TWI756837B

TWI756837B - 一種龍門式結構件及其增材製造方法

Info

Publication number: TWI756837B
Application number: TW109132603A
Authority: TW
Inventors: 趙仁潔
Original assignee: 大陸商上海微電子裝備（集團）股份有限公司
Priority date: 2019-10-22
Filing date: 2020-09-21
Publication date: 2022-03-01
Also published as: CN112692588A; CN112692588B; TW202122202A

Abstract

本發明涉及一種龍門式結構件及其增材製造方法，該龍門式結構件上設置有大量的減重孔，從而降低龍門式結構件的自重，提高龍門式結構件的剛重比(rigid weight ratio)，而採用本發明提供的增材製造方法來生產龍門式結構件，可以簡化龍門式結構件的生產過程，並提高龍門式結構件的品質

Description

一種龍門式結構件及其增材製造方法

本發明屬於增材製造技術領域，具體來說涉及一種龍門式結構件及其增材製造方法。

龍門式結構件廣泛應用於數位控制機床、檢測設備等領域，龍門式結構件的品質直接影響到這些設備的性能。

現有的龍門式結構件一般採用焊接或鑄造的方式製造，採用焊接製造龍門式結構件時，需要對數十塊或數百塊的板材進行焊接，焊縫長且焊縫變形不易控制；而採用鑄造方式時，需要根據不同的龍門式結構件配置模具，但模具本身造價高，且模具尺寸精確度不佳，同時鑄造時間長。也就是說，無論是採用焊接方式還是採用鑄造方式生產龍門式結構件均存在龍門式結構件的品質無法保證的問題，而且這兩種方式更存在著生產週期長且生產成本高的劣勢。

近年來部份生產廠商開始採用電弧增材製造的方法來生產龍門式結構件。如圖1所示，現有的龍門式結構件包括橫樑10、支撐部20以及底座30，其中橫樑10的兩端可形成肋肩11，支撐部20為兩個並分別與橫樑10兩端的肋肩11連接，底座30設置於支撐部20之遠離橫樑10的端部。利用電弧增材製造法生產龍門式結構件時，一般是先在基板上成形橫樑10，然後再成形支撐部20，最後在支撐部20上焊接底座30。然而按照這種步驟生產的龍門式結構件具有自重大、剛重比(rigid weight ratio)低的劣勢。

本發明的目的在於提供一種龍門式結構件及其增材製造方法，該龍門式結構件具有自重小、剛重比大的優點。

為實現上述目的，本發明提供的一種龍門式結構件，包括橫樑和至少兩個支撐部，橫樑沿第一方向延伸，且在橫樑的兩端均至少設有一個支撐部，各支撐部用於在第二方向上支撐橫樑；

其中，橫樑為中空結構並包括相互連接的承載板和非承載板，且橫樑定義有與第一方向相交的一參考面，在參考面的至少一側的非承載板上設置有第一減重孔，沿遠離參考面的方向，第一減重孔逐漸收斂以形成楔形孔。

