使用定义节点来模块化构造载具的增材制造可行平台

相关申请的交叉引用

本申请在此要求2018年6月22日提交的题为“Additive Manufacturing-EnabledCommon Architecture Platform for Modular Construction of Vehicles and OtherTransport Structures”的美国临时申请No.62/688,999以及2019年6月12日提交的题为“ADDITIVE MANUFACTURING-ENABLED PLATFORM FOR MODULAR CONTSTRUCTION OFVEHICLES USING DEFINITION NODES”的美国专利申请No.16/439,615的权益及优先权，这些申请明确地通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及载具制造，并且更具体地涉及通过增材制造(AM)和模块化构造方法实现的载具架构平台，用于制造多种类型的载具而没有传统系统的约束和资本支出。

背景技术

一个多世纪以来，载具和其它运输结构都是使用传统组装线构建而成的。组装线是一种制造技术，其中载具从一端(例如作为一个裸露的底盘)开始。部件(例如发动机、机罩、轮等)随着半成品载具经由输送机从一个工作站移动到另一个工作站而顺序地添加到底盘，直到载具在最后一个工作站完成。与现有的手动组装技术相比，通过将半成品载具从一个专用工作站逐步移动到另一个专用工作站，载具可以更快、更便宜并且使用更少的人力来组装。

使用组装线生产载具在历史上对制造商是有利的，并且对消费者来说也更实惠，前提是来自单一生产线的载具仅限于单一型号或几个类似型号。随着制造商寻求使载具制造更加高效、灵活、环保和经济，加上消费者对不同设计的定制运输结构的需求的演变，组装线的历史优势正受到质疑。这种生产线通常不能适应多载具组装。

相反，适应新载具需要对载具和生产线本身进行彻底的重新设计。随着新载具设计，修改生产线需要获取或构建大量不同的零件。在不同载具中使用的单个零件在形状、尺寸、数量、功能、复杂程度和推进类型等方面(仅举几例)可能有所不同。必须获取用于为每种载具型号机加工定制部件的昂贵的新工具。需要新的机械来构建各种不同的载具框架、底盘、面板、地板等。简而言之，改变组装线以适应新的载具将需要大量的资本支出，这可能是不合理的，将消费者限制在可从少数汽车制造商处获得的有限类别的载具选项上。

发明内容

公开了用于载具和其它运输结构的模块化构造的能实现增材制造的通用架构平台的数个方面。

在本公开的一个方面，一种用于制造载具的方法包括：设计多个定义节点，确定每个定义节点的相对位置，增材制造定义节点，以及在所确定的位置使用定义节点来组装载具。

在本公开的另一方面，一种用于制造多种载具类型的设施包括：处理系统，其被构造成为每个部段设计定义节点并确定每个定义节点的相对位置；至少一个3D打印机，其被构造成增材制造定义节点；以及工作站，其用于在所确定的位置使用定义节点来制造所述多种载具类型中的一种。

在本公开的另一方面，多个在地理上分布的设施被构造成用于制造多种载具类型，每个设施包括：处理系统，其被构造成为载具设计多个定义节点以确定每个定义节点的相对位置；至少一个3D打印机，其被构造成增材制造定义节点；以及工作站，其用于在所确定的位置使用定义节点来制造所述多种载具类型中的一种。

应该明白的是，从以下详细描述中，生产用于运输结构的零件的方法的其它方面对于本领域技术人员来说将变得显而易见，其中通过说明的方式仅示出和描述了数个实施例。如本领域中的那些技术人员将认识到的那样，零件和生产零件的方法能够具有其它的和不同的实施例，并且其若干细节能够在各种其它方面上进行修改，所有这些都不脱离本发明。相应地，附图和详细描述本质上被认为是说明性的而不是限制性的。

附图说明

用于载具及其它运输结构的模块化构造的能实现增材制造的通用架构平台的各个方面将通过附图中的示例且非限制的方式呈现在具体实施方式中，在附

图中：

图1示出了根据一个实施例制造的载具的示例性底体构造。

图2示出了根据一个实施例的具有不同孔眼构造的示例性载具。

图3示出了各种示例性孔眼材料特征的概念光谱。

图4示出了根据一个实施例的分解成六个定义节点的示例性载具。

图5A-C示出了不同的混合动力/ICE载具的三个示例，其内部容积要求可能基于用于适应特定载具的封装容积而不同。

图6示出了根据一个实施例的联接到载具的右侧乘客部段中的相邻部件的定义节点(虚线)的透视截面图。

图7示出了四个示例性产品组合，其可以使用本文中描述的平台来构建，受比如底体配置和载具尺寸的因素来管控。

图8示出了根据一个实施例的联接到载具的轮的定义节点的示例性构造。

图9示出了根据一个实施例由一设施用来制造不同类型的载具的过程的示例性流程图。

具体实施方式

下面结合附图阐述的具体实施方式旨在提供使用增材制造和其它技术生产模块化载具的制造平台的各种示例性实施例的描述，并且不旨在代表本发明可以实践的唯一实施例。贯穿本公开使用的术语“示例性”和“示例”意味着“用作示例、实例或说明”，并且不应该被解释为相对于本公开中呈现的其它实施例是优选的或有利的。详细描述包括目的在于提供向本领域技术人员充分传达本发明的范围的详尽和完整的公开内容的具体细节。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明。在一些情况下，众所周知的结构和部件可以以框图形式示出，或者完全省略，以便避免模糊贯穿本公开给出的各种构思。

