BR112020009619A2

BR112020009619A2 - painel da pá de rotor e método para fabricar um painel da pá de rotor

Info

Publication number: BR112020009619A2
Application number: BR112020009619-9A
Authority: BR
Inventors: James Robert Tobin; Stephen Bertram Johnson; Todd Alan Anderson; Krishnan Balaji Parthasarathy Thattai
Original assignee: General Electric Company
Priority date: 2017-11-21
Filing date: 2018-11-05
Publication date: 2020-11-03
Also published as: EP3714158A4; US20220145851A1; CN111601966A; EP3714158A1; WO2019103828A1; US20190153993A1; US11248582B2; MX2020007151A; CN111601966B; CA3082556A1

Abstract

são fornecidos painéis de pá de rotor, juntamente com os métodos de sua formação. o painel da pá de rotor (21) pode incluir um ou mais revestimentos externos reforçados com fibra (56) que possuem uma superfície interna (57); e, uma pluralidade de estruturas de reforço (62) na superfície interna (57) do um ou mais revestimentos externos reforçados com fibra (56), em que a estrutura de reforço (62) se liga ao um ou mais revestimentos externos reforçados com fibra (56) quando a estrutura de reforço (62) está sendo depositada. a estrutura de reforço (62) inclui pelo menos uma primeira composição e uma segunda composição, com a primeira composição sendo diferente da segunda composição.

Description

“PAINEL DA PÁ DE ROTOR E MÉTODO PARA FABRICAR UM PAINEL DA PÁ DE ROTOR” CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se em geral a pás de rotores de turbinas eólicas, e mais particularmente a aparelhos para métodos de fabricação de painéis das pás de rotores de turbinas eólicas.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] A energia eólica é considerada uma das fontes de energia mais limpas e ecologicamente corretas atualmente disponíveis, e as turbinas eólicas ganharam maior atenção a esse respeito. Uma turbina eólica moderna normalmente inclui uma torre, um gerador, uma caixa de engrenagens, uma nacela e uma ou mais pás de rotor. As pás de rotor capturam a energia cinética do vento usando princípios conhecidos da folha. As pás de rotor transmitem a energia cinética na forma de energia rotacional, de modo a girar um eixo que acopla as pás de rotor a uma caixa de engrenagens ou, se uma caixa de engrenagens não for usada, diretamente ao gerador. O gerador então converte a energia mecânica em energia elétrica que pode ser implantada em uma rede pública.

[003] As pás de rotor geralmente incluem um invólucro lateral de sucção e um invólucro lateral de pressão tipicamente formados usando processos de moldagem que são ligados entre si em linhas de ligação ao longo das bordas de ataque e de fuga da pá. Além disso, os invólucros de pressão e sucção são relativamente leves e têm propriedades estruturais (por exemplo, rigidez, resistência ao empeno e força) que não são configuradas para suportar os momentos de flexão e outras cargas exercidas na pá de rotor durante a operação. Assim, para aumentar a rigidez, a resistência ao empeno e a força da pá de rotor, o invólucro do corpo é tipicamente reforçado usando um ou mais componentes estruturais (por exemplo, coroas de longarina (spar caps)

opostas com uma rede de cisalhamento configurada entre elas) que encaixam as superfícies laterais de pressão e sucção internas das metades do invólucro.

[004] As coroas de longarina são tipicamente construídas de vários materiais, incluindo, mas não se limitando a compósitos laminados de fibra de vidro e/ou compósitos laminados de fibra de carbono. O invólucro da pá de rotor é geralmente construído em torno das coroas de longarina da pá, empilhando camadas de tecidos de fibra em um molde de invólucro. As camadas são então tipicamente infundidas em conjunto, por exemplo, com uma resina termoendurecível. Por conseguinte, as pás de rotor convencionais geralmente têm uma configuração de painel imprensada. Como tal, a fabricação convencional de pás de grandes pás de rotor envolve altos custos de mão-de-obra, produção lenta e baixa utilização de ferramentas de molde caras. Além disso, os moldes de pá podem ser caros de personalizar.

[005] Assim, os métodos para a fabricação de pás de rotor podem incluir a formação das pás de rotor em segmentos. Os segmentos da pá podem então ser montados para formar a pá de rotor. Por exemplo, algumas pás de rotor modernas, tais como as pás descritas no Pedido de Patente US 14/753.137 depositado em 29 de junho de 2015 e intitulado “Modular Wind Turbine Rotor Blades and Methods of Assembling Same”, que é incorporado aqui por referência em sua totalidade, possuem uma configuração de painel modular. Assim, os vários componentes da pá modular podem ser construídos com materiais variados com base na função e/ou localização do componente da pá.

[006] Em vista do exposto, a técnica está continuamente buscando métodos aprimorados para a fabricação de painéis das pás de rotor de turbina eólica com estruturas de grade impressas.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[007] Aspectos e vantagens da invenção serão apresentados em parte na descrição a seguir, ou podem ser óbvios a partir da descrição, ou podem ser aprendidos através da prática da invenção.

[008] Os painéis das pás de rotor são de forma geral fornecidos, juntamente com os métodos de sua formação. Em uma forma de realização, o painel da pá de rotor inclui um ou mais revestimentos externos reforçados com fibra que possuem uma superfície interna; e, uma pluralidade de estruturas de reforço na superfície interna do um ou mais revestimentos externos reforçados com fibra, em que a estrutura de reforço se liga ao um ou mais revestimentos externos reforçados com fibra quando a estrutura de reforço está sendo depositada. A estrutura de reforço inclui pelo menos uma primeira composição e uma segunda composição, com a primeira composição sendo diferente da segunda composição.

[009] Em uma forma de realização, o painel da pá de rotor pode incluir um ou mais revestimentos externos reforçados com fibra que possuem uma superfície interna; e, uma pluralidade de estruturas de reforço na superfície interna do um ou mais revestimentos externos reforçados com fibra, em que a estrutura de reforço se liga ao um ou mais revestimentos externos reforçados com fibra quando a estrutura de reforço está sendo depositada. A estrutura de reforço pode incluir pelo menos uma estrutura de nervura tendo uma primeira composição em uma primeira porção de sua seção transversal e uma segunda composição diferente em uma segunda porção de sua seção transversal.

[010] Os métodos para fabricar um painel da pá de rotor podem incluir formar um ou mais revestimentos externos reforçados com fibra em um molde do painel da pá de rotor; e, formar uma pluralidade de elementos de nervura que formam pelo menos uma estrutura de grade de reforço tridimensional (3-D) em uma superfície interna do um ou mais revestimentos externos reforçados com fibra. A estrutura de grade se liga ao um ou mais revestimentos externos reforçados com fibra à medida que a estrutura de grade está sendo depositada, onde a pluralidade de estruturas de nervura inclui pelo menos uma primeira composição e uma segunda composição, com a primeira composição diferente da segunda composição.

[011] Estas e outras características, aspectos e vantagens da presente invenção serão melhor compreendidas com referência à descrição a seguir e reivindicações anexas. Os desenhos anexos, que são incorporados e constituem uma parte deste relatório descritivo, ilustram formas de realização da invenção e, juntamente com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[012] Uma divulgação completa e capacitante da presente invenção, incluindo o melhor modo da mesma, direcionada a um técnico no assunto, é apresentada no relatório descritivo, o qual faz referência às figuras anexas, nas quais: A Figura 1 ilustra uma vista em perspectiva de uma forma de realização de uma turbina eólica de acordo com a presente invenção; A Figura 2 ilustra uma vista em perspectiva de uma forma de realização de uma pá de rotor de uma turbina eólica de acordo com a presente invenção; A Figura 3 ilustra uma vista explodida da pá de rotor modular da Figura 2; A Figura 4 ilustra uma vista em seção transversal de uma forma de realização de um segmento de extremidade de ataque de uma pá de rotor modular de acordo com a presente invenção; A Figura 5 ilustra uma vista em seção transversal de uma forma de realização de um segmento de extremidade de fuga de uma pá de rotor modular de acordo com a presente invenção;

A Figura 6 ilustra uma vista em seção transversal da pá de rotor modular da Figura 2 de acordo com a presente invenção;

A Figura 7 ilustra uma vista em seção transversal da pá de rotor modular da Figura 2 de acordo com a presente invenção;

A Figura 8 ilustra uma vista lateral de uma forma de realização de um molde de um painel da pá de rotor, ilustrando particularmente uma capa externa colocada no molde com uma pluralidade de estruturas de grade impressas nele;

A Figura 9 ilustra uma vista em perspectiva de uma forma de realização de uma estrutura de grade de acordo com a presente invenção;

A Figura 10 ilustra uma vista em perspectiva de uma forma de realização de um molde de um painel da pá de rotor com uma impressora tridimensional posicionada acima do molde, de modo a imprimir uma estrutura de grade de acordo com a presente invenção;

A Figura 11 ilustra uma vista em perspectiva de uma forma de realização de um molde de um painel da pá de rotor com uma impressora tridimensional posicionada acima do molde e imprimindo um esboço de uma estrutura de grade de acordo com a presente invenção;

A Figura 12 ilustra uma vista em perspectiva de uma forma de realização de um molde de um painel da pá de rotor com uma impressora tridimensional posicionada acima do molde e imprimindo uma estrutura de grade de acordo com a presente invenção;

A Figura 13 ilustra uma vista em seção transversal de uma forma de realização de um primeiro elemento de nervura de uma estrutura de grade de acordo com a presente invenção;

A Figura 14 ilustra uma vista em seção transversal de outra forma de realização de um primeiro elemento de nervura de uma estrutura de grade de acordo com a presente invenção;

A Figura 15 ilustra uma vista superior de uma forma de realização de uma estrutura de grade de acordo com a presente invenção;

A Figura 16 ilustra uma vista em seção transversal de uma forma de realização de um primeiro elemento de nervura e interseção de segundos elementos de nervura de uma estrutura de grade de acordo com a presente invenção;

A Figura 17 ilustra uma vista lateral de uma forma de realização de um segundo elemento de nervura de uma estrutura de grade de acordo com a presente invenção;

A Figura 18 ilustra uma vista superior de uma forma de realização de uma estrutura de grade de acordo com a presente invenção, ilustrando particularmente os elementos de nervura da estrutura de grade dispostos em um padrão desejado;

A Figura 19 ilustra uma vista em perspectiva de outra forma de realização de uma estrutura de grade de acordo com a presente invenção,

ilustrando particularmente os elementos de nervura da estrutura de grade dispostos em um padrão desejado;

A Figura 20 ilustra um gráfico de uma forma de realização do fator de carga de empeno (eixo y) versus razão de peso (eixo x) de uma estrutura de grade de acordo com a presente invenção;