較佳地，第一減重孔的孔壁與第一方向成一夾角，夾角的角度小於或等於60°。

較佳地，支撐部上設置有至少一個第二減重孔。

較佳地，第二減重孔具有相對的第一端和第二端，其中第一端較第二端遠離橫樑，且從第一端到第二端，第二減重孔逐漸收斂以形成楔形孔。

較佳地，第二方向垂直於第一方向，且第二減重孔的孔壁與第二方向成一夾角，夾角的角度小於或等於60°。

較佳地，龍門式結構件為對稱結構。

較佳地，橫樑進一步包括與第一方向相交的分隔板，分隔板同時與承載板和非承載板連接，且分隔板的至少一側的非承載板上設置有第一減重孔。

較佳地，分隔板與第一方向垂直，且龍門式結構件關於分隔板對稱。

較佳地，分隔板、承載板及非承載板的材質均為金屬。

較佳地，橫樑的兩端分別形成肋肩，肋肩上設置有第三減重孔，支撐部與肋肩連接。

較佳地，龍門式結構件上任意相鄰的兩個表面之間均平滑過渡地連接。

較佳地，龍門式結構件進一步包括至少兩個底座，至少兩個底座對應設置於至少兩個支撐部遠離橫樑的一端。

為實現上述目的，本發明進一步提供一種用於製造如前所述的龍門式結構件的增材製造方法，包括以下步驟：

步驟1，建立龍門式結構件的製程模型；

步驟2，採用兩個第一分割界面和兩個第二分割界面將製程模型拆分為第一部分、第二部分、第三部分、第四部分和第五部分，第一分割界面用於分割龍門式結構件的製程模型的橫樑和龍門式結構件的製程模型的支撐部，兩個第二分割界面分別位於龍門式結構件的製程模型的參考面的兩側以用於將橫樑拆分為第一節段、第二節段和第三節段；其中，第一部分為一個支撐部，第二部分為第一節段，第三部分為第二節段，第四部分為第三節段，第五部分為另一個支撐部，且第一節段和第三節段中的至少一個節段上設置有第一減重孔；

步驟3，提供一輔助件以作為第三部分結構，且輔助件具有相對的第一表面和第二表面；

步驟4，將第一表面水平向上地設置，以第一表面作為基準進行增材製造，以完成第二部分結構的成形，第二部分結構之遠離第一表面的端面為第一相交面；

步驟5，翻轉已成形的結構，使第一相交面水平向上地設置，以第一相交面為基準進行增材製造，以完成第一部分結構的成形；

步驟6，翻轉已成形的結構，使第二表面水平向上地設置，以第二表面為基準進行增材製造，以完成第四部分結構的成形，第四部分結構之遠離第二表面的端面為第二相交面；

步驟7，翻轉已成形的結構，使第二相交面水平向上地設置，以第二相交面為基準進行增材製造，以完成第五部分結構的成形。

較佳地，第二分割界面與橫樑的延伸方向垂直。

較佳地，第一分割界面與第二分割界面垂直，且步驟5、步驟6以及步驟7中，已成形的結構每次翻轉的角度均為90°。

較佳地，輔助件的材質與用於成形第一部分結構、第二部分結構、第四部分結構及第五部分結構的原材料的材質均相同。

較佳地，增材製造過程中所使用的熱源是電弧，且原材料為金屬絲。

為實現上述目的，本發明進一步提供了一種用於製造如前所述的龍門式結構件的增材製造方法，包括以下步驟：

步驟1，建立龍門式結構件的製程模型；

步驟4，將第一表面水平向上地設置，以第一表面為基準進行增材製造，以完成第二部分結構的成形，第二部分結構之遠離第一表面的端面為第一相交面；

步驟5，翻轉已成形的結構，使第二表面水平向上地設置，以第二表面為基準進行增材製造，以完成第四部分結構的成形，第四部分結構之遠離第二表面的端面為第二相交面；

步驟6，翻轉已成形的結構，使第一相交面水平向上地設置並以第一相交面為基準進行增材製造，以完成第一部分結構的成形，以及使第二相交面水平向上地設置並以第二相交面為基準進行增材製造，以完成第五部分結構的成形。

較佳地，第二分割界面與橫樑的延伸方向垂直，步驟5中，已成形的結構翻轉的角度為180°。

較佳地，第一分割界面與第二分割界面垂直，步驟6中，已成形的結構翻轉的角度為90°，且第一部分結構和第五部分結構同時成形。

與先前技術相比，本發明的龍門式結構件及其增材製造方法具有以下優點：

第一、上述的龍門式結構件包括橫樑和支撐部，橫樑沿第一方向延伸，且在橫樑的兩端均至少設有一個支撐部，支撐部用於在第二方向上支撐橫樑；其中，橫樑為中空結構並包括相互連接的承載板和非承載板，且橫樑定義有與第一方向相交的一參考面，在參考面的至少一側的非承載板上設置有第一減重孔，沿遠離參考面的方向，第一減重孔逐漸收斂以形成楔形孔。透過在非承載板上設置第一減重孔，可以有效減小龍門式結構件的自重，從而增大龍門式結構件的剛重比，而且將第一減重孔設置為沿遠離參考面的方向逐漸收斂的楔形孔，以便於採用增材製造的方法生產該龍門式結構件。

