本公開整體涉及三維(3d)打印技術(shù)，并且更具體地涉及3d打印柔性支撐裝置。

背景技術(shù)：

由于3d打印(亦稱作添加制造)的到來和最近發(fā)展，以前使用傳統(tǒng)技術(shù)和材料制造的不計其數(shù)的結(jié)構(gòu)已經(jīng)使用3d打印技術(shù)復制。制造商已經(jīng)表明，3d打印可以用于實際上制造任何類型的產(chǎn)品，從簡單的家居用品到復雜的工業(yè)部件，最終到人類器官。甚至最近已經(jīng)使用3d打印系統(tǒng)制造了車輛。

值得注意的是，傳統(tǒng)制造的產(chǎn)品與3d打印產(chǎn)品之間的結(jié)構(gòu)性差異通常實際上是不能輕易察覺到的。然而，某些特性難以使用3d打印工具來重現(xiàn)。一個明顯的示例包括柔韌性，就座椅(或靠墊、枕頭、床墊等)而言，柔韌性可以為用戶提供舒適性。傳統(tǒng)而言，泡沫，諸如聚氨酯已被傾倒并模制成期望的形狀，并且在發(fā)泡過程期間形成了柔性結(jié)構(gòu)，其中發(fā)泡過程同時提供柔韌性和支撐。在另一方面，3d打印物體相比于泡沫填充結(jié)構(gòu)，通常感覺相對剛性。由于座椅的舒適度是影響用戶是否可以或者樂于坐在該座椅上延長的時間段的重要特征，因此為了使此類產(chǎn)品被顧客接受，需要用于生產(chǎn)柔性的3d打印支撐裝置的技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開提供用于制造3d打印柔性支撐裝置的技術(shù)，其中3d打印柔性支撐裝置模仿泡沫支撐裝置的結(jié)構(gòu)。3d打印柔性支撐裝置利用帶有預定義特性的可重復v型彈簧元件，其中預定義特性允許設計者控制結(jié)構(gòu)或甚至結(jié)構(gòu)的某些區(qū)段的堅固度或滯后性程度。v型彈簧元件可以根據(jù)預定義陣列形狀分成各個陣列，并且陣列可以與其他陣列組合以形成陣列網(wǎng)格。在整個陣列網(wǎng)格中，單獨v型彈簧元件的特性，諸如尺寸、形狀、材料等可以不同以實現(xiàn)系統(tǒng)的阻尼效果，即在卸荷之后的逐漸形狀恢復，而不是簡單的彈簧或“蹦床”效果，其導致舒適性降低?？梢杂?d打印技術(shù)重復的v型彈簧元件的使用使結(jié)構(gòu)容易根據(jù)預定義體積(使用(例如)計算機輔助設計(cad)工具生成的3d模型)成型?？梢灶A期，本文所述的3d打印的支撐裝置可以用于期望有(例如，以替換泡沫)柔性層，包括座椅、枕頭、床墊、任何類型的靠墊等的無數(shù)應用。

根據(jù)本公開的實施例，一種用于形成3d打印柔性支撐裝置的方法包括：使用3d打印系統(tǒng)生產(chǎn)v型彈簧元件的陣列，每個陣列包括附接到彼此并且布置成預定義陣列形狀的多個v型彈簧元件，并且每個v型彈簧元件具有預定義的堅固度或滯后性特性；使用3d打印系統(tǒng)將v型彈簧元件的陣列布置在至少一個二維(2d)陣列網(wǎng)格中，使得每個陣列的至少一個v型彈簧元件附接到至少一個相鄰陣列的v型彈簧元件；以及根據(jù)預定義的體積對至少一個陣列網(wǎng)格成型，以形成支撐裝置。

方法還可以包括：使用3d打印系統(tǒng)形成多個陣列網(wǎng)格；以及使用3d打印系統(tǒng)垂直地堆疊多個陣列網(wǎng)格，使得每個陣列的至少一個v型彈簧元件附接到定位在上方或下方的至少一個陣列的v型彈簧元件。

