ЛЕГКАЯ ТРЕХМЕРНАЯ ПРОВОЛОЧНАЯ КОНСТРУКЦИЯ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
LIGHT 3D WIRE STRUCTURE AND METHOD OF ITS FABRICATION

Изобретение относится к легкой трехмерной проволочной конструкции, состоящей из множества проволок, соединенных друг с другом, а также скрещенных в трехмерном пространстве таким образом, чтобы формировать множество ячеек.
Кроме того, изобретение относится к способу изготовления такой трехмерной проволочной конструкции.
Изобретение используется, например, в медицинской технике, автомобильных конструкциях, машиностроении, а также в гражданском строительстве.
Такое решение известно из документа DE 112004002127 T5 A1, объект которого состоит из шести групп непрерывных проволок, которые скрещиваются под углами 60 градусов или 120 градусов в трехмерном пространстве, при этом ячейка трехмерной проволочной конструкции содержит:
a) первый элемент в виде правильного тетраэдра, выполненный из проволок от первой до шестой, где первый элемент в виде правильного тетраэдра выполнен таким образом, что первая проволока, вторая проволока и третья проволока скрещиваются в одной плоскости для формирования равностороннего треугольника, при этом четвертая проволока выполнена таким образом, чтобы скрещиваться с точкой пересечения второй проволоки с третьей проволокой, пятая проволока скрещивается с точкой пересечения первой проволоки со второй проволокой и шестая проволока скрещивается с точкой пересечения третьей проволоки с первой проволокой, причем четвертая проволока, пятая проволока и шестая проволока скрещиваются друг с другом в одной точке пересечения;
b) второй элемент в виде правильного тетраэдра, который соединен с первым элементом в виде правильного тетраэдра в точке пересечения и обладает формой подобной первому элементу в виде правильного тетраэдра, при этом второй элемент в виде правильного тетраэдра выполнен таким образом, что четвертая проволока, пятая проволока и шестая проволока проходят через точку пересечения и выступают далее, причем каждая группа проволок, скрещена с двумя проволоками, выбранными из выступающих четвертой, пятой и шестой проволок, при этом группа проволок, расположена параллельно первой проволоке, второй проволоке и/или третьей проволоке; и
c) где проволоки скрещены друг с другом под углом 60 градусов или 120 градусов, и ячейки повторяются в трехмерной структуре, в результате чего формируется рамообразная трехмерная конструкция.
В этом случае проволоки точек пересечений соединены друг с другом посредством склеивания, пайки или сваривания.
Недостатком этого решения является то, что проволоки проходят во всех направлениях (x, y и z) через трехмерную структуру и, в связи с недостатком самонесущей способности, для постоянной стабилизации рамообразной трехмерной конструкции изначально должны удерживаться в определенных зафиксированных положениях, а затем жестко соединяться друг с другом в точках пересечения посредством дополнительных соединительных средств. Кроме того, самая длинная из необходимых проволок проходит диагонально через всю трехмерную проволочную конструкцию.
Поэтому на конструирование, технологическое проектирование, изготовление оснастки, а также на материалы, необходимые для изготовления рамообразной трехмерной проволочной конструкции требуются значительные временные и финансовые затраты. Кроме того, рама характеризуется степенью жесткости во всех направлениях, которая для различных применений не может рассматриваться как оптимальная.
В случае типичной трехмерной проволочной конструкции данная цель достигается, как заявлено в изобретении, посредством признаков пункта 1.
Предпочтительные дополнительные варианты осуществления изобретения исходят из пунктов 2-9.
Способ изготовления трехмерной проволочной конструкции следует из пунктов 10-12.
Преимущества изобретения заключаются в том, что становится возможным изготовление трехмерной проволочной конструкции, проволоки которой сами по себе выполнены самонесущими таким образом, что нет необходимости в применении дополнительных соединительных элементов для проволок и, следовательно, стоимость материалов, а также производства может быть уменьшена. При адаптации к соответствующему применению проволочная конструкция характеризуется характеристиками упругости, зависящими от направления, или также высоким уровнем жесткости во всех направлениях. Посредством конструирования трехмерной проволочной конструкции в виде слоев, где длина и количество витых проволок определяют протяженность слоя в направлениях x и y, устраняется недостаток прохождения проволок диагонально через всю проволочную конструкцию, как в уровне техники.
Кроме того, необходимое взаимодействие, как заявлено в вышеупомянутом уровне техники, между проволоками во всех направлениях внутри трехмерной проволочной конструкции теперь не является необходимым. С точки зрения технологического проектирования, предыдущие пределы возможности производства расширены, поскольку теперь протяженность в направлении z является бесконечной.
