周期微观桁架嵌片以及周期微观桁架结构体的制造方法

摘要

周期微观桁架嵌片以及周期微观桁架结构体的制造方法，它涉及一种桁架嵌片以及桁架结构的制造方法。本发明目的是为了解决现有技术制造的微观桁架存在步骤繁琐，制造效率低且制造成本高的问题。本发明包括嵌片本体，嵌片本体从其一个长边至嵌片本体长度方向的中心轴线处有多个嵌锁豁口；本发明还包括周期微观桁架结构体的制造方法的四个步骤，分别为孔加工、嵌锁豁口加工、多个周期微观桁架嵌片的嵌锁组装和加固工作。通过本发明制造的周期微观桁架结构体具有轻质、吸能、隔振效果好的优点。本发明用于制造周期微观桁架结构体。

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种周期微观桁架嵌片以及周期微观桁架结构体的制造方法。

背景技术

周期性微观桁架作为一种典型生物结构普遍存在于自然界中，如木头、骨头及珊瑚等， 能够长期承受很大的静态载荷和周期载荷，在减轻重量的同时，又发挥着不可替代的功能 作用，受到越来越多的科研人员关注。目前，国内外所制备的多级桁架结构，大都通过“拼 接组装”工艺得到，其制备结构试件在尺度上较大，芯子难于一体成型，制备效率低，制 备成本高，整体稳定性差。成熟的制备工艺甚少，上述问题都亟待解决。

发明内容

本发明的目的是提供周期微观桁架嵌片以及周期微观桁架结构体的制造方法，以解决 现有技术制造的微观桁架存在步骤繁琐，制造效率低且制造成本高的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种周期微观桁架嵌片，包括嵌片本体，所述嵌片本体为矩形片体，所述嵌片本体从 其一个长边至嵌片本体长度方向的中心轴线处均匀加工有多个嵌锁豁口，每个嵌锁豁口的 长度为L₁，每个嵌锁豁口的宽度为T，嵌片本体的宽边长度为L₂，每个嵌锁豁口长度L₁等于矩形片体的宽边长度L₂的一半，每个嵌锁豁口的宽度T等于嵌片本体的厚度，相邻 两个嵌锁豁口之间均匀加工有多个孔。

一种利用周期微观桁架嵌片连接为周期微观桁架结构体的制造方法，它是按照以下步 骤实现的：

步骤一：孔加工：在一个嵌片本体上加工多个不同形状的孔；

步骤二：嵌锁豁口加工：在嵌片本体上，从其一个长边至嵌片本体长度方向的中心轴 线处均匀加工有多个嵌锁豁口，每个嵌锁豁口长度L₁等于矩形片体的宽边长度L₂的一半， 每个嵌锁豁口的宽度T等于嵌片本体的厚度，多个嵌锁豁口加工后，即可得到周期微观 桁架嵌片；

步骤三：多个周期微观桁架嵌片的嵌锁组装：首先将多个周期微观桁架嵌片等量分为 第一组和第二组，将第一组中的一片周期微观桁架嵌片作为基准嵌片，其次将该周期微观 桁架嵌片竖直设置，再次将第二组的多个周期微观桁架嵌片逐一插入基准嵌片的多个嵌锁 豁口中，第二组的多个周期微观桁架嵌片通过其嵌锁豁口插入基准嵌片的嵌锁豁口中，依 次类推，将第一组的其它周期微观桁架嵌片依照基准嵌片设置方式逐一插入第二组的多个 周期微观桁架嵌片中，最后形成周期微观桁架结构体；

步骤四：加固工作：将周期微观桁架结构体中每两个周期微观桁架嵌片的交汇处进行 粘接或焊接。

本发明与现有技术相比的有益效果：

1、本发明工艺过程易操作：操作步骤简单，首先制备出多个周期微观桁架嵌片，再 通过多个周期微观桁架嵌片通过嵌锁组装方式形成周期微观桁架结构体，通过本发明可使 周期微观桁架结构体一体成型，制备效率与现有技术相比提高40％。

2、本发明中周期微观桁架结构形式虽然繁琐，但无需另外探索新加工方法，依靠传 统机械加工手段即可完全实现制备，与国外技术相比，制造成本较低，充分突显出本发明 操作灵活的优势。通过本发明制造出的周期微观桁架嵌片的型号多样，不同型号的周期微 观桁架嵌片可制造出多种周期微观桁架结构体。