组装线是组装汽车、其它运输设备、主要类型的家用电器和电子产品等复杂物品的常见平台。多种类型的部件被制造并用在载具中，其中载具在本文中被广义地解释为包括多种类型的运输结构，比如卡车、火车、摩托车、船、飞机、航天器等。这些部件可以包括“商业现货”(COTS)和定制部件，它们可以在载具内或作为载具的一部分服务于任何一个或更多个功能、结构或美学目的。

本发明公开了一种平台，该平台提供了一种通用架构，其用于使制造商能够构造多种排列的不同载具类型。在本公开的一个方面，具有预期尺寸、形状和特征集合的预期载具类型(例如，掀背车、轿车、SUV等)被选择以进行生产。在设计阶段期间，载具可以被分成多个部段。可以为每个部段确定定义节点。定义节点是可以基于比如所选载具类型的内在尺寸、推进系统类型的约束等因素来定位的区域，并且将在下面进一步讨论。

部分地基于使用所定位的定义节点而测量到的载具的封装容积，可以获取适合载具的类型和特性的多个商业现货(COTS)零件。例如，挤压件、管、面板、推进系统、碰撞结构、仪表板设备和其它必要的硬件可以从一个或更多个供应商处获得或者被构造。COTS载具面板随后可以在工厂根据载具的预期尺寸进行切割。在一个实施例中，载具使用电动载具(EV)推进系统，在这种情况下电池组被获得并与载具底体封装在一起。两个或更多个电马达也被获取以旨在用在邻近载具的需要推进的各个轮的区域中。

定义节点可以是3D打印的，以包括载具的复杂部分，从而包括与多个COTS结构(定义节点被构造成与其对接)中的每一个的对接部/互连部。可选地，附加节点被3D打印，例如，在预期有定制特征的位置。由于该平台经由非设计特定的3D打印机将载具的对接部复杂性转移至定义节点，所以载具组装过程本质上变成了模块化。一般来说，“模块化”构造是由标准化的单元或部段组成的，以易于构造、灵活布置和易于更换部件。定义节点可以在工厂以模块化方式与所获取的商业现货零件组装，从而形成具有模块化特性的载具。

所公开的平台减少或完全消除了在工厂对复杂工具设备或机加工操作的需要。基于平台的架构的模块化本质是可行的，因为载具设计的繁复性可以被结合到增材制造结构本身。剩余零件可以作为商业现货零件而获得，所述商业现货零件通常已经构造成工厂的规格。任何剩余零件都可以在厂内获取或构建，因为这被认为是最有效的。因此，工厂不载需要获取专用于组装单一载具型号的复杂且成本高的工具或其它设备(例如，用于组装复杂对接部，电子器件/电路等)。

此外，增材制造(AM)的灵活性使工厂轻松地将COTS和定制零件与载具节点对接起来，并在必要的情况下对商业现货零件进行最小限度的改进，以满足其规格。工厂为这些任务承受的任何负担通常远小于组装线制造商使用工具和其它不灵活且昂贵的方法来执行类似功能的形成对比的负担，其中后者的载具通常不使用增材制造的优势来构建。组装线制造商在厂内生产修改设备需要潜在的附加费用，以便为所有不同的可行载具设计变换获取更新的定制工具。

因此，该平台可以导致范式转变，这重新限定了潜在制造商的竞争领域。也就是说，该平台的优势不仅适用于全球范围内的主要汽车制造商，也适用于资本有限且运营能力较低的设施。所述平台可以完全或部分自动化。

上述平台消除了对迄今为止已经就位的复杂载具制造基础设施的需要。该平台进一步将制造不同载具类型的能力扩展到运营规模较小的潜在制造商。例如，该平台能允许在一个地理区域内建立多个制造设施。为了说明这种方法的独特优势，考虑了常规的组装线载具制造商。如果该常规制造商有常规工厂，向某个地理区域供应载具，但由于某种原因突然遇到生产问题，载具供应可能会完全停止，这可能会导致严重的不利的资本影响和生产率影响。相比之下，本文公开的平台可以实现建立多个较小占地面积的工厂，每个工厂都迎合特定的地理区域。一家工厂面临的任何问题都不会像传统工厂那样具有同样的负面影响，因为在障碍得到解决之前，同一地理区域或附近的另一工厂可以逐步满足生产需求。因此，该平台实现了汽车制造的分布式生产系统。这种方法使得不同的商业模式看似合理，比如尤其是特许经营或联合开发等。

该平台还使制造商能够在一个区域部署多个小型制造工厂，其中如果需要的话每个工厂都能够制造独特的载具组合。该平台进一步促进了载具的架构的创新，赋予制造商在确定定义节点、选择封装容积和使用增材制造定制零件方面上的灵活性。

上述创新扩展到使用电压(EV)推进系统、内燃发动机系统(ICE)和混合动力系统的载具。通过将增材制造结构与EV系统集成，本文公开的载具架构平台可以大大简化载具设计，显著降低资本支出(“CapEx”)，从而在消除了内燃发动机(ICE)推进系统的实施例中实现更高的载具封装效率，并允许更广泛的用户灵活性。然而，由于平台提供的整体灵活性，应该理解的是，使用ICE推进和混合动力系统的载具同样适用于其它构造。推进系统的类型可能由比如价格和消费者偏好等因素驱动。在某些实施例中，推进系统的类型也可以由政府激励来驱动，所述政府激励针对制造商和消费者以生产和操作具有某种类型的推进系统的载具。由本文公开的通用架构平台实现的在地理上分布载具工厂的能力可以在这些实施例中被证明是有用的。