第二、在支撐部上設置第二減重孔可以進一步地降低龍門式結構件的自重以提高剛重比，同時，第二減重孔從支撐部遠離橫樑的邊緣向橫樑延伸並逐漸收斂以形成楔形孔，以便於採用增材製造的方法生產該龍門式結構件。

第三、兩組第一減重孔以及兩個支撐部均對稱設置以使龍門式結構件形成對稱結構，有利於採用增材製造的方法生產該龍門式結構件。

為了使本發明的目的、優點和特徵更加清楚，下文中將結合附圖對本發明的實施例作進一步詳細說明。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明確地輔助說明本發明實施例的目的。

如在本說明書和所附申請專利範圍中所使用的，單數形式「一」、「一個」以及「該」也意圖包括複數個對象，複數形式「多個」包括「兩個」及「三個以上」的對象，除非內文中有另外的明確指出。如在本說明書和所附申請專利範圍中所使用的，術語「或」通常是以包括「及/或」的含義而進行使用的，除非內文中有另外的明確指出，以及術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接。可以是機械連接，也可以是電連接。可以是直接相連，也可以透過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係。對於本領域具有通常知識者而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。附圖中相同或相似的元件符號代表相同或相似的部件。

如圖2a及圖2b所示，本發明的第一實施例提供了一種龍門式結構件，該龍門式結構件特別適用於採用增材製造的方法來生產。一般來說，龍門式結構件包括橫樑100和支撐部200，橫樑100沿第一方向延伸，支撐部200可以為兩個，並分別設置在橫樑100的兩端以在第二方向上支撐橫樑100。根據龍門式結構件的實際應用場景，第一方向可為水平方向（如圖示中的y方向），第二方向可為豎直方向（如圖示中的z方向）。

具體而言，請繼續參考圖2a和圖2b，並同時參考參考圖3和圖4，橫樑100為中空結構並包括相互連接的承載板110和非承載板120，且橫樑100上具有與第一方向相交的一參考面P0，在參考面P0的至少一側的非承載板120上設置有一組第一減重孔121，沿遠離參考面P0的方向，任一個第一減重孔121逐漸收斂以形成楔形孔。較佳地，本實施例中以參考面P0兩側的非承載板120上各設置有一組第一減重孔121為例進行說明。

與傳統的龍門式結構件類似，承載板110用於安裝其他外接裝置，例如應用於檢測設備領域時，承載板110用於安裝檢測頭，而在起重吊裝領域，承載板110用於安裝葫蘆、吊鉤等吊裝裝置。非承載板120則無需安裝外接裝置。在非承載板120上設置第一減重孔121可大幅度地降低龍門式結構件的自重，提高其剛重比。而第一減重孔121沿遠離參考面P0的方向逐漸收斂以形成楔形孔，以簡化在增材製造時橫樑的成形過程，並降低成形難度，該龍門式結構件的具體增材製造方法將在下文中詳細說明。應理解的是，本文中所述的參考面P0僅是為方便說明第一減重孔121的收斂方向而定義的虛擬平面，其並不是龍門式結構件中的一個實際結構。

同理，如圖3所示，為進一步減小龍門式結構件的自重，支撐部200上可以進一步設置有第二減重孔210。較佳地，第二減重孔210可從支撐部200遠離橫樑100的邊緣向橫樑100延伸，這樣第二減重孔210具有相對的第一端和第二端，其中第一端遠離橫樑100，第二端靠近橫樑100，且從第一端到第二端，第二減重孔210逐漸收斂以形成楔形孔。較佳地，第二減重孔210的孔壁與第二方向所形成的夾角α的角度小於或等於60°，將第二減重孔210設計為楔形孔並控制第二減重孔210與第二方向所成夾角的目的是為了避免在增材製造的過程中出現與水平面成較大角度的懸空結構，以降低在增材製造的過程中支撐部200的成形難度。

另外，如圖3所示，龍門式結構件可以進一步包括底座300，底座300設置於支撐部200遠離橫樑100的端部，且底座300的部分邊緣可作為第二減重孔210的部分孔壁。