Изобретение будет объяснено ниже посредством примерного варианта осуществления и прилагаемых графических материалов, где более подробно:
Фиг.1 показывает вид в перспективе легкой трехмерной проволочной конструкции, как заявлено в изобретении,
Фиг.2 показывает вид сверху первой проволочной сетки первой плоскости,
Фиг.3 показывает вид сверху первой проволочной сетки первой плоскости как на фиг.2, с проходящей через нее в поперечном направлении второй проволочной сеткой первой плоскости,
Фиг.4 показывает вид сверху проволочных сеток первой плоскости как на фиг.3, с проходящей через них первой проволочной сеткой второй плоскости,
Фиг.5 показывает вид сверху проволочных сеток первой плоскости как на фиг.3, с проходящей через них первой проволокой первой сетки второй плоскости,
Фиг.6 показывает вид сбоку в направлении стрелки A на фиг.5, Фиг.7 показывает вид спереди в направлении стрелки B на фиг.5,
Фиг.8 показывает вид сверху первой проволочной сетки второй плоскости, с проходящей через них второй проволочной сеткой второй плоскости,
Фиг.9 показывает вид сверху проволочных сеток первой плоскости как на фиг.3, с проходящей через них первой проволокой второй сетки второй плоскости,
Фиг.10 показывает вид сбоку в направлении стрелки С на фиг.9, Фиг.11 показывает вид сбоку в направлении стрелки D на фиг.9,
Фиг.12 показывает вид сверху проволочных сеток первой плоскости как на фиг.3, с проходящими через них второй и третьей проволочными конструкциями,
Фиг.13 показывает вид сверху проволочных сеток второй плоскости как на фиг.8, с проходящими через них второй и третьей проволочными конструкциями.
Фиг.1 показывает легкую трехмерную проволочную конструкцию. Последняя состоит из множества спиральных проволок 3, 4, 5, 6, 9, 10, 11, 12, 15, 16, 17, 18, 22, 23, 24, 25, соединенных друг с другом и скрещенных в трехмерном пространстве таким образом, чтобы формировать ячейки, а также расположенных с изменяющейся ориентацией их осей 2, 8, 14, 21 ив различных плоскостях 1, 20. Проволочная конструкция, собранная из двух плоскостей 1, 20 и выполненная с возможностью расширения посредством дополнительных плоскостей произвольным образом в направлении z, представлена в виде примера. В этом случае плоскость 1 сформирована из сплетенных проволочных сеток 7, 13, а плоскость 20 из сплетенных проволочных сеток 19, 26.
Конструктивное исполнение такой проволочной конструкции выглядит следующим образом:
На фиг.2 в первой плоскости 1 множество, например четыре, спиральных проволок 3, 4, 5, 6, которые проходят параллельно друг другу посредством своих осей 2, посредством скрещивания в их соответствующих точках 3-4, 4-5, 5-6 пересечения, предусмотрены для формирования первой проволочной сетки 7, соединенной в направлениях x и y, и где две соседние проволоки соединены посредством одной точки пересечения на один виток. Расстояние между осями 2 двух соседних первый проволок 3, 4, 5, 6 составляет половину шага Р проволок. Посредством включения дополнительных первых проволок проволочная сетка 7 произвольным образом может быть расширена в направлении y. Длина проволок, используемых в данном случае, основана на протяженности в направлении х.
Согласно фиг.3, на первой проволочной сетке 7, множество, например четыре, вторых спиральных проволок 9, 10, 11, 12, которые проходят параллельно друг другу посредством своих осей 8, дополнительно предусмотрены в поперечном направлении относительно осей 2 первых проволок 3, 4, 5, 6, при этом указанные вторые проволоки для формирования второй проволочной сетки 13 в первой плоскости 1 пересекаются в их точках 9-10, 10-11, 11-12 пересечения как друг с другом, так и с точками 3-4, 4-5, 5-6 пересечения проволок 3, 4, 5, 6 первой проволочной сетки 7 в точках пересечений, например 3-4-9-10, 3-4-11-12, 4-5-10-11, 5-6-9-10, 5-6-11-12. Для готовой ячейки в каждом случае четыре проволоки должны находиться в контакте в четырех точках пересечения, расположенных в виде прямоугольника, и, таким образом, в каждом случае, формируя точку пересечения, одинаковую в рамках указанной конструкции.
Для упрощения представления, на фиг.3 в качестве одинаковых точек пересечения показаны только точки 3-4-9-10, 3-4-11-12, 4-5-10-11, 5-6-9-10, 5-6-11-12 пересечения.
