IPC分类号：
A47C27/06 | F16F1/00 | B33Y10/00 | B33Y80/00
国民经济行业分类号：
C2190 | C2049 | C2043 | C2042
当前申请(专利权)人地址：
德国勒沃库森 (NRW,K,Rheinisch-Bergischer Kreis)
发明人：
T.比斯根 | D.阿克滕 | N.德乔治 | J.赫蒂希 | P.赖歇特
摘要：
本发明涉及一种用于制造粘弹性的阻尼体（1，20，30）的方法，所述阻尼体包括至少一个弹簧元件（4）以及至少一个与至少一个弹簧元件相耦联的阻尼元件，其中所述方法的特征在于，阻尼元件以及可选地还有所述弹簧元件（4）通过3D‑打印方法生产。本发明此外涉及一种按照这样的方法制造的或者能够按照这样的方法制造的粘弹性的阻尼体（1，20，30）以及一种体积体，该体积体包括多个这种类型的阻尼体（1，20，30）或者由多个这种类型的阻尼体组成。
技术问题语段：
传统软垫制造方法存在阻尼特性匹配困难、组合结构元件昂贵、盘簧大小限制阻尼特性位置分解的可能性等问题，需要一种新的方法来制造具有不同阻尼特性的软垫。
技术功效语段：
本发明提供了一种制造粘弹性的阻尼体的方法，该方法可以至少部分地克服现有技术的缺点。该方法可以允许制造具有能够分别调整的粘弹性特性的阻尼体，并且可以使用3D-打印方法来实现。此外，本发明还提供了一种用于制造粘弹性的阻尼体的方法，该方法可以根据需要进行个性化的定制。通过使用3D-打印方法，可以实现高位置分解率的同时，具有高的粘弹性特性。此外，本发明还提供了一种用于制造粘弹性的阻尼体的方法，该方法可以同时考虑阻尼元件和弹簧元件的布置，以实现具有针对性的结构。最后，本发明还提供了一种用于制造粘弹性的阻尼体的方法，该方法可以根据使用温度来调整阻尼特性。
权利要求：
1.用于制造粘弹性的阻尼体（1，20，30）的方法，所述阻尼体包括至少一个弹簧元件（4）以及至少一个与所述至少一个弹簧元件相耦联的阻尼元件，其特征在于，所述阻尼元件以及可选地还有所述弹簧元件通过3D-打印方法生产。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻尼体（1，20，30）或者所述阻尼元件部分地或者全部地设计成具有至少一个被流体填充的空心体（2），并且设置了至少一个通行开口（3，14，25，34），其中所述流体特别地从空气、氮气、二氧化碳、油、水、碳氢化合物或碳氢化合物混合物、离子液体、电流变的、磁流变的、牛顿的、粘弹性的、流变触变的、触变性的流体中选出或者从这些的混合物中选出。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述阻尼元件的或者所述阻尼体（1，20，30）的每cm²外表面设置了0.01到100个通行开口（3，14，25，34），和/或所述通行开口（3，14，25，34）互相独立地具有从10到5000µm的直径。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的方法，其特征在于，所述通行开口（3，14，25，34）在制造空心体（2）之后才生产，特别是通过将牺牲性材料从阻尼元件的壁中化学地析取或者熔化来实现。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述弹簧元件（4）这样地构造，即，所述阻尼体（1，20，30）具有按照DIN EN ISO3386-1：2010-09测量的从0.01到1000kPa的、特别地从0.1到500kPa或者从0.5到100kPa的镦锻硬度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述阻尼体（1，20，30）的弹簧元件（4）以及阻尼元件在一个构件中实现,特别地以设置了多于一个内缩部的、具有至少一个通行开口（14）的空心体（10）的形式实现。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，多个弹簧元件（4）和阻尼元件相互并联和/或串联地连接并且至少部分地相互耦联。