CN112692588B - 一种龙门式结构件及其增材制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种龙门式结构件及其增材制造方法，该龙门式结构件上设置有大量的减重孔，从而降低龙门式结构件的自重，提高龙门式结构件的刚重比，而采用本发明提供的增材制造方法来生产所述龙门式结构件，可简化龙门式结构件的生产过程，提高龙门式结构件的质量。

Description

一种龙门式结构件及其增材制造方法

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种龙门式结构件及其增材制造方法。

背景技术

龙门式结构件广泛应用于数控机床、检测设备等领域，龙门式结构件的质量直接影响到这些设备的性能。

现有的龙门式结构件一般采用焊接或铸造制造，采用焊接制造龙门式结构件时，需要对数十块或数百块的板材进行焊接，焊缝长且焊缝变形不易控制；而采用铸造方式时，需要根据不同的龙门式结构件配备模具，但模具本身造价高，且模具尺寸精度不佳，同时铸造时间长。也就是说，无论是采用焊接方式还是采用铸造方式生产龙门式结构件均存在龙门式结构件的质量无法保证的问题，而且这两种方式还存在生产周期长、生产成本高的劣势。

近年来一些生产厂家开始采用电弧增材制造的方法来生产龙门式结构件。如图1所示，现有的龙门式结构件包括横梁10、支撑部20以及底座30，其中横梁10的两端可形成肋肩11，所述支撑部20为两个并分别与横梁10两端的肋肩11连接，所述底座30设置于所述支撑部20远离所述横梁10的端部。利用电弧增材制造法生产龙门式结构件时，一般是先在基板上成形所述横梁10，然后再成形所述支撑部20，最后在支撑部20上焊接所述底座30。然而按照这种步骤生产的龙门式结构件具有自重大、刚重比低的劣势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种龙门式结构件及其增材制造方法，该龙门式结构件具有自重小、刚重比大的优点。

为实现上述目的，本发明提供的一种龙门式结构件，包括横梁和支撑部，所述横梁沿第一方向延伸，且在所述横梁的两端均至少设有一个所述支撑部，所述支撑部用于在第二方向上支撑所述横梁；

其中，所述横梁为中空结构并包括相互连接的承载板和非承载板，且所述横梁上具有一与所述第一方向相交的参考面，在所述参考面的至少一侧的所述非承载板上设置有第一减重孔，沿远离所述参考面的方向，所述第一减重孔逐渐收敛以形成楔形孔。

可选地所述第一减重孔的孔壁与所述第一方向成一夹角，所述夹角的角度小于或等于60°。

可选地所述支撑部上设置有至少一个第二减重孔。

可选地所述第二减重孔具有相对的第一端和第二端，其中所述第一端较所述第二端远离所述横梁，且从所述第一端到所述第二端，所述第二减重孔逐渐收敛以形成楔形孔。

可选地所述第二方向垂直于所述第一方向，且所述第二减重孔的孔壁与所述第二方向成一夹角，所述夹角的角度小于或等于60°。

可选地所述龙门式结构件为对称结构。

可选地所述横梁还包括与所述第一方向相交的分隔板，所述分隔板同时与所述承载板和所述非承载板连接，且所述分隔板的至少一侧的非承载板上设置有所述第一减重孔。

可选地所述分隔板与所述第一方向垂直，且所述龙门式结构件关于所述分隔板对称。

可选地所述分隔板、所述承载板及所述非承载板的材质均为金属。

可选地所述横梁的两端分别形成肋肩，所述肋肩上设置有第三减重孔，所述支撑部与所述肋肩连接。

可选地所述龙门式结构件上任意相邻的两个表面之间均平滑过渡地连接。

可选地所述龙门式结构件还包括底座，所述底座设置于所述支撑部远离所述横梁的一端。

为实现上述目的，本发明还提供一种用于制造如前所述的龙门式结构件的增材制造方法，包括如下步骤：

步骤1，建立龙门式结构件的工艺模型；

步骤2，采用两个第一分割界面和两个第二分割界面将所述工艺模型拆分为第一部分、第二部分、第三部分、第四部分和第五部分，所述第一分割界面用于分割所述横梁和所述支撑部，两个所述第二分割界面分别位于所述参考面的两侧以用于将所述横梁拆分为第一节段、第二节段和第三节段；其中，所述第一部分为一个支撑部，所述第二部分为第一节段，所述第三部分为第二节段，所述第四部分为第三节段，所述第五部分为另一个支撑部，且所述第一节段和所述第三节段中的至少一个节段上设置有所述第一减重孔；