Плоскость 1, выполненная таким образом, соответственно, состоит из соединенных между собой проволочных сеток 7 и 13. Вторая проволочная сетка 13 создана посредством избирательного включения вторых проволок 9, 10, 11, 12 в первую проволочную сетку 7, состоящую из первых проволок 3, 4, 5, 6. Плоскость 1 произвольным образом может быть расширена в направлении x и y.
<mrow><msqrt><mrow><msubsup><mi>d</mi><mi>a</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>−</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mi>p</mi><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt></mrow>
a
Из фиг.4-7 можно заметить, что предусмотрены третьи спиральные проволоки 15. 16, 17, 18, смещенные в направлении z относительно соединенных проволочных сеток 7, 13 первой плоскости 1, а также проходящие параллельно друг другу посредством своих осей 14 для формирования первой проволочной сетки 19, проходящей в направлении у внутри второй плоскости 20, при этом указанные третьи проволоки скрещиваются друг с другом, а также со вторыми проволоками 9, 10, 11, 12 первой плоскости 1, перпендикулярно смещенными по отношению к ним, таким образом, что скрещивается каждая вторая из вторых проволок 9, 10, 11, 12 первой плоскости 1. В то же время, третьи проволоки 15, 16. 17, 18 смещены в направлении z относительно проходящих параллельно первых проволок 3, 4, 5, 6 на величину
, где d является внешним диаметром, а p - это шаг спиральных проволок (см. фиг.2).
Спиральные третьи проволоки 15, 16, 17, 18 первой проволочной сетки второй плоскости 20 пересекаются со спиральными проволоками 3, 4, 5, 6, 9, 10, 11, 12 первой плоскости 1 в точках 3-4-11-12-15-16, 3-4-9-10-15-16, 4-5-10-11-16-17, 5-6-11-12-17-18 и 5-6-9-10-17-18 пересечения (фиг.4).
Наконец, фиг.8-11 показывают, что множество, например четыре, четвертых спиральных проволок 22, 23, 24, 25, проходящих параллельно друг другу посредством своих осей 21, предусмотрено в поперечном направлении относительно осей 14 третьих проволок 15, 16, 17, 18 и параллельно к проволокам 9, 10, 11, 12 первой плоскости 1, при этом указанные четвертые проволоки 22, 23, 24, 25, для формирования второй проволочной сетки 26 во второй плоскости 20, пересекаются в их точках 22-23, 23-24, 24-25 пересечения как друг с другом, так и с точками 15-16, 16-17, 17-18 пересечения проволок 15, 16, 17, 18 второй проволочной сетки 19 во второй плоскости 20 с целью образования точек 15-16-22-23, 15-16-24-25, 16-17-23-24, 17-18-22-23, 17-18-24-25 пересечения.
Проволочная сетка 26 в направлении x затем соединяется с проволочной сеткой 19 в направлении y плоскости 20 для того, чтобы совпадать с проволочными сетками 7, 13 плоскости 1. Проволочные сетки 19 и 26 соединены с плоскостью 1 посредством точек 3-4-11-12-15-16-24-25, 3-4-9-10-15-16-22-23, 4-5-10-11-16-17-23-24, 5-6-9-10-17-18-22-23, 5-6-11-12-17-18-24-25 пересечения отдельных проволок 3, 4, 5, 6, 9, 10, 11, 12, 15, 16, 17, 18, 22, 23, 24, 25. Дополнительные точки пересечения создаются в том случае, если следующая плоскость, как показано выше, выполнена на существующей плоскости 20.
Создание дополнительной плоскости в направлении z осуществляется аналогичным способом тому, как описано выше, так, что расширение трехмерной проволочной конструкции в направлении z теоретически не имеет пределов.
Проволоки от первой до четвертой могут быть изготовлены из наиболее разнообразных материалов, например, металлических или неметаллических материалов.
Кроме того, для от первой до четвертой проволок 3, 4, 5, 6, 9, 10, 11, 12, 15, 16, 17, 18, 22, 23, 24, 25 отдельных плоскостей 1, 20 возможны идентичные или различные геометрические формы, например, круглые, треугольные, прямоугольные или многоугольные поперечные сечения. Проволоки 3, 4, 5, 6, 9, 10, 11, 12, 15, 16, 17, 18, 22, 23, 24, 25 могут быть изготовлены из цельного или полого материала.
Для получения характеристик упругости, зависящих от направления, для трехмерной проволочной конструкции возможно использование проволок, изготовленных из различных материалов, в одной и/или нескольких из плоскостей 1, 20.