出于说明的目的，本文的构思是参照汽车提出的，但是本文的架构平台同样适用于其它运输结构的生产和组装，包括汽车、火车、公共汽车、摩托车、地铁系统、船舶、海船、潜艇、航天器等。

总之，该平台为制造商生产不同的载具组合提供了通用架构，而没有常规载具制造技术中的固有限制，其中后者主要依赖于在组装线环境中专门用于生产单个载具型号的工具设备的巨额资本支出。该平台还利用增材制造的灵活性来产生高度可定制和几何多样化的设计，所述设计通常可以在没有昂贵的工具设备并以最少的机加工操作(如果有的话)的情况下生产。

增材制造(也称为三维(3D)打印)在各种制造技术中提供了快速变化的进步。与使制造商在生产载具零件方面受到限制的通常成本高且不灵活的制造技术(铣削、铸造、成型、冲压等)不同，增材制造可以用于制造具有复杂几何构造和复杂对接部的相同部件，但没有附加的成本。使用非设计特定的基于增材制造的基础设施，寻求为不同产品开发新部件而不需要昂贵的工具更新的制造商可以获取3D打印机。相反，制造商可以使用计算机辅助设计(CAD)应用程序为无数种零件设计数据模型。然后，新零件可以进行3D打印，例如，使用基于粉末床融合(PBF)的打印机、DED(直接能量沉积)、或使用替代3D打印技术的其它3D打印机。也可以使用多种其它3D打印技术，这些技术可能与PBF和DED打印技术部分重叠。这些技术包括，例如，立体平版打印术(SLA)、数字光处理(DLP)、层压物体制造(LOM)、粘合剂喷射(BJ)、材料喷射(MJ)等。

在基于PBF的3D打印中，打印材料的连续层(比如金属粉末)被沉积在粉末床区域的基底上。在沉积周期之间，激光或其它能量源使层内选定区域的材料融合并固化。沉积-融合过程逐层地继续，直到打印出3D物体或“构建件”。未融合的粉末随后可以回收。

然而，增材制造在产品制造中的出现，为常规方法提供了一个主要的附加可选方案，而不是一个大规模替代。例如，尽管它有无数的优点，但增材制造需要购买打印材料，并且尤其是当工厂满负荷时，增材制造操作可能需要优先考虑。在这些情况下，购买COTS产品作为与增材制造并行的策略通常是有利的。除了批量生产的潜在成本效益之外，各种各样的COTS产品也无处不在，并且满足各种各样的规格。因此，在一个实施例中，增材制造更经常地被保留用于载具平台的中心方面，包括定义节点(下面讨论)，而COTS产品的广泛可用性和众多竞争的COTS供应商的市场存在为载具制造商提供了可行的选择。增材制造定义节点和COTS产品的组合使载具制造商能够建立多材料结构，这可以有利地设计成制造更轻、更强和高性能的载具。

在本架构的一个方面的初始设计阶段，可以选择载具轮廓，比如轿车、运动型多功能车、迷你汽车或定制轮廓，例如由制造商基于消费者订单开发的。在轮廓被确定之后，或者在确定的同时，可以确定推进方法。例如，可以确定载具是否将包括ICE、EV、混合动力或定制推进系统。

具有迄今为止被确定的特征的载具轮廓可以在CAD或其它合适的应用中被可视地表示。各种商业现货零件可以基于制造商的需要来获取，即基于载具轮廓的确定和消费者所要求的推进方法。制造商可以基于这些零件进行模拟，以确定必要的尺寸和其它因素。例如，COTS面板最初可以从供应商处获取。在一个实施例中，COTS面板在厂内切割以符合载具轮廓。在需要对载具设计进行进一步的尺寸分析的情况下，面板切割可以被推迟直至合适的时间。此外，在选择电动载具推进系统，还可以购买COTS电池组。电池组可以在组装之前单独封装，以便最终插入在载具底体(见图1、2)中。将理解的是，许多步骤的次序，比如上述商业现货零件的获取和组装，在实际实践中可能不同，并且本文描述的其它步骤可以在不同的实施方式中首先执行。

通过将增材制造结构与EV系统集成，本文公开的载具架构平台和实施例简化了载具设计，减少了资本支出支出，实现了更高的封装效率，并允许更广泛的用户灵活性。结合这些和其它优点的示例性构造在下面的图示中示出。

图1示出了根据一个实施例制造的载具的各个部段的示例性底体构造。图2示出了根据一个实施例的具有不同孔眼构造的图1的载具的示例性侧视图。图3示出了在图1和2的载具中使用的各种示例性孔眼材料特征或纹理的概念光谱。

图1的底体构造包括前碰撞结构104、前拐角“转向”节点106、后拐角“驱动”节点110、后碰撞结构112、后舱114、前舱102和地板结构108。底体的相反侧包括类似的节点、碰撞结构等，并且从具体引用中省略，以避免过度模糊本公开的构思。轮由120(1)-(4)表示。电池组和相关电子器件也可以被包括在底体构造中。在一个实施例中，电池和/或电马达可以紧凑地定位在底体区域下方并邻近轮以及A柱和C柱(见图2、图8)。这种紧凑的构造可以有利地在基于EV(电动)的实施例中提供附加的容积(见图8的附图标记2510以及相关文本)或者乘员和货物。与包括可能占据大量容积的发动机变速器、散热器、涡轮增压器、机械增压器和动力总成的内燃发动机(ICE)不同，电动载具推进系统可以以更简单的方式实施，并且在一些实施例中，EV推进只需要包括电马达、电池组以及电气互连与控制电路，它们中的每一个都可以在载具的相应侧并邻近下方的底体区域紧凑地布置在前、后四分之一节点216、208(图2)中。