方法還可以包括：使用3d打印系統(tǒng)生產(chǎn)v型彈簧元件的陣列，使得包括在每個陣列中的多個v型彈簧元件從預定義陣列形狀的中心軸線徑向延伸。

另外，每個v型彈簧元件可包括具有第一端和相對的第二端的兩個臂，所述兩個臂在第一端處附接，臂從它們相應的第一端朝向它們相應的第二端相對于彼此成角度地延伸。鑒于此，方法還可以包括：使用3d打印系統(tǒng)生產(chǎn)v型彈簧元件的陣列，使得包括在每個陣列中的多個v型彈簧元件從預定義陣列形狀的中心軸線徑向延伸，在給定陣列中的每個v型彈簧元件的相應第二端位于中心軸線上。在給定陣列中，其中的v型彈簧元件的第二端可在中心軸線上附接到其中的其他v型彈簧元件的第二端。另外，在給定陣列中，其中的v型彈簧元件的第一臂的第二端可在中心軸線上附接到其中的其他v型彈簧元件的第一臂的第二端，并且其中的v型彈簧元件的第二臂的第二端可在中心軸線上附接到其中的其他v型彈簧元件的第二臂的第二端。另外，在給定陣列中，其中的v型彈簧元件的第一端可以附接到在陣列網(wǎng)格中的至少一個相鄰陣列的v型彈簧元件的第一端。類似地，在給定陣列中，其中的v型彈簧元件的第一端可以附接到在陣列網(wǎng)格中的多個相鄰陣列的v型彈簧元件的第一端。

另外，預定義陣列形狀可為六邊形。預定義體積可以是使用計算機輔助設計(cad：computer-aideddesign)技術(shù)定義的3d模型，并且預定義體積可以被成型為座椅底盤(seatpan)。

方法還可包括：定義給定v型彈簧元件的堅固度或滯后性特性；以及使用3d打印系統(tǒng)根據(jù)定義的堅固度或滯后性特性來生產(chǎn)v型彈簧元件。鑒于此，在給定陣列中的第一v型彈簧元件的堅固度或滯后性特性可以與在給定陣列中的第二v型彈簧元件的堅固度或滯后性特性不同。另外，第一陣列的總體堅固度或滯后性特性可以與相鄰于第一陣列的第二陣列的總體堅固度或滯后性特性不同。甚至另外，陣列的第一區(qū)段的總體堅固度或滯后性特性可以與相鄰于第一區(qū)段的陣列的第二區(qū)段的總體堅固度或滯后性特性不同。

方法還可包括：定義給定v型彈簧元件的尺寸、形狀、或材料，以實現(xiàn)期望的堅固度或滯后性特性；以及使用3d打印系統(tǒng)根據(jù)定義的尺寸、形狀、或材料來生產(chǎn)v型彈簧元件。另外，方法還可包括：定義給定v型彈簧元件的寬度或給定v型彈簧元件的厚度，以實現(xiàn)期望的堅固度或滯后性特性；以及使用3d打印系統(tǒng)根據(jù)定義的寬度或厚度來生產(chǎn)v型彈簧元件。定義的寬度或厚度可以是指給定v型彈簧元件的中心部分，并且在中心部分處的定義的寬度或厚度可以分別與在給定v型彈簧元件的端部處的寬度或厚度不同。方法還可包括：提供用戶界面，以允許用戶選擇給定v型彈簧元件的堅固度或滯后性特性；以及使用3d打印系統(tǒng)根據(jù)選擇的堅固度或滯后性特性來生產(chǎn)v型彈簧元件。

另外，方法還可包括：根據(jù)預定義體積的大小對至少一個陣列網(wǎng)格成型，使得至少一個陣列網(wǎng)格配合在預定義體積內(nèi)。

此外，根據(jù)本公開的實施例，一種三維(3d)打印的柔性支撐裝置包括：使用3d打印系統(tǒng)生產(chǎn)的v型彈簧元件的陣列，每個陣列包括附接到彼此并且布置成預定義陣列形狀的多個v型彈簧元件，每個v型彈簧元件具有預定義的堅固度或滯后性特性。使用3d打印系統(tǒng)將v型彈簧元件的陣列布置在至少一個二維(2d)陣列網(wǎng)格中，使得每個陣列的至少一個v型彈簧元件附接到至少一個相鄰陣列的v型彈簧元件，以及至少一個陣列網(wǎng)格被根據(jù)預定義體積進行成型。