На характеристики упругости могут также, отчасти, оказывать влияние проволоки различных длин, расположенные в одной и/или нескольких из плоскостей 1, 20. Характеристики упругости могут также задаваться посредством геометрических характеристик шага р, диаметра проволоки, а также внешнего диаметра спиральных проволок 3, 4, 5, 6, 9, 10, 11, 12, 15, 16, 17, 18, 22, 23, 24, 25, посредством, с различными параметрами такими, как шаг р и/или диаметр проволоки, проволок 3, 4, 5, 6, 9, 10, 11, 12, 15, 16, 17, 18, 22, 23, 24, 25, натянутых сильнее и слабее в отдельных плоскостях или направлениях.
Если дополнительные проволоки 3', 4', 5', 6', 9', 10', 11', 12', 15', 16', 17', 18', 22', 23', 24', 25' и/или 3'', 4'', 5'', 6'', 9'', 10'', II'', 12'', 15'', 16'', 17'', 18'', 22'', 23'', 24', 25'' расположены в направлениях x и y в плоскостях 1, 20 аналогичным образом в трехмерной проволочной конструкции выполненной как описано выше, то возможно формирование одной или множества отдельных трехмерных проволочных конструкций внутри проволочной конструкции согласно фиг.1, при этом указанные проволочные конструкции располагаются внутри (первой) проволочной конструкции для того, чтобы быть подвижными как на фиг.1 или фиксированными в зависимости от их номера. Фиг.12 показывает пример второй и третьей проволочных конструкций, сформированных в первой плоскости 1 из проволок 3', 4', 5', 6', 9', 10', 11', 12'и 3'', 4'', 5'', 6'', 9'', 10'', 11'', 12''. Фиг.13 показывает пример второй и третьей проволочных конструкций во второй плоскости 20, сформированных из проволок 15', 16', 17', 18', 22', 23', 24', 25' и 15'', 16'', 17'', 18'', 22'', 23'', 24'', 25''.
Для формирования менее упругой более жесткой трехмерной проволочной конструкции, проволоки 3, 4, 5, 6, 9, 10, 11, 12, 15, 16, 17, 18, 22, 23, 24, 25 могут быть соединены друг с другом посредством технологии склеивания в одной или нескольких из их точек 3-4-11-12-15-16-24-25, 3-4-9-10-15-16-22-23, 4-5-10-11-16-17-23-24, 5-6-9-10-17-18-22-23, 5-6-11-12-17-18-24-25 пересечений.
Способ изготовления трехмерной проволочной конструкции, как заявлено в изобретении, отличающийся тем, что
для формирования первой плоскости 1 из двух проволочных сеток 7, 13
- первые проволоки 3, 4, 5, 6 со спиральной намоткой, которые проходят параллельно друг другу посредством своих осей 2, скручивают друг с другом в направлении x таким образом, что две соседние проволоки соединяются посредством точки 3-4, 4-5, 5-6 пересечения на каждый виток,
- в поперечном направлении относительно осей 2 первых проволок 3, 4, 5, 6, множество спиральных вторых проволок 9, 10, 11, 12, которые проходят параллельно друг другу посредством своих осей 8, скручивают в первую проволочную сетку 7 первых проволок 3, 4, 5, 6, а также для формирования второй плоскости 20 из двух проволочных сеток 19, 26,
- после смещения, выполненного в направлении z, относительно первой плоскости 1 вышеупомянутых проволочных сеток 7, 13, множество спиральных третьих проволок 15, 16, 17, 18, проходящих параллельно друг другу посредством своих осей 14, скрещивающихся друг с другом, а также вторые проволоки 9, 10, 11, 12 первой плоскости 1, перпендикулярно смещенные по отношению к ним, скручивают таким образом, что каждая вторая из вторых проволок 9, 10, 11, 12 первой плоскости 1 скрещивается и, в тоже время, первая проволочная сетка 19 сформирована во второй плоскости 20, а также
в поперечном направлении относительно осей 14 третьих проволок 15, 16, 17, 18, скручено множество четвертых спиральных проволок 22, 23, 24, 25, проходящих параллельно друг другу посредством своих осей 21, при этом указанные четвертые проволоки 22, 23, 24, 25, для формирования второй проволочной сетки 26 во второй плоскости 20, пересекаются в их точках 22-23, 23-24, 24-25 пересечения как друг с другом, так и с точками 15-16, 16-17, 17-18 пересечения третьих проволок 15, 16, 17, 18 первой проволочной сетки 19 второй плоскости 20 для формирования точки 15-16-22-23, 15-16-24-25, 16-17-23-24, 17-18-22-23, 17-18-24-25 пересечения.