然而，无论使用ICE、EV还是混合动力推进系统，组成这些系统的零件比如电马达、电池组和分布在载具内的相关电路都可以在一个实施例中作为商业现货零件而获取。因此，常规平台的使用排除了制造商在工具和机加工设备上投资资本支出以从头组装这些结构的需要。图2中的某些零件(比如挤压A柱上部218)是弯曲的定制挤压件，其可以根据制造商提供的规格从供应商处获取，可以是3D打印的，或者可以作为比如碳纤维零件等商业现货零件获取。如果在某些实施例中有必要，制造商可以在厂内修改商业现货零件。

图1和2所示的绝大多数部件是商业现货零件，其中主要例外在于节点。例如，根据载具的类型和构造，区域216包括3D打印的前四分之一节点。该节点可以部分地通过参考图3中描述的3D金属纹理302并再次参考图2的216和208来得到可视化。该节点可以与A柱下部(也在区域216中)对接，其进而过渡到前碰撞结构104(图1)中并且还为悬架、转向件、电马达、仪表板、脚部空间、上部结构、铰链、门开度限位前储物箱、边梁挤压件和门密封件(统称为区域216)提供附接部。因此，平台架构产生影响以有利于制造商从供应商处获取这些零件作为商业现货零件(一旦它们基于设计目标被适当地确定)，并3D打印节点以与商业现货零件恰当地对接。

在一些实施例中，节点可以具有附加的特征和结构来实现特定功能。例如，一些节点可以包括独特的几何构造或材料成分，以用于处理载具的不同载荷支承区域。这些几何构造可以包括网格、蜂窝和其它类型的图案化结构。节点还可以包括一个或更多个通道，用于将粘合剂、密封剂或负压(真空)引送到一个位置以及从一个位置引送到另一位置。在其它实施例中，多个节点可以被共同打印并且彼此邻近地定位在载具的预期部分中。

节点可以将电子电路或润滑剂从一个结构(例如管)引送到另一结构(例如齿轮箱)。节点实现这些功能的灵活性很大程度上源于当前平台所基于的3D打印机的非设计特定性质。例如，使用计算机辅助设计(CAD)程序，可以生成3D节点的定制呈现，并将其设计为包括独特的形状、对接部和其它细节。CAD模型然后可以被切片以提原始3D结构的供基于软件的层。切片模型和打印指令然后可以被提供给3D打印机。例如，在粉末床融合(PBF)打印机中，切片在打印机腔室中作为粉末层连续沉积在基底上。一个或更多个激光器或其它能量源可以基于定制指令选择性地融合每个层或切片，以渲染设计的节点。

节点可以是非定义节点，也可以是定义节点。下面更详细地描述定义节点。非定义节点为不是定义节点的任何节点。例如，参考图2中的附图标记220，其中该结构是3D打印的B柱至轨道并且其由此将B柱连接到上部轨道和顶篷，该增材制造结构在一个实施例中为非定义节点，其功能是对接各种COTS的互连部。

再次参考图1，104先前被指为前碰撞结构。邻近前碰撞结构的是前舱102。在载具的相反侧的是后舱114，其例如可以用于货物。后碰撞结构112在后舱114的每一侧(类似于前碰撞结构104，因为前碰撞结构设置在前舱102的每一侧)。前拐角“转向”节点106就在前轮后方。地板结构108占据了底体的大部分。后拐角“驱动”节点110占据了右前轮内的地板结构的外围。

参考图2的侧视图，区域216如所指出那样包括A柱下部以及电子器件、转向件、悬架和电马达等。挤压的前边梁214可以是简单的、直的定制挤压件，其附接到地板以及A柱和B柱。B柱下部节点212附接到边梁、地板和上部车身结构。挤压的后边梁210是一种简单、直的定制挤压件，其附接到地板以及B柱和C柱。在一个实施例中，3D打印的后四分之一节点208包括C柱下部，其过渡到后碰撞结构112的(见图1)，并为悬架、邻近其轮的电马达、上部结构、门闩锁、后储物箱、边梁挤压件和门密封件提供附接部。

图3包括匹配纹理，用于确定图1和2的各种结构的材料。例如，302是3D金属打印的，304是高强度塑料，306是低强度、低成本加工材料，而308是商业现货。

增材制造是一种有价值的资源，并且其使用是优先的；因此，利用商业现货零件意味着可以有效地管理3D打印机上的任何优先级应激状态。在一些实施例中，增材制造零件的质量和材料消耗可以通过在设计中包括商业现货零件来得到最小化。COTS元件也可以是便宜且容易获得的。COTS元件通常具有公知的几何构造，其拥有易于取得的规格。因此，在可行的情况下，COTS元件可以理想地与增材制造结构一起结合在制造平台中。

COTS元件的使用也消除了原本在厂内生产和组装这些结构所需的机械和人力的资本支出。该平台在一定程度上取决于制造商可行地且及时地生产各种型号的能力。因此，获取商业现货零件减少了在厂内构建相同零件所带来的资本支出，从而使COTS选项总体上可取。在一个实施例中，某些商业现货零件可以被获取并修改为提供定制设计。