步骤3，提供一辅助件以作为所述第三部分结构，且所述辅助件具有相对的第一表面和第二表面；

步骤4，将所述第一表面水平向上地设置，以所述第一表面作为基准进行增材制造，以完成所述第二部分结构的成形，所述第二部分结构远离所述第一表面的端面为第一相交面；

步骤5，翻转已成形的结构，使所述第一相交面水平向上地设置，以所述第一相交面为基准进行增材制造，以完成所述第一部分结构的成形；

步骤6，翻转已成形的结构，使所述第二表面水平向上地设置，以所述第二表面为基准进行增材制造，以完成所述第四部分结构的成形，所述第四部分结构远离所述第二表面的端面为第二相交面；

步骤7，翻转已成形的结构，使所述第二相交面水平向上地设置，以所述第二相交面为基准进行增材制造，以完成所述第五部分结构的成形。

可选地，所述第二分割界面与所述第一方向垂直。

可选地，所述第一分割界面与所述第二分割界面垂直，且所述步骤5、步骤6以及步骤7中，已成形的结构每次翻转的角度均为90°。

可选地，所述辅助件的材质与用于成形所述第一部分结构、所述第二部分结构、所述第四部分结构及所述第五部分结构的原材料的材质均相同。

可选地，增材制造过程中所使用的热源是电弧，所述原材料为金属丝。

为实现上述目的，本发明还提供了一种用于制造如前所述的龙门式结构件的增材制造方法，包括如下步骤：

步骤1，建立龙门式结构件的工艺模型；

步骤2，采用两个第一分割界面和两个第二分割界面将所述工艺模型拆分为第一部分、第二部分、第三部分、第四部分和第五部分，所述第一分割界面用于分割所述横梁和所述支撑部，两个所述第二分割界面分别位于所述参考面的两侧以用于将所述横梁拆分为第一节段、第二节段和第三节段；其中，所述第一部分为一个支撑部，所述第二部分为第一节段，所述第三部分为第二节段，所述第四部分为第三节段，所述第五部分为另一个支撑部，且所述第一节段和所述第三节段中的至少一个节段上设置有所述第一减重孔；

步骤3，提供一辅助件以作为所述第三部分结构，且所述辅助件具有相对的第一表面和第二表面；

步骤4，将所述第一表面水平向上地设置，以所述第一表面为基准进行增材制造，以完成所述第二部分结构的成形，所述第二部分结构远离所述第一表面的端面为第一相交面；

步骤5，翻转已成形的结构，使所述第二表面水平向上地设置，以所述第二表面为基准进行增材制造，以完成所述第四部分结构的成形，所述第四部分结构远离所述第二表面的端面为第二相交面；

步骤6，翻转已成形的结构，使所述第一相交面水平向上地设置并以所述第一相交面为基准进行增材制造，以完成所述第一部分结构的成形，以及使所述第二相交面水平向上地设置并以所述第二相交面为基准进行增材制造，以完成所述第五部分结构的成形。

可选地，所述第二分割界面与所述第一方向垂直，所述步骤5中，已成形的结构翻转的角度为180°。

可选地，所述第一分割界面与所述第二分割界面垂直，所述步骤6中，已成形的结构翻转的角度为90°，且所述第一部分结构和所述第五部分结构同时成形。

可选地，所述辅助件的材质与用于成形所述第一部分结构、所述第二部分结构、所述第四部分结构及所述第五部分结构的原材料的材质均相同。

可选地，增材制造过程中所使用的热源是电弧，所述原材料为金属丝。

与现有技术相比，本发明的龙门式结构件及其增材制造方法具有如下优点：

第一、前述的龙门式结构件包括横梁和支撑部，所述横梁沿第一方向延伸，且在所述横梁的两端均至少设有一个所述支撑部，所述支撑部用于在第二方向上支撑所述横梁；其中，所述横梁为中空结构并包括相互连接的承载板和非承载板，且所述横梁上具有一与所述第一方向相交的参考面，在所述参考面的至少一侧的所述非承载板上设置有第一减重孔，沿远离所述参考面的方向，所述第一减重孔逐渐收敛以形成楔形孔。通过在非承载板上设置第一减重孔，可有效减小龙门式结构件的自重，从而增大龙门式结构件的刚重比，而且将第一减重孔设置为沿远离参考面的方向逐渐收敛的楔形孔，以便于采用增材制造的方法生产该龙门式结构件。