附圖說明

通過結(jié)合附圖參考下面的描述，本文的實施例可以被更好地理解，在附圖中，相似的附圖標記指示相同或功能相似的元素，其中：

圖1示出與根據(jù)本公開實施例的示例性3d打印柔性支撐裝置形成對比的傳統(tǒng)泡沫結(jié)構(gòu)；

圖2a至圖2c示出使用用于構(gòu)造3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)的3d打印系統(tǒng)生產(chǎn)的示例性v型彈簧元件的各種視圖；

圖3a至圖3d示出各種陣列形狀的示例性v型彈簧元件陣列的平面圖；

圖4a至圖4f示出示例性的六邊形v型彈簧元件陣列的各種視圖；

圖5示出示例性用戶界面，其包括用于定義3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)的堅固度和滯后性特性的輸入方式；以及

圖6a至圖6d示出用于將v型彈簧元件的陣列網(wǎng)格成型為預定義的體積，以便形成3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)的示例性步驟。

應注意，上面提到的附圖未必按比例繪制，其代表說明本公開基本原理的各種優(yōu)選特征的一定程度簡化的表示。本公開的具體設計特征，包括例如具體大小、取向、位置、和形狀將部分地由特定期望應用和使用環(huán)境來確定。

具體實施方式

本文使用的術(shù)語僅僅用于描述特定實施例的目的，而非旨在限制本公開。如本文所用的，單數(shù)形式“一”、“一個”、和“該”旨在同樣包括復數(shù)形式，除非上下文另外明確指明。還應當理解，擋在本說明書中使用時，術(shù)語“包括”和/或“包括了”指定所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、和/或部件的存在，但不排出一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件、和/或它們的組的存在或添加。如本文所用，術(shù)語“和/或”包括一個或多個關(guān)聯(lián)列表項的任何以及全部組合。術(shù)語“耦合”指示兩個部件之間的物理關(guān)系，借此，部件直接連接到彼此或者經(jīng)由一個或多個中間部件間接地連接。

應當理解，術(shù)語“3d打印系統(tǒng)”、“3d打印技術(shù)”、“3d打印工具”、“3d打印機”等涵蓋本領(lǐng)域已知的任何以及所有系統(tǒng)、技術(shù)、和過程，以便使用在計算機控制下形成的連續(xù)材料層來合成三維物體。由于3d打印系統(tǒng)和技術(shù)在本領(lǐng)域是熟知的，因此為了避免將實施例的范圍限制于3d打印系統(tǒng)的特定類型或變型，本公開省略對3d打印系統(tǒng)和技術(shù)的詳細描述。實際上，實施例不應如此限制；相反，在本領(lǐng)域已知的用于使用連續(xù)材料層來創(chuàng)建三維物體的任何計算機控制的系統(tǒng)均可認為是用于本公開目的的“3d打印系統(tǒng)”。術(shù)語“用戶”、“設計者”或類似術(shù)語可以涵蓋基本上能夠控制和/或操作3d打印系統(tǒng)的任何人。

現(xiàn)在對本公開的實施例做出參考，所公開的技術(shù)提供用于制造模擬泡沫支撐裝置的結(jié)構(gòu)的3d打印柔性支撐裝置。預期本文所述的3d打印支撐裝置可以用于期望有柔性層(例如，以便替換泡沫)，包括座椅、枕頭、床墊、任何類型的靠墊等的無數(shù)應用。

3d打印柔性支撐裝置利用可以重復生產(chǎn)的v型彈簧元件，該v型彈簧元件可以被布置成期望的形狀，以提供通常使用聚氨酯泡沫實現(xiàn)的性能特性。設計者可以通過定義單獨v型彈簧元件的特性，諸如尺寸、形狀、材料等，來控制結(jié)構(gòu)或者甚至結(jié)構(gòu)的某些區(qū)段的堅固度或滯后性程度。

v型彈簧元件可以根據(jù)預定義的陣列形狀分成陣列，并且陣列可以與其他陣列組合以形成陣列網(wǎng)格。改變整個陣列網(wǎng)格中的v型彈簧元件的特性可以實現(xiàn)系統(tǒng)的阻尼效果，即在卸荷之后的逐漸形狀恢復，而不是簡單的彈簧或“蹦床”效果，其導致舒適性降低?？梢杂?d打印技術(shù)重復的v型彈簧元件的使用允許結(jié)構(gòu)容易根據(jù)預定義體積(例如cad生成的3d模型)成型。

