一种增材制造的单元结构及其免支撑镂空体的制作方法

1.本实用新型涉及增材制造领域，具体涉及一种增材制造的单元结构及其免支撑镂空体。


背景技术：

2.增材制造可摆脱传统金属成型理论限制生产各种结构的构件，对非标准定制化的工程应用前景广，可为工业应用中提供更少限制的设计思路。
3.但金属增材制造在成型零件悬空部份时有较大困难。因为金属熔池输入的热量会出现把零件基材熔化而出现塌陷的问题，所以对悬空部分往往采用设计支撑的方式解决。而当零部件的结构内部形成封闭式结构时，辅助支撑的结构将滞留在镂空的结构内无法清除，将使零件失去镂空设计的意义，不仅对零部件整体使用性能会造成一定的影响，对于镂空结构具有一定的性能要求时，也很难达标。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本实用新型提出一种增材制造的单元结构及其免支撑镂空体，通过若干增材制造的单元结构固定连接成为免支撑镂空体，就可以实现解决镂空内部出现辅助支撑的问题且同时保证了该零部件镂空体的整体的力学性能。
5.本实用新型的技术方案是这样实现的：
6.本实用新型提供的一种增材制造的单元结构包括上翼板以及腹板；所述上翼板固定连接在所述腹板的顶部；所述上翼板包括第一底面、第一顶面及至少四个倾斜设置的第一侧面，所述第一顶面的面积大于所述第一底面的面积且所述第一顶面通过若干所述第一侧面与所述第一底面相连接，所述第一底面与所述腹板的顶面相适配。
7.本实用新型优选的技术方案在于，所述腹板还包括底面及若干侧面，所述底面通过若干所述侧面与所述顶面相连接；所述第一侧面与所述侧面形成夹角a，所述夹角a的角度范围在15
°
至30
°
之间。
8.本实用新型优选的技术方案在于，所述第一侧面为弧形面，所述弧形面的弧线小于四分之一的圆弧线。
9.本实用新型优选的技术方案在于，所述弧形面与所述侧面相交或相切。
10.本实用新型优选的技术方案在于，所述第一顶面为正方形或者正六边形。
11.本实用新型优选的技术方案在于，还包括下翼板，所述下翼板固定连接在所述底面上。
12.本实用新型优选的技术方案在于，所述下翼板包括第二顶面、第二底面及若干第二侧面，所述第二顶面通过若干所述第二侧面与所述第二底面相连接；所述第二顶面与所述底面相适配。
13.本实用新型优选的技术方案在于，包括至少两个所述的单元结构；若干所述的单元结构均竖直阵列设置，若干所述第一顶面均在同一平面内且若干所述第一顶面的侧边相
重合。
14.本实用新型优选的技术方案在于，所述单元结构设置在上压板、下压板及至少四个侧板所围成的容置腔内，其中若干所述第一顶面均与所述上压板紧固连接，若干底面均与所述下压板紧固连接，若干所述侧板均与外侧的第一顶面的侧边相连接。
15.本实用新型优选的技术方案在于，所述上压板、所述下压板、若干所述侧板及若干所述的单元结构的材质均为铝合金或钛合金。
16.本实用新型的有益效果：
17.增材制造的单元结构通过上翼板固定连接在腹板的顶部上，同时上翼板的第一顶面大于第一底面，且侧面与腹板形成的角度在15度到30度之间，则通过渐进堆焊形成免辅助支撑柱的单元结构，通过若干增材制造的单元结构两两之间第一顶面平齐相互固定连接，形成内部镂空的免支撑镂空体，进而解决了镂空内部出现辅助支撑的问题且由于增材制造的单元结构呈t 型及工字状，因此该免支撑镂空体具有良好的力学性能。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本技术具体实施方式增材制造的单元结构的最优选的结构图；
20.图2为本技术具体实施方式增材制造的单元结构的另一种的结构图；
21.图3为本技术具体实施方式免支撑镂空体的半剖结构示意图；
22.图4为本技术具体实施方式免支撑镂空体的半剖正视示意图。
23.图中各附图标记说明如下：
24.1、上翼板；11、第一底面；12、第一顶面；13、第一侧面；2、腹板；21、侧面；3、下翼板；31、第二顶面；32、第二侧面；4、上压板；5、下压板；6、侧板。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
28.如图1所示为本实用新型所提供的一种增材制造的单元结构及其免支撑镂空体的具体实施方式，一种增材制造的单元结构包括上翼板1以及腹板2；上翼板1固定连接在腹板2的顶部；上翼板1包括第一底面11、第一顶面12及至少四个倾斜设置的第一侧面13，第一顶面12的面积大于第一底面11的面积且第一顶面12通过若干第一侧面13与第一底面11相连接，第一底面11与腹板2的顶面相适配。