第二、在支撑部上设置第二减重孔可进一步地降低龙门式结构件的自重以提高刚重比，同时，第二减重孔从支撑部远离所述横梁的边缘向所述横梁延伸并逐渐收敛以形成楔形孔，以便于采用增材制造的方法生产该龙门式结构件。

第三、两组所述第一减重孔以及两个支撑部均对称设置以使所述龙门式结构件形成对称结构，有利于采用增材制造的方法生产该龙门式结构件。

附图说明

图1是现有技术中采用增材制造方法制造的龙门式结构件；

图2a是本发明根据第一实施例所提供的龙门式结构件在一个方向的结构示意图；

图2b是图2a所示的龙门式结构件在另一个方向的结构示意图；

图3是图2a所示的龙门式结构件之支撑部及底座的示意图；

图4是图2a所示的龙门式结构件之横梁的局部示意图；

图5是图2a所示的龙门式结构件在肋肩处的剖视图；

图6是图2a所示的龙门式结构件在分隔板处的剖视图，图示中的分隔板上未设置第四减重孔；

图7是图2a所示的龙门式结构件在分隔板处的剖视图，图示中的分隔板上设置有第四减重孔；

图8示出了本发明根据第二实施例所提供的龙门式结构件的结构示意图；

图9是图8所示的龙门式结构件之肋肩、支撑部及底座的结构示意图；

图10a-图10f是本发明根据一实施例所述提供的龙门式结构件的增材制造方法的过程示意图；

图11a-图11e是本发明根据另一实施例所提供增材制造方法中龙门式结构件的成形过程示意图。

图中：

10，100-横梁；

110-承载板；

120-非承载板，120a-第一非承载板，120b-第二非承载板，120c-第三非承载板；

121-第一减重孔；

11，130-肋肩；

131-第三减重孔

140-分隔板；

141-第四减重孔；

20，200-支撑部；

210-第二减重孔；

30，300-底座；

P0-参考面，P1-第一分割界面，P2-第二分割界面，P3-第一表面，P4-第二表面，P5-第一相交面，P6-第二相交面；

S1-第一部分，S2-第二部分，S3-第三部分，S4-第四部分，S5-第五部分。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图2a-附图11e对本发明所提出的龙门式结构件及其增材制造方法的各个实施例作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如在本说明书中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，复数形式“多个”包括“两个”及“三个以上”的对象，除非内容另外明确指出外。如在本说明书中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外，以及术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

如图2a及图2b所示，本发明的第一实施例提供了一种龙门式结构件，所述龙门式结构件特别适于采用增材制造的方法来生产。一般地，所述龙门式结构件包括横梁100和支撑部200，所述横梁100沿第一方向延伸，所述支撑部200可为两个并分别设置在所述横梁100的两端以在第二方向上支撑所述横梁100。根据龙门式结构件的实际应用场景，所述第一方向可为水平方向(如图示中的y方向)，所述第二方向可为竖直方向(如图示中的z方向)。

具体而言，请继续参考图2a和图2b，并同时参考参考图3和图4，所述横梁100为中空结构并包括相互连接的承载板110和非承载板120，且所述横梁100上具有一与所述第一方向相交的参考面P0，在所述参考面P0的至少一侧的所述非承载板120上设置有一组第一减重孔121，沿远离所述参考面P0的方向，任一所述第一减重孔121逐渐收敛以形成楔形孔。较佳地，本实施例中以所述参考面P0两侧的非承载板120上各设置有一组所述第一减重孔121为例进行介绍。