A Figura 21 ilustra uma vista superior parcial de uma forma de realização de uma estrutura de grade impressa de acordo com a presente divulgação, ilustrando particularmente um nó da estrutura de grade;

A Figura 22 ilustra uma vista superior parcial de uma forma de realização de uma estrutura de grade impressa de acordo com a presente invenção, ilustrando particularmente um local de impressão inicial e um local de impressão final da estrutura de grade;

A Figura 23 ilustra uma vista em elevação de uma forma de realização de um elemento de nervura impresso de uma estrutura de grade de acordo com a presente invenção, ilustrando particularmente uma seção de base de um dos elementos de nervura da estrutura de grade tendo uma seção transversal mais larga e mais fina que o restante do elemento de nervura, de modo a melhorar a ligação da estrutura de grade aos revestimentos externos do painel da pá de rotor;

A Figura 24 ilustra uma vista superior de outra forma de realização de uma estrutura de grade de acordo com a presente invenção,

ilustrando particularmente recursos adicionais impressos na estrutura de grade;

A Figura 25 ilustra uma vista em seção transversal de uma forma de realização de uma pá de rotor tendo uma estrutura de grade impressa disposta de acordo com a presente invenção, particularmente ilustrando recursos de alinhamento impressas na estrutura de grade para receber as coroas de longarina e a rede de cisalhamento;

A Figura 26 ilustra uma vista parcial em corte transversal da pá de rotor da Figura 25, particularmente ilustrando recursos adicionais impressos na estrutura de grade para controlar o aperto do adesivo;

A Figura 27 ilustra uma vista em seção transversal de uma forma de realização de uma pá de rotor que possui estruturas de grade impressas dispostas de acordo com a presente invenção, particularmente ilustrando recursos de alinhamento de painel macho e fêmea impressos na estrutura de grade;

A Figura 28 ilustra uma vista superior de ainda outra forma de realização de uma estrutura de grade de acordo com a presente invenção,

particularmente ilustrando recursos auxiliares impressos na estrutura de grade;

A Figura 29 ilustra uma vista em seção transversal de uma forma de realização de um painel da pá de rotor de acordo com a presente invenção,

ilustrando particularmente uma pluralidade de estruturas de grade impressas nas superfícies internas do painel da pá de rotor; A Figura 30 ilustra uma vista parcial em corte transversal da extremidade de ataque do painel da pá de rotor da Figura 30, ilustrando particularmente uma pluralidade de lacunas adesivas; e A Figura 31 mostra uma vista em seção transversal de um painel da pá de rotor exemplar tendo um membro pré-fabricado posicionado sobre a superfície interna do revestimento externo.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[013] Será feita agora referência em detalhe às formas de realização da invenção, um ou mais exemplos das quais são ilustrados nas figuras. Cada exemplo é fornecido a título de explicação da invenção, não limitando a invenção. De fato, será evidente para um técnico no assunto que podem ser feitas várias modificações e variações na presente invenção sem se afastar do escopo da invenção. Por exemplo, características ilustradas ou descritas como parte de uma forma de realização podem ser utilizadas com outra forma de realização para produzir ainda outra forma de realização. Assim, pretende-se que a presente invenção abranja tais modificações e variações como estando dentro do escopo das reivindicações anexas e seus equivalentes.

[014] Na presente invenção, quando uma camada está sendo descrita como “na” ou “sobre” outra camada ou substrato, deve ser entendido que as camadas podem estar diretamente em contato umas com as outras ou ter outra camada ou recurso entre as camadas, a menos que expressamente indicado em contrário. Assim, esses termos estão simplesmente descrevendo a posição relativa das camadas entre si e não significam necessariamente “em cima”, pois a posição relativa acima ou abaixo depende da orientação do dispositivo para o visualizador.

[015] De forma geral, métodos para a fabricação de estruturas de reforço para pás de rotores de turbinas eólicas são fornecidos, usando deposição automatizada de materiais por meio de tecnologias como impressão 3D, fabricação aditiva, deposição automatizada de fibras, bem como outras técnicas que utilizam o dispositivo de controle numérico computadorizado (CNC) e múltiplos graus de liberdade para depositar material. Como tal, as estruturas de reforço da presente invenção são úteis para reforçar uma capa externa para uma pá de rotor de turbina eólica. Os materiais utilizados para formar as estruturas de reforço podem ser selecionados de modo a adaptar as propriedades das estruturas de reforço, maximizando outros benefícios (por exemplo, peso, rigidez, etc.).

[016] Por exemplo, vários materiais podem ser usados para criar as estruturas de reforço, formando uma parte composta, como plásticos espumados, termoplásticos ou uma matriz de plástico ou espuma carregada com um constituinte, como fibras (por exemplo, fibras de vidro ou carbono), microesferas (por exemplo, microesferas de vidro ou polímero), outras partículas ou misturas dos mesmos. Esse constituinte pode ser incluído na matriz para reduzir peso, economizar custos, melhorar propriedades, etc. Além disso, uma estrutura em sanduíche pode ser formada dentro das nervuras, como por deposição contínua de fita, um design personalizado para empeno de envergadura, inclusão de peças pré-fabricadas dentro da estrutura, o uso de material reciclado (por exemplo, fibras recicladas e/ ou termoplásticos reciclados), o uso de diferentes misturas termoplásticas para melhorar a resistência do adesivo de soldagem e também uma velocidade de impressão mais alta. Devido às técnicas de fabricação aditiva, existe a capacidade de reforço mais personalizado em comparação com os painéis sanduíche convencionais (por exemplo, feitos com infusão a vácuo ou outras técnicas).

[017] Como afirmado, vários materiais podem ser utilizados para formar a estrutura de reforço (por exemplo, uma pluralidade de membros de nervura). Em uma forma de realização particular, plásticos de espuma leve podem ser usados para construir as estruturas de reforço em combinação com características estruturais mais rígidas para minimizar o peso e o custo da peça final. Variações na carga da microesfera e/ ou fibra também podem ser usadas para personalizar a resistência local à empeno. As microesferas de vidro ou polímero também podem ser usadas para aumentar a rigidez, a resistência (em alguns casos), reduzir o peso da peça e economizar custos.

[018] Assim, os métodos aqui descritos fornecem muitas vantagens não presentes no estado da técnica. Por exemplo, os métodos da presente invenção fornecem a capacidade de personalizar facilmente estruturas de pá com várias curvaturas, recursos aerodinâmicos, forças, rigidez, etc. Como tal, as estruturas impressas da presente invenção podem ser projetadas para corresponder à rigidez e/ ou resistência ao empeno dos painéis sanduíche existentes para as pás de rotor. De forma mais específica, as pás de rotor e os componentes da presente invenção podem ser mais facilmente personalizados com base na resistência local ao empeno necessária. Ainda, outras vantagens incluem a capacidade de dobra local e temporariamente para reduzir cargas e/ ou ajustar a frequência ressonante das pás de rotor para evitar frequências problemáticas. Além disso, as estruturas de grade descritas neste documento permitem o acoplamento torção-curva da pá de rotor.

[019] Além disso, os métodos da presente invenção fornecem um alto nível de automação, produtividade mais rápida e custos de ferramentas reduzidos e/ ou maior utilização de ferramentas. Além disso, os componentes da pá de rotor da presente invenção podem não exigir adesivos, especialmente aqueles produzidos com materiais termoplásticos, eliminando desse modo custos, problemas de qualidade e peso extra associado à pasta adesiva.

[020] Com referência agora aos desenhos, a Figura 1 ilustra uma forma de realização de uma turbina eólica (10) de acordo com a presente invenção. Como mostrado, a turbina eólica (10) inclui uma torre (12) com uma nacela (14) montada nela. Uma pluralidade de pás de rotor (16) é montada em um cubo de rotor (18), que por sua vez é conectado a um flange principal que gira um eixo de rotor principal. Os componentes de geração e controle de energia de turbinas eólicas estão alojados dentro da nacela (14). A vista da Figura 1 é fornecida apenas para fins ilustrativos para colocar a presente invenção em um campo de uso exemplificativo. Deve ser notado que a invenção não se limita a qualquer tipo particular de configuração de turbina eólica. Além disso, a presente invenção não está limitada ao uso com turbinas eólicas, mas pode ser utilizada em qualquer aplicação com pás de rotor. Além disso, os métodos aqui descritos também podem se aplicar à fabricação de qualquer estrutura semelhante que se beneficie da impressão de uma estrutura diretamente nos revestimentos dentro de um molde antes que os revestimentos tenham esfriado, de modo a aproveitar o calor dos revestimentos, fornecendo uma ligação adequada entre a estrutura impressa e os revestimentos ou injetar calor no molde, se necessário, para manter uma temperatura do revestimento favorável para a ligação. Como tal, a necessidade de adesivo adicional ou cura adicional é eliminada ou reduzida.

[021] Com referência agora às Figuras 2 e 3, várias vistas de uma pá de rotor (16) de acordo com a presente invenção são ilustradas. Como mostrado, a pá de rotor ilustrada (16) tem uma configuração segmentada ou modular. Também deve ser entendido que a pá de rotor (16) pode incluir qualquer outra configuração adequada agora conhecida ou posteriormente desenvolvida no estado da técnica. Como mostrado, a pá de rotor modular (16) inclui uma estrutura de pá principal (15) construída, pelo menos em parte, a partir de um material termoendurecível e/ou termoplástico e pelo menos um segmento de pá (21) configurado com a estrutura de pá principal (15). Mais especificamente, como mostrado, a pá de rotor (16) inclui uma pluralidade de segmentos de pá (21). O(s) segmento(s) de pá (21) também podem ser construídos, pelo menos em parte, a partir de um material termoendurecível e/ou termoplástico.