請繼續參閱圖2a及圖2b，本實施例中，橫樑100在垂直於第一方向上的截面可為矩形，這樣一來，橫樑可包括一個承載板110和三個非承載板120，為便於說明，本文中將三個非承載板120分別定義為第一非承載板120a、第二非承載板120b和第三非承載板120c，其中第一非承載板120a和第二非承載板120b垂直於承載板110並相對設置，且第一非承載板120a遠離支撐部200，第二非承載板120b靠近支撐部200，而第三非承載板120c與承載板110相對設置。各組第一減重孔121的數量至少為一個，本實施例中以各組具有一個第一減重孔121為例進行說明。作為較佳實施例，兩個第一減重孔121均設置於第三非承載板120c上，且任一個第一減重孔121的孔壁與第二方向所成夾角β的角度小於或等於60°，如此可使得在採用增材製造方法製造龍門式結構件時，避免出現與水平面成較大角度的懸空結構，從而便於橫樑100成形。另外，為保證橫樑100的剛度，兩個第一減重孔121之間的最小距離不小於5mm。

較佳地，請參閱圖4及圖5，第一非承載板120a及第二非承載板120b靠近支撐部200的端部朝向支撐部200傾斜，從而在橫樑100的端部形成肋肩130。肋肩130上可設置第三減重孔131，第三減重孔131可設置於相鄰兩個非承載板120相交之處，以及非承載板120與承載板110相交之處。

較佳地，請繼續參閱圖2a及圖2b，龍門式結構件被設計為對稱結構。換句話說，橫樑100具有一中線，兩個第一減重孔121關於中線對稱，兩個肋肩130關於中線對稱，以及兩個支撐部200關於中線對稱。這種情況下，前文的參考面P0可以垂直於第一方向的平面，且中線位於參考面P0上。

較佳地，如圖2b及圖6所示，橫樑100可以進一步包括一分隔板140，分隔板140設置於承載板110及非承載板120內側，分隔板140同時與承載板110和非承載板120連接，且分隔板140位於兩個第一減重孔121之間。較佳地，分隔板140垂直於第一方向並設置於橫樑100的中線處，即，兩組第一減重孔121、兩個肋肩130及兩個支撐部200分別關於分隔板140對稱設置。

進一步地，分隔板140的材質與龍門式結構件其他部分的材質相同，通常為金屬材質。一般情況下，分隔板140的厚度（分隔板140在第一方向上的尺寸）可與兩個第一減重孔121之間的最小距離相等，也就是說，在本實施例中，分隔板140的厚度最小為5mm。另外，如圖7所示，分隔板140上可以進一步設置有第四減重孔141，以進一步減小龍門式結構件的自重。

圖8示出了本發明第二實施例提供的一種龍門式結構件的示意圖，圖9示出了本實施例的龍門式結構件的肋肩130、支撐部200及底座300部分的示意圖。本實施例與第一實施例的區別之處在於，龍門式結構件所有的相鄰表面間均平滑過渡地連接，即，本實施例的龍門式結構件的表面具有更多的曲面。

表1中列出了比較實施例中的龍門式結構件（即圖1所示的龍門式結構件）、第一實施例所提供的龍門式結構件（即圖2所示的龍門式結構件）及第二實施例（即圖8所示的龍門式結構件）所提供的龍門式結構件的重量、一階模態及最大變形量的對比。其中，這三種龍門式結構件採用完全相同的材質製造並具有相同的三維尺寸，同時這三種龍門式結構件的承載能力相同。從表1可清楚地看到，本發明實施例所提供的龍門式結構件較傳統的龍門式結構件而言具有自重小、最大變形量小及一階模態高的優勢。

表1本發明實施例提供的龍門式結構件與傳統的龍門式結構件的性能對比

項目	第一實施例	第二實施例	比較實施例
重量（Kg）	92.8	93.5	131.4
一階模態（Hz）	138	132	120
最大變形量（um）	3.8	4.2	5.1