与传统的龙门式结构件类似，所述承载板110用于安装其他外接装置，例如应用于检测设备领域时，所述承载板110用于安装检测头，而在起重吊装领域，所述承载板110用于安装葫芦、吊钩等吊装装置。所述非承载板120则无需安装外接装置。在所述非承载板120上设置第一减重孔121可大幅度地降低所述龙门式结构件的自重，提高其刚重比。而所述第一减重孔121沿远离所述参考面P0的方向逐渐收敛以形成楔形孔，以简化利用增材制造法生产所述横梁时的成形过程，并降低成形难度，所述龙门式结构件的具体增材制造方法将在下文中详细描述。应理解的是，本文中所述的参考面P0仅是为方便描述所述第一减重孔121的收敛方向而定义的虚拟平面，其并不是所述龙门式结构件中的一个确定结构。

同理，如图3所示，为进一步减小所述龙门式结构件的自重，所述支撑部200上还可设置第二减重孔210。较佳地，所述第二减重孔210可从所述支撑部200远离所述横梁100的边缘向所述横梁100延伸，这样所述第二减重孔210具有相对的第一端和第二端，其中所述第二减重孔210的所述第一端远离所述横梁100，所述第二减重孔210的所述第二端靠近所述横梁100，且从所述第一端到所述第二端，所述第二减重孔210逐渐收敛以形成楔形孔。更优地，所述第二减重孔210的孔壁与所述第二方向所形成的夹角α的角度小于或等于60°，将所述第二减重孔210设计为楔形孔并控制第二减重孔210与所述第二方向所成夹角之角度的目的是为了避免在增材制造的过程中出现与水平面成较大角度的悬空结构，进而降低在增材制造的过程中所述支撑部200的成形难度。

另外，如图3所示，所述龙门式结构件还可包括底座300，所述底座300设置于所述支撑部200远离所述横梁100的端部，且所述底座300的部分边缘可作为所述第二减重孔210的部分孔壁。

请继续参阅图2a及图2b，本实施例中，所述横梁100在垂直于所述第一方向上的截面可为矩形，这样一来，所述横梁可包括一个承载板110和三个非承载板120。为便于表述，本文中将三个所述非承载板120分别定义为第一非承载板120a、第二非承载板120b和第三非承载板120c，其中所述第一非承载板120a和第二非承载板120b垂直于所述承载板110并相对设置，且所述第一非承载板120a远离所述支撑部200，所述第二非承载板120b靠近所述支撑部200，而所述第三非承载板120c与所述承载板110相对设置。每组所述第一减重孔121的数量至少为一个，本实施例中以每组具有一个所述第一减重孔121为例进行说明。作为优选，两个所述第一减重孔121均设置于所述第三非承载板120c上，且任一所述第一减重孔121的孔壁与所述第二方向所成夹角β的角度小于或等于60°，如此可使得在采用增材制造方法制造所述龙门式结构件时，避免出现与水平面成较大角度的悬空结构，从而便于所述横梁100成形。另外，为保证所述横梁100的刚度，两个所述第一减重孔121之间的最小距离不小于5mm。

可选地，请参阅图4及图5，所述第一非承载板120a及所述第二非承载板b靠近所述支撑部200的端部朝向所述支撑部200倾斜，从而在所述横梁100的端部形成肋肩130。所述肋肩130上可设置第三减重孔131，所述第三减重孔131可设置于相邻两个所述非承载板120相交之处，以及所述非承载板120与所述承载板110相交之处。

较佳地，请继续参阅图2a及图2b，所述龙门式结构件被设计为对称结构。换句话说，所述横梁100具有一中线，两个所述第一减重孔121关于所述中线对称，两个所述肋肩130关于所述中线对称，以及两个所述支撑部200关于所述中线对称。这种情况下，前文所述的参考面P0可优选垂直于所述第一方向的平面，且所述中线位于所述参考面P0上。

可选地，如图2b及图6所示，所述横梁100还可包括一分隔板140，所述分隔板140设置于所述承载板110及所述非承载板120内侧，所述分隔板140同时与所述承载板110和所述非承载板120连接，且所述分隔板140位于两个所述第一减重孔121之间。较佳地，所述分隔板140垂直于所述第一方向并设置于所述横梁100的中线处，即，两组所述第一减重孔121、两个肋肩130及两个支撑部200分别关于所述分隔板140对称设置。