29.具体地，上翼板1的第一底面11与腹板2的顶面的形状相同，大小相等。则上翼板1的第一侧面13与腹板2的侧面21相互衔接，避免第一侧面 13与的侧面21发生错位且第一底面11大于腹板2的顶面时产生辅助支柱的问题。进一步地，第一顶面12大于第一底面11，且若干第一侧面13的相对的两侧边分别与第一顶面12的侧边和第一底面11的侧边相连接，则上翼板1呈倒梯形体设置，则增材打印的过程中，通过逐层的累积堆焊可实现免辅助支撑柱的向外倾斜设置的结构。进一步地，上翼板1固定连接在腹板2的顶部，则该增材制造的单元结构呈类t型钢结构，因此，该增材制造的单元结构具有抗弯能力强的特点，则与等大小的矩形结构相比不仅保留原有的抗弯能力的同时节省了增材打印的材料的特点。
30.作为本实施例的进一步方案，如图4所示，腹板2还包括底面及若干侧面21，底面通过若干侧面21与顶面相连接；第一侧面13与侧面21形成夹角a，夹角a的角度范围在15
°
至30
°
之间。在该角度的范围内增材堆焊成型的第一侧面13将免辅助支撑柱进行支撑，进而无需增加清除辅助支撑柱的工序。
31.作为本实施例的另一种方案，如图2所示，第一侧面13为弧形面，弧形面的弧线小于四分之一的圆弧线，优选的，弧形面正投影方向上的圆弧线每个点的切线与腹板2垂直的投影线形成角度范围在15
°
至30
°
之间，则增材堆焊成型的弧形面亦无需辅助支撑柱进行支撑。优选的，弧形面与侧面21相交或相切。则弧形面与侧面21形成衔接，避免出现错位导致生成辅助支撑柱的问题。
32.作为本实施例的进一步方案，第一顶面12为正方形或者正六边形。则当若干的增材制造的单元结构进行点阵组合时，能形成完整的封闭面，进而避免了辅助支撑柱的形成。
33.作为本实施例的优选方案，如图1或图2所示，一种增材制造的单元结构还包括下翼板3，下翼板3固定连接在底面上，则该单元结构呈工字结构，则不仅保留了原有t型结构增材打印的免辅助支撑的优点，且从垂直于上翼板1进行受力具有良好的力学性能以及保证较高的抗剪切强度和拉伸强度。优选的，下翼板3包括第二顶面31、第二底面及若干第二侧面32，第二顶面31通过若干第二侧面32与第二底面相连接；第二顶面31与底面相适配，也即下翼板3的第二顶面31与腹板2的底面形状相同且大小相等。
34.一种免支撑镂空体包括至少两个单元结构；若干的单元结构均竖直阵列设置，若干第一顶面12均在同一平面内且若干第一顶面12的侧边相重合。也即相邻两个第一顶面12的侧边相连接，使得若干个第一顶面12形成一个完整的平面，则若干的增材制造的单元结构之间形成若干个封闭的镂空腔体，由于该免支撑镂空体由若干增材制造的单元结构相连接而成，则镂空墙体内部不出现辅助支撑结构，进而不仅解决了辅助支撑的结构滞留在镂空的结构内部的问题，同时在保证整体的使用性能的条件下节省了增材打印的材料，使得该结构零件更具轻量化，且该免支撑镂空体由若干呈t型单元结构或工字单元结构点阵组
合而成，则该免支撑镂空体可承载垂直于上翼板1方向的大载荷，具备良好的力学性能。
35.如图3及图4所示，单元结构设置在上压板4、下压板5及至少四个侧板6所围成的容置腔内，其中若干第一顶面12均与上压板4紧固连接，若干底面或若干第二底面均与下压板5紧固连接，若干侧板6均与外侧的第一顶面12的侧边相连接。具体地，将若干增材制造的单元结构固定连接在上压板4、下压板5及至少四个侧板6之间，使得若干增材制造的单元结构形成完整体，使得免支撑镂空体更具稳定和良好的力学性能。优选的，上压板4、下压板5、若干侧板6及若干的增材制造的单元结构的材质均为铝合金甚至钛合金等特高强轻质合金，进一步实现了零件的具轻量化。
36.综合上述一种增材制造的单元结构及其免支撑镂空体的有益效果在于：
37.增材制造的单元结构通过上翼板固定连接在腹板的顶部上，同时上翼板的第一顶面大于第一底面，且侧面与腹板形成的角度在15度到30度之间，则通过渐进堆焊形成免辅助支撑柱的单元结构，通过若干增材制造的单元结构两两之间第一顶面平齐相互固定连接，形成内部镂空的免支撑镂空体，进而解决了镂空内部出现辅助支撑的问题且由于增材制造的单元结构呈t 型及工字状，因此该免支撑镂空体具有良好的力学性能。
38.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。