[022] Os componentes e/ou materiais da pá de rotor termoplásticos, como aqui descritos, geralmente abrangem um material plástico ou polímero que é de natureza reversível. Por exemplo, os materiais termoplásticos normalmente se tornam maleáveis ou moldáveis quando aquecidos a uma certa temperatura e retornam a um estado mais rígido após o resfriamento. Além disso, os materiais termoplásticos podem incluir materiais termoplásticos amorfos e/ou materiais termoplásticos semicristalinos. Por exemplo, alguns materiais termoplásticos amorfos podem geralmente incluir, mas não estão limitados a estirenos, vinis, celulósicos, poliésteres, acrílicos, polissulfonas e/ou imidas. Mais especificamente, materiais termoplásticos amorfos exemplificativos podem incluir poliestireno, acrilonitrila butadieno estireno (ABS), poli metil metacrilato (PMMA), polietileno tereftalato modificado com glicol (PET-G), policarbonato, acetato de polivinil, poliamida amorfa, cloretos de polivinil (PVC), cloreto de polivinilideno, poliuretano ou qualquer outro material termoplástico amorfo adequado. Além disso, materiais termoplásticos semicristalinos exemplificativos podem geralmente incluir, mas não estão limitados a poliolefinas, poliamidas, fluropolímeros, acrilato de etil- metil, poliésteres, policarbonatos e/ ou acetais. Mais especificamente, materiais termoplásticos semicristalinos exemplificativos podem incluir polibutileno tereftalato (PBT), polietileno tereftalato (PET), polipropileno, sulfeto de polifenila, polietileno, poliamida (náilon), poliéter-cetona ou qualquer outro material termoplástico semicristalino adequado. Por exemplo, em uma forma de realização, uma resina termoplástica semi-cristalina que é modificada para ter uma taxa lenta de cristalização pode ser usada. Além disso, misturas de polímeros amorfos e semi-cristalinos também podem ser utilizadas.

[023] Além disso, os componentes e/ou materiais termoendurecíveis como aqui descritos geralmente abrangem um material plástico ou polímero que é de natureza não reversível. Por exemplo, os materiais termoendurecíveis, uma vez curados, não podem ser facilmente remodelados ou retornados ao estado líquido. Assim, após a formação inicial, os materiais termoendurecíveis geralmente são resistentes ao calor, à corrosão e/ou à fluência. Exemplos de materiais termoendurecíveis podem geralmente incluir, mas não estão limitados a alguns poliésteres, alguns poliuretanos, ésteres, epóxis ou qualquer outro material termoendurecível adequado.

[024] Além disso, como mencionado, o material termoplástico e/ou termoendurecível, conforme descrito aqui, pode opcionalmente ser reforçado com um material de fibra, incluindo, mas não limitado a fibras de vidro, fibras de carbono, fibras de polímero, fibras de madeira, fibras de bambu, fibras cerâmicas, nanofibras, fibras metálicas ou similares ou combinações das mesmas. Além disso, a direção das fibras pode incluir multiaxial, unidirecional, biaxial, triaxial ou qualquer outra direção adequada e/ou combinações das mesmas. Além disso, o teor de fibra pode variar dependendo da rigidez requerida no componente de pá correspondente, da região ou localização do componente de pá na pá de rotor (16) e/ou da soldabilidade desejada do componente.

[025] Mais especificamente, como mostrado, a estrutura de pá principal (15) pode incluir qualquer um ou uma combinação dos seguintes: uma seção de raiz da pá pré-formada (20), uma seção de ponta da pá pré-formada (22), uma ou mais uma ou mais coroas de longarina contínuas (48, 50, 51, 53), uma ou mais redes de cisalhamento (35) (Figuras 6-7), um componente estrutural adicional (52) preso à seção de raiz da pá (20) e/ou qualquer outro componente estrutural adequado da pá de rotor (16). Além disso, a seção de raiz da pá (20) está configurada para ser montada ou de outra forma presa ao rotor (18) (Figura 1). Além disso, como mostrado na Figura 2, a pá de rotor (16) define uma extensão (23) que é igual ao comprimento total entre a seção de raiz da pá (20) e a seção de ponta da pá (22). Como mostrado nas Figuras 2 e 6, a pá de rotor (16) também define uma corda (25) que é igual ao comprimento total entre uma borda de ataque (24) da pá de rotor (16) e uma borda de fuga (26) da pá de rotor (16). Como é geralmente entendido, a corda (25) pode geralmente variar em comprimento em relação a extensão (23), quando a pá de rotor (16) se estende da seção de raiz da pá (20) até a seção de ponta da pá (22).

[026] Referindo-se particularmente às Figuras 2 a 4, qualquer número de segmentos de pá (21) ou painéis com qualquer tamanho e/ou forma adequados pode ser geralmente disposto entre a seção de raiz da pá (20) e a seção de ponta da pá (22) ao longo de um eixo longitudinal (27) em uma direção geralmente em sentido de extensão. Assim, os segmentos de pá (21) geralmente servem como revestimento/ cobertura externa da pá de rotor (16) e podem definir um perfil substancialmente aerodinâmico, tal como definindo uma seção transversal simétrica ou curvada em forma de aerofólio. Em formas de realização adicionais, deve ser entendido que a parte de segmento de pá da pá (16) pode incluir qualquer combinação dos segmentos descritos neste documento e não está limitada à forma de realização como representado. Além disso, os segmentos de pá (21) podem ser construídos de qualquer material adequado, incluindo, mas não se limitando a, um material termoendurecível ou um material termoplástico opcionalmente reforçado com um ou mais materiais de fibra. Mais especificamente, em certas formas de realização, os painéis de pá (21) podem incluir qualquer um, ou combinação dos seguintes: segmentos laterais de pressão e/ou sucção (44, 46, Figuras 2 e 3), segmentos de borda de ataque e/ou de fuga (40, 42) (Figuras 2-6), um segmento não articulado, um segmento de articulação única, um segmento de pá com várias articulações,

um segmento de pá em forma de J ou similar.

[027] Mais especificamente, como mostrado na Figura 4, os segmentos da borda de ataque (40) podem ter uma superfície lateral de pressão de avanço (28) e uma superfície lateral de sucção de avanço (30). Da mesma forma, como mostrado na Figura 5, cada um dos segmentos da borda de fuga (42) pode ter uma superfície lateral de pressão traseira (32) e uma superfície lateral de sucção traseira (34). Assim, a superfície lateral de pressão de avanço (28) do segmento da borda de ataque (40) e a superfície lateral de pressão traseira (32) do segmento da borda de fuga (42) geralmente definem uma superfície lateral de pressão da pá de rotor (16). Da mesma forma, a superfície lateral de sucção de avanço (30) do segmento da borda de ataque (40) e a superfície lateral de sucção traseira (34) do segmento da borda de fuga (42) geralmente definem uma superfície lateral de sucção da pá de rotor (16). Além disso, como particularmente mostrado na Figura 6, o(s) segmento(s) da borda de ataque (40) e o(s) segmento(s) da borda de fuga (42) podem ser unidos em uma junção lateral de pressão (36) e uma junção lateral de sucção (38). Por exemplo, os segmentos de pá (40, 42) podem ser configurados para se sobreporem na junção lateral de pressão (36) e/ou na junção lateral de sucção (38). Além disso, como mostrado na Figura 2, os segmentos de pá adjacentes (21) podem ser configurados para se sobreporem em uma junção (54). Assim, onde os segmentos de pá (21) são construídos, pelo menos parcialmente, de um material termoplástico, os segmentos de pá adjacentes (21) podem ser soldados juntos ao longo das junções (36, 38, 54), que será discutido em mais detalhes aqui. Alternativamente, em certas formas de realização, os vários segmentos da pá de rotor (16) podem ser fixados juntos por meio de um adesivo (ou prendedores mecânicos) configurado entre os segmentos da borda de ataque e de fuga sobrepostos (40, 42) e/ou os segmentos da borda de ataque ou de fuga adjacentes sobrepostos (40, 42).

[028] Em formas de realização específicas, como mostrado nas Figuras 2-3 e 6-7, a seção de raiz da pá (20) pode incluir uma ou mais coroas de longarina que se estendem longitudinalmente (48, 50) infundidas com a mesma. Por exemplo, a seção de raiz da pá (20) pode ser configurada de acordo com o pedido de patente US 14/753.155, depositado em 29 de junho de 2015, intitulado “Blade Root Section for a Modular Rotor Blade and Method of Manufacturing Same”, que é incorporado aqui por referência em sua totalidade.

[029] Da mesma forma, a seção de ponta da pá (22) pode incluir uma ou mais coroas de longarina que se estendem longitudinalmente (51, 53) infundidas com a mesma. Mais especificamente, como mostrado, as coroas de longarina (48, 50, 51, 53) podem ser configuradas para serem encaixadas contra superfícies internas opostas dos segmentos da pá (21) da pá de rotor (16). Além disso, as coroas de longarina (48, 50) da raiz da pá podem ser configuradas para alinhar com as coroas de longarina (51, 53) da ponta da pá.

Assim, as coroas de longarina (48, 50, 51, 53) podem geralmente ser projetadas para controlar as tensões de flexão e/ou outras cargas que atuam na pá de rotor (16) em uma direção geralmente em sentido de extensão (uma direção paralela a extensão (23) da pá de rotor (16)) durante a operação de uma turbina eólica (10). Além disso, as coroas de longarina (48, 50, 51, 53) podem ser projetadas para suportar a compressão em sentido de extensão que ocorre durante a operação da turbina eólica (10). Além disso, a(s) coroa(s) de longarina (48, 50, 51, 53) podem ser configurados para se estenderem a partir da seção de raiz da pá (20) para a seção de ponta da pá (22) ou uma parte das mesmas. Assim, em certas formas de realização, a seção de raiz da pá (20) e a seção de ponta da pá (22) podem ser unidas por meio de suas respectivas coroas de longarina (48, 50, 51, 53).

[030] Além disso, as coroas de longarina (48, 50, 51, 53) podem ser construídas com qualquer material adequado, por exemplo, um material termoplástico ou termoendurecível ou combinações dos mesmos. Além disso, as coroas de longarina (48, 50, 51, 53) podem ser pré-fabricadas a partir de resinas termoplásticas ou termoendurecíveis, tal como um membro pultrudado.

Conforme aqui utilizado, os termos “pultrudado”, “pultrusões” ou similares geralmente abrangem materiais reforçados (por exemplo, fibras ou fios trançados ou tecidos) que são impregnados com uma resina e puxados através de uma matriz estacionária, de modo que a resina cure ou sofra polimerização enquanto passando pela matriz. Como tal, o processo de fabricação de elementos pultrudados é tipicamente caracterizado por um processo contínuo de materiais compósitos que produz peças compostas com uma seção transversal constante. Assim, os materiais compósitos pré-curados podem incluir pultrusões construídas de materiais termoendurecíveis ou termoplásticos reforçados. Além disso, as coroas de longarina (48, 50, 51, 53) podem ser formadas pelos mesmos compósitos pré-curados ou diferentes compósitos pré- curados. Em uma forma de realização, por exemplo, o membro pré-fabricado (por exemplo, coroas de longarina (48, 50, 51, 53)) pode ser feito de um primeiro material termoplástico e posicionado na superfície interna do revestimento externo. Então, um segundo material termoplástico pode ser impresso sobre a superfície interna, de forma que pelo menos uma porção do segundo material termoplástico entre em contato com o membro pré-fabricado.