进一步地，所述分隔板140的材质与所述龙门式结构件其他部分的材质相同，通常为金属材质。一般情况下，所述分隔板140的厚度(分隔板140在第一方向上的尺寸)可与两个所述第一减重孔121之间的最小距离相等，也就是说，在本实施例中，所述分隔板140的厚度最小为5mm。另外，如图7所示，所述分隔板140上还可设置第四减重孔141，以进一步减小所述龙门式结构件的自重。

图8示出了本发明第二实施例提供的一种龙门式结构件的示意图，图9示出了第二实施例的龙门式结构件的肋肩130、支撑部200及底座300部分的示意图。第二实施例与第一实施例的区别之处在于，所述龙门式结构件所有的相邻表面间均平滑过渡地连接，即，本实施例所述的龙门式结构件的表面具有更多的曲面。

表1中列出了对比例中的龙门式结构件(即图1所示的龙门式结构件)、第一实施例所提供的龙门式结构件(即图2所示的龙门式结构件)及第二实施例所提供的龙门式结构件(即图8所示的龙门式结构件)的重量、一阶模态及最大变形量的对比。其中，这三种龙门式结构件采用完全相同的材质制造并具有相同的三维尺寸，同时这三种龙门式结构件的承载能力相同。从表1可清楚地看到，本发明实施例所提供的龙门式结构件相比于传统的龙门式结构件(即对比例中的龙门式结构件)而言具有自重小、最大变形量小、一阶模态高的优势。

表1本发明实施例提供的龙门式结构件与传统的龙门式结构件的性能对比

进一步地，本发明还提供了一种增材制造方法，用于制造前述实施例所提供的龙门式结构件，请参阅图10a-图10f，所述增材制造方法包括如下步骤：

步骤1，如图10a所示，利用计算机建立所述龙门式结构件的工艺模型；

步骤2，对所述工艺模型进行拆分。

根据所述龙门式结构件的结构特点可将所述龙门式结构件拆分为五个子构件，具体地，从所述龙门式结构件的一个所述支撑部到另一个所述支撑部，所述龙门式结构件可依次被分割为第一子构件、第二子构件、第三子构件、第四子构件以及第五子构件，所述第一子构件为一个所述支撑部，第五子构件为另一个所述支撑部。所述第二子构件为第一节段的横梁，所述第三子构件为第二节段的横梁，所述第四子构件为第三节段的横梁，本实施例中，所述第一节段的横梁包括一组所述第一减重孔，所述第二节段的横梁位于两组第一减重孔之间，所述第三节段的横梁包括另一组第一减重孔。

请继续参阅图10a，根据龙门式结构件的拆分方式，采用两个第一分割界面P1和两个第二分割界面P2对龙门式结构件的工艺模型进行拆分，从而得到第一部分S1、第二部分S2、第三部分S3、第四部分S4以及第五部分S5，且所述第一部分S1对应于所述第一子构件，所述第二部分S2对应于所述第二子构件，所述第三部分S3对应于所述第三子构件，所述第四部分S4对应于所述第四子构件，所述第五部分S5对应于所述第五子构件。

接下来成形所述龙门式结构件的五个子构件。

步骤3，如图10b所示，提供一辅助件，所述辅助件用于作为所述第三子构件(即第三部分S3的结构)，且所述辅助件具有相对的第一表面P3和第二表面P4。

步骤4，成形所述第二部分S2的结构。如图10c所示，将所述第一表面P3水平向上地设置，再以所述第一表面P3作为基准进行增材制造，以成形所述第二子构件；已成形的所述第二子构件远离所述第一表面P3的端面为第一相交面P5。

步骤5，成形所述第一部分S1的结构。如图10d所示，翻转已成形的结构，使所述第一相交面P5水平向上地设置，然后以该第一相交面P5为基准进行增材制造，以成形所述第一子构件。

步骤6，成形所述第四部分S4的结构。如图10e所示，翻转已成形的结构，使所述第二表面P4水平向上地设置，再以所述第二表面P4为基准进行增材制造，以成形所述第四子构件，已成形的所述第四子构件远离所述第二表面P4的端面为第二相交面P6。

步骤7，成形所述第五部分S5的结构。如图10f所示，翻转已成形的结构，使所述第二相交面P6水平向上地设置，再以所述第二相交面P6为基准进行增材制造，以成形所述第五子构件，从而完成所述龙门式结构件的成形。