圖1示出與根據(jù)本公開實施例的示例性3d打印柔性支撐裝置形成對比的傳統(tǒng)泡沫結(jié)構(gòu)。如圖1所示，傳統(tǒng)的傾倒泡沫結(jié)構(gòu)100是通過將泡沫結(jié)構(gòu)傾倒在模具中形成的，其在這種情況下形成為座椅底盤。然后，在發(fā)泡過程期間，模具填充結(jié)構(gòu)并且提供柔韌性和支撐。在另一方面，如下文所述，3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110是通過重復地生產(chǎn)v型彈簧元件的陣列并且根據(jù)預定義體積(在這種情況下為座椅底盤)對陣列進行成型而形成的。由于單獨的v型彈簧元件，即v型彈簧元件的尺寸、形狀、材料、布置等可以使用3d打印系統(tǒng)來控制，因此相對于在泡沫中發(fā)現(xiàn)的更隨機的結(jié)構(gòu)，在制造3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110時，存在改善的堅固度控制。

圖2a至圖2c示出使用用于構(gòu)造3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110的3d打印系統(tǒng)生產(chǎn)的示例性v型彈簧元件的各種視圖。如圖2a所示，單獨的v型彈簧元件200可以是包括兩個臂，第一臂200a和第二臂200b的柔性彈簧(或彈簧狀)結(jié)構(gòu)。兩個臂200a和200b各自具有第一端和相對的第二端，其中兩個壁在第一端處附接。臂200a和200b可以從它們相應的第一端朝向它們相應的第二端相對于彼此成角度地延伸，如圖2a所示。兩個臂臂200a和200b可以是線型的或彎曲的，某種程度上類似于鑷子形狀，諸如圖2a所示的v型彈簧元件200。然而，v型彈簧元件200的臂可以任何合適的方式成型以實現(xiàn)柔性的彈簧狀的效果。

v型彈簧元件200的特性，例如，尺寸、形狀、材料、布置等可以使用3d打印系統(tǒng)來設置。改變單獨v型彈簧元件200的特性，更具體的是改變陣列網(wǎng)格(下文進一步詳述)中的相鄰v型彈簧元件200的特性影響結(jié)構(gòu)整體或結(jié)構(gòu)的某些區(qū)段的堅固度(firmness)和/或滯后性(hysteresis)。以這種方式，3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110的堅固度和/或滯后性可以通過調(diào)整v型彈簧元件200的這些特性來定義，并且v型彈簧元件200可以使用3d打印系統(tǒng)根據(jù)定義的堅固度和/或滯后性來生產(chǎn)。

值得注意的是，3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110的設計者可以修改單獨v型彈簧元件200的大小，并且可以任何合適的方式改變整個3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110中的v型彈簧元件200的大小，以實現(xiàn)期望的堅固度和/或滯后性特性。另外，設計者可以任何合適的方式設置v型彈簧元件200的形狀(例如，平坦的臂、向內(nèi)彎曲的臂、向外彎曲的臂)、材料(例如，基于塑料的材料、基于橡膠的材料、基于陶瓷的材料等)、以及布置(例如，陣列形狀、陣列網(wǎng)格形狀等(下文進一步詳述))，以實現(xiàn)期望的堅固度和/或滯后性特性。此類修改對v型彈簧元件200的壓縮特性的影響將被本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員理解。換言之，圖2a至圖2c中所示的v型彈簧元件200以及本文另外描述的那些僅僅以示范的目的示出，而不應被處理為將所要求保護的發(fā)明的范圍限制于此。

因此，作為示例，圖2b和圖2c示出具有修改的大小的示例性v型彈簧元件200，其中修改的大小影響v型彈簧元件200的壓縮特性。圖2b示出具有中心寬度被設置成大于端部寬度的一個示例性v型彈簧元件200的頂視圖，并且圖2c示出具有中心厚度被設置成大于端部厚度的另一個示例性v型彈簧元件200的側(cè)視圖。鑒于此，增大v型彈簧元件200的中心寬度和/或中心厚度允許減小的“彎曲度”或增大的堅固度；與此同時，減小v型彈簧元件200的中心寬度和/或中心厚度允許增大的“彎曲度”或減小的堅固度。另外，v型彈簧元件200的高度(即，第一臂200a與第二臂200b的相應第二端之間的距離)以及v型彈簧元件200的長度可以被設置以影響其壓縮特性。例如，v型彈簧元件200的長度可以設置在0.5mm到10mm的范圍內(nèi)，但v型彈簧元件200的大小并不限于此。