O membro pré-fabricado e o segundo material termoplástico podem então ser resfriados para definir a primeira estrutura de nervura e a segunda estrutura de nervura. Em tal forma de realização, o resfriamento dos termoplásticos juntos pode facilitar a ligação entre o revestimento externo e os materiais termoplásticos, bem como a ligação entre os próprios materiais termoplásticos.

[031] Em formas de realização particulares, como mostrado na Figura 31, um membro pré-fabricado (200) pode ser posicionado entre as camadas (202, 204) do material impresso (201) sobre uma superfície interna

(57) de um revestimento externo (56). Em uma forma de realização, a primeira camada (202) de material forma uma abertura (206) (por exemplo, um bolso, slot ou outra abertura) para receber o membro pré-fabricado (200) no mesmo.

Por exemplo, o material da primeira camada (202) ainda pode estar quente quando o elemento pré-fabricado (200) é posicionado dentro da abertura (206), de forma que, após o resfriamento, o elemento pré-fabricado (200) seja preso dentro da abertura (206) (por exemplo, via ligação termoplástica/ soldagem e/ ou ligação mecânica através do encolhimento do material da primeira camada (202) após o resfriamento). Em tal forma de realização, a segunda camada (204) é opcional devido à fixação do elemento pré-fabricado (200) à primeira camada (202).

[032] Em outras formas de realização, a primeira camada (202) de uma primeira composição (por exemplo, um material termoplástico, um material termoendurecível, etc.) pode ser impressa diretamente na superfície interna (57) do revestimento externo (56), seguida pelo posicionamento do elemento pré-fabricado (200) sobre a primeira camada (202) e, em seguida, uma segunda camada (204) de uma segunda composição (por exemplo, um material termoplástico, um material termoendurecível, etc.), que pode ou não ser o mesmo que a primeira composição) pode ser impressa no elemento pré- fabricado (200) e a primeira camada (202). Em uma forma de realização, uma abertura (206) pode ser impressa na primeira camada (206) (por exemplo, na forma do elemento pré-fabricado (200)), de forma que o elemento pré-fabricado (200) possa ser posicionado nela. Além disso, a segunda camada (204) pode ser impressa com uma abertura (208) nela (por exemplo, na forma do elemento pré-fabricado (200)). Ao imprimir essas aberturas (206, 208) na primeira e/ ou segunda camadas (202, 204), o membro pré-fabricado (200) pode ser encerrado em pelo menos uma porção por cima, de forma que o membro pré- fabricado (200) seja mecanicamente seguro dentro do material impresso (201).

Assim, o membro pré-fabricado (200) não precisa ser ligado à primeira e/ ou segunda camadas (202, 204) via soldagem termoplástica. Como tal, o elemento pré-fabricado (200) pode ser ensanduichado entre as camadas (202, 204) do material impresso (201), de modo a ser fixado nas mesmas. Uma ou ambas dentre a primeira e a segunda camada (202, 204) podem incluir material impresso que é diferente do material do membro pré-fabricado (200). No entanto, em outras formas de realização, o membro pré-fabricado (200) pode ser ligado à primeira e/ ou segunda camadas (202, 204), de modo a ficar mais seguro ao material impresso (201) (por exemplo, por meio de soldagem termoplástica).

[033] Além disso, os componentes pré-fabricados podem ser produzidos a partir de fiações preliminares (rovings), que geralmente englobam feixes longos e estreitos de fibras que não são combinadas até serem unidas por uma resina curada.

[034] Com referência às Figuras 6 e 7, uma ou mais redes de cisalhamento (35) podem ser configuradas entre a uma ou mais coroas de longarina (48, 50, 51, 53). Mais particularmente, a(s) rede(s) de cisalhamento (35) podem ser configuradas para aumentar a rigidez na seção de raiz da pá (20) e/ou na seção de ponta da pá (22). Além disso, as redes de cisalhamento (35) podem ser configuradas para fechar a seção de raiz da pá (20).

[035] Além disso, como mostrado nas Figuras 2 e 3, o componente estrutural adicional (52) pode ser fixado à seção de raiz da pá (20) e se estender em uma direção geralmente em sentido de extensão, de modo a fornecer suporte adicional à pá de rotor (16). Por exemplo, o componente estrutural (52) pode ser configurado de acordo com o pedido US 14/753.150, depositado em 29 de junho de 2015, intitulado “Structural Component for a Modular Rotor Blade”, que é incorporado aqui por referência em sua totalidade.

Mais especificamente, o componente estrutural (52) pode estender qualquer distância adequada entre a seção de raiz da pá (20) e a seção de ponta da pá (22). Assim, o componente estrutural (52) é configurado para fornecer suporte estrutural adicional para a pá de rotor (16), bem como uma estrutura de montagem opcional para os vários segmentos de pá (21), como aqui descrito.

Por exemplo, em certas formas de realização, o componente estrutural (52) pode ser fixado à seção de raiz da pá (20) e pode estender uma distância em sentido de extensão predeterminada, de modo que os segmentos da borda de ataque e/ou de fuga (40, 42) possam ser montados nela.

[036] Com referência agora às Figuras 8 a 19, a presente invenção é direcionada a métodos para a fabricação de painéis das pás de rotor (21) e/ ou segmentos de ponta que têm pelo menos uma estrutura de reforço impressa (62) formada via impressão 3D, por exemplo tal como os segmentos de pá ilustrados nas Figuras 2 a 7. Como tal, em certas formas de realização, o painel da pá de rotor (21) pode incluir uma superfície lateral de pressão, uma superfície lateral de sucção, um segmento da borda de fuga, um segmento da borda de ataque ou combinações dos mesmos. A impressão 3D, como aqui utilizada, é geralmente entendida como englobando processos usados para sintetizar objetos tridimensionais nos quais camadas sucessivas de material são formadas sob controle do computador para criar os objetos.

Como tal, objetos de quase qualquer tamanho e/ou forma podem ser produzidos a partir de dados de modelos digitais. Deve-se entender ainda que os métodos da presente invenção não se limitam à impressão 3D, mas também podem abranger mais de três graus de liberdade, de modo que as técnicas de impressão não se limitam à impressão de camadas bidimensionais empilhadas, mas também são capazes de imprimir formas curvas.

[037] Referindo-se particularmente à Figura 10, uma forma de realização do método inclui a colocação de um molde (58) do painel da pá de rotor (21) em relação a um dispositivo de CNC (60). De forma mais específica,

como mostrado na forma de realização ilustrada, o método pode incluir a colocação do molde (58) em um leito (61) do dispositivo de CNC (60). De forma alternativa, o método pode incluir a colocação do molde (58) sob o dispositivo de CNC (60) ou adjacente ao dispositivo de CNC (60). Além disso, como mostrado nas Figuras 8 e 10, o método da presente invenção inclui ainda a formação de um ou mais revestimentos externos reforçados com fibra (56) no molde (58) do painel da pá de rotor (21). Em certas formas de realização, o(s) revestimento(s) externo(s) (56) pode(m) incluir um ou mais revestimentos externos termoplásticos ou termoendurecíveis reforçados com fibras multiaxiais (por exemplo, biaxiais) contínuos. Além disso, em formas de realização particulares, o método de formação dos revestimentos externos reforçados com fibra (56) pode incluir pelo menos um dentre moldagem por injeção, impressão 3D, pultrusão em 2D, pultrusão em 3D, termoformação, formação por vácuo, formação por pressão, formação por bexiga, deposição automatizada de fibras, deposição automatizada de fitas de fibra ou infusão a vácuo.

[038] Além disso, como mostrado, o(s) revestimento(s) externo(s) (56) do painel da pá de rotor (21) pode(m) ser curvado(s). Em tais formas de realização, o método pode incluir formar a curvatura dos revestimentos externos reforçados com fibra (56). Essa formação pode incluir fornecer um ou mais revestimentos externos reforçados com fibra geralmente planos, forçando os revestimentos externos (56) em uma forma desejada correspondente a um contorno desejado e mantendo os revestimentos externos (56) na forma desejada durante a impressão e a deposição. Como tal, os revestimentos externos (56) geralmente mantêm sua forma desejada quando os revestimentos externos (56) e a estrutura de grade (62) impressa a eles são liberados. Além disso, o dispositivo de CNC (60) pode ser adaptado para incluir uma trajetória de ferramenta que segue o contorno do painel da pá de rotor (21).

[039] O método também inclui imprimir e depositar a estrutura de grade (62) diretamente no(s) revestimento(s) externo(s) reforçado(s) com fibra(s) (56) através do dispositivo de CNC (60). De forma mais específica, como mostrado nas Figuras 9, 10, 12 e 15, o dispositivo de CNC (60) está configurado para imprimir e depositar uma pluralidade de elementos de nervura (64) que se cruzam em uma pluralidade de nós (74) para formar a estrutura de grade (62) sobre uma superfície interna do um ou mais revestimentos externos reforçados com fibra (56).

[040] Com referência agora às Figuras 8 e 10, a presente invenção é direcionada a formas de realização de um aparelho e métodos de fabricação de painéis das pás de rotor (21) que têm pelo menos uma estrutura de reforço impressa (62) (mostrada na forma de uma estrutura de grade) formada via impressão 3D (por exemplo, segmentos de pá ilustrados em relação às Figuras 2 a 7). Como mencionado acima, a estrutura de reforço (62) pode ser formada com várias composições (por exemplo, uma primeira composição, uma segunda composição, uma terceira composição, ..., uma “enésima” composição, etc.), de modo a adaptar as propriedades do reforço estrutura (62).

[041] Por exemplo, referindo-se à Figura 8, a estrutura de reforço (62) pode incluir uma pluralidade de primeiras nervuras (151) tendo uma primeira composição, uma pluralidade de segundas nervuras (152) tendo uma segunda composição e uma pluralidade opcional de terceiras nervuras (153) tendo uma terceira composição, com cada uma da primeira composição, a segunda composição e a terceira composição sendo diferentes uma da outra.

Obviamente, qualquer número adequado de composições pode ser utilizado como desejado.

[042] Em uma forma de realização, a primeira composição, a segunda composição e a terceira composição opcional são formadas a partir de uma matriz (por exemplo, uma matriz plástica, como uma matriz termoplástica ou uma matriz termoendurecível) carregada com um constituinte (por exemplo, fibras e/ ou microesferas ou outras partículas), com uma variação da concentração de carga do constituinte sendo uma diferença entre a primeira, a segunda e a terceira composições. Por exemplo, a primeira composição e a segunda composição podem ser formadas usando o mesmo material da matriz e o mesmo constituinte, com a primeira composição incluindo mais (isto é, uma concentração/ densidade mais alta) do constituinte que a segunda composição. Constituintes particularmente adequados para carregar na matriz incluem, mas não estão limitados a fibras (por exemplo, fibras de vidro, fibras de carbono, etc.) e microesferas (por exemplo, microesferas de vidro, microesferas de carbono, etc.).

