は、ノードとパネルとの接続機構または他のタイプの接続部を有することができる。
【００３７】
界面ノードを共鋳造することによって、設計で多材料接続を実現することが可能になる。界面ノードがない場合、鋳造部品は、入り組んだ機構を取得して、ロバストな多材料接続を実現するために、非常に高価で時間のかかる機械操作を経なけなければならないことがある。
【００３８】
図３は、鋳造部品３０２およびノード３０４の例を示す図３００である。図３００は、鋳造キャビティを有する金型３０６に取り付けられたノード３０４を示す。ノード３０４は、金型３０６の内部に取り付けられてもよいし（例えば、図５参照）、あるいは外部に取り付けられてもよい。ノード３０４は、ハイブリッドフィット（例えば、図６参照）であってもよい。ノード３０４の一部は、金型の内部に留まり、鋳造プロセスの間に、他部は、外部に留まる。
【００３９】
図４は、共鋳造品とすることができるノード４００の例を示す図である。図示のように、付加製造されたコンポーネント４０２は、共鋳造コンポーネント４０６を含むことができる。共鋳造コンポーネント４０６は、いくつかの態様では、ノード４００を形成することができる。ノード４００は、付加製造されたノード４０２であってもよく、このノード４０２が、車両シャーシまたは他のより高いレベルのアセンブリ（例えば、チューブ４０８）内の他の構造体に接続する。他の構造体（例えば、チューブ４０８）を、付加製造されたノード４０２に接続してもよい。他の構造体（例えば、チューブ４０８）は、構造チューブ（炭素繊維複合材料、金属、合金、および他の工学材料で作製されたもの）、押出品、パネル、板金、鋳物、および他の機械加工コンポーネント（図示せず）を含んでもよい。機械加工には、フライス加工、ボーリング、タッピング、研削、または他のタイプの機械加工が含まれる。
【００４０】
付加製造されたコンポーネント４０２を金型内に配置してもよい。（鋳造用金型の例については、図５〜図７を参照。）一態様では、付加製造されたコンポーネント４０２は、ノード４００（例えば、付加製造されたコンポーネント４０２）が拘束されるように、例えば、鋳造プロセス中に移動または回転できないように、鋳造用金型に固定されてもよい。例えば、付加製造されたコンポーネント４０２は、別のコンポーネント（図示せず）にノード４００を取り付けるため、および／または付加製造されたコンポーネント４０２を金型に固定するために、ボルトまたは別の機械的締結機構をそれぞれが受け入れることができる穴を備えたフランジ４０４を含んでもよい（図５〜図６参照）。
【００４１】
一態様では、鋳造用金型は、付加製造されたコンポーネント４０２を受け入れる）。一態様では、付加製造されたコンポーネント４０２は、界面ノードであってもよい。ノード４００（例えば、付加製造されたコンポーネント４０２）は、ノード４００（例えば、付加製造されたコンポーネント４０２）を受け入れるように構成された金型内に配置されてもよい。ノード４００は、共鋳造領域４１０を有することができる。共鋳造領域４１０とは、鋳造キャビティと協働して部品を形成するノード４００の部分を意味する。共鋳造領域４１０は、ノードと鋳物との間の接合部の表面積を広くするために、鋳造キャビティ内に延在するフィンまたは指部４１２とすることができる。加えて、これらの機構は、鋳造部品への最適な荷重または熱伝達のための構造として役立つ可能性がある。したがって、すべての複雑さをノードに組み込むことができ、鋳物は、単純な幾何学的形状を有する部品とすることができる。さらに、ノードの表面積が広くなったことで、ノードと鋳造部品との間での混合を改善することができる。広くなった表面積は、工学的表面によって提供されてもよい。工学的表面は、平坦な表面以外の形状であってもよい。工学的表面が、平坦な表面の代わりに提供されてもよい。
【００４２】
このプロセスの一態様では、ノード４００（例えば、付加製造されたコンポーネント４０２）の融点／ガラス転移温度（例えば、プラスチックの場合）は、鋳造される材料の融点／ガラス転移温度よりも高くてもよい。一態様では、付加製造されたコンポーネント４０２は、機械的締結機構を使用して金型に固定されてもよい。
【００４３】
一態様では、ノードは、鋳造プロセス中にノードを定位置に固定することのできるスタンドオフタブを有することができる。例えば、回転防止機構４０８は、スタンドオフタブとして機能することもできる。ノードは、鋳造プロセス中に固定するために、他の機構を有してもよい。一態様では、他の機構は、ピン（例えば、回転防止機構４０８）を含んでも、あるいはピン／舌部を受け入れるための溝４０６を含んでもよい。ピン／舌部は、金型内のノードを位置決めするための位置決め機構（例えば、金型の外側または内部のいずれか）として付加的に機能してもよい。
【００４４】