進一步地，本發明進一步提供了一種增材製造方法，用於製造前述實施例中的龍門式結構件，請參閱圖10a-圖10f，增材製造方法包括以下步驟：

步驟1，如圖10a所示，利用電腦建立龍門式結構件的製程模型。

步驟2，對製程模型進行拆分。

根據龍門式結構件的結構可將龍門式結構件拆分為五個子構件，具體地，從龍門式結構件的一個支撐部到另一個支撐部，龍門式結構件可依序被分割為第一子構件、第二子構件、第三子構件、第四子構件以及第五子構件，第一子構件為一個支撐部，且第五子構件為另一個支撐部。第二子構件為第一節段的橫樑，第三子構件為第二節段的橫樑，並且第四子構件為第三節段的橫樑，本實施例中，第一節段的橫樑包括一組第一減重孔，第二節段的橫樑位於兩組第一減重孔之間，第三節段的橫樑包括另一組第一減重孔。

請繼續參閱如圖10a，根據龍門式結構件的拆分方式，採用兩個第一分割界面P1和兩個第二分割界面P2對龍門式結構件的製程模型進行拆分，從而得到第一部分S1、第二部分S2、第三部分S3、第四部分S4以及第五部分S5，且第一部分S1對應於第一子構件，第二部分S2對應於第二子構件，第三部分S3對應於第三子構件，第四部分S4對應於第四子構件，並且第五部分S5對應於第五子構件。

接下來成形龍門式結構件的五個子構件。

步驟3，如圖10b所示，提供一輔助件，輔助件用於作為第三子構件（即第三部分S3的結構），且輔助件具有相對的第一表面P3和第二表面P4。

步驟4，成形第二部分S2的結構。如圖10c所示，將第一表面P3水平向上地設置，再以第一表面P3作為基準進行增材製造，以成形第二子構件；已成形的第二子構件之遠離第一表面P3的端面為第一相交面P5。

步驟5，成形第一部分S1的結構。如圖10d所示，翻轉已成形的結構，使第一相交面P5水平向上地設置，然後以該第一相交面P5為基準進行增材製造，以成形第一子構件。

步驟6，成形第四部分S4的結構。如圖10e所示，翻轉已成形的結構，使第二表面P4水平向上地設置，再以第二表面P4為基準進行增材製造，以成形第四子構件，已成形的第四子構件之遠離第二表面P4的端面為第二相交面P6。

步驟7，成形第五部分S5的結構。如圖10f所示，翻轉已成形的結構，使第二相交面P6水平向上地設置，再以第二相交面P6為基準進行增材製造，以成形第五子構件，從而完成龍門式結構件的成形。

在上述增材製造過程中，各子構件成形的方向均為豎直方向（即圖示中箭頭所指的方向）。作為較佳實施例，第二分割界面P2垂直於第一方向，第一分割界面P1與第二分割界面P2垂直（即，第一表面P3和第二表面P4均與第一方向垂直，第一相交面P5和第二相交面P6均與第一表面P3垂直），這樣一來步驟5、步驟6及步驟7中，已成形的結構每次翻轉的角度均為90°，且在成形的過程中，各個子構件基本上沒有水平方向的懸空結構，從而便於龍門式結構件的成形。

較佳地，增材製造時所使用的熱源為電弧，用於成形第一子構件、第二子構件、第四子構件及第五子構件的原材料均為金屬絲，且較佳地，該金屬絲的材質與輔助件的材質相同。當然，在其他實施例中，增材製造時所使用的熱源還可以是電子束或雷射束，相應地，用於成形第一子構件、第二子構件、第四子構件及第五子構件的原材料可為金屬粉末。

另外，橫樑上設置有楔形的第一減重孔，以及當支撐部上設置有楔形的第二減重孔時，透過對第一減重孔和第二減重孔的收斂角度進行控制（即在成形過程中，任意減重孔與成形方向的最大夾角不大於60°），以避免龍門式結構件在成形過程中存在懸空結構與水平面的角度過大而不利於成形的情況。