增材制造还提供模块化过程，其具有限定和构建复杂且高效的对接特征的能力，所述对接特征在模块之间限定隔断。这些特征可以包括凹陷、榫槽轮廓、粘合剂、螺母/螺栓等。实施在载具中使用的模块化设计的另一个优点是易于维修。模块化设计确保容易接近载具中的几乎任何部件。在碰撞的情况下，受影响的模块化区块可以被更换。区块也可以与其它区块或结构共同打印，以节省组装时间。这些区块可以进一步包含原位扫描和观察，以确保模块的精确连结和修复。

使用模块化设计方法，增材制造载具可以被组装为经由用于将部件附接在预期过渡处的良好定义的互连手段而集成在一起的3D打印部件和非打印部件(包括COTS部件)的集合。可以添加和移除个体部件，而不需要改变载具中的其它部件。配合剩余的非定义节点使用如下所述的定义节点实现了使用该平台构建的载具的模块化。

此外，模块化设计和组装方法使灵活的制造单元可以被构造用于组装。优点包括在组装期间减少对固定装置的依赖(最终完全消除)，与传统组装线相比更小的组装单元占地面积等。

在一个实施例中，载具部段的数量可以等同于轮的数量，尽管这不是必须的，并且其它考虑方案可以决定更多或更少数量的部段更加合适。例如，在四轮载具的情况下，制造商可以选择分解成四(4)、六(6)个部段。每个部段都可以包括一个或更多个增材制造的零件，其可以被构造成与商业现货零件对接，所述商业现货零件包括例如悬架、轮、电马达、防撞梁、柱和底盘构件。因此，在该过程的这个阶段中，制造商可能会考虑并确定可能将驻留在部段中的不同COTS结构，以及这些结构将如何与哪些零件互连。利用这些初步的信息，制造商可以进一步确定可以需要什么功能和几何结构来适应相关部段中的那些互连部中的每一个。

此外，制造商可能还需要考虑其它因素，其包括部段的各零件中的预计温度/压力、根据预计载荷估计的结构完整性和载荷支承能力、碰撞规格、材料属性、载具设计中的薄弱点和坚固点以及其它因素。有了这些信息，制造商可以对于一部段确定最佳结构或者子结构的集合，其可以根据确定的载荷和其它要求适应所有的必要互连部。从该分析中获得的信息可以用在该部段的增材制造节点的组装中。

此外，如以上指出的，电池组可以放置在载具底体或地板中。因此，汽车的机罩区域可以被有效地清出来以用于其它用途。类似ICE发动机、变速器等，电动载具推进系统(比如电池、马达、配线)可作为COTS构件而取得，并且必要时可以简单地与增材制造结构和其它相邻COTS构件集成。在这些情况下，增材制造结构可以以容易容纳这些EV部件的方式制造。例如，为了匹配特定电动载具商业现货零件的几何构造和对接部，比如用于连接到载具的一组突起，对应的增材制造结构可以打印有完美对准的孔眼以接收突起，使得零件可以容易地集成在一起。将电动载具推进系统结合到平台中因此具有显著的优势。因此，对于使用电动载具推进系统的实施例，该平台通过提供更多可用容积而赋予制造商在载具设计中的显著灵活性。此外，零件可以被快速获取和组装，并且增材制造的可用性以及商业现货零件的无处不在性意味着推进系统不必再成为载具制造的重要约束。

定义节点。定义节点之所以如此称呼，是因为它们定义待制造的载具。在一个实施例中，定义节点的位置可以由载具的内部容积要求来确定。例如，与大型轿车或SUV相比，在小型掀背汽车中，定义节点可能间隔更近(由于其小尺寸)。相反，在SUV中，对于沿着载具的一侧的节点和相反侧的节点来说，节点分隔更远。定义节点可以沿着载具的周边放置，以使制造商能够控制载具的内部容积。平台对定义节点的使用有利地消除了对载具零件的用于确定内部容积的昂贵加工的需求以及由这种前述努力而带来的资本支出。

一旦如上所述确定了位置，就可以增材制造定义节点，并且使用上述信息和分析，可以将增材制造节点独特地构造为与COTS悬架部件、电马达、防撞梁、侧防撞梁、柱以及限定底盘和内部封装容积的其它面板或元件对接。底体(图1)还可以包括COTS面板，其可以在工厂被切割成所需尺寸。为电动载具供电的电池可以被封装并放置在常见的底体架构中，其被构造成与定义节点对接。复杂结构可以被增材制造，以受益于增材制造的非设计特定的制造能力。增材制造零件的质量和材料消耗可以通过利用COTS元件来得到最小化。增材制造载具的某些部段有利于模块化构造和组装。

图4示出了使用上述原理确定的具有六个定义节点(401至406)的载具的示例性布局。使用定义节点的构思，载具可以被分解成多个部段。因此，使用图4作为示例性实施例，待制造的载具可以被划分为六个部段401-406。在EV推进的情况下，每个部段可以包括增材制造零件，其可以构造成与悬架、轮、电马达、防撞梁、柱和底盘构件对接。如以上讨论的，将电动载具推进系统与增材制造结构相集成，可以显著降低制造载具的资本支出和复杂性。如已指出的，电马达可以紧邻增材制造节点放置。电动载具推进系统(例如电池、马达、配线等)可以作为COTS构件来取得并与增材制造结构和其它COTS结构集成。

在图4的实施例中，四轮载具被分解成六个定义节点。这种架构类似于图1和2的实施例中的载具，其也使用六个定义节点。例如，在图2的侧视图图示中，B柱下部节点212是定义节点。再次参考图1，节点1和2以及5和6毗邻相应的轮槽。节点3和4与两侧的前门和后门之间的柱区邻接。