付加製造されたコンポーネント４０２は、界面ノードであってもよい。図４に示すように、付加製造されたコンポーネント４０２は、接着剤入口ポート４１０、接着剤出口ポート４１２、およびシーラントを含む。一実施形態では、接着剤出口ポート４１２は、注入プロセス中の接着剤分布を促進するために、負圧源（真空源など）に接続されてもよい。さらに、シーラントおよび他のアイソレータを受け入れるために、付加製造されたコンポーネント４０２（例えば、界面ノード）上に、溝または他の機構を設けることができる。シーラントを使用して、接着剤を導入するための密閉されたエンクロージャを設けることもでき、接着剤が硬化すると、接着剤の完全性がさらに保証される。また、シーラントは、付加製造されたコンポーネント４０２と、付加製造されたコンポーネント４０２に接続されているコンポーネントとが確実に物理的に接触しないようにすることで、潜在的なガルバニック腐食の問題を防止する。場合によっては、アイソレータを受け入れるための機構は、付加製造されたコンポーネント４０２とともに共印刷されてもよい。アイソレータは、付加製造されたコンポーネント４０２と、付加製造されたコンポーネント４０２に接続されているコンポーネントとが確実に互いに物理的に接触しないようにすることで、ガルバニック腐食を防止する。一態様では、ナイロンワッシャをアイソレータとして使用することができる。
【００４５】
ノードからチューブ４０８への接続は、付加製造されたコンポーネント４０２上に示されているが、当業者であれば、特定の設計の要件によって指示されるように、付加製造されたコンポーネント４０２上に任意の接続機構が存在し得ることを理解するであろう。例えば、付加製造されたコンポーネント４０２（例えば、界面ノード）は、ノードとパネルとの接続機構または他のタイプの接続部を有することができる。
【００４６】
図５は、鋳造用金型５０６内の鋳造部品５０２と、ノード５０４とを含むコンポーネント５００の例を示す図である。ノード５０４は、金型５０６の内部に取り付けられてもよい。上述したように、ノード５０４を金型５０６に接続するための機構は、ノード５０４を用いて付加製造することができる。ノード５０４は、鋳造部品５０２内に延在する共鋳造機構５０８を有することができる。鋳造プロセスは、１つまたは複数の共鋳造機構５０８の周囲で凝固する溶融金属を含んでもよい。
【００４７】
図５に示すように、ノード５０４は、接着剤がチャネル５１２を通って接着剤入口ポートおよび出口ポートを通ってノード５０４内に流れるように真空引きできるように、シールを形成するためのＯリング５１０を含むことができる。
【００４８】
本明細書に記載されるように、界面ノードは、接着剤入口ポートおよび出口ポート、ならびにシーラントを含み得る。一態様では、接着剤出口ポートは、注入プロセス中の接着剤分布を促進するために、負圧源（真空源など）に接続することができる。さらに、シーラントおよび他のアイソレータを受け入れるために、溝または他の機構を界面ノード上に設けることができる。シーラントを使用して、接着剤を導入するための密閉されたエンクロージャを設けることもでき、接着剤が硬化すると、接着剤の完全性がさらに保証される。また、シーラントは、界面ノードおよび接続されているコンポーネントが確実に物理的に接触しないようにすることで、潜在的なガルバニック腐食の問題を防止する。場合によっては、アイソレータを受け入れるための機構は、界面ノードと共印刷されてもよい。アイソレータは、界面ノードと界面ノードに接続されているコンポーネントとが確実に互いに物理的に接触しないようにすることで、ガルバニック腐食を防止する。一実施形態では、アイソレータとしてナイロンワッシャを使用することができる。
【００４９】
ノードからチューブへの接続がＸにおけるこの界面ノード上に示されているが、当業者であれば、要件によって指示されるように、任意の接続機構が界面ノード上に存在し得ることを理解するであろう。例えば、界面ノードには、ノードとパネルとの接続機構を有する。
【００５０】
図６は、鋳造用金型６０６内の鋳造部品６０２と、ノード６０４とを含むコンポーネント６００の例を示す図である。ノード６０４は、金型６０６の内部に部分的に取り付けられてもよい。例えば、ノード６０４は、鋳造部品５０２内に延在する共鋳造機構６０８を有することができる。共鋳造機構６０８は、箇所６１６に工学的表面を有してもよい。例えば、図５に示される箇所６１６における平坦な表面の代わりに、以下に説明される図８Ａ〜図８Ｅに関して示される工学的表面のような工学的表面が、箇所６１６にあってもよい。上述したように、ノード６０４を金型６０６に接続するための機構は、ノード６０４を用いて付加製造することができる。一態様では、鋳造プロセスは、１つまたは複数の共鋳造機構６０８の周囲で凝固する溶融金属を含んでもよい。
【００５１】