此外，需要進一步說明的是，在龍門式結構件成形完成後，根據輔助件的形式，龍門式結構件既可以包括分隔板，也可以不包括分隔板，也就是說，龍門式結構件是否包括分隔板由輔助件的形式及尺寸決定，因而在龍門式結構件的製程模型中並不包括分隔板。具體地，若輔助件為框架式結構，且輔助件的形狀與橫樑在垂直於第一方向上的截面形狀、尺寸相同時，最終成形的龍門式結構件就不包括分隔板。若輔助件為框架式結構並具有內孔，但在垂直於第一方向的截面上，內孔的尺寸小於橫樑之內腔的尺寸，則最終成形的龍門式結構件就包括分隔板，且內孔成為第四減重孔。若輔助件為板體，則最終成形的龍門式結構件也包括分隔板，且分隔板上不設置第四減重孔。也就是說，龍門式結構件上包括的分隔板是輔助件的一部分。另外，為確保在成形過程中輔助件不會出現變形，輔助件的厚度（即輔助件在豎直方向上的尺寸）不小於5mm。

此外，當龍門式結構件進一步包括底座時，底座可透過焊接的方式與支撐部連接。

本發明的另一個實施例進一步提供了一種用於生產前述的龍門式結構件的增材製造方法，本實施例與前一實施例的區別之處僅在於第一子構件、第四子構件及第五子構件的成形順序不同，因此，本實施例僅對龍門式結構件的成形過程作詳細介紹。

請參閱圖11a至圖11e，增材製造方法包括以下步驟：

步驟1，利用電腦建立龍門式結構件的製程模型。

步驟2，如圖11a所示，對製程模型進行拆分，本實施例中對製程模型的拆分與前一實施例中製程模型的拆分方式完全相同，故此處不再贅述。

步驟3，如圖11b所示，提供一輔助件，輔助件用於作為第三子構件（即第三部分S3），且輔助件具有相對的第一表面P3和第二表面P4。

步驟4，成形第二部分S2。如圖11c所示，將第一表面P3水平向上地設置，再以第一表面P3作為基準進行增材製造，以成形第二子構件；已成形的第二子構件之遠離第一表面P3的端面為第一相交面P5。

步驟5，成形第四部分S4。如圖11d所示，翻轉已成形的結構，使第二表面P4水平向上地設置，再以第二表面P4為基準進行增材製造，以成形第四子構件，從而完成橫樑100的成形。已成形的第四子構件之遠離第二表面P4的端面為第二相交面P6。

步驟6，成形第一部分S1和第五部分S5。如圖11e所示，翻轉已成形的結構，使第一相交面P5水平向上地設置並在第一相交面P5上成形第一子構件，以完成一個支撐部200的成形，以及使第二相交面P6水平向上地設置，並在第二相交面P6上成形第五子構件，以完成另一個支撐部200的成形，從而整個龍門式結構件成形完畢。

本實施例中，當第二分割界面P2垂直於第一方向，第一分割界面P1垂直於第二分割界面P2時（即，第一表面P3和第二表面P4均與第一方向垂直，第一相交面P5和第二相交面P6均與第一表面P3垂直），步驟5中，已成形的結構翻轉的角度為180°，以及步驟6中，已成形的結構翻轉的角度為90°，且第一子構件和第五子構件可同時成形，以縮短龍門式結構件生產週期。

本發明實施例介紹了一種龍門式結構件及其增材製造方法，採用該方法製造的龍門式結構件可在非承載板及支撐部上設置大量的減重孔，從而減小龍門式結構件的自重，以提高龍門式結構件的剛重比，改善龍門式結構件的性能。

雖然本發明揭露如上，但並不局限於此。本領域具有通常知識者可以在不脫離本發明的精神和範圍內，對本發明進行各種改動和變形。並且，本發明的這些修改和變形皆應屬本發明申請專利範圍及其等同技術的保護範圍之內，且本發明也意圖包含這些修改和變形。

10,100:橫樑 110:承載板 120:非承載板 120a:第一非承載板 120b:第二非承載板 120c:第三非承載板 121:第一減重孔 11,130:肋肩 131:第三減重孔 140:分隔板 141:第四減重孔 20,200:支撐部 210:第二減重孔 30,300:底座 P0:參考面 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