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述阻尼体（1，20，30）具有按照DIN ISO 815-1：2010-09测量的在10%的压缩之后的≤2%的压力变形残余。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述阻尼体（1，20，30）在沿着作用方向的压力-或者拉力变形时具有按照DIN53535：1982-03测量的从0.05到2、特别地从0.1到1的阻尼tanδ。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述3D-打印方法从熔融沉积成型（Fused Filament Fabrication（熔融纤维制造），FFF）、喷墨打印、光聚合物喷射、立体平板印刷、选择性激光烧结、基于数字光处理的增材制造系统、连续液体界面生产、选择性激光熔化、基于粘合剂喷射的增材制造、基于多喷嘴融合的增材制造、高速烧结工艺、层压对象建模中选出。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，阻尼体（1，20，30）的所使用的材料的拉力模量按照DIN EN ISO 6892-1：2009-12测量是<250GPa、特别地从0.05到150GPa。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述弹簧元件（4）以及阻尼元件由不同的材料所构造。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，弹簧元件（4）的和阻尼元件的材料相互独立地从金属，塑料以及复合材料，特别地从能够热塑性地加工的基于聚酰胺、聚氨酯、聚酯、聚酰亚胺、聚醚酮、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚烯烃、聚氯乙烯、聚甲醛的塑料配方，和/或基于聚环氧化物、聚氨酯、聚硅氧烷、聚丙烯酸酯、聚酯及其混合物和共聚物的交联的材料中选出。
14.按照根据权利要求1至13中任一项所述的方法制造的或者能够制造的粘弹性的阻尼体（1，20，30），其中，所述阻尼体（1，20，30）优选地构造成穿孔的空心体积体（1）或者所述阻尼体的阻尼元件构造成穿孔的空心体积体（1），其中所述穿孔的空心体积体（1）特别地具有以下的特性中的一种或多种特性：
-空心体积：1μL到1L，优选地10μL到100mL；
-材料的厚度：10μm到1cm，优选地50μm到0.5cm；
-通行开口的直径：10到5000μm；
-孔数量/cm²外表面：0.01到100；
-面积孔/cm²外表面：0.1到10mm²；
-所使用的材料的根据DIN EN ISO 604：2003-12的弹性模量：<2GPa，特别地从1到1000MPa，优选地2-500MPa。
15.一种体积体，包括多个按照权利要求14所述的阻尼体（1，20，30）或者由多个按照权利要求14所述的阻尼体组成，其中所述体积体特别地是一种软垫。
技术领域：
[0001]本发明涉及一种用于制造粘弹性的阻尼体的方法，所述阻尼体包括至少一个弹簧元件以及至少一个与所述至少一个弹簧元件相耦联的阻尼元件。本发明还涉及一种根据这样的方法制造的或者能够根据这样的方法制造的粘弹性的阻尼体；以及一种体积体，该体积体包括多个这种类型的阻尼体或者由多个这种类型的阻尼体组成。
背景技术：
[0002]开头所提到的类型的阻尼体可以正如在EP 1 962 644 A2中所说明的那样例如被用在软垫中。在此多个阻尼体在软垫中被联合成复合结构。
[0003]由DE 20 2005 015 047 UI已知一种组合软垫，该组合软垫由多个弹簧元件所组成，所述多个弹簧元件在它们的周表面处相互邻接并且借助于环绕的带束紧。为了固定所述带，所述弹簧元件具有凹槽。所述弹簧元件由胶乳制成。
[0004]此外已知弹簧芯软垫，在所述弹簧芯软垫中，被装入到材料袋（Stofftasche）中的金属弹簧被设置成弹簧元件。这样形成的金属弹簧芯也被称为波纳尔弹簧芯（Bonnellfederkern）或者袋装弹簧芯。在金属弹簧芯上方安置了由泡沫材料组成的垫充，所述垫充通常由块状泡沫所制造而成并且具有确定的弹性。此外，所述泡沫材料软垫以加入到泡沫材料芯中的钢丝弹簧而已知。