図６に示すように、ノード６０４は、接着剤がチャネル６１２を通って接着剤入口ポートおよび接着剤出口ポートを通ってノード６０４内に流れるように真空引きできるように、シールを形成するためのＯリング６１０を含むことができる。加えて、図６に図示されるように、ノード６０４は、フランジ６１４を含んでもよい。フランジ６１４は、図４のフランジ４０４と同一または類似であってもよい。フランジ６１４は、ノード４００を別の部品（図示せず）に取り付けるため、および／またはノード６０４を金型に固定するために、それぞれが機械的締結機構を受け入れることができる穴を含んでもよい。
【００５２】
図７は、鋳造用金型７０６内の鋳造部品７０２と、ノード７０４とを含むコンポーネント７００の切欠きの例を示す図である。図５に関して上述したように、ノード７０４は、金型７０６の内部に部分的に取り付けられてもよい。例えば、ノード７０４は、鋳造部品７０２内に延在する共鋳造機構７０８を有することができる。上述したように、ノード７０４を金型７０６に接続するための機構は、ノード７０４を用いて付加製造することができる。一態様では、鋳造プロセスは、１つまたは複数の共鋳造機構７０８の周囲で凝固する溶融金属を含んでもよい。共鋳造機構７０８は、（図５〜図６に示すように）平坦な表面であっても、あるいは工学的表面であってもよい。工学的表面の例を図８Ａ〜図８Ｅに示す。
【００５３】
一態様において、ノード７０４は、界面ノードであってもよい。ノード７０４は、接着剤ポート７１０および真空ポート７１２を含むことができる。界面ノードは、チューブ７１６への界面を提供することができる。チューブ７１６と界面ノード（ノード７０４）は、界面ノードと共印刷された溝に配置されるＯリング７１６を用いてシール可能な接続を提供することができる。
【００５４】
図８Ａは、共鋳造領域、例えば、共鋳造が行われる界面ノードのエリアに工学的表面を有する界面ノード８１１ａの拡大図である。この実施形態によれば、界面ノード８１１ａの表面は、複雑な工学的表面８２０ａを含むように付加製造されている。
【００５５】
図８Ｂは、共鋳造領域、例えば、共鋳造が行われる界面ノードのエリアに工学的表面を有する界面ノード８１１ｂの拡大図である。この実施形態によれば、界面ノード８１１ｂの表面は、複雑な工学的表面８２０ｂを含むように付加製造されている。
【００５６】
図８Ｃは、共鋳造領域、例えば、共鋳造が行われる界面ノードのエリアに工学的表面を有する界面ノード８１１ｃの拡大図である。この実施形態によれば、界面ノード８１１ｃの表面は、複雑な工学的表面８２０ｃを含むように付加製造されている。
【００５７】
図８Ｄは、共鋳造領域、例えば、共鋳造が行われる界面ノードのエリアに工学的表面を有する界面ノード８１１ｄの拡大図である。この実施形態によれば、界面ノード８１１ｄの表面は、複雑な工学的表面８２０ｄを含むように付加製造されている。
【００５８】
図８Ｅは、共鋳造領域、例えば、共鋳造が行われる界面ノードのエリアに工学的表面を有する界面ノード８１１ｅの拡大図である。この実施形態によれば、界面ノード８１１ｅの表面は、複雑な工学的表面８２０ｅを含むように付加製造されている。
【００５９】
一態様では、図８Ａ〜図８Ｅに示す工学的表面は、それぞれ界面ノード８１１ａ〜８１１ｅと鋳造部品（５０２、６０２、７０２）との間の接続を著しく改善するように構成され得る。工学的表面は、鋳物（鋳造部品５０２、６０２、７０２）が界面ノードと界面するために広くなった表面積を提供し得る指部８２２ｅであり得る。表面積を広くすることにより、ノード（例えば、界面ノード８１１ｅ）と鋳造部品５０２、６０２、７０２との間の混合を改善することができる。さらに、界面ノード８１１ａ〜８１１ｅの融点が著しく高くない実施形態、または界面ノード８１１ａ〜８ｌ１ｅの融点が鋳物（例えば、鋳造部品５０２、６０２、７０２）の融点に近い実施形態においては、工学的表面が、より高い強度の界面ノード８１１ｅの材料であり得るものの範囲内で溶融し、凝固することもある。他の実施形態では、界面ノード８１１ｅとして、より高い強度の材料を使用してもよい。界面ノード８１１ｅと鋳物（例えば、鋳造部品５０２、６０２、７０２）との間の界面の強度要件は、より高い強度の材料の使用を要求し得る。
【００６０】
図９は、本明細書で説明されるシステムおよび方法による方法の例を示すフローチャート９００である。ブロック９０２において、ノードを製造する、例えば、付加製造する。例えば、ノード（２０２、３０４、４０２、５０４、６０４、７０４）を付加製造する。
一態様では、付加製造されたノード（２０２、３０４、４０２、５０４、６０４、７０４）は、界面ノード８１１ａ〜８１１ｅを含むことができる。
【００６１】
別の態様では、界面ノードを付加製造するステップは、ノード・チューブ接続、ノード・押出品接続、またはノード・パネル接続のうちの少なくとも１つを形成するステップを含むことができる。
【００６２】