[043] Quando carregada com fibras, a diferença entre a primeira, a segunda e a terceira composição, opcionais, pode estar na proporção da fibra das fibras. Ou seja, a primeira composição pode incluir uma primeira proporção de fibra, a segunda composição pode incluir uma segunda proporção de fibra que é diferente da primeira proporção de fibra, etc. Como aqui utilizada, a proporção de fibra é definida pelo comprimento da fibra/ diâmetro da fibra.

Quando uma fibra é incorporada em uma matriz e submetida a uma carga de tração paralela à fibra, a tensão aplicada na matriz é transferida para a fibra através da interface. A tensão de tração na fibra é zero nas extremidades da fibra e aumenta ao longo do comprimento da fibra até um máximo no centro; por outro lado, a tensão de cisalhamento na interface é máxima nas extremidades da fibra e reduz quase a zero no centro. A taxa de acúmulo de tensão ao longo do comprimento da fibra depende da adesão entre a fibra e as propriedades elásticas da matriz e constituinte. Dependendo da proporção, os compósitos termoplásticos são classificados como contínuos ou descontínuos (fibras longas e curtas) com base no comprimento crítico da fibra.

[044] Em uma forma de realização específica, pelo menos uma das composições (por exemplo, a primeira composição e/ ou a segunda composição) pode incluir uma fibra com um comprimento igual ou superior ao comprimento crítico da fibra a ser carregada ao seu estresse máximo. Se o comprimento da fibra for menor que o comprimento crítico, a matriz fluirá plasticamente ao redor da fibra e a fibra não será carregada com sua tensão máxima. Por exemplo, compósitos descontínuos reforçados com fibra têm proporções que variam de cerca de 4 a cerca de 2000, o que corresponde a comprimentos de fibra iguais ou inferiores ao comprimento crítico da fibra. Os compósitos termoplásticos reforçados com fibra curta (SFT) têm comprimentos de fibra inferiores ao comprimento crítico da fibra. Por outro lado, os termoplásticos reforçados com fibra longa (LFT) têm comprimentos de fibra maiores ou iguais ao comprimento crítico da fibra. Os LFTs têm propriedades mecânicas próximas das fibras contínuas. Em uma forma de realização particular, o LFT pode ser formado a partir de grânulos pré-impregnados disponíveis no mercado (isto é, incluindo a fibra e a matriz).

[045] Em uma forma de realização, por exemplo, a matriz pode ser uma matriz PETG contendo fibras de fibra de vidro. Uma matriz de fibra de vidro preferida pode ser a resina Elium® (Arkema SA, Colombes, França), que é uma resina à base de PMMA. Uma alternativa é usar outras resinas termoplásticas que sejam compatíveis com Elium/ PMMA. Essas resinas podem ser ABS, policarbonato (PC) ou uma mistura de ABS/ PC. O ABS e o PC são facilmente reforçados com vidro. Além disso, misturas de PMMA com ABS, PC ou outros termoplásticos podem permitir uma soldagem bem- sucedida devido à incorporação da fase de PMMA junto com um segundo termoplástico.

[046] Em uma forma de realização, o material termoplástico pode ser adaptado para alcançar uma taxa de fluxo desejada (através do bico do dispositivo (60)). Por exemplo, uma matriz de policarbonato (PC) com carga de fibra de vidro (por exemplo, cerca de 20% a cerca de 50% em peso) pode ter uma taxa de fluxo aprimorada através da adição de resina PET (por exemplo, até cerca de 10% em peso) para ajudar o processo de extrusão/ deposição e também pode melhorar outras propriedades, como adesão melhorada.

[047] As composições também podem variar com base na composição do material plástico. Por exemplo, a primeira composição pode ter um material plástico diferente da segunda composição, de modo a adaptar as propriedades da estrutura de reforço (62). Em certos casos, pode ser vantajoso personalizar a mistura de um termoplástico para adaptar as propriedades físicas ideais e ou características de processamento. Por exemplo, uma mistura de um termoplástico amorfo e um semi-cristalino pode ser ajustada variando as porcentagens de cada uma dentro da mistura. Um termoplástico semicristalino pode ter propriedades físicas desejáveis, mas pode ser difícil de processar em um processo de impressão devido à sua transição acentuada do sólido para o líquido no seu ponto de fusão. Um termoplástico mais amorfo pode ter uma janela de processamento muito mais ampla para impressão, mas com propriedades físicas menos desejáveis. Ajustando as porcentagens dos dois em uma mistura, o equilíbrio entre propriedades e necessidades de processamento pode ser otimizado. Esse conceito pode ser usado para fornecer uma continuação de combinações de materiais em toda a estrutura da pá impressa, variando a proporção de mistura de dois materiais diferentes.

Além disso, essa estratégia de variação de mistura pode ser usada para otimizar ainda mais a redução de custos, pois um material pode ser mais barato do que o segundo.

[048] Em uma forma de realização, a estrutura de reforço (62) se liga ao(s) revestimento(s) externo(s) reforçado(s) com fibra (56) quando a estrutura (62) está sendo depositada, o que elimina a necessidade de adesivo adicional e/ ou tempo de cura.

Por exemplo, em uma forma de realização, o dispositivo de CNC (60) está configurado para imprimir e depositar os elementos de nervura (64) na superfície interna do um ou mais revestimentos externos reforçados com fibra (56) após o(s) revestimento(s) formado(s) (56)

atingir(em) um estado desejado que permite a ligação dos elementos de nervura impressos (64) ao mesmo, ou seja, com base em um ou mais parâmetros de temperatura, tempo e/ou dureza.

Portanto, em certas formas de realização, em que o(s) revestimento(s) (56) são formados de uma matriz termoplástica, o dispositivo de CNC (60) pode imediatamente imprimir os elementos de nervura (64) ao mesmo enquanto a temperatura de formação do(s) revestimento(s) (56) e a temperatura de impressão desejada para permitir soldagem/ ligação termoplástica pode ser a mesma.

Mais especificamente, em formas de realização particulares, antes que o(s) revestimento(s) (56) tenham esfriado a partir da formação (ou seja, enquanto os revestimentos ainda estão quentes ou aquecidos), o dispositivo de CNC (60) é configurado para imprimir e depositar os elementos de nervura (64) na superfície interna do um ou mais revestimentos externos reforçados com fibra (56). Por exemplo, em uma forma de realização, o dispositivo de CNC (60) está configurado para imprimir e depositar os elementos de nervura (64) na superfície interna dos revestimentos externos (56) antes que os revestimentos (56) tenham esfriado completamente,

de modo para facilitar a ligação entre os revestimentos (56) e os membros de nervura (64). Além disso, em outra forma de realização, o dispositivo de CNC

(60) está configurado para imprimir e depositar os elementos de nervura (64)

na superfície interna dos revestimentos externos (56) quando os revestimentos

(56) tiverem parcialmente resfriado, ou a temperatura do molde pode ser controlada para manter uma temperatura específica dos revestimentos para ligação suficiente dos membros de nervura.

Assim, materiais adequados para a estrutura de grade (62) e os revestimentos externos (56) podem ser escolhidos de modo que a estrutura de grade (62) se ligue aos revestimentos externos (56) durante a deposição. Por conseguinte, a estrutura de grade (62) aqui descrita pode ser impressa usando os mesmos materiais ou materiais diferentes.

[049] Em uma forma de realização, o dispositivo de CNC (60) pode ser adaptado para formar nervuras com compósitos de fibra curta e/ ou compósitos de fibra longa. Por exemplo, o dispositivo de CNC (60) pode incluir um parafuso de uso geral com zonas de “medição de compressão e alimentação”, onde o cisalhamento que danifica as fibras pode ser reduzido diminuindo a taxa de compressão da seção de medição. Uma taxa de compressão da seção de medição de cerca de 2: 1 é particularmente adequada para produtos LFRT. Além disso, o dispositivo de CNC (60) pode incluir uma ponta de bico configurada para formar um compósito de fibra curta ou compósito de fibra longa. Por exemplo, alguns materiais termoplásticos podem processar mais facilmente com uma ponta de bico reverso, o que cria um alto grau de cisalhamento quando o material é injetado. Tal ponta de bico degradaria significativamente o comprimento da fibra de um composto de fibra longa. Como alternativa, um conjunto de bico/ válvula de bico com 100% de fluxo livre pode permitir a passagem fácil de fibras longas através do bico e para dentro da peça.

[050] Por exemplo, em uma forma de realização, um material termoendurecível pode ser infundido no material de fibra no molde (58) para formar os revestimentos externos (56) usando infusão a vácuo. Como tal, o saco de vácuo é removido após a cura e a uma ou mais estruturas de grade termoendurecíveis (62) podem então ser impressas na superfície interna dos revestimentos externos (56). Alternativamente, o saco de vácuo pode ser deixado no lugar após a cura. Em tais formas de realização, o material do saco de vácuo pode ser escolhido de modo que o material não se solte facilmente do material de fibra termoendurecível curado. Tais materiais, por exemplo, podem incluir um material termoplástico, tal como poli metil metacrilato (PMMA) ou filme de policarbonato. Assim, o filme termoplástico que é deixado no lugar permite a ligação de estruturas de grade termoplásticas (62) aos revestimentos termoendurecíveis com o filme no meio.

[051] Além disso, o método da presente invenção pode incluir o tratamento dos revestimentos externos (56) para promover a ligação entre os revestimentos externos (56) e a estrutura de grade (62). Mais especificamente, em certas formas de realização, os revestimentos externos (56) podem ser tratados usando tratamento de chama, tratamento de plasma, tratamento químico, ataque químico, abrasão mecânica, gravação em relevo, elevando uma temperatura de pelo menos áreas a serem impressas nos revestimentos externos (56) e/ou qualquer outro método de tratamento adequado para promover a referida ligação. Em formas de realização adicionais, o método pode incluir formar os revestimentos externos (56) com mais (ou até menos) material de resina de matriz na superfície interna para promover a referida ligação. Em formas de realização adicionais, o método pode incluir variar a espessura do revestimento externo e/ou o conteúdo de fibra, bem como a orientação da fibra.

