[发明专利]三维拉胀结构、制造方法和工具

说明书

本发明涉及三维拉胀结构、制造方法和工具。所述三维拉胀结构包括多个邻接的中空单元(2)，每个中空单元(2)具有单元壁(3)，并且所述多个中空单元(2)的横截面遵循二维拉胀模式图案(1)，每个单元壁(3)包括平行于包含拉胀模式图案(1)的平面的折叠线(4)，使得峰和谷限定在单元壁(3)中并且是单元壁(3)可沿着所述折叠线(4)可折叠的。要求保护的拉胀结构能够从连续的平面图案折叠和展开，该特性允许该结构由平预制件制造，例如常规织物或预浸料，或者甚至用薄金属片，此外，这些预制件可以与其他材料(如陶瓷)结合使用，以实现多功能结构(冲击、结构、声阻尼等)。

技术领域

本发明涉及可以由片材或通过3D打印制成的三维拉胀结构。具体而言，其涉及用于飞机构造、造船和其他工业分支及其相关制造方法和模具的夹芯板的多孔材料。

背景技术

自然界中发现的常规材料的泊松比为正，拉伸时变薄、压缩时变得更厚，遵循泊松比方程：

因此，泊松比定义为横向应变除以纵向应变的负值。

有些材料或结构几何构造表现出相反的特性，称为拉胀，由于泊松比为负，它们在拉伸时在与施加的力垂直的方向上变厚，在压缩时变薄。因此，向拉胀材料施加单向张力会导致横向尺寸的增加。由于所述构造的负泊松性质，所述构造在撞击(其相当于压缩)下的特性是将材料集中在撞击区域周围。

也已知具有包括多个邻接单元的单元排列的二维拉胀结构，该多个邻接单元成形为在单元几何结构的两个平面内方向上呈现拉胀特性的反六边形。

多孔固体被用于各种工程应用中，并且传统的蜂窝状中空单元夹层结构因其强度和轻便而被广泛使用。传统蜂窝状结构的所述几何形状已被用作例如航空航天和海洋工业内的夹芯板中的芯。

发明内容

本发明的目的是提供一种用作三维图案细致排列的基本结构的具有三维拉胀特性的三维结构。

本发明的结构目标是一种三维拉胀结构，包括多个相邻的中空单元，每个中空单元具有单元壁并且所述多个中空单元的横截面遵循二维拉胀图案，其中每个单元壁包括平行于包含所述拉胀图案的平面的折叠线，使得峰和谷限定在单元壁中并且作为可沿着所述折叠线折叠的单元壁。

因此，该结构是常规拉胀的二维图案(例如反六边形)与具有折叠线的弯折壁的混合。所述结构可以通过3D打印或通过适当折叠材料片来制造。

如前所述，本发明可以通过平面连续片材来实现，特定的折叠图案应用于所述片材，一种所谓的折纸图。这种折叠图案提供了该单元结构和该单元结构的三维拉伸特性。因此，所要求保护的结构在空间的三个方向上表现为拉胀，而与力的施加方向无关。要求保护的几何结构显示了一个自由度的运动特性。

这种特性非常有趣，因为这种结构可以用作形状改变变形结构。仅通过控制其特征距离之一，就可以控制和预测完整图案细致排列的运动。

与传统的或凹入的二维六边形不同，该结构具有在中空方向上压缩时在其它两个方向上减小其尺寸或压缩的特征。该压缩能力可以通过所述凹入单元的角度与所述弯折壁的角度相结合来控制。

本发明的另一个目的是提供一种夹芯板，该夹芯板包括具有根据前述的三维拉胀式单元构造的芯结构，该芯结构位于上表皮和下表皮之间。这种单元几何形状可以被整合为嵌入在CFRP、GFRP、AFRP织物或金属表皮之间的复合夹芯板的核心结构。

所述夹芯板在三个空间方向上具有拉胀特性，可以用作轻质复合部件的基本部件，其具有需要高冲击能量吸收、声阻尼、承载结构或变形结构的潜在应用。

要求保护的拉胀结构能够从连续的平面图案折叠和展开。该特性允许该结构由平预制件制造，例如常规织物或预浸料，或者甚至用薄金属片。此外，这些预制件可以与其他材料(如陶瓷)结合使用，以实现多功能结构(冲击、结构、声阻尼等)。