再次参考图4，定义节点位置可以由载具的内部容积要求来确定。例如，在图4的六节点载具中，定义节点的间距可能是介于较小的掀背汽车和较大的运动型多功能车之间的某个值。

在实践中，定义节点401-406可以整合各种功能，或者将类似功能分配在不同部段中。在一示例性实施例中，定义节点包括连接在一起的多个增材制造的子结构。每个子结构都可以专用于特定的对接部或功能。例如，定义节点401和402可以将流体和电路引送到其它COTS或增材制造零件或从其它COTS或增材制造零件中引送出。定义节点可以发挥附加的和不同的功能。例如，定义节点可以包括网格结构，以基于例如六部段载具预期在一段时间内承受的预计载荷来最大限度地增加强度-重量比。定义节点401-406或其一些部分也可以在几何构造上设定形状为向与其对接的镶板提供进一步的支撑并承受结构载荷。在一些实施例中，定义节点可以包括两个或更多个共同打印的子结构节点，每个子结构节点用于根据预期构造与相同或不同的元件对接。

任何定义节点401-406可以使用不同的方法连接到载具。在一个实施例中，3D打印的节点附接到底体面板或地板结构。定义节点(例如401、402、405、406)也可以连接到前碰撞结构和后碰撞结构。相同的四个定义节点也可以联接到悬架部件，比如控制臂和撑条。如以上指出的，定义节点还与许多或大部分商业现货零件对接，所述商业现货零件将驻留在与定义节点相关联的特定部段中。

从图4的图示中可以明显看出，一旦定义节点已就位，就知道了载具的内部容积，并且明确限定了附加结构的相对位置。所有其它面板和零件然后可以相对于已知的定义节点401-06定位。正是是因为大部分或所有这些零件都取决于定义节点的定位，所以该因素在载具的初始构造阶段可能特别重要。因此，在附加实施例中，平台可以采用专用的自动化系统来校准和固定定义节点相对于彼此的位置。在某些实施例中，机器人或其它自动构造器可以用于此目的。一旦定义节点被固定在组装固定装置上，并且它们的位置被测量为在预定的置信度之内，载具的剩余部分就可以作为一组模块化区块得以组装。该组装可以是手动的，或替代地，它可以部分地或整体地是自动的。

虽然平台的一些实施例可以指示首先执行定义节点的设计和定位，但是在涉及电动载具推进系统的其它实施例中，可以首先组装电池组。然而，一般来说，定义节点的设计和准备是优先的，因为在这些节点被定位和固定之后，大多数剩余任务都趋于就位。

用于连接到定义节点的面板和结构通常需要为了精度而进行机加工。该平台的一个显著优点是机加工任务可以由COTS供应商执行，而不是载具制造商。因此，制造商可以不必花费大量资本支出来为这些任务所需的工具提供资金。

在制造混合动力/内燃发动机(ICE)载具的情形中，内部容积要求可能会考虑封装容积，以容纳ICE、变速器、驱动轴和在混合动力或ICE设计上独特的或更明显的其它部件。图5A-C示出了不同载具的三个示例，其内部容积要求可能基于用于适应特定载具的封装容积而不同。特别而言，图5A代表一种基于ICE的载具，其具有纵向前发动机和后轮驱动。图5B代表具有横向发动机和前轮驱动的混合动力载具。图5C代表具有横向发动机的混合动力前轮驱动载具。在比如图5A-C中的制造混合动力/ICE载具的情形中，内部容积要求可能会考虑封装容积，以容纳ICE、变速器、驱动轴和其它部件。

图5A-C的说明性示例示出了平台架构的许多或大部分优势也扩展到ICE和混合动力构造。虽然容纳发动机通常需要附加的容积，但不同构造可以在其它区域中节省容积。例如，在使用前轮驱动的情况下，图3A的驱动轴可以被取消。前发动机、混合动力发动机和横向发动机之间的发动机尺寸也可能有所不同。使用定义节点和增材制造来构造这些载具的平台架构的应用是独特的，并且为建立不同载具的大型组合增加了许多相同的优势。

定义节点可以包括连接到多个零件的连接对接部。例如，定义节点本身可以分解成多个部件并相互连接。定义节点可以利用通过粘合剂实现的节点对面板连接特征来连接到仪表板和地板面板。节点可以使用机械紧固件连接到碰撞结构(前碰撞轨)，所述机械紧固件可以包括螺母、螺栓、螺钉、夹具或更复杂的紧固机构。节点可以利用粘合剂连接件、机械紧固件或两者的组合来连接到挤压件。增材制造定义节点能允许平台在打印完成时在不需要任何机加工或者需要最少机加工操作的单个制造操作中建立优化结构。

图6示出了根据一个实施例的联接到载具中的相邻部件的定义节点(总体上以虚线或环形虚线示出)的透视截面图。图6特别示出了载具的右前(乘客)截面，其中货物区在前部代替前内燃发动机。如上所述，该平台提供了确定并增材制造载具的基础区块(定义节点)633的能力。在图6中，可以看到包括杂物箱的整流罩/IP电枢面板604直接连附到定义节点633。在该实施例中，A柱上部602由成型挤压铝制成。A柱上部602限定了门部分的周边，延伸到顶篷，并且联接到更靠近载具边缘的定义节点633。地板面板截面616可以限定地板的整个区域或相当大的区域，并且可以以直接方式连接到定义节点633，例如使用具有粘合剂的节点对面板连接件。该实施例中的地板和仪表板是蜂窝夹层面板，其是常见的商业现货零件。