[052] Além disso, o método da presente invenção inclui a variação do projeto da estrutura de grade (62) (por exemplo, materiais, largura, altura, espessura, formas etc., ou combinações dos mesmos). Como tal, a estrutura de grade (62) pode definir qualquer forma adequada, de modo a formar qualquer componente de estrutura adequado, tal como a coroa de longarina (48, 50), a rede de cisalhamento (35) ou componentes estruturais adicionais (52) da pá de rotor (16). Por exemplo, como mostrado na Figura 11, o dispositivo de CNC (60) pode começar a imprimir a estrutura de grade (62) imprimindo primeiro um contorno da estrutura (62) e construindo a estrutura de grade (62) com os elementos de nervura (64) em várias passagens. Como tal, as extrusoras (65) do dispositivo de CNC (60) podem ser projetadas para ter qualquer espessura ou largura adequada, de modo a dispersar, uma quantidade desejada de material de resina para criar elementos de nervura (64) com alturas e/ou espessuras variáveis. Além disso, o tamanho da grade pode ser projetado para permitir o empeno local da folha de rosto entre os elementos de nervura (64), o que pode influenciar a forma aerodinâmica como um dispositivo de mitigação de carga extrema (rajada).

[053] Mais especificamente, como mostrado nas Figuras 9 a 15, os elementos de nervura (64) podem incluir pelo menos um primeiro elemento de nervura (66) que se estende em uma primeira direção (76) e um segundo elemento de nervura (68) que se estende em uma segunda direção diferente (78). Em várias formas de realização, como mostrado na Figura 15, a primeira direção (76) do primeiro conjunto (70) de elementos de nervura (64) pode ser geralmente perpendicular à segunda direção (78). Mais especificamente, em certas formas de realização, a primeira direção (76) pode ser geralmente paralela a uma direção em sentido de corda da pá de rotor (16) (isto é, uma direção paralela à corda (25) (Figura 2)), enquanto que a segunda direção (78) do segundo conjunto (72) de elementos de nervura (64) pode ser geralmente paralela com uma direção em sentido de extensão da pá de rotor (16) (isto é, uma direção paralela a extensão (23) (Figura 2)). Alternativamente, em uma forma de realização, uma orientação fora do eixo (por exemplo, de cerca de 20° a cerca de 70° ou ao segundo eixo (202)) pode ser fornecida na estrutura de grade (62) para introduzir acoplamento flexão-torção à pá de rotor (16), que pode ser benéfico como dispositivo de mitigação de carga passiva.

Alternativamente, a estrutura de grade (62) pode ser paralela às coroas de longarina (48, 50).

[054] Além disso, como mostrado nas Figuras 13 e 14, um ou mais dentre o primeiro e o segundo elemento de nervura (66, 68) podem ser impressos para ter uma altura variável ao longo de um comprimento (84, 85) do mesmo. Em formas de realização alternativas, como mostrado nas Figuras 16 e 17, um ou mais dentre o primeiro e segundo elemento de nervura (66, 68) podem ser impressos para ter uma altura uniforme (90) ao longo de um comprimento (84, 85) do mesmo. Além disso, como mostrado nas Figuras 9, 12 e 15, os elementos de nervura (64) podem incluir um primeiro conjunto (70) de elementos de nervura (64) (que contém o primeiro elemento de nervura (66)) e um segundo conjunto (72) de elementos de nervura (64) (que contém o segundo elemento de nervura (68)).

[055] Em tais formas de realização, como mostrado nas Figuras 13 e 14, o método pode incluir imprimir uma altura máxima (80) de um ou ambos dentre o primeiro conjunto (70) de elementos de nervura (64) ou o segundo conjunto (72) de elementos de nervura (64) em um local substancialmente a (isto é, +/- 10%) um momento de flexão máximo no painel da pá de rotor (21) que ocorre. Por exemplo, em uma forma de realização, o momento de flexão máximo pode ocorrer em uma localização central (82) da estrutura de grade (62), embora nem sempre. Como aqui utilizado, o termo “localização central” se refere, de modo geral, a uma localização do elemento de nervura (64) que contém o centro mais ou menos uma porcentagem predeterminada de um comprimento total (84) do elemento de nervura (64). Por exemplo, como mostrado na Figura 13, a localização central (82) inclui o centro do elemento de nervura (64) mais ou menos cerca de 10%. Alternativamente, como mostrado na Figura 14, a localização central (82) inclui o centro mais ou menos cerca de 80%. Em outras formas de realização, a localização central (82) pode incluir menos que mais ou menos 10% do centro ou mais que mais ou menos 80% do centro.

[056] Além disso, como mostrado, o primeiro e o segundo conjuntos (70, 72) dos elementos de nervura (64) também podem incluir pelo menos uma extremidade afunilada (86, 88) que se afunila a partir da altura máxima (80). Mais especificamente, como mostrado, a(s) extremidade(s) afunilada(s) (86, 88) podem se afunilar em direção à superfície interna dos revestimentos externos reforçados com fibra (56). Tal afunilamento pode corresponder a certas localizações da pá que requerem mais ou menos suporte estrutural. Por exemplo, em uma forma de realização, os elementos de nervura (64) podem ser mais curtos na ponta da pá ou perto da ponta da pá e podem aumentar à medida que a estrutura de grade (62) se aproxima da raiz da pá.

Em certas formas de realização, como mostrado particularmente na Figura 14, uma inclinação da(s) extremidade(s) afunilada(s) (86, 88) pode ser linear. Em formas de realização alternativas, como mostrado na Figura 13, a inclinação da(s) extremidade(s) afunilada(s) (86, 88) pode ser não linear. Em tais formas de realização, as(s) extremidade(s) afunilada(s) (86, 88) fornece(m) uma relação de rigidez versus peso aprimorada do painel (21).

[057] Em formas de realização adicionais, uma ou mais alturas dos elementos de nervura que se cruzam (64) nos nós (74) podem ser diferentes. Por exemplo, como mostrado na Figura 16, as alturas do segundo conjunto (72) dos elementos de nervura (64) são diferentes do primeiro elemento de nervura (66) que se cruza. Em outras palavras, os elementos de nervura (64) podem ter alturas diferentes para as diferentes direções nos seus pontos de cruzamento. Por exemplo, em uma forma de realização, os elementos de nervura de direção em sentido de extensão (64) podem ter uma altura duas vezes mais alta que a altura dos elementos de nervura de direção em sentido de corda (64). Além disso, como mostrado na Figura 16, o segundo conjunto (72) de elementos de nervura (64) pode, cada um, ter uma altura diferente dos elementos de nervura adjacentes (64) no segundo conjunto (72) de elementos de nervura (64). Em tais formas de realização, como mostrado, o método pode incluir a impressão de cada um dentre o segundo conjunto (70) de elementos de nervura (64) de modo que estruturas (64) com alturas maiores estejam localizadas em direção à localização central (82) da estrutura de grade (62). Além disso, o segundo conjunto (70) de elementos de nervura (64) pode ser afunilado ao longo de um comprimento (85) do mesmo, de modo que os elementos de nervura (64) sejam afunilados mais curtos à medida que os elementos de nervura se aproximam da ponta da pá.

[058] Em outras formas de realização, como mencionado, os elementos de nervura (64) podem ser impressos com espessuras variadas. Por exemplo, como mostrado na Figura 15, o primeiro conjunto (70) de elementos de nervura (64) define uma primeira espessura (94) e o segundo conjunto (72) de elementos de nervura (64) define uma segunda espessura (96). Mais especificamente, como mostrado, a primeira e a segunda espessuras (94, 96) são diferentes. Além disso, como mostrado nas Figuras 18 e 19, as espessuras de um único elemento de nervura (64) podem variar ao longo do seu comprimento.

[059] Referindo-se particularmente à Figura 15, o primeiro conjunto (70) de elementos de nervura (64) e/ou o segundo conjunto (72) de elementos de nervura (64) podem ser uniformemente espaçados. Em formas de realização alternativas, como mostrado nas Figuras 18 e 19, o primeiro conjunto (70) de elementos de nervura (64) e/ou o segundo conjunto (72) de elementos de nervura (64) podem estar desigualmente espaçados. Por exemplo, como mostrado, os métodos aditivos aqui descritos permitem estruturas internas complexas que podem ser otimizadas para cargas e/ou restrições geométricas da forma geral do painel da pá de rotor (21). Como tal, a estrutura de grade (62) da presente invenção pode ter formas semelhantes às que ocorrem na natureza, tal como estruturas orgânicas (por exemplo, ossos de pássaros, folhas, troncos ou similares). Por conseguinte, a estrutura de grade (62) pode ser impressa para ter uma estrutura de pá interna que otimiza rigidez e resistência, enquanto também minimiza o peso.

[060] Em várias formas de realização, o tempo de ciclo de impressão dos elementos de nervura (64) também pode ser reduzido usando um padrão de nervura que minimiza a quantidade de mudança direcional. Por exemplo, as grades angulares de 45 graus provavelmente podem ser impressas mais rapidamente do que as grades de 90 graus em relação à direção de corda da impressora proposta, por exemplo.

[061] Em outra forma de realização, como mostrado nas Figuras 8 e 12, o método pode incluir a impressão de uma pluralidade de estruturas de grade (62) na superfície interna dos revestimentos externos reforçados com fibra (56). Mais especificamente, como mostrado, a pluralidade de estruturas de grade (62) pode ser impressa em locais separados e distintos na superfície interna dos revestimentos externos (56).

[062] Certas vantagens associadas à estrutura de grade (62) da presente invenção podem ser melhor compreendidas em relação à Figura 20.

Como mostrado, o gráfico (100) ilustra a estabilidade da pá de rotor (16) (representada como o fator de carga de empeno “BLF”) no eixo y versus a razão em peso no eixo x. A curva (102) representa a estabilidade versus a razão em peso para uma pá de rotor de painel imprensado convencional. A curva (104) representa a estabilidade versus a razão em peso para uma pá de rotor que possui uma estrutura de grade não afunilada construída com fibras curtas. A curva (106) representa a estabilidade versus a razão em peso para uma pá de rotor tendo uma estrutura de grade não afunilada sem fibras. A curva (108) representa a estabilidade versus a razão em peso para uma pá de rotor tendo uma estrutura de grade (62) construída com elementos de nervura afunilados (64) com inclinação de 1:3 e sem fibras. A curva (110) representa a estabilidade versus a razão em peso para uma pá de rotor tendo uma estrutura de grade (62) construída com elementos de nervura afunilados (64) com inclinação de 1:2 e sem fibras. A curva (112) representa a estabilidade versus a razão em peso para uma pá de rotor (16) tendo uma estrutura de grade (62) contendo fibras curtas tendo uma primeira espessura e sendo construída de elementos de nervura afunilados (64) com inclinação de 1:3. A curva (114) representa a estabilidade versus a razão em peso para uma pá de rotor (16) tendo uma estrutura de grade (62) contendo fibras curtas tendo uma segunda espessura que é menor que a primeira espessura e sendo construída com elementos de nervura afunilados (64) com inclinação de 1:3. Assim, como mostrado, os elementos de nervura (64) contendo fibras maximizam o seu módulo, enquanto os elementos de nervura mais finos minimizam o peso adicionado à pá de rotor (16). Além disso, como mostrado, razões de conicidade mais altas aumentam o fator de carga de empeno.