[0005]由DE 299 18 893 UI已知一种用于家具以及软垫的垫元件，在该垫元件中，多个弹簧元件组合成平面的复合结构。在此，所述弹簧元件由羊毛制造而成并且装在优选地由棉制成的袋中，其中袋装弹簧的上部的端面形成以后的负载平面。为了完成大面积的垫元件，并排地布置了多个弹簧元件，并且在单个的排中分别相互连接、优选地相互缝合。
[0006]此外由DE 39 37 214 A1已知一种用于安放躺着的人的身体的垫元件。由弹性的材料、例如泡沫材料制成的软垫部件具有多个并排地布置的通道，不同弹性的插入部件被推入到所述通道中，以使得软垫部件在其平躺平面上具有局部不同的弹性区域。所述插入部件可以由相应于软垫部件的弹性区域的弹性的材料组成。
[0007]DE 10 2015 100 816 B3描述了一种用于根据借助于3D-打印机的打印数据制造支撑身体的元件、例如软垫的方法。根据打印数据可以通过形成不同大小和/或不同数量的空腔通过3D-打印机生产不同弹性的区域。
[0008]由WO 2007/085548 A1此外已知的是，可以将粘弹性的聚氨酯-软质泡沫材料用作软垫的材料。
[0009]前述的方法具有不同的缺点。因此在由粘弹性的聚氨酯-软质泡沫材料制造软垫时，限制了阻尼特性分别匹配于各个要求的可能性。在传统的用于制造弹簧芯软垫的方法中出现了，单个结构元件的组合是昂贵的。同样地，这里由于所使用的盘簧的由结构形式决定的大小非常限制阻尼特性的位置分解（ortaufgeloest）地匹配的可能性。能够稍微个性化的制作过程这里也几乎不允许在经济上有意义的单个制作。
发明内容：
[0010]本发明的任务是，至少部分地克服现有技术的至少一个缺点。此外，本发明的任务在于，提供一种用于制造粘弹性的阻尼体的方法，该方法允许在同时高的位置分解率的情况下，制造具有能够分别调整的粘弹性特性的阻尼体。所生产的阻尼体会适合例如作为机械的减震器或者适合用于软垫。
[0011]至少一个任务在开头提到类型的粘弹性的阻尼体中通过以下方式被解决，即，所述阻尼元件以及可选地还有所述弹簧元件通过3D-打印方法生产。
[0012]因此本发明的内容是用于制造粘弹性的阻尼体的方法，所述阻尼体包括至少一个弹簧元件以及至少一个与所述至少一个弹簧元件耦联的阻尼元件，其中所述方法的特征在于，所述阻尼元件以及可选地还有所述弹簧元件通过3D-打印方法来生产。
[0013]本发明以下述认识为基础，借助于3D-打印方法，阻尼特性的个性化的匹配是可能的。“个性化”在此意味着，不仅能够经济上有意义地生产单件，而且也能够在体的不同的点上根据期望调整阻尼体的阻尼特性，并且具有高的位置分解率。因此可以例如根据客户按照解剖学的要求或者需求分别制成软垫。为了例如在躺在软垫上时达到最优的压力分布，可以首先在传感器平面上记录身体的压力轮廓，并且将这样获得的数据用于软垫的个性化。所述数据然后以本身已知的方式被输送给3D-打印方法。
[0014]所述3D-打印方法可以例如从熔融沉积成型（Schmelzschichtung，FusedFilament Fabrication（熔融纤维制造），FFF）、喷墨打印、光聚合
具体实施方式：
[0119]在图1中以侧面的剖视图画出了根据本发明的阻尼体1的一种实施方式。所述阻尼体1通过3D-打印方法生产，并且当前实施成具有空心体2的多孔的空心体积体（pHVK），所述空心体具有多个通行开口3，所述多个通行开口被一种流体、当前是环境空气所填充。也就是说，弹簧元件和阻尼元件在此在相连接的构件中实现。
[0120]在图1的中间的图片中，阻尼体1沿着Z轴受到压应力。在这种情况下，包含在所述通行开口3中的流体部分地压出。由此达到了对于变形速度的阻尼。
[0121]在图1的右侧的图片中，阻尼体1沿着Z-轴受到拉应力。在这种情况下，环境空气被吸入到所述通行开口3中，由此抑制了拉应力的速度。通过压缩或者减压，pHVK1的形状以及因此在所述pHVKs1之内的空心体积因此发生改变，以至于流体通过孔/通道被压出或者被压入到空心体积体中。