圖1是先前技術中採用增材製造方法製造的龍門式結構件；圖2a是本發明根據第一實施例所提供的龍門式結構件在一個方向的結構示意圖；圖2b是圖2a所示的龍門式結構件在另一個方向的結構示意圖；圖3是圖2a所示的龍門式結構件之支撐部及底座的示意圖；圖4是圖2a所示的龍門式結構件之橫樑的局部示意圖；圖5是圖2a所示的龍門式結構件在肋肩處的剖視圖；圖6是圖2a所示的龍門式結構件在分隔板處的剖視圖，且圖示中的分隔板上未設置第四減重孔；圖7是圖2a所示的龍門式結構件在分隔板處的剖視圖，且圖示中的分隔板上設置有第四減重孔；圖8示出了本發明根據第二實施例所提供的龍門式結構件的結構示意圖；圖9是圖8所示的龍門式結構件之肋肩、支撐部及底座的結構示意圖；圖10a至圖10f是本發明根據一實施例提供的龍門式結構件的增材製造方法的過程示意圖；圖11a至圖11e是本發明根據另一實施例所提供增材製造方法中龍門式結構件的成形過程示意圖。

100:橫樑

110:承載板

120:非承載板

120a:第一非承載板

120b:第二非承載板

120c:第三非承載板

130:肋肩

131:第三減重孔

140:分隔板

200:支撐部

210:第二減重孔

300:底座

P0:參考面

Claims

一種龍門式結構件，包括一橫樑和至少二支撐部，該橫樑沿一第一方向延伸，且在該橫樑的兩端均設有至少一個該支撐部，各該支撐部用於在一第二方向上支撐該橫樑；其中，該橫樑為中空結構並包括相互連接的一承載板和一非承載板，且該橫樑定義有與該第一方向相交的一參考面，在該參考面的至少一側的該非承載板上設置有一第一減重孔，沿遠離該參考面的方向，該第一減重孔逐漸收斂以形成楔形孔；其中，該橫樑的兩端分別形成一肋肩，該肋肩上設置有一第三減重孔，該支撐部與該肋肩連接，該第三減重孔設置於該非承載板與該承載板相交之處。
如請求項1所述的龍門式結構件，其中該第一減重孔的孔壁與該第一方向成一夾角，該夾角的角度小於或等於60°。
如請求項1所述的龍門式結構件，其中該支撐部上設置有至少一第二減重孔。
如請求項3所述的龍門式結構件，其中該第二減重孔具有相對的一第一端和一第二端，其中該第一端較該第二端遠離該橫樑，且從該第一端到該第二端，該第二減重孔逐漸收斂以形成楔形孔。
如請求項4所述的龍門式結構件，其中該第二方向垂直於該第一方向，且該第二減重孔的孔壁與該第二方向成一夾角，該夾角的角度小於或等於60°。
如請求項1所述的龍門式結構件，其中該龍門式結構件為對稱結構。
如請求項1所述的龍門式結構件，其中該橫樑進一步包括與該第一方向相交的一分隔板，且該分隔板與該承載板和該非承載板連接，並且該分隔板的至少一側的該非承載板上設置有該第一減重孔。
如請求項7所述的龍門式結構件，其中該分隔板與該第一方向垂直，且該龍門式結構件關於該分隔板對稱。
如請求項7所述的龍門式結構件，其中該分隔板、該承載板及該非承載板的材質均為金屬。
如請求項1至請求項9中的任一項所述的龍門式結構件，其中該龍門式結構件上任意相鄰的兩個表面之間均平滑過渡地連接。
如請求項1至請求項9中的任一項所述的龍門式結構件，其中該龍門式結構件進一步包括至少二底座，該至少二底座對應設置於至少兩個該支撐部遠離該橫樑的一端。