前碰撞轨620联接到定义节点633，前货舱624也是如此。在一个实施例中，前碰撞轨620由挤压铝构成。机罩密封凸缘637是竖直凸缘，其沿随前货舱624的顶部。撑条塔635是定义节点633的一部分，并且与前货舱624和机罩密封凸缘635对接。定义节点633还包括节点材料减少面板618，其可以是复合蜂窝夹层面板。仪表板614以截面示出，并且也可以是蜂窝夹层面板。

整流罩/IP电枢面板604可以与定义节点633的竖直部分对接。还示出了前四分之一节点606，其在该实施例中是定义节点633的一体部分，并且与该定义节点共同打印。邻近前四分之一节点606的是门密封凸缘608。朝向图的后部的是边梁610，其可以由挤压铝构成。边梁包层612连接到边梁610。在一个实施例中，边梁包层可以使用低成本加工来构造。

图6的定义节点633在本质上是代表性的，并不旨在限制本公开的范围。例如，在其它实施例中，连接到定义节点633或以其它方式与定义节点相关联的这些部件中的许多可以被获取为商业现货零件，或者替代地，它们可以被3D打印。在许多情况下，蜂窝夹层面板可以根据制造商的规格在供应商的设施进行切割和机加工。在又一些其它实施例中，不同的零件可以与定义节点633共同打印。此外，机加工和其它常规技术在构造比如边梁包层612等部件中仍然可以发挥作用，尽管通常是更有限的作用。一般来说，使用本文公开的平台，可以设想大量不同的构造和实施例，所述构造和实施例主要依赖于3D打印的定义节点和商业现货零件。

简而言之，一旦制造了节点，COTS面板、挤压件、管和其它零件就可以按照逻辑连接以形成与节点的对接。基于节点的模块化构造方法提供了实现多材料连接的能力，这对于满足汽车和其它复杂运输结构的强度-重量指标至关重要。此外，通过利用包括隔离器的节点来间隔并防止相异材料之间的物理接触，可以在被连接的电不相容材料之间提供电隔离。

该平台实现了用于制造多种载具的通用架构。该平台可以包括增材制造的定义节点，其可以与电动载具/混合动力总成部件、管、挤压件、面板、顶篷结构和其它部件组装。此外，该平台实现了乘员和货物的可用内部容积的最大化。通过利用定义节点并控制它们的位置，由单一平台实现的庞大产品组合是可能的。如以上指出的，所述平台还实现了建立更小占地面积的工厂来制造载具的整个组合。由于该平台依赖于增材制造和COTS元件之间的结合，其中常规制造技术的使用可能有限(如果有的话)，因此它可以实现在感兴趣的地理区域建立分布式生产单元，其被构造成并行运行，不受常规载具组装线上普遍存在的生产暂停的影响。

图7示出了不同的产品组合，其可以使用本文描述的平台来构建，受比如底体配置和载具尺寸等因素来管控。图7特别示出了通过选择和定位增材制造定义节点而变得可能的四种不同类型的载具。图7中的载具排列成四列三行。每一列代表单个载具的三个不同视图。列708示出了中型尺寸的运动型多功能车(SUV)。列710代表大型轿车。列712代表小型自动驾驶出租车。列714代表大型SUV。行706示出了列中每个相应的载具的底体。类似地，行704示出了每个这种载具的俯视图。行702示出了每个载具的侧视图。

应该注意的是，所示的四个载具是可以使用当前平台实现的不同可能载具构造的非常小的代表。制造商不再由于常规组装线途径中的固有限制而受限于生产单个型号。在其它实施例中，大型厢式车和多人运输工具可以使用本文描述的平台来组装。在又一些其它实施例中，通过相应地定位定义节点，可以使载具非常宽、非常窄、长、短、高、低、或者处于这些参数的任何一个或全部之间的某处。

图8是在转向/驱动构造中联接到轮的定义节点的代表性示例。空间2510是储物箱，并且代表了通过明智地封装EV元件而节省了用于货物的空间。蜂窝夹层面板2508被示出为延伸到接收构件2512中。节点2506的本体在一侧联接到前挡泥面板2502。在该实施例中，节点2506的下部部分联接到具有集成电驱动的麦弗逊撑条悬架2504。可以看到电马达2514被紧凑地封装在底体中，并且封装在节点2506附近。根据载具的类型、推进的机构等，其它实施例同样是可能的。

图9示出了根据一个实施例由一设施用来制造不同类型的载具的过程3100的示例性流程图。如本文所使用的，设施是工厂，无论是自足式的还是作为建筑物中的单独位置。所述设施可以小如一个房间，或者替换地，它可以是具有多个工作站的更大且更复杂的设施或仓库。如本文中使用的，工作站是组装载具或其它运输结构的位置。工作站可以包括或者可以不包括自动机器人以及一个或更多个3D打印机。工作站可以简单地是一个房间，该房间具有正在组装载具的位置(例如载具保持结构或平台)。在载具正在组装时，工作站可以使用或可以不使用支架、或者水平或竖直单元来稳定该载具。在更复杂的实施例中，工作站可以由机器人或其它自动化建造器来服务。工作站可以包括一个或更多个3D打印机。替代地，3D打印机可能在不同的房间。工作站可以具有储存商业现货零件的区域和用于制造定制零件或者加工零件的设施。例如，工作站可以包括用于挤压载具的铝柱的挤压机。在其它实施例中，库存和制造设备可以处于另一位置。简而言之，设施和工作站旨在被广义地解释，并且大量的替代构造是可能的。