[0122]在图2中示出了根据本发明的粘弹性的阻尼体的另一实施方式。其中多个阻尼体1根据图1交替地与螺旋弹簧形式的弹簧元件4在z-取向上相耦联，并且布置在上部的和下部的平面组织5之间。所述平面组织5可以例如是刚性的板或者也可以是弹性的平面（例如纺织品）。对于应用阻尼体减压的使用，与平面组织5相邻接的螺旋弹簧4以及pHKVs1必须与各自的平面组织5相连接。在该实施方式中，阻尼体1的弹簧作用沿着z-方向通过附加的螺旋弹簧4被增强，其中总系统的阻尼部分基本上通过所述阻尼体1的阻尼特性来确定。通过平面组织5可以达到负载作用的分布。
[0123]图3示出了根据本发明的阻尼体的类似于图2的另外的实施方式。与图2不同的是，多个阻尼体1以及螺旋弹簧4在此被包封6完全包围。这样的实施方式例如被用作软垫。所述包封6由弹性的材料组成，所述弹性的材料保证了，通过到至少一个表面上的压力以及由此产生的在三维组织的至少一个空间方向上的长度减少的体积收缩，可以通过在至少一个另外的空间方向上的长度伸长来平衡。对于在应用所述阻尼体减压的使用，与包封6相邻接的螺旋弹簧4以及pHKVs 1至少在减压的主方向上与包封6相连接。
[0124]图4示出了根据本发明的阻尼体的另一实施方式。其中穿孔的空心体积体1交替地与螺旋弹簧4相耦联并且布置在相互垂直地延伸的空间轴上。这样的阻尼体因此示出了至少在这两个空间轴的方向上的粘弹性特性。
[0125]在图5中示出了根据本发明的阻尼体的另一实施方式。其中螺旋弹簧4和穿孔的空心体积体1不对称地连续地布置在下部的边框7和上部的盖板8之间。在该实施方式中，所述阻尼体以其整体在左侧的区域中示出了基本上的胡克特性，所述胡克特性朝着右侧逐渐变为强烈地粘弹性的阻尼特性。此外所述阻尼体的镦锻通过外部的边框7和覆盖板8在以下范围内被限制：当所述覆盖板8与所述边框7的上棱边接触时，所述阻尼体不能无破坏地继续变形。
[0126]在图6中示出了根据本发明的阻尼体1的另一实施方式，在该实施方式中，穿孔的空心体积体1以不同的大小进行构造。
[0127]在图7中示出了根据本发明的阻尼体10的另一实施方式，该阻尼体通过3D-打印方法生产。在此，所述阻尼体10以具有外壁11的波纹管的形式实现，该外壁在侧面的剖视图中沿着纵轴具有交替的内缩部12和外突部13。所述阻尼体10此外设置了通行开口14，通过该通行开口，在沿着阻尼体的纵轴压缩阻尼体10时可以使包含在所述阻尼体的空穴中15中的流体、当前是环境空气流出或者在膨胀时能够再次流入。
[0128]通过通行开口14的大小的选择和/或在所述空穴15中包含的流体的或者该流体的粘度的选择可以调整所述阻尼体10的阻尼特性。在该设计方案中，外壁11的手风琴式的构造作为弹簧元件4起作用。
[0129]在图8a到8c中以三维的等轴的示图（图8a）、以俯视图（图8b）以及以沿着线A-A的一侧的剖视图示出了根据本发明的阻尼体20的另一实施方式。阻尼体20通过3D-打印方法生产并且由一种在平面侧上敞开的柱体21所组成，通过支杆22固定的穹顶形的第一腔室23安置在该柱体中。所述第一腔室23在其内部具有被流体填充的空穴24并且在底部区域中具有通行开口25，通过所述通行开口，流体能够在沿着z方向受压应力时从第一腔室23的空穴24漏到第二腔室26中。所述第一腔室23此外通过环绕着的固定环27固定在柱体21中，在该固定环中存在正好相反在对面的出口开口28，流体能够在受压应力时从第二腔室26从所述出口开口漏出或者在消除应力时再次流入。
[0130]如果穹顶形的第一腔室23的体积通过挤压而减小，那么位于其中的流体被压到相连接的第二腔室26中。如果所述第一腔室23的体积由于材料的复位力被再次带到该第一腔室的初始大小，流体由于较低的压力流回到第一腔室23中。流体流入以及流出第一腔室23的速度取决于在腔室23的壁上的摩擦，并且特别地取决于通行开口25的尺寸以及流体的粘度。不同粘度的流体由此导致了阻尼体20的不同的弹性模量以及阻尼特性。