Кроме того, для дополнительных проволок 3', 4', 5', 6', 9', 10', 11', 12', 15', 16', 17', 18', 22', 23', 24', 25' и/или 3'', 4'', 5'', 6'', 9'', 10'', 11'', 12'', 15'', 16'', 17'', 18'', 22'', 23'', 24'', 25'' возможно скручивание в плоскостях 1, 20 в направлениях x и y аналогичным образом в трехмерной проволочной конструкции, изготовленной как описано выше (см. фиг.12 и 13).
Наконец, проволоки 3, 4, 5, 6, 9, 10, 11, 12, 15, 16, 17, 18, 22, 23, 24, 25; 3', 4', 5', 6', 9', 10', 11', 12', 15', 16', 17', 18', 22', 23', 24', 25' и/или 3'', 4'', 5'', 6'', 9'', 10'', 11'', 12'', 15'', 16'', 17'', 18'', 22'', 23'', 24'', 25'' могут быть соединены друг с другом посредством технологии склеивания в одной или нескольких из их точек 3-4-11-12-15-16-24-25, 3-4-9-10-15-16-22-23, 4-5-10-11-16-17-23-24, 5-6-9-10-17-18-22-23, 5-6-11-12-17-18-24-25; 3'-4'-11'-12'-15'-16'-24'-25', 3'-4'-9'-10'-15'-16'-22'-23', 4'-5'-10'-11'-16'-17'-23'-24', 5'-6'-9'-10'-17'-18'-22'-23', 5'-6'-11'-12'-17'-18'-24'-25'; 3''-4''-11''-12''-15''-16''-24''-25'', 3''-4''-9''-10''-15''-16''-22''-23'', 4''-5''-10''-11''-16''-17''-23''-24'', 5''-6''-9''-10''-17''-18''-22''-23'', 5''-6''-11''-12''-17''-18''-24''-25'' пересечений таким образом, чтобы сформировать менее упругую более жесткую трехмерную проволочную конструкцию.
Список позиций
1
первая плоскость
2
ось 3-6
3
первая проволока
4
первая проволока
5
первая проволока
6
первая проволока
7
первая проволочная сетка в плоскости 1
8
ось 9-12
9
вторая проволока
10
вторая проволока
11
вторая проволока
12
вторая проволока
13
вторая проволочная сетка в плоскости 1
14
ось 15-18
15
третья проволока
16
третья проволока
17
третья проволока
18
третья проволока
19
первая проволочная сетка в плоскости 20
20
вторая плоскость
21
ось 22-25
22
четвертая проволока
23
четвертая проволока
24
четвертая проволока
25
четвертая проволока
26
вторая проволочная сетка в плоскости 20
3-4
точка пересечения
4-5
точка пересечения
5-6
точка пересечения
9-10
точка пересечения
10-11
точка пересечения
11-12
точка пересечения
9-15
точка пересечения
11-15
точка пересечения
3-4-9-10
точка пересечения
3-4-11-12
точка пересечения
4-5-10-11
точка пересечения
5-6-9-10
точка пересечения
5-6-11-12
точка пересечения
15-16-22-23
точка пересечения
15-16-24-25
точка пересечения
16-17-23-24
точка пересечения
17-18-22-23
точка пересечения
17-18-24-25
точка пересечения
3-4-9-10-15
точка пересечения
3-4-11-12-15
точка пересечения
3-4-11-12-15-16
точка пересечения
4-5-10-11-16-17
точка пересечения
5-6-11-12-17-18
точка пересечения
3-4-9-10-15-16-22
точка пересечения
5-6-9-10-17-18-22
точка пересечения
3-4-11-12-15-16-24-25
точка пересечения
3-4-9-10-15-16-22-23
точка пересечения
4-5-10-11-16-17-23-24
точка пересечения
5-6-9-10-17-18-22-23
точка пересечения
5-6-11-12-17-18-24-25
точка пересечения
3'-4'-11'-12'-15'-16'-24'-25'
точка пересечения
3'-4'-9'-10'-15'-16'-22'-23'
точка пересечения
4'-5'-10'-11'-16'-17'-23'-24'
точка пересечения
5'-6'-9'-10'-17'-18'-22'-23'
точка пересечения
5'-6'-11'-12'-17'-18'-24'-25'
точка пересечения
3''-4''-11''-12''-15''-16''-24''-25''
точка пересечения
3''-4''-9''-10''-15''-16''-22''-23''
точка пересечения
4''-5''-10''-11''-16''-17''-23''-24''
точка пересечения
5''-6''-9''-10''-17''-18''-22''-23''
точка пересечения
5''-6''-11''-12''-17''-18''-24''-25''
точка пересечения
da
внешний диаметр
Р
шаг.