3d打印系統(tǒng)可以預定義方式(諸如徑向模式)組合多個v型彈簧元件200以形成3d元素-即，陣列300-其可被布置成可重復的結(jié)構(gòu)以形成二維(2d)陣列網(wǎng)格。在陣列300中布置單獨的v型彈簧元件200使得3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110能夠模仿泡沫的多孔結(jié)構(gòu)。鑒于此，圖3a至圖3d示出各種陣列形狀的v型彈簧元件200的示例性陣列300的平面圖。圖3a示出v型彈簧元件200的三角形陣列300，圖3b示出v型彈簧元件200的方形陣列300，圖3c示出v型彈簧元件200的六邊形陣列300，而圖3d示出圖3c所示六邊形陣列300的垂直疊堆。值得注意的是，v型彈簧元件200可以布置在任何合適形狀的陣列300中。因此，圖3a至圖3d所示的陣列形狀僅僅出于示范的目的而被提供，而不應被處理為將所要求保護的發(fā)明的范圍限制于此。

每個陣列300可包括使用3d打印系統(tǒng)布置成預定義陣列形狀，諸如三角形(圖3a)、方形(圖3b)、六邊形(圖3c)等的多個v型彈簧元件200。如圖3a、圖3b、和圖3c所示，v型彈簧元件200可以徑向地布置在每個陣列300中，使得v型彈簧元件200從陣列300的中心軸線c徑向延伸。即，每個陣列300中的v型彈簧元件200的最內(nèi)端(即，第二端)可位于中心軸線c上，并且v型彈簧元件200從該處向外延伸。以這種方式，每個陣列300中的v型彈簧元件200的最外端(即，第一端)可以限定邊界，該邊界確定陣列形狀。

另外，陣列300可以二維方式與其他陣列300組合以形成2d陣列網(wǎng)格310，其中每個陣列300的至少一個v型彈簧元件200附接到至少一個相鄰陣列300的v型彈簧元件200。例如，如圖3a、圖3b、和圖3c所示，v型彈簧元件200的多個陣列300被定成為彼此相鄰以形成2d陣列網(wǎng)格310，使得陣列300的至少一個v型彈簧元件200附接到至少一個相鄰陣列300的v型彈簧元件200。更具體地，給定陣列300的至少一個v型彈簧元件200的最外端(即，第一端)可以附接到至少一個相鄰陣列300的另一個v型彈簧元件200的最外端(即，第一端)。以這種方式，多個v型彈簧陣列300可以水平地聯(lián)接在一起(在x方向和y方向)以形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的2d陣列網(wǎng)格310。

陣列網(wǎng)格310可最終根據(jù)預定義體積成型以形成3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110，如關(guān)于圖6a至圖6d進一步詳述那樣。為此，多個陣列網(wǎng)格310可以使用3d打印系統(tǒng)形成并且堆疊在彼此的頂上(在z方向上)以形成帶有給定高度的結(jié)構(gòu)。如圖3d所示，多個陣列網(wǎng)格310-即，陣列網(wǎng)格302、304、306和308-可以根據(jù)期望的高度垂直堆疊。為此，給定陣列300的至少一個v型彈簧元件200可以附接到定位在給定陣列300上方或下方的至少一個陣列300的v型彈簧元件200。因此，可以形成包括多個垂直堆疊的2d陣列網(wǎng)格310的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的3d主體。

現(xiàn)在參考圖4a至圖4d，雖然v型彈簧元件200可以使用3d打印系統(tǒng)布置在任何合適形狀的陣列中，但六邊形結(jié)構(gòu)可以是優(yōu)選的，因為v型彈簧元件200可以高效地分布在穩(wěn)定陣列300中。因此，出于簡化的目的，在下文具體參考六邊形陣列300。