[0131]在图9a到9c中画出了根据本发明的阻尼体30的另一实施方式。其中图9a以三维的等轴的视图示出了所述阻尼体30，图9b以俯视图示出了阻尼体30，并且图9c示出了沿着垂直的剖面B-B的阻尼体。所述阻尼体30通过3D-打印方法生产并且包括单侧敞开的柱体31，在该柱体中穹顶形的第一腔室32通过在第一腔室32的下部区域中环绕地布置的固定环33固定在柱体31的壁上。在所述第一腔室32的下部区域中设置了通行开口34，当所述阻尼体30沿着该阻尼体的垂直的纵轴被加载了机械的压力时，通过该通行开口可以使位于所述第一腔室32的空穴35中的流体流出到第二腔室36中。在环绕的固定环33中设置了出口开口37，通过该出口开口，流体能够在阻尼体30受压应力时从第二腔室36漏出。
[0132]试样1的示例：
[0133]作为试样使用了相应于在图8a到8c中示出的实施方案的阻尼体20。作为用于所述阻尼体20的材料选择了具有85A的邵氏硬度的TPU，并且借助于FFF进行3D打印。作为流体使用了空气、一种低粘度的以及一种高粘度的油。
[0134]所述阻尼体的直径（线A-A的长度）为25mm，穹顶形的第一腔室23的外部的半径为7.15mm，空穴24的最大的垂直的长度为9.4mm，并且不仅通行开口25的而且还有28的直径为2mm。穹顶形的第一腔室23具有0.6mm的壁厚。
[0135]所述试样的粘弹性特性正如以下一样地被确定：
[0136]所述试样在Gabometer中在轴向的压缩下被夹紧，以至于该试样被墩锻到其原始高度的80%。为此，具有13mm的直径的压模压到样品的第一腔室（穹顶）上。为了实际的测量，所述试样被加载了另一正弦形的、轴向的、在0.5Hz到20Hz之间的频率范围中的压力运动。力通过正弦形的轴向的压力运动被记下。由此另外推导出存储模量以及损失模量：G以及G''。所述存储模量以及损失模量的商是具有tanδ=G''/G'的损失系数。所有的测量在室温以及环境压力下进行。
[0137]对于所有的使用的流体在15.8Hz的频率时达到损失系数的最大值。但是所述损失系数的数值随着
[0138]tanδ（空气）=0.31
[0139]tanδ（低粘度的油）=0.32
[0140]tanδ（高粘度的油）=0.38
[0141]显著地变化。
[0142]试样2的示例：
[0143]生产了具有正如在示例1中那样的一样的几何形状的另一阻尼体20，但是作为用于所述试样的材料使用了具有90A的邵氏硬度的TPU。另外的全部的条件以及测量参数与示例1相同。
[0144]对于所有的使用的流体，在频率为15.8Hz时达到损失系数的最大值。但是所述损失系数的数值随着
[0145]tanδ（空气）=0.31
[0146]tanδ（低粘度的油）=0.38
[0147]tanδ（高粘度的油）=0.50
[0148]显著地变化。
[0149]在试样1和2的所述两个根据本发明的示例中，相比于空气，在使用油作为流体时达到更高的阻尼。较高粘度的油比较低粘度的油显示出了tanδ的更大的升高，这归因于在阻尼体的以及特别是在通行开口的壁处的更高的摩擦。用于阻尼体的材料的硬度也起作用：在用油作为流体的情况下，针对较硬材料（绍尔90A，示例1）的阻尼值高于针对较软材料（绍尔85A，示例2）的阻尼值。这归因于较硬的TPU-类型的较高的压缩模量。
[0150]附图标记说明：
[0151]（1） 阻尼体，多孔的空心体积体（pHVK）；
[0152]（2） 空心体；
[0153]（3） 通行开口；
[0154]（4） 弹簧元件，螺旋弹簧；
[0155]（5） 平面组织；
[0156]（6） 包封；
[0157]（7） 边框；
[0158]（8） 盖板；
[0159]（10） 阻尼体；
[0160]（11） 外壁；
[0161]（12） 内缩部；
[0162]（13） 外突部；
[0163]（14） 通行开口；
[0164]（15） 空穴；
[0165]（20） 阻尼元件；
[0166]（21） 柱体；
[0167]（22） 支杆；
[0168]（23） 第一腔室；
[0169]（24） 空穴；
[0170]（25） 通行开口；
[0171]（26） 第二腔室；
[0172]（27） 环绕的固定环；
[0173]（28） 出口开口；
[0174]（30），（20） 阻尼元件；
[0175]（31） 柱体；
[0176]（32） 第一腔室；
[0177]（33） 环绕的固定环；
[0178]（34） 通行开口；
[0179]（35） 空穴；
[0180]（36） 第二腔室；
[0181]（37） 出口开口。