ブロック９０４（任意）で、この方法は、金型５０６、６０６などのパターンを付加製造することを含むことができる。部品は、パターンを用いて、例えば、金型５０６、６０６を用いて鋳造されてもよい。例えば、この方法には、金型５０６、６０６のようなパターンを付加製造することを含むことができる。部品は、パターンを用いて、例えば、金型５０６、６０６を用いて鋳造されてもよい。例えば、ブロック９０６は、いくつかの例では、ブロック９０４で付加製造するパターン、例えば、金型５０６、６０６を使用して実行されてもよい。
【００６３】
ブロック９０６において、付加製造されたノード上に部品を鋳造する。例えば、部品（例えば、鋳造部品５０２、６０２、７０２）を付加製造されたノード（２０２、３０４、４０２、５０４、６０４、７０４）上に鋳造する。一態様では、付加製造されたノード（２０２、３０４、４０２、５０４、６０４、７０４）を金型（５０６、６０６）内に配置することができる。付加製造されたノード（２０２、３０４、４０２、５０４、６０４、７０４）は、金型（５０６）によって完全に収容されてもよい。あるいは、付加製造されたノード（２０２、３０４、４０２、５０４、６０４、７０４）は、金型（６０６）によって部分的に収容されてもよい。鋳物、例えば、鋳造部品５０２、６０２、７０２を作り出すために、金型（５０６、６０６）に材料を添加することができる。一態様では、鋳造部品５０２、６０２、７０２はアルミニウムとすることができ、付加製造されたノード（２０２、３０４、４０２、５０４、６０４、７０４）は、鋼またはチタンのうちの一方を含むことができる。付加製造されたノード（２０２、３０４、４０２、５０４、６０４、７０４）および鋳造部品５０２、６０２、７０２は、単一の共鋳造部品（例えば、部品５００、６００、７００）を形成することができる。付加製造されたノード（２０２、３０４、４０２、５０４、６０４、７０４）は、鋳造部品への接続を形成し得る工学的表面を含むことができる。
【００６４】
一態様では、（例えば、図１Ａ〜図１Ｄに示すような）ノードを付加製造するための手段を含むことができる。一態様では、例えば、図２および図４に示すように、付加製造されたノード上に部品を鋳造するための手段を含むことができる。
【００６５】
前述の説明は、当業者が本明細書で説明される様々な態様を実施することを可能にするために提供される。本開示全体にわたって提示されるこれらの例示的な実施形態に対する種々変更は、当業者には容易に明らかであり、本明細書で開示される概念は、３Ｄ印刷コンポーネントを有する界面ノードの共鋳造のための装置に適用され得る。したがって、特許請求の範囲は、本開示全体を通して提示される例示的な実施形態に限定されることを意図されておらず、言語による特許請求の範囲と一致する完全な範囲を与えられるべきである。当業者に知られている、または後に知られるようになる、本開示全体にわたって説明される例示的な実施形態の要素に対するすべての構造的および機能的均等物は、特許請求の範囲によって包含されることが意図される。さらに、本明細書に開示されたものは、そのような開示が特許請求の範囲に明示的に列挙されているかどうかにかかわらず、公衆に捧げることを意図するものではない。いずれの請求項の要素も、その要素が「のための手段」という語句を用いて明示的に列挙されている場合、あるいは方法の請求項の場合には、「のためのステップ」という語句を用いて列挙されている場合を除いて、米国特許法第１１２条（ｆ）または管轄区域における適用可能な類似の法律の規定の下で解釈されるべきではない。
【図１Ａ】
2021511966.tif 000003
【図１Ｂ】
2021511966.tif 000004
【図１Ｃ】
2021511966.tif 000005
【図１Ｄ】
2021511966.tif 000006
【図２】
2021511966.tif 000007
【図３】
2021511966.tif 000008
【図４】
2021511966.tif 000009
【図５】
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【図６】
2021511966.tif 000011
【図７】
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【図８Ａ】
2021511966.tif 000013
【図８Ｂ】
2021511966.tif 000014
【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９】
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【国際調査報告】
2021511966.tif 000019
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