在上述增材制造过程中，各子构件成形的方向均为竖直方向(即图示中箭头所指的方向)。作为优选，所述第二分割界面P2垂直于所述第一方向，所述第一分割界面P1与所述第二分割界面P2垂直(即，第一表面P3和第二表面P4均与所述第一方向垂直，所述第一相交面P5和所述第二相交面P6均与所述第一表面P3垂直)，这样一来步骤5、步骤6及步骤7中，已成形的结构每次翻转的角度均为90°，且在成形的过程中，各个子构件基本上没有水平方向的悬空结构，从而便于龙门式结构件的成形。

可选地，增材制造时所使用的热源为电弧，用于成型所述第一子构件、第二子构件、第四子构件及第五子构件的原材料均为金属丝(也就是说，本实施例所采用的增材制造方法为电弧增材制造法)，且优选所述金属丝的材质与所述辅助件的材质相同。当然，在其他实施例中，增材制造时所使用的热源还可以是电子束或激光束，相应地，用于成形所述第一子构件、第二子构件、第四子构件及第五子构件的原材料可为金属粉末。

另外，当所述横梁上设置有楔形的第一减重孔，以及当所述支撑部上设置有楔形的第二减重孔时，通过对所述第一减重孔和所述第二减重孔的收敛角度进行控制(即在成形过程中，任意减重孔与成形方向的最大夹角不大于60°)，以避免龙门式结构件在成形过程中存在悬空结构与水平面的角度过大而不利于成形的情况。

此外，还需要说明的是，在所述龙门式结构件成型完成后，根据所述辅助件的形式，所述龙门式结构件既可以包括所述分隔板，也可以不包括所述分隔板，也就是说，所述龙门式结构件是否包括所述分隔板由辅助件的形式及尺寸决定，因而在龙门式结构件的工艺模型中并不必然包括所述分隔板。具体地，若所述辅助件为框架式结构，且辅助件的形状与所述横梁在垂直于所述第一方向上的截面形状、尺寸相同时，最终成形的龙门式结构件就不包括所述分隔板。若所述辅助件为框架式结构并具有内孔，但在垂直于所述第一方向的截面上，所述内孔的尺寸小于所述横梁之内腔的尺寸，则最终成形的龙门式结构件就包括所述分隔板，且所述内孔成为所述第四减重孔。若所述辅助件为板体，则最终成形的龙门式结构件也包括所述分隔板，且所述分隔板上不设置所述第四减重孔。也就是说，所述龙门式结构件上所述包括的所述分隔板是所述辅助件的一部分。另外，为确保在成形过程中所述辅助件不会出现变形，所述辅助件的厚度(即所述第一表面P3与所述第二表面P4之间的距离)不小于5mm。

此外，当所述龙门式结构件还包括底座时，所述底座可通过焊接的方式与所述支撑部连接。

本发明的另一个实施例还提供了一种用于生产前述的龙门式结构件的增材制造方法，本实施例与前一实施例的区别之处仅在于所述第一子构件、第四子构件及第五子构件的成形顺序不同，因此，本实施例仅对龙门式结构件的成形过程作详细介绍。

请参阅图11a-图11e，所述增材制造方法包括如下步骤：

步骤1，利用计算机建立所述龙门式结构件的工艺模型。

步骤2，如图11a所示，对所述工艺模型进行拆分，本实施例中对所述工艺模型的拆分与前一实施例中所述工艺模型的拆分方式完全相同，故此处不再赘述。

步骤3，如图11b所示，提供一辅助件，所述辅助件用于作为所述第三子构件(即所述第三部分S3)，且所述辅助件具有相对的第一表面P3和第二表面P4。

步骤4，成形所述第二部分S2。如图11c所示，将所述第一表面P3水平向上地设置，再以所述第一表面P3作为基准进行增材制造，以成形所述第二子构件；已成形的所述第二子构件远离所述第一表面P3的端面为第一相交面P5。

步骤5，成型所述第四部分S4。如图11d所示，翻转已成形的结构，使所述第二表面P4水平向上地设置，再以所述第二表面P4为基准进行增材制造，以成形所述第四子构件，从而完成所述横梁100的成形。已成形的所述第四子构件远离所述第二表面P4的端面为第二相交面P6。