一種用於製造如請求項1至請求項11中的任一項所述的龍門式結構件的增材製造方法，包括以下步驟：步驟1，建立該龍門式結構件的一製程模型；步驟2，採用二第一分割界面和二第二分割界面將該製程模型拆分為一第一部分、一第二部分、一第三部分、一第四部分和一第五部分，該第一分割界面用於分割該龍門式結構件的該製程模型的一橫樑和該龍門式結構件的該製程模型的一支撐部，兩個該第二分割界面分別位於該龍門式結構件的該製程模型的一參考面的兩側以用於將該橫樑拆分為一第一節段、一第二節段和一第三節段；其中，該第一部分為一個該支撐部，該第二部分為該第一節段，該第三部分為該第二節段，該第四部分為該第三節段，該第五部分為另一個該支撐部，且該第一節段和該第三節段中的至少一個節段上設置有一第一減重孔；步驟3，提供一輔助件以作為該第三部分的結構，且該輔助件具有相對的一第一表面和一第二表面；步驟4，將該第一表面水平向上地設置，以該第一表面作為基準進行增材製造，以完成該第二部分結構的成形，該第二部分的結構之遠離該第一表面的端面為一第一相交面；步驟5，翻轉已成形的結構，使該第一相交面水平向上地設置，以該第一相交面為基準進行增材製造，以完成該第一部分結構的成形；步驟6，翻轉已成形的結構，使該第二表面水平向上地設置，以該第二表面為基準進行增材製造，以完成該第四部分結構的成形，該第四部分結構之遠離該第二表面的端面為一第二相交面；步驟7，翻轉已成形的結構，使該第二相交面水平向上地設置，以該第二相交面為基準進行增材製造，以完成該第五部分結構的成形。
如請求項12所述的增材製造方法，其中該第二分割界面與該橫樑的延伸方向垂直。
如請求項13所述的增材製造方法，其中該第一分割界面與該第二分割界面垂直，且該步驟5、該步驟6以及該步驟7中，已成形的結構翻轉的角度為90°。
如請求項12至請求項14中的任一項所述的增材製造方法，其中該輔助件的材質與用於成形該第一部分結構、該第二部分結構、該第四部分結構及該第五部分結構的一原材料的材質均相同。
如請求項15所述的增材製造方法，其中增材製造過程中所使用的熱源是電弧，該原材料為金屬絲。
一種用於製造如請求項1至請求項11中的任一項所述的龍門式結構件的增材製造方法，包括以下步驟：步驟1，建立該龍門式結構件的一製程模型；步驟2，採用二第一分割界面和二第二分割界面將該製程模型拆分為一第一部分、一第二部分、一第三部分、一第四部分和一第五部分，該第一分割界面用於分割該龍門式結構件的該製程模型的一橫樑和該龍門式結構件的該製程模型的一支撐部，兩個該第二分割界面分別位於該龍門式結構件的該製程模型的一參考面的兩側以用於將該橫樑拆分為一第一節段、一第二節段和一第三節段；其中，該第一部分為一個該支撐部，該第二部分為該第一節段，該第三部分為該第二節段，該第四部分為該第三節段，該第五部分為另一個該支撐部，且該第一節段和該第三節段中的至少一個節段上設置有一第一減重孔；步驟3，提供一輔助件以作為一第三部分結構，且該輔助件具有相對的一第一表面和一第二表面；步驟4，將該第一表面水平向上地設置，以該第一表面為基準進行增材製造，以完成該第二部分結構的成形，該第二部分結構之遠離該第一表面的端面為一第一相交面；步驟5，翻轉已成形的結構，使該第二表面水平向上地設置，以該第二表面為基準進行增材製造，以完成該第四部分結構的成形，該第四部分結構之遠離該第二表面的端面為一第二相交面；步驟6，翻轉已成形的結構，使該第一相交面水平向上地設置並以該第一相交面為基準進行增材製造，以完成該第一部分結構的成形，以及使該第二相交面水平向上地設置並以該第二相交面為基準進行增材製造，以完成該第五部分結構的成形。
如請求項17所述的增材製造方法，其中該第二分割界面與該橫樑的延伸方向垂直，該步驟5中，已成形的結構翻轉的角度為180°。
如請求項18所述的增材製造方法，其中該第一分割界面與該第二分割界面垂直，該步驟6中，已成形的結構翻轉的角度為90°，且該第一部分結構和該第五部分結構共同成形。
如請求項17至請求項19中的任一項所述的增材製造方法，其中該輔助件的材質與用於成形該第一部分結構、該第二部分結構、該第四部分結構及該第五部分結構的一原材料的材質均相同。
如請求項20所述的增材製造方法，其中增材製造過程中所使用的熱源是電弧，該原材料為金屬絲。