[063] Com referência agora às Figuras 21 a 23, vários recursos adicionais da estrutura de grade (62) da presente invenção são ilustradas. Mais especificamente, a Figura 21 ilustra uma vista superior parcial de uma forma de realização da estrutura de grade impressa (62), ilustrando particularmente um dos nós (74) da mesma. Como mostrado, o dispositivo de CNC (60) pode formar pelo menos um ângulo substancialmente de 45 graus (95) para uma curta distância em um ou mais dentre a pluralidade de nós (74). Como tal, o ângulo de 45 graus (95) está configurado para aumentar a quantidade de apoio ou ligação nos cantos. Em tais formas de realização, como mostrado, pode haver uma leve sobreposição neste nó de canto.

[064] Referindo-se particularmente à Figura 22, é ilustrada uma vista superior parcial de uma forma de realização da estrutura de grade impressa (62), ilustrando particularmente um local de impressão inicial e um local de impressão final da estrutura de grade (62). Isso ajuda na inicialização e parada da impressão das nervuras. Quando o dispositivo de CNC (60) começa a imprimir os elementos de nervura (64) e o processo acelera, as extrusoras podem não extrudar perfeitamente o material de resina. Assim, como mostrado, o dispositivo de CNC (60) pode iniciar o processo de impressão com uma curva ou torção para fornecer um guia para a estrutura de nervura (64). Ao extrudar essa torção no local inicial, as extrusoras (65) recebem tempo para aumentar/abaixar mais lentamente sua pressão, em vez de serem obrigadas a iniciar instantaneamente em cima de um ponto de partida independente e estreito. Como tal, a torção permite que as estruturas de grade (65) da presente invenção sejam impressas em velocidades mais altas.

[065] Em certos casos, no entanto, essa curva de início pode criar um pequeno vazio (99) (isto é, a área dentro da torção) na região de partida, o que pode criar problemas à medida que o vazio (99) se propaga através das camadas em andamento. Por conseguinte, o dispositivo de CNC (60) também está configurado para terminar um dos elementos de nervura (64) dentro da torção da região de partida, de modo a impedir que o vazio (99) se desenvolva. Mais especificamente, como mostrado, o dispositivo de CNC (60) preenche essencialmente a curva inicial do um dos elementos de nervura (64) com uma localização final de outro elemento de nervura (64).

[066] Referindo-se particularmente à Figura 23, uma vista em elevação de uma forma de realização de um dos elementos de nervura (64) da estrutura de grade impressa (62) é ilustrada, particularmente ilustrando uma seção de base (55) dos elementos de nervura (64) tendo uma primeira camada mais larga W e mais fina T, de modo a melhorar a ligação da estrutura de grade (62) para os revestimentos externos (56) do painel da pá de rotor (21).

Para formar esta seção de base (55), o dispositivo de CNC (60) imprime uma primeira camada da estrutura de grade (62) de modo que as seções de base individuais (55) definam uma seção transversal que é mais larga e mais fina que o resto da seção transversal dos elementos de nervura (64). Em outras palavras, a seção de base mais larga e mais fina (55) dos elementos de nervura (64) fornece uma área de superfície maior para ligação aos revestimentos externos (56), transferência máxima de calor para os revestimentos externos (56), e permite que o dispositivo de CNC (60) opere em velocidades mais rápidas na primeira camada. Além disso, a seção de base (55) pode minimizar as concentrações de tensão na junta de ligação entre a estrutura (62) e os revestimentos externos (56). Em uma forma de realização, como na forma de realização da Figura 23, a estrutura de reforço (62) pode ser formada a partir de múltiplos materiais dentro de cada membro de nervura (64).

Por exemplo, a estrutura de nervura (64) pode ter uma primeira composição em uma primeira porção de sua seção transversal e uma segunda composição diferente em uma segunda porção de sua seção transversal.

[067] Com referência agora às Figuras 24 a 29, o dispositivo de CNC (60) descrito aqui também é configurado para imprimir pelo menos um recurso adicional (63) diretamente na(s) estrutura(s) de grade (62), em que o calor da impressão liga os recursos adicionais (63) à estrutura (62). Como tal, o(s) recurso(s) adicional(ais) (63) podem ser impressos diretamente em 3D na estrutura de grade (62). Essa impressão permite que o(s) recurso(s) adicional(ais) (63) sejam impressos na estrutura de grade (62) usando cortes feitos por baixo e/ou ângulos de desmoldagem (draft angles) negativos, conforme necessário. Além disso, em certos casos, o hardware para vários sistemas de pá pode ser montado dentro da estrutura de grade (62) e, em seguida, impresso para encapsular/proteger esses componentes.

[068] Por exemplo, como mostrado nas Figuras 24 a 27, recurso(s) adicional(ais) (63) pode(m) incluir recursos auxiliares (81) e/ou recursos de montagem (69). Mais especificamente, como mostrado nas Figuras 24 e 25, o(s) recurso(s) de montagem (69) podem incluir uma ou mais estruturas de alinhamento (73), pelo menos um recurso de manuseio ou elevação (71), uma ou mais folgas ou espaçamentos adesivos (95) ou uma ou mais áreas de contenção adesiva (83). Por exemplo, em uma forma de realização, o dispositivo de CNC (60) é configurado para imprimir uma pluralidade de recursos de manuseio (71) na estrutura de grade (62) para fornecer vários locais de preensão para remover o painel da pá de rotor (21) do molde (58). Além disso, como mostrado na Figura 24, uma ou mais áreas de contenção adesiva (83) podem ser formadas na estrutura de grade (62), por exemplo, de modo que outro componente de pá possa ser fixado ao mesmo ou desse modo.

[069] Em formas de realização particulares, como mostrado nas Figuras 25 e 26, o alinhamento ou a orientação na(s) estrutura(s) (73) pode incluir quaisquer recursos de alinhamento da coroa de longarina e/ou da rede de cisalhamento. Em tais formas de realização, como mostrado, a(s) estrutura(s) de grade (62) pode(m) ser impressa de modo que um ângulo da pluralidade de elementos de nervura (64) seja deslocado a partir de um local de coroa de longarina, de modo a criar uma área de contenção adesiva (83). Mais especificamente, como mostrado, as áreas de contenção adesiva (83) são configuradas para impedir a compressão de um adesivo (101). Deve ser entendido ainda que essas áreas de contenção adesiva (83) não estão limitadas aos locais de coroa de longarina, mas podem ser fornecidas em qualquer local adequado na estrutura de grade (62), incluindo, mas não limitado a locais adjacentes à borda de ataque (24), à borda de fuga (26) ou a qualquer outro local de ligação.

[070] Em outras formas de realização, a(s) estrutura(s) de alinhamento (73) pode(m) corresponder a recursos de alinhamento de suporte (por exemplo, para estrutura de reforço (52)), recursos de alinhamento de junta de pá, recursos de alinhamento de painel (75) ou qualquer outro recurso de alinhamento adequado. Mais especificamente, como mostrado na Figura 27, os recursos de alinhamento de painel (75) podem incluir um recurso de alinhamento macho (77) ou um recurso de alinhamento fêmea (79) que se encaixa com um recurso de alinhamento macho (77) ou um recurso de alinhamento fêmea (79) de um painel da pá de rotor adjacente (21).

[071] Além disso, como mostrado na Figura 28, o(s) recurso(s) adicional(ais) (63) podem incluir pelo menos um recurso auxiliar (81) do painel da pá de rotor (21). Por exemplo, em uma forma de realização, os recursos auxiliares (81) podem incluir uma caixa de equilíbrio (67) da pá de rotor (16).

Em tais formas de realização, a etapa de imprimir o(s) recurso(s) adicional(ais) (63) na(s) estrutura(s) de grade (62) pode incluir encerrar pelo menos uma parte da estrutura de grade (62) para formar a caixa de equilíbrio (63) nela. Em formas de realização adicionais, o(s) recurso(s) auxiliar(es) (81) podem incluir alojamentos (87), bolsos, suportes ou invólucros, por exemplo, para um dispositivo aerodinâmico ativo, um sistema de amortecimento de atrito ou um sistema de controle de carga, canalização (89), canais ou passagens, por exemplo para sistemas de degelo, uma ou mais válvulas, um suporte (91), tubulação ou canal em torno de um local de orifício dos revestimentos externos reforçados com fibra, um sistema de sensor com um ou mais sensores (103), um ou mais elementos de aquecimento (105) ou fios (105), hastes, condutores ou qualquer outro recurso impresso. Em uma forma de realização, por exemplo, os suportes para o sistema de amortecimento de atrito podem incluir elementos de interface deslizantes e/ou estruturas de travamento livres. Por exemplo, em uma forma de realização, a estrutura de grade impressa em 3D (62) oferece a oportunidade de imprimir facilmente canais nela para fornecer ar aquecido a partir de fonte(s) de calor na raiz da pá ou cubo para ter um efeito de degelo ou impedir a formação de gelo. Tais canais permitem o contato do ar diretamente com os revestimentos externos (56) para melhorar o desempenho da transferência de calor.

[072] Em formas de realização particulares, o sistema de sensor pode ser incorporado na(s) estrutura(s) de grade (62) e/ou nos revestimentos externos (56) durante o processo de fabricação. Por exemplo, em uma forma de realização, o sistema de sensor pode ser um sistema de medição de pressão de superfície disposto com a estrutura de grade (62) e/ ou diretamente incorporado nos revestimentos (56). Como tal, a estrutura impressa e/ os revestimentos (56) são fabricados para incluir a série de tubulação/canais necessários para instalar facilmente o sistema de sensores. Além disso, a estrutura impressa e/ou os revestimentos (56) também podem fornecer uma série de orifícios no mesmo para receber conexões do sistema. Assim, o processo de fabricação é simplificado imprimindo várias estruturas na estrutura de grade (62) e/ou nos revestimentos (56) para alojar os sensores, atuar como a porta de pressão estática e/ou atuar como a tubulação que corre diretamente para o revestimento da pá externo. Tais sistemas também podem permitir o uso de torneiras de pressão para controle de circuito fechado da turbina eólica (10).

[073] Em ainda outras formas de realização, o molde (58) pode incluir certas marcas (como uma marca positiva) que são configuradas para criar uma pequena covinha no revestimento durante a fabricação. Tais marcas permitem a fácil usinagem dos orifícios no local exato necessário para os sensores associados. Além disso, sistemas de sensores adicionais podem ser incorporados nas estruturas de grade e/ ou nas camadas externa do revestimento (56) para fornecer medições aerodinâmicas ou acústicas, de modo a permitir controle de circuito fechado ou medições de protótipos.