步骤6，成形所述第一部分S1和所述第五部分S5。如图11e所示，翻转已成形的结构，使所述第一相交面P5水平向上地设置并在所述第一相交面P5上成形所述第一子构件，以完成一个所述支撑部200的成形，以及使第二相交面P6水平向上地设置，并在所述第二相交面P6上成形所述第五子构件，以完成另一个支撑部200的成形，从而整个龙门式结构件成形完毕。

本实施例中，当所述第二分割界面P2垂直于所述第一方向，所述第二分割界面P1垂直于所述第一分割界面P2时(即，第一表面P3和第二表面P4均与所述第一方向垂直，所述第一相交面P5和所述第二相交面P6均与所述第一表面P3垂直)，所述步骤5中，所述已成形的结构翻转的角度为180°，以及所述步骤6中，所述已成形的结构翻转的角度为90°，且所述第一子构件和所述第五子构件可同时成形，以缩短龙门式结构件生产周期。

本发明实施例介绍了一种龙门式结构件及其增材制造方法，采用该方法制造的龙门式结构件可在非承载板及支撑部上设置大量的减重孔，从而减小龙门式结构件的自重，以提高龙门式结构件的刚重比，改善龙门式结构件的性能。

虽然本发明披露如上，但并不局限于此。本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (22)

1.一种增材制造的龙门式结构件，其特征在于，包括横梁和支撑部，所述横梁沿第一方向延伸，且在所述横梁的两端均至少设有一个所述支撑部，所述支撑部用于在第二方向上支撑所述横梁；

其中，所述横梁为中空结构并包括相互连接的承载板和非承载板，且所述横梁上具有一与所述第一方向相交的参考面，在所述参考面的至少一侧的所述非承载板上设置有第一减重孔，沿远离所述参考面的方向，所述第一减重孔逐渐收敛以形成楔形孔。

2.根据权利要求1所述的增材制造的龙门式结构件，其特征在于，所述第一减重孔的孔壁与所述第一方向成一夹角，所述夹角的角度小于或等于60°。

3.根据权利要求1所述的增材制造的龙门式结构件，其特征在于，所述支撑部上设置有至少一个第二减重孔。

4.根据权利要求3所述的增材制造的龙门式结构件，其特征在于，所述第二减重孔具有相对的第一端和第二端，其中所述第一端较所述第二端远离所述横梁，且从所述第一端到所述第二端，所述第二减重孔逐渐收敛以形成楔形孔。

5.根据权利要求4所述的增材制造的龙门式结构件，其特征在于，所述第二方向垂直于所述第一方向，且所述第二减重孔的孔壁与所述第二方向成一夹角，所述夹角的角度小于或等于60°。

6.根据权利要求1所述的增材制造的龙门式结构件，其特征在于，所述龙门式结构件为对称结构。

7.根据权利要求1所述的增材制造的龙门式结构件，其特征在于，所述横梁还包括与所述第一方向相交的分隔板，所述分隔板同时与所述承载板和所述非承载板连接，且所述分隔板的至少一侧的非承载板上设置有所述第一减重孔。

8.根据权利要求7所述的增材制造的龙门式结构件，其特征在于，所述分隔板与所述第一方向垂直，且所述龙门式结构件关于所述分隔板对称。

9.根据权利要求7所述的增材制造的龙门式结构件，其特征在于，所述分隔板、所述承载板及所述非承载板的材质均为金属。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的增材制造的龙门式结构件，其特征在于，所述横梁的两端分别形成肋肩，所述肋肩上设置有第三减重孔，所述支撑部与所述肋肩连接。

11.根据权利要求1-9中任一项所述的增材制造的龙门式结构件，其特征在于，所述龙门式结构件上任意相邻的两个表面之间均平滑过渡地连接。

12.根据权利要求1-9中任一项所述的增材制造的龙门式结构件，其特征在于，所述龙门式结构件还包括底座，所述底座设置于所述支撑部远离所述横梁的一端。

13.一种用于制造如权利要求1-12中任一项所述的龙门式结构件的增材制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，建立龙门式结构件的工艺模型；