3、通过本发明制造的周期微观桁架结构体主要承受拉压载荷，结构利用率提高20％ 至30％，可应用在大跨度结构中，得到“减重不降强”的效果。

附图说明

图1是周期微观桁架嵌片的主视结构示意图，

图2是周期微观桁架嵌片的主视结构示意图,

图3是周期微观桁架结构体的立体结构示意图，

图4是三角形桁架嵌片中第一组成构件的主视结构示意图，

图5是三角形桁架嵌片中第二组成构件的主视结构示意图，

图6是三角形桁架嵌片中第三组成构件的主视结构示意图，

图7是三角形桁架嵌片中第四组成构件的主视结构示意图，

图8是三角形桁架嵌片中第五组成构件的主视结构示意图，

图9是三角形桁架嵌片中第五组成构件的主视结构示意图，

图10是多级点阵结构体的立体图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式中包括嵌片本体7， 所述嵌片本体7为矩形片体，所述嵌片本体7从其一个长边至嵌片本体7长度方向的中心 轴线处均匀加工有多个嵌锁豁口，每个嵌锁豁口的长度为L₁，每个嵌锁豁口的宽度为T， 嵌片本体7的宽边长度为L₂，每个嵌锁豁口长度L₁等于矩形片体的宽边长度L₂的一半， 每个嵌锁豁口的宽度T等于嵌片本体7的厚度，相邻两个嵌锁豁口之间均匀加工有多个 孔。本实施方式中多个孔可同一直线排列，多个孔排列的长度等于嵌片本体7的宽边长度。 本实施方式中嵌片本体7还加工有多个穿过孔，穿过孔的形状为圆形、矩形、三角形或多 边形。多个穿过孔为导线穿过孔。

具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式中所述矩形片体为碳 纤维增强复合材料、不锈钢或PVC制成的片体。不同的材质的矩形片体通过不同的加工 方式形成周期微观桁架嵌片。加工方式有3D打印机打印、雕刻、切割或冲压的方式。其 他组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式中一种利用具 体实施方式一中所述周期微观桁架嵌片连接为周期微观桁架结构体的制造方法，它是按照 以下步骤实现的：

步骤一：孔加工：在一个嵌片本体7上加工多个不同形状的孔；

步骤二：嵌锁豁口加工：在嵌片本体7上，从其一个长边至嵌片本体7长度方向的中 心轴线处均匀加工有多个嵌锁豁口，每个嵌锁豁口长度L₁等于矩形片体的宽边长度L₂的 一半，每个嵌锁豁口的宽度T等于嵌片本体7的厚度，多个嵌锁豁口加工后，即可得到 周期微观桁架嵌片；

步骤三：多个周期微观桁架嵌片的嵌锁组装：首先将多个周期微观桁架嵌片等量分为 第一组和第二组，将第一组中的一片周期微观桁架嵌片作为基准嵌片，其次将该周期微观 桁架嵌片竖直设置，再次将第二组的多个周期微观桁架嵌片逐一插入基准嵌片的多个嵌锁 豁口中，第二组的多个周期微观桁架嵌片通过其嵌锁豁口插入基准嵌片的嵌锁豁口中，依 次类推，将第一组的其它周期微观桁架嵌片依照基准嵌片设置方式逐一插入第二组的多个 周期微观桁架嵌片中，最后形成周期微观桁架结构体；本步骤中多个周期微观桁架嵌片通 过嵌锁豁口连接形成周期微观桁架结构体；

步骤四：加固工作：将周期微观桁架结构体中每两个周期微观桁架嵌片的交汇处进行 粘接或焊接。本步骤中当周期微观桁架嵌片由PVC制成时，使用502或AB胶将两个周 期微观桁架嵌片进行粘接即可，当周期微观桁架嵌片由碳纤维增强复合材料制成时，用胶 粘剂粘贴即可，胶粘剂的类型有：热固性环氧系胶粘剂、再生橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、 氯丁橡胶系胶粘剂以及热塑性聚氨酯系胶粘剂。

具体实施方式四：结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式中当嵌片本体 7为碳纤维增强复合材料制成的板体时，其周期微观桁架结构体的制造方法的过程如下：

第一步：通过精雕机在嵌片本体7加工周期性规则的三角形孔和正方形孔，本步骤中 沿嵌片本体7的板面均匀加工有多个正方形孔，在嵌片本体7相对的两个边缘处均匀加工 有多个三角形孔，嵌片本体7另外两个相对的边缘均为直边；