[074] Além disso, os elementos de aquecimento (80) aqui descritos podem ser elementos de aquecimento montados na superfície nivelada distribuídos ao redor da borda de ataque da pá. Tais elementos de aquecimento (80) permitem a determinação do ângulo de ataque na pá,

correlacionando a temperatura/ transferência de calor por convecção com a velocidade de fluxo e o ponto de estagnação. Essas informações são úteis para o controle de turbinas e podem simplificar o processo de medição. Deve ser entendido que esses elementos de aquecimento (80) também podem ser incorporados nas camadas externa de revestimento (56) de maneiras adicionais e não precisam ser montadas niveladas nela.

[075] Referindo-se novamente à Figura 24, o método de acordo com a presente invenção pode incluir a colocação de um material de enchimento (98) entre um ou mais dos elementos de nervura (64). Por exemplo, em certas formas de realização, o material de enchimento (98) aqui descrito pode ser construído de quaisquer materiais adequados, incluindo, mas não limitado a espuma de baixa densidade, cortiça, compostos, madeira de balsa, compósitos ou similares. Os materiais de espuma de baixa densidade adequados podem incluir, mas não estão limitados a espumas de poliestireno (por exemplo, espumas de poliestireno expandido), espumas de poliuretano (por exemplo, espuma de células fechadas de poliuretano), espumas de polietileno tereftalato (PET), outras borrachas de espuma/ espumas à base de resina e várias outras espumas de células abertas e de células fechadas. Em uma forma de realização, a densidade pode variar dentro de cada nervura. Por exemplo, uma primeira composição pode formar um núcleo de nervura e pode ter densidade menor que a segunda composição que forma uma superfície externa de nervura (por exemplo, a segunda composição pode ter uma resistência maior, como uma fibra longa reforçada termoplástica). Em outra forma de realização, a primeira composição pode formar uma primeira camada de nervura e pode ter densidade menor que a segunda composição que forma outra camada de nervura (por exemplo, a segunda composição pode ter uma resistência maior, como uma fibra longa reforçada termoplástica). Por exemplo, em uma forma de realização, uma nervura pode ser formada imprimindo uma nervura de espuma termoplástica na superfície interna do revestimento de fibra de vidro e, em formas de realização particulares, também pode incluir fibras dentro da espuma termoplástica. Um termoplástico mais denso (por exemplo, não espumado) reforçado com fibras, pode ser impresso na espuma termoplástica. Assim, a estrutura de nervura pode ter um peso e/ ou custo reduzido em comparação com uma nervura formada apenas com a segunda composição mais densa.

[076] Além da estrutura de reforço (52), outros recursos podem ser formados nos revestimentos externos (56), conforme desejado. Tais recursos também podem incluir composições adicionais (por exemplo, uma primeira composição, uma segunda composição, etc.), como discutido acima em relação à estrutura de reforço (52). Referindo-nos novamente à Figura 27, o método também pode incluir a impressão de um ou mais recursos (93) nos revestimentos externos 56, por exemplo, nas bordas de fuga e/ ou de ataque dos painéis da pá de rotor (21). Por exemplo, como mostrado na Figura 27, o método também pode incluir a impressão de um ou mais recursos (93) nos revestimentos externos (56), por exemplo, nas bordas de fuga e/ou de ataque dos painéis da pá de rotor (21). Por exemplo, como mostrado na Figura 27, o método pode incluir a impressão de pelo menos um recurso de proteção contra raios (93) em pelo menos um dentre o um ou mais revestimentos externos reforçados com fibra (56). Em tais formas de realização, o recurso de proteção contra raios (93) pode incluir uma aleta de resfriamento ou um recurso de borda de fuga tendo menos conteúdo de fibra do que os revestimentos externos reforçados com fibra (56). Mais especificamente, as aletas de resfriamento podem ser impressas diretamente na superfície interna dos revestimentos externos (56) e opcionalmente carregadas com enchimentos para melhorar a condutividade térmica, mas abaixo de um certo limiar para tratar de preocupações relacionadas a raios. Como tal, as aletas de resfriamento são configuradas para melhorar a transferência térmica a partir do fluxo de ar aquecido para os revestimentos externos (56). Em formas de realização adicionais, esses recursos (93) podem ser configurados para se sobrepor, por exemplo, tais como bordas entrelaçadas ou encaixes de pressão.

[077] Com referência agora às Figuras 29 e 30, o(s) recurso(s) adicional(ais) (63) pode(m) incluir uma folga adesiva (95) ou espaçamento, que pode ser incorporada nas estruturas de grade (62). Esses espaçamentos (95) fornecem uma folga especificada entre dois componentes quando ligados entre si, para minimizar o aperto do adesivo. Como tal, os espaçamentos (95) fornecem a folga de ligação desejada para uma resistência de ligação otimizada com base no adesivo utilizado.

[078] Esta descrição escrita usa exemplos para revelar a invenção, incluindo o melhor modo, e também para permitir que qualquer técnico no assunto realize a invenção, incluindo a construção e utilização de quaisquer dispositivos ou sistemas e a execução de quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorram aos técnicos no assunto. Pretende-se que estes outros exemplos estejam dentro do escopo das reivindicações se incluírem elementos estruturais que não diferem da linguagem literal das reivindicações ou se incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças não substanciais das linguagens literais das reivindicações.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. PAINEL DA PÁ DE ROTOR (21), caracterizado por compreender: um ou mais revestimentos externos reforçados com fibra (56) possuindo uma superfície interna (57); e, uma pluralidade de estruturas de reforço (62) na superfície interna (57) do um ou mais revestimentos externos reforçados com fibra (56), a estrutura de reforço (62) se ligando ao um ou mais revestimentos externos reforçados com fibra (56) quando a estrutura de reforço (62) está sendo depositada, em que a estrutura de reforço (62) compreende pelo menos uma primeira composição e uma segunda composição, e em que a primeira composição é diferente da segunda composição.

2. PAINEL DA PÁ DE ROTOR (21), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela estrutura de reforço (62) compreender uma primeira estrutura de nervura (151) tendo a primeira composição e uma segunda estrutura de nervura (152) tendo a segunda composição.

3. PAINEL DA PÁ DE ROTOR (21), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela primeira composição e a segunda composição compreenderem uma matriz carregada com um constituinte, com uma variação da concentração de carga sendo uma diferença entre a primeira composição e a segunda composição.

4. PAINEL DA PÁ DE ROTOR (21), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo constituinte compreender fibras, partículas, microesferas ou uma combinação dos mesmos.

5. PAINEL DA PÁ DE ROTOR (21), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela matriz da primeira composição e da segunda composição compreender um material termoplástico.

6. PAINEL DA PÁ DE ROTOR (21), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pela primeira composição compreender uma matriz carregada com primeiras fibras tendo um primeiro aspecto de proporção de fibra e a segunda composição compreender uma matriz carregada com segundas fibras tendo um segundo aspecto de proporção de fibra e em que o primeiro aspecto de proporção é diferente do segundo aspecto de proporção.

7. PAINEL DA PÁ DE ROTOR (21), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pela primeira composição compreender uma matriz carregada com primeiras fibras e a segunda composição compreender uma matriz carregada com segundas fibras e em que as primeiras fibras têm uma composição diferente das segundas fibras.

8. PAINEL DA PÁ DE ROTOR (21), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pela primeira composição incluir uma ou mais fibras selecionadas a partir do grupo que consiste em fibras de vidro, fibras de carbono, fibras de polímero, fibras de madeira, fibras de bambu, fibras de cerâmicas, nanofibras, fibras de metal ou similares, ou combinações dos mesmos, e em que a segunda composição inclui uma ou mais fibras selecionadas a partir do grupo que consiste em fibras de vidro, fibras de carbono, fibras de polímero, fibras de madeira, fibras de bambu, fibras de cerâmica, nanofibras, fibras de metal ou similares ou combinações dos mesmos, e ainda em que a segunda composição inclui uma ou mais fibras que são diferentes das fibras da primeira composição.

9. PAINEL DA PÁ DE ROTOR (21), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pela primeira composição e a segunda composição compreenderem uma matriz carregada com um constituinte, com uma variação da composição constituinte sendo uma diferença entre a primeira composição e a segunda composição.

10. PAINEL DA PÁ DE ROTOR (21), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pela primeira composição compreender um primeiro material termoplástico e em que a segunda composição compreende um segundo material termoplástico que é diferente em composição do que o primeiro material termoplástico.

11. PAINEL DA PÁ DE ROTOR (21), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pela primeira composição compreender uma primeira espuma plástica.

12. MÉTODO PARA FABRICAR UM PAINEL DA PÁ DE ROTOR (21), o método caracterizado por compreender: formar um ou mais revestimentos externos reforçados com fibra (56) em um molde do painel da pá de rotor (21); e, formar uma pluralidade de membros de nervura que se cruzam em uma pluralidade de nós para formar pelo menos uma estrutura de grade de reforço tridimensional (3-D) em uma superfície interna (57) do um ou mais revestimentos externos reforçados com fibra (56), a estrutura de grade ligada ao um ou mais revestimentos externos reforçados com fibra (56) à medida que a estrutura de grade está sendo depositada, em que a pluralidade de estruturas de nervura compreende pelo menos uma primeira composição e uma segunda composição, com a primeira composição sendo diferente da segunda composição.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por tanto a primeira composição quanto a segunda composição compreenderem uma matriz carregada com um constituinte, com uma variação da concentração de carga sendo uma diferença entre a primeira composição e a segunda composição em que o constituinte é composto por fibras, microesferas, partículas ou uma combinação dos mesmos.

14. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 13, caracterizado pela formação da pluralidade de membros de nervura compreender: posicionar um membro pré-fabricado sobre a superfície interna (57), em que o membro pré-fabricado compreende a primeira composição; imprimir a segunda composição sobre a superfície interna (57), de forma que pelo menos uma porção da segunda composição entre em contato com o membro pré-fabricado; e, solidificar a segunda composição para definir a primeira estrutura de nervura (151) e a segunda estrutura de nervura (152), respectivamente.

15. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, caracterizado pela formação da pluralidade de membros de nervura compreender: imprimir uma primeira camada de material termoplástico diretamente na superfície interna (57) do revestimento externo, em que a primeira camada define uma abertura; e posicionar o membro pré-fabricado na abertura da primeira camada de material termoplástico enquanto ainda está quente, de forma que o membro pré-fabricado seja ancorado dentro da abertura.