步骤2，采用两个第一分割界面和两个第二分割界面将所述工艺模型拆分为第一部分、第二部分、第三部分、第四部分和第五部分，所述第一分割界面用于分割所述横梁和所述支撑部，两个所述第二分割界面分别位于所述参考面的两侧以用于将所述横梁拆分为第一节段、第二节段和第三节段；其中，所述第一部分为一个支撑部，所述第二部分为第一节段，所述第三部分为第二节段，所述第四部分为第三节段，所述第五部分为另一个支撑部，且所述第一节段和所述第三节段中的至少一个节段上设置有所述第一减重孔；

步骤3，提供一辅助件以作为所述第三部分结构，且所述辅助件具有相对的第一表面和第二表面；

步骤4，将所述第一表面水平向上地设置，以所述第一表面作为基准进行增材制造，以完成所述第二部分结构的成形，所述第二部分结构远离所述第一表面的端面为第一相交面；

步骤5，翻转已成形的结构，使所述第一相交面水平向上地设置，以所述第一相交面为基准进行增材制造，以完成所述第一部分结构的成形；

步骤6，翻转已成形的结构，使所述第二表面水平向上地设置，以所述第二表面为基准进行增材制造，以完成所述第四部分结构的成形，所述第四部分结构远离所述第二表面的端面为第二相交面；

步骤7，翻转已成形的结构，使所述第二相交面水平向上地设置，以所述第二相交面为基准进行增材制造，以完成所述第五部分结构的成形。

14.根据权利要求13所述的增材制造方法，其特征在于，所述第二分割界面与所述第一方向垂直。

15.根据权利要求14所述的增材制造方法，其特征在于，所述第一分割界面与所述第二分割界面垂直，且所述步骤5、步骤6以及步骤7中，已成形的结构每次翻转的角度均为90°。

16.根据权利要求13-15中任一项所述的增材制造方法，其特征在于，所述辅助件的材质与用于成形所述第一部分结构、所述第二部分结构、所述第四部分结构及所述第五部分结构的原材料的材质均相同。

17.根据权利要求16所述的增材制造方法，其特征在于，增材制造过程中所使用的热源是电弧，所述原材料为金属丝。

18.一种用于制造如权利要求1-12中任一项所述的龙门式结构件的增材制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，建立龙门式结构件的工艺模型；

步骤2，采用两个第一分割界面和两个第二分割界面将所述工艺模型拆分为第一部分、第二部分、第三部分、第四部分和第五部分，所述第一分割界面用于分割所述横梁和所述支撑部，两个所述第二分割界面分别位于所述参考面的两侧以用于将所述横梁拆分为第一节段、第二节段和第三节段；其中，所述第一部分为一个支撑部，所述第二部分为第一节段，所述第三部分为第二节段，所述第四部分为第三节段，所述第五部分为另一个支撑部，且所述第一节段和所述第三节段中的至少一个节段上设置有所述第一减重孔；

步骤3，提供一辅助件以作为所述第三部分结构，且所述辅助件具有相对的第一表面和第二表面；

步骤4，将所述第一表面水平向上地设置，以所述第一表面为基准进行增材制造，以完成所述第二部分结构的成形，所述第二部分结构远离所述第一表面的端面为第一相交面；

步骤5，翻转已成形的结构，使所述第二表面水平向上地设置，以所述第二表面为基准进行增材制造，以完成所述第四部分结构的成形，所述第四部分结构远离所述第二表面的端面为第二相交面；

步骤6，翻转已成形的结构，使所述第一相交面水平向上地设置并以所述第一相交面为基准进行增材制造，以完成所述第一部分结构的成形，以及使所述第二相交面水平向上地设置并以所述第二相交面为基准进行增材制造，以完成所述第五部分结构的成形。

19.根据权利要求18所述的增材制造方法，其特征在于，所述第二分割界面与所述第一方向垂直，所述步骤5中，已成形的结构翻转的角度为180°。

20.根据权利要求19所述的增材制造方法，其特征在于，所述第一分割界面与所述第二分割界面垂直，所述步骤6中，已成形的结构翻转的角度为90°，且所述第一部分结构和所述第五部分结构同时成形。

21.根据权利要求18-20中任一项所述的增材制造方法，其特征在于，所述辅助件的材质与用于成形所述第一部分结构、所述第二部分结构、所述第四部分结构及所述第五部分结构的原材料的材质均相同。

22.根据权利要求21所述的增材制造方法，其特征在于，增材制造过程中所使用的热源是电弧，所述原材料为金属丝。

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