设施可以包括或者可以不包括中央控制器。设施通常包括各种类型的计算机和控制器(在本文中统称为处理系统)，设计工程师和其他工作人员被指派以在计算机辅助设计(CAD)软件或任何其它软件中执行设计工作。处理系统可以包括或可以不包括多个计算机、服务器、工作站和/或手持装置，它们中的任何一个或全部都可以通过某种类型的网络连接。在更复杂的构造中，中央控制器可以被用来部分地或以其它方式自动化该设施中的活动。在这种实施例中，中央控制器可以被构造成指导不同装置的动作，所述装置包括机器人、在该设施处使用的用于移动零件的库存运输载具和/或3D打印机。在更简单的实施例中，处理系统可以不包括中央控制器或服务器，但是可以包含一个或更多个PC或工作站。在其它实施例中，处理系统包括专用硬件部件，比如现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)等。一般来说，如本文中使用的，处理系统是指耦合到储存器的一个或更多个处理器，其用于执行计算机算法，以达设计和构建如本文中描述的载具的目的。处理系统可以包括与3D打印机相关联的电子器件。处理系统可以但并非必须包括一个或更多个通用计算机。在一个实施例中，处理系统在其范围内包含在设施处使用的软件和固件，其包括CAD算法和其它设计软件。处理系统可以包括用于例如在更复杂的设施中操纵固定装置和操作组装单元的软件。

现在参考图9，在步骤3102，设施使用如上所述的处理系统，以部分地基于要制造的载具类型来设计载具的多个定义节点。它们可以包括SUV、轿车、厢式车、小型厢式车、跑车、货车、卡车、皮卡、越野车等。在这些和其它分类中，可以指定不同的尺寸、形状、型号和构造。可以包括或排除不同的附件、选项和包装。可以包括航空器，即通过简单地将定义节点定位在适当的位置，比如举例来说邻近机翼、尾翼和机身，如本领域技术人员基于对本公开的审查所知的那样。

在步骤3104，处理系统(或者更确切地说，经由处理系统进行设计工作的个体)基于正在制造的载具类型的内部容积要求来确定每个定义节点的相对位置。因为定义节点的相对位置是使用定制的或现成的软件或类似技术来限定的，所以可以在很大程度上或者完全消除现有汽车制造商使用的复杂工具和昂贵的机加工操作的需求。

在步骤3106，增材制造定义节点。该操作可在设施处进行。替代地，所述设施可以向承包商、合作伙伴或其它实体提供CAD文件或SLA文件(或其它3D打印规格)，以代表所述设施执行3D打印。在一个实施例中，设施包括一个或更多个3D打印机。定义节点是被精确地3D打印的，从而包括对商业现货零件、挤压零件、面板和其它硬件的定制对接部。此外，3D打印机可以可选地用于打印载具的非定义节点，以及其它定制零件。商业现货零件通常可以从供货商那里廉价获取，但在某些情况下，它们可以被3D打印，或者以其它方式使用常规技术在设施处构建。

在步骤3108，设施可以构建或获取其它定制零件，比如挤压铝零件(或其它材料)、夹层面板、碰撞结构、电子配线、电马达、电池、发动机、机罩等。这些零件可以是定制形成的、3D打印的、廉价加工的或者从供货商处购买的。在一个实施例中，这些零件中的大多数都是商业现货零件并且如此获取。它们随后被设计成与载具的各个零件对接，所述各个零件包括经由增材制造定制而得的与该设备对接的定义节点和非定义节点。面板可以由供应商按照规格进行模制、冲压、3D打印或以其它方式获取并机加工。通常，这些步骤使得许多高精度机加工变得过时或由第三方执行。夹层面板可以在厂内制造或者被获取并切割，以与制造商的节点对接从而形成载具底体和其它结构，比如仪表板。这些示例并非穷举，并且其它构造也可以同样适用。

在步骤3110，使用定义节点组装载具。可以制造独特的载具类型。此后，可以在同一工作站制造不同的载具。

在一个实施例中，制造商可以具有两个或更多个设施或者大量的设施，其分布遍及通常不同的地理区域。每个设施可以被构造成使用与上述类似的技术来设计并制造载具。这种技术的一个优点是，如果一个设施遇到某种意外的障碍(例如处理系统中的错误、打印机故障、工作订单溢出等)，那么理想地可以委托另一个设施来代表具有障碍的设施构建载具。这种做法与主要载具和航空器制造商的单一组装线形成对比，所述制造商在遇到此类障碍的情况下，除了在适用的情况下在组装线上对障碍进行纠正或等待障碍消失之外，通常比较无助。

前面的描述被提供来允许本领域中的任何技术人员实施本文中描述的各个方面。对于本领域的技术人员来说，对贯穿本公开呈现的实施例的各种修改将是显而易见的，并且本文中公开的构思可以应用于使用定义节点定制化组装载具的其它技术。因此，权利要求书并不旨在限于贯穿本公开给出的示例性实施例，而是应被赋予与权利要求语言一致的全部范围。贯穿本公开所描述的示例性实施例的要素的对于本领域的普通技术人员而言是公知或今后将公知的所有结构和功能等同物均旨在被权利要求书所包含。另外，本文公开的任何内容都不旨在贡献给公众，不管这种公开是否在权利要求书中明确记载。权利要求要素不得根据35U.S.C.§112(f)的规定或可适用司法管辖区中的类似法律来解释，除非元件使用短语“用于...的器件”来明确记载，或者在方法权利要求的情况下，要素使用短语“用于...的步骤”来记载。