第二步：通过精雕机在嵌片本体7上加工嵌锁豁口，得到标准板体；本步骤中嵌锁豁 口的的加工过程为从嵌片本体7的一个长边至嵌片本体7长度方向的中心轴线处均匀加工 有多个嵌锁豁口，每个嵌锁豁口长度L₁小于或等于矩形片体的宽边长度L₂的一半，每个 嵌锁豁口的宽度T等于嵌片本体7的厚度；多个嵌锁豁口加工后，即可得到标准板体， 标准板体是一种周期微观桁架嵌片；

第三步：多个标准板体通过各自的嵌锁豁口进行粘接，得到周期微观桁架结构体。

具体实施方式五：结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式中当嵌片本体 7为不锈钢板体时，其周期微观桁架结构体的制造方法的过程如下：

第一步：将不锈钢板体放置在数控冲床上冲出周期性规则正方形孔；本步骤中沿不锈 钢板体的板面均匀加工有多个正方形孔；

第二步：通过线切割在不锈钢板体上加工嵌锁豁口，得到标准板；在不锈钢板体上， 从其一个长边至嵌片本体7长度方向的中心轴线处均匀加工有多个嵌锁豁口，每个嵌锁豁 口长度L₁等于矩形片体的宽边长度L₂的一半，每个嵌锁豁口的宽度T等于嵌片本体7的 厚度；多个嵌锁豁口加工后，即可得到周期微观桁架嵌片；

第三步：多个标准板体通过各自的嵌锁豁口进行焊接，得到周期微观桁架结构体。

具体实施方式六：结合图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10说明本实施方式， 本实施方式中当嵌片本体7为PVC板体时，其周期微观桁架结构体的制造方法的过程如 下：

第一步：利用3D打印机打印出不同规格带孔和嵌槽的PVC板材；本步骤中先将需 要打印板材的相关数据输入计算机，再通过计算机向3D打印机发出指令打印出不同规格 带孔和嵌槽的PVC板材，不同规格带孔和嵌槽的PVC板材包括第一下组成构件1、第二 下组成构件2、第三下组成构件3、第一上组成构件4、第二上组成构件5和第三上组成 构件6；

第一下组成构件1包括第一面板1-1、第二面板1-2和两个第一斜支撑板1-3，第一面 板1-1和第二面板1-2并列设置且第一面板1-1位于第二面板1-2的正上方，所述两个第 一斜支撑板1-3对称设置在第一面板1-1和第二面板1-2之间，每个第一斜支撑板1-3的 板面上均匀加工有多个第一三角形孔，第一面板1-1上端面的中心处加工有第一嵌锁豁 口，第二面板1-2上端面的两端各加工一个第二嵌锁豁口。第二下组成构件2是由两个第 一下组成构件1并排固定连接形成，以此类推，第三下组成构件3是由三个第一下组成构 件1并排固定连接形成；

第一上组成构件4包括第三面板4-1、第四面板4-2和两个第二斜支撑板4-3，第三面 板4-1和第四面板4-2并列设置且第三面板4-1位于第四面板4-2的正上方，所述两个第 二斜支撑板4-3对称设置在第三面板4-1和第四面板4-2之间，每个第二斜支撑板4-3的 板面上均匀加工有多个第二三角形孔，第三面板4-1下端面的中心处加工有第三嵌锁豁 口，第四面板4-2上端面的两端各加工一个第四嵌锁豁口。第二上组成构件5是由两个第 一上组成构件4并排固定连接形成，以此类推，第三上组成构件6是由三个第一上组成构 件4并排固定连接形成；

第二步：将不同的板材在嵌槽处进行粘接，得到PVC周期性微观桁架结构；本步骤 为将第一下组成构件1和第一上组成构件4通过各自的嵌锁豁口进行组装形成第一周期微 观桁架，再将第二下组成构件2和第二上组成构件5通过各自的嵌锁豁口进行组装形成第 二周期微观桁架，然后第三下组成构件3和第三上组成构件6通过各自的嵌锁豁口进行组 装形成第三周期微观桁架，最后将组装完毕的第一、第二和第三周期微观桁架拼装即可形 成PVC周期微观桁架结构体。本步骤中PVC周期微观桁架结构体为多级点阵结构体。