圖4a至圖4f示出示例性六邊形v型彈簧元件陣列300的各種視圖。首先，圖4a示出分離的六邊形v型彈簧元件陣列300。圖4a中所示的陣列300(其由3d打印系統(tǒng)生產(chǎn)為包括被徑向布置成六邊形形狀的多個v型彈簧元件200)可沿中心軸線c居中。陣列300中的v型彈簧元件200可以從中心軸線c(即，陣列300的中心)徑向延伸。也就是說，每個v型彈簧元件200的相應第二端可以位于中心軸線c上，并且v型彈簧元件從中心軸線c朝向陣列300的邊界向外延伸。

此外，v型彈簧元件200的第二端可以附接到彼此以形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的陣列300。當v型彈簧元件200被徑向布置在陣列300中時，第二端在中心軸線c上附接到彼此，如圖4a中的假想虛線圓圈所指示。甚至更具體地，在陣列300中，第一臂200a的第二端可以在中心軸線c上附接到彼此，而第二臂200b的第二端可以在中心軸線c上附接到彼此。由于v型彈簧元件200包括具有彼此垂直分離的相應第二端的第一臂200a和第二臂200b(例如，參見圖2a和圖2c)，可通過圖4a所示方式組合v型彈簧元件200來形成3d陣列300。

圖4b示出布置在2d陣列網(wǎng)格310中的四個六邊形v型彈簧元件陣列300的3d視圖，并且圖4c示出圖4b所示四個六邊形v型彈簧元件陣列300的頂視圖。在陣列網(wǎng)格310中，給定陣列300中的v型彈簧元件200的第一端可以附接到至少一個相鄰陣列300的v型彈簧元件200的第一端，如圖4b中的假想虛線圓圈所指示。以這種方式，3d打印系統(tǒng)可以生產(chǎn)v型彈簧陣列300的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的網(wǎng)格310。與此同時，陣列300中的v型彈簧元件200的第一(最外)端可以定義邊界，該邊界確定陣列300的形狀，如圖4c中的假想虛線所指示。

圖4d示出垂直堆疊的六邊形v型彈簧元件陣列300的側(cè)視圖。3d打印系統(tǒng)可以生產(chǎn)垂直堆疊在彼此上的v型彈簧元件200的陣列300，使得給定陣列300的至少一個v型彈簧元件200附接到定位在上方或下方的至少一個陣列300的v型彈簧元件200。更具體地，給定陣列300中的v型彈簧元件200的第二端可以連接(在中心軸線c上)到在位于給定陣列300上方或下方的陣列300中的v型彈簧元件200的第二端。這允許3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110具有比單個v型彈簧元件200的高度大的高度。

圖4e和圖4f示出圖4d所示垂直堆疊的六邊形v型彈簧元件陣列300的變型的側(cè)視圖。首先，在圖4e中，3d打印系統(tǒng)可以生產(chǎn)與圖4d所示垂直堆疊陣列300橫向定位的v型彈簧陣列300a。為此，在垂直堆疊陣列300中的v型彈簧元件200的第一(最外)端可以附接到在橫向陣列300a中的v型彈簧元件的第二(最內(nèi))端。橫向陣列300a可以為垂直堆疊陣列300提供另外的支撐，以及另外的堅固度。

類似地，在圖4f中，3d打印系統(tǒng)可以生產(chǎn)橫向定位的多個較小的v型彈簧陣列300b，它們作為圖4d所示垂直堆疊陣列300的一組。該組較小的陣列300b可通過與圖4e中的橫向陣列300a相同的方式聯(lián)接(即，附接)到垂直堆疊的陣列300。如上文所說明，由3d打印系統(tǒng)生產(chǎn)的v型彈簧陣列200的大小可以任何合適的方式進行設置。如圖4f所示，不同尺寸、形狀、材料、布置等的v型彈簧陣列300可以在3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110中組合在一起。因此，設計者可以通過改變整個構(gòu)造中的此類特性來實現(xiàn)特殊的感覺或結(jié)構(gòu)。

例如，較小的陣列，諸如陣列300b可用于創(chuàng)建較平滑的輪廓和改善用戶的感覺。此類陣列的直徑可以設置在，例如，1mm到5mm的范圍內(nèi)。中等尺寸的陣列，諸如陣列300可用于創(chuàng)建基礎結(jié)構(gòu)。此類陣列的直徑可以設置在，例如，5mm到10mm的范圍內(nèi)。與此同時，較大尺寸的陣列可以用于填充較大的結(jié)構(gòu)性空間或者用于通風，并且可具有設置在，例如，10mm到20mm的范圍內(nèi)的直徑。應當理解，上述大小僅僅出于示范的目的提供，而不將所要求保護的發(fā)明的范圍限制于此。

如上所述，3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110中的v型彈簧陣列300的撓曲或壓縮性能可通過改變單獨v型彈簧元件200的彈簧常數(shù)以創(chuàng)建局部堅固度區(qū)域進行控制。例如，v型彈簧元件200的特性，諸如尺寸、形狀、材料等可影響其彈簧常數(shù)，因此影響3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110或其某些區(qū)段的堅固度。

類似地，改變相鄰v型彈簧元件200或相鄰v型彈簧陣列300的堅固度可以改變3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110的滯后性或阻尼特性。鑒于此，3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110的滯后性是指當結(jié)構(gòu)經(jīng)受撓曲(即，載荷)時丟失或被結(jié)構(gòu)吸收的能量的測量。因此，3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110的滯后性指示載荷能量與卸荷能量之差。換句話說，一旦3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110上的負荷被移除，那么3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110返回其靜止狀態(tài)和卸載勢能(在結(jié)構(gòu)載荷期間存儲的)的速率受到結(jié)構(gòu)的滯后性程度的影響。

3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110的設計者可以能夠定義3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110總體、其某些區(qū)段、特定v型彈簧陣列300、或甚至單獨v型彈簧元件200的特定堅固度和滯后性水平。使用3d打印系統(tǒng)，可以根據(jù)定義的堅固度和/或滯后性特性生產(chǎn)v型彈簧元件200的陣列300。

為此，可以提供用戶界面以用于，例如使用圖5所示的輸入方式500來定義結(jié)構(gòu)110中的堅固度或滯后性水平。設計者可以通過用戶界面來選擇期望的堅固度或滯后性水平(或其它類似的壓縮相關(guān)特性)。另外，設計者可以指定他或她針對特定v型彈簧元件200、特定v型彈簧陣列300、3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110的特定區(qū)段、或結(jié)構(gòu)總體的選擇。設計者可以手動指定3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110的某些部分進行調(diào)整，或者3d打印系統(tǒng)可以基于設計者的輸入自動調(diào)整3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110的某些部分。例如，設計者可以定義3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110的外部區(qū)段的堅固度水平，并且系統(tǒng)可以自動選擇所述區(qū)段內(nèi)的v型彈簧元件200和陣列300的適當大小、形狀、布置等。因此，在整個3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110中，堅固度或滯后性可以按變化的粒度水平而不同，以實現(xiàn)某些感覺或形狀，這取決于設計者的偏好。應當理解，圖5所示的輸入方式500被描繪為滾動條僅僅出于示范的目的，并且可以適用于接收用戶輸入的任何方式(諸如文本框、按鈕等)進行修改。另外，輸入方式500可用于輸入百分比、字母數(shù)字值等。

圖6a至圖6d示出用于將v型彈簧陣列300的陣列網(wǎng)格310成型為預定義體積以便形成3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110的示例性步驟。首先，如圖6a所示，設計者可以提供3d預定義體積600,3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110根據(jù)該3d預定義體積600成型。預定義體積600可以是使用，例如計算機輔助設計(cad)技術(shù)生成的3d模型，如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解的。體積600可以被定義成適用于柔性支撐的任何形狀，包括但不限于座椅底盤、頭枕、枕頭、床墊、座椅靠墊或墊等。一旦預定義體積600被生成(例如，使用cad工具)，體積600或模型可以被加載到3d打印系統(tǒng)中，從而系統(tǒng)可以根據(jù)加載的體積600生產(chǎn)v型彈簧陣列300。

接下來，如圖6b所示，設計者可以定義體積600的堅固度和/或滯后性特性。例如，設計者可以對體積600的指定區(qū)域分配特定的堅固度和/或滯后性水平(例如，使用輸入方式500)。在圖6b中，設計者選擇體積600的外部區(qū)段a和c比中心區(qū)段b堅固。另選地，設計者可以對結(jié)構(gòu)110總體、或特定陣列300、或甚至特定v型彈簧元件300分配特定的堅固度和/或滯后性程度(或其他特性，如上文所述)。

接下來，如圖6c所示，3d打印系統(tǒng)可以根據(jù)預定義的陣列形狀、材料、形狀、尺寸等來生產(chǎn)v型彈簧元件200的陣列300，如上文詳細的描述。3d打印系統(tǒng)可以排列的方式來生產(chǎn)v型彈簧陣列300以便規(guī)劃2d陣列網(wǎng)格310，以及垂直堆疊的多個陣列網(wǎng)格310，如果需要的話，其根據(jù)預定義體積600而自動成型，使得陣列網(wǎng)格310配合在預定義體積600內(nèi)。另選的，陣列網(wǎng)格310可以上覆于預定體積600并且修整至根據(jù)體積邊界的尺寸。也就是說，預先做的陣列網(wǎng)格310可以根據(jù)期望的體積600手動成型。

v型彈簧元件200是通過3d打印系統(tǒng)根據(jù)預定義的堅固度和/或滯后性特性(或其他預定義的特性)生產(chǎn)的。如果設計者指定體積600的某些區(qū)段的堅固度和/或滯后性程度，即，如圖6b所示，那么3d打印系統(tǒng)可以自動選擇特定v型彈簧陣列300或單獨v型彈簧元件200的堅固度以實現(xiàn)指定的堅固度和/或滯后性。如圖6c所示，較為堅固的v型彈簧陣列300可以通過3d打印系統(tǒng)針對體積600的外部區(qū)段a和c生產(chǎn)，而較為柔軟的v型彈簧陣列300可以通過3d打印系統(tǒng)針對體積600的內(nèi)部區(qū)段b生產(chǎn)。此外，陣列300的堅固度、滯后性、或其他特性可以在整個結(jié)構(gòu)110中變化，因為改變相鄰陣列300的堅固度-如圖6c所示-改變結(jié)構(gòu)的滯后性或阻尼特性。因此，v型彈簧元件200的特性可以被自動選擇并且通過3d打印系統(tǒng)應用或者由設計者手動定義。

最后，如圖6d所示，一個或多個陣列網(wǎng)格310可以根據(jù)預定義體積600成型，使得v型彈簧陣列300配合在體積600內(nèi)。陣列網(wǎng)格310可以通過3d打印系統(tǒng)自動成型或者，例如使用預先做好的陣列網(wǎng)格310手動成型并且修整尺寸。結(jié)果是具有預定義堅固度和/或滯后性的呈現(xiàn)預定義體積600的形狀的定制3d打印柔性支撐結(jié)構(gòu)110。例如，在圖6d中，結(jié)構(gòu)110由3d打印系統(tǒng)生產(chǎn)為具有較為堅固的外部區(qū)段a和c和較為柔軟的內(nèi)部區(qū)段b。結(jié)構(gòu)110可以被配置成以任何合適的方式具有特定堅固度和/或滯后性的區(qū)段，如設計者所期望。

因此，本文所述的3d打印柔性支撐裝置允許柔性結(jié)構(gòu)和柔軟觸感表面的3d打印。以上文所述方式使用3d打印系統(tǒng)減少了通常與傳統(tǒng)制造方法(例如，傾倒泡沫結(jié)構(gòu))相關(guān)聯(lián)的制造變化性，并且減少了裝配需求，因為柔性結(jié)構(gòu)可以通過3d打印系統(tǒng)一步生產(chǎn)。另外，存在具有改善的對于所制造結(jié)構(gòu)的堅固度和/或柔軟性控制，因為單獨v型彈簧元件的特性被控制為相對于在泡沫中發(fā)現(xiàn)的隨機結(jié)構(gòu)。

雖然已經(jīng)示出并描述了提供用于3d打印柔性支撐裝置機器生產(chǎn)方法的說明性實施例，但應當理解，在本文實施例的精神和范圍內(nèi)，可以做出各種其他改編和修改。因此，實施例可以根據(jù)本權(quán)利要求范圍的任何合適方式進行修改。

前面的描述涉及本公開的實施例。然而，應當理解，可以對所描述的實施例做出其他變型和修改，且獲得它的某些或全部優(yōu)點。因此，本說明書應當僅以示例的方式理解，而不以其他方式限制本文實施例的方位。因此，所附權(quán)利要求的目的是覆蓋包括在本發(fā)明真正的實質(zhì)和范圍之內(nèi)出現(xiàn)的全部此類變化和修改。