CN111601966B - 用于转子叶片的打印增强结构的多种材料组合 - Google Patents

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Abstract

提供转子叶片板连同它们形成的方法。转子叶片板可包括：具有内表面的一个或多个纤维增强外蒙皮；以及在一个或多个纤维增强外蒙皮的内表面上的多个增强结构，其中在增强结构沉积时，增强结构结合到一个或多个纤维增强外蒙皮。增强结构至少包括第一组合物和第二组合物，其中第一组合物不同于第二组合物。

Description

用于转子叶片的打印增强结构的多种材料组合
技术领域
本公开内容大体上涉及风力涡轮转子叶片，且更特别地涉及用于制造风力涡轮转子叶片板的方法的装置。
背景技术
风力被认为是目前可获得的最清洁、最环境友好的能源中的一种，且风力涡轮在该方面获得了增加的关注。现代的风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱，以及一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型(foil)原理来获取风的动能。转子叶片传送呈旋转能形式的动能，以便转动轴，该轴将转子叶片联接到齿轮箱(或如果不使用齿轮箱，直接联接到发电机)。发电机然后将机械能转换成电能，该电能可部署至公用网。
转子叶片大体上包括吸力侧壳和压力侧壳，该壳典型地使用模制过程来形成，该壳沿叶片前缘和后缘在结合线处结合在一起。此外，压力壳和吸力壳相对轻量，且具有不构造成承受在操作期间施加在转子叶片上的弯矩和其它负载的结构性质(例如，刚度、抗屈曲性和强度)。因此，为增加转子叶片的刚度、抗屈曲性和强度，主体壳典型地使用一个或多个结构构件(例如，在它们之间构造有抗剪腹板的相反翼梁帽)来增强，该结构构件接合壳半部的内部压力侧表面和吸力侧表面。
翼梁帽典型地由各种材料(包括但不限于玻璃纤维层压复合物和/或碳纤维层压复合物)构成。转子叶片的壳大体上通过在壳模具中堆叠纤维织物层来围绕叶片的翼梁帽构建。层然后典型地灌注(infuse)在一起，例如用热固性树脂。因此，常规的转子叶片大体上具有夹层板构造。如此，大的转子叶片的常规叶片制造涉及高劳动力成本、缓慢的生产速度和昂贵模具工装的低使用率。此外，叶片模具客制化可为昂贵的。
因此，用于制造转子叶片的方法可包括分段地形成叶片。然后可组装叶片节段来形成转子叶片。例如，一些现代的转子叶片，诸如在2015年6月29日提交的且题为“ModularWind Turbine Rotor Blades and Methods of Assembling Same(模块化风力涡轮转子叶片和组装其的方法)”的编号为14/753,137的美国专利申请中描述的那些叶片，具有模块化板构造，该申请通过引用以其整体结合于本文中。因此，模块化叶片的各个叶片构件可基于叶片构件的作用和/或位置由不同的材料构成。
鉴于上述内容，本领域不断寻求制造具有打印网结构的风力涡轮转子叶片板的改进方法。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或可从描述中清楚，或可通过实施本发明来获悉。
大体上提供转子叶片板连同它们形成的方法。在一个实施例中，转子叶片板包括：具有内表面的一个或多个纤维增强外蒙皮；以及在一个或多个纤维增强外蒙皮的内表面上的多个增强结构，其中当增强结构沉积时，增强结构结合到一个或多个纤维增强外蒙皮。增强结构至少包括第一组合物和第二组合物，其中第一组合物不同于第二组合物。
在一个实施例中，转子叶片板可包括：具有内表面的一个或多个纤维增强外蒙皮；以及在一个或多个纤维增强外蒙皮的内表面上的多个增强结构，其中当增强结构沉积时，增强结构结合到一个或多个纤维增强外蒙皮。增强结构可至少包括肋结构，该肋结构具有在其截面的第一部分中的第一组合物和在其截面的第二部分中的不同的第二组合物。
用于制造转子叶片板的方法可包括：在转子叶片板的模具上形成一个或多个纤维增强外蒙皮；以及形成在多个节点处相交的多个肋部件，以使至少一个三维(3D)增强网结构形成到一个或多个纤维增强外蒙皮的内表面上。在网结构沉积时，网结构结合到一个或多个纤维增强外蒙皮，其中多个肋结构至少包括第一组合物和第二组合物，第一组合物不同于第二组合物。
参照以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合于该说明书中且构成该说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，且连同描述一起用来解释本发明的原理。
附图说明
针对本领域普通技术人员的本发明的完整且开放(enabling)的公开内容(包括其最佳模式)在参照附图的说明书中阐述，在附图中：
图1示出根据本公开内容的风力涡轮的一个实施例的透视图；
图2示出根据本公开内容的风力涡轮的转子叶片的一个实施例的透视图；
图3示出图2的模块化转子叶片的分解视图；
图4示出根据本公开内容的模块化转子叶片的前缘节段的一个实施例的截面视图；
图5示出根据本公开内容的模块化转子叶片的后缘节段的一个实施例的截面视图；
图6示出根据本公开内容的图2的模块化转子叶片的截面视图；
图7示出根据本公开内容的图2的模块化转子叶片的截面视图；
图8示出转子叶片板的模具的一个实施例的侧视图，特别地示出放置在模具中的外蒙皮，其上打印有多个网结构；
图9示出根据本公开内容的网结构的一个实施例的透视图；
图10示出根据本公开内容的转子叶片板的模具的一个实施例的透视图，其中三维打印机定位在模具上方，以便将网结构打印到其；
图11示出根据本公开内容的转子叶片板的模具的一个实施例的透视图，其中三维打印机定位在模具上方，并向其打印网结构的轮廓；
图12示出根据本公开内容的转子叶片板的模具的一个实施例的透视图，其中三维打印机定位在模具上方，并向其打印网结构；
图13示出根据本公开内容的网结构的第一肋部件的一个实施例的截面视图；
图14示出根据本公开内容的网结构的第一肋部件的另一实施例的截面视图；
图15示出根据本公开内容的网结构的一个实施例的顶视图；
图16示出根据本公开内容的网结构的第一肋部件和相交的第二肋部件的一个实施例的截面视图；
图17示出根据本公开内容的网结构的第二肋部件的一个实施例的侧视图；
图18示出根据本公开内容的网结构的一个实施例的顶视图，特别地示出以期望的图案布置的网结构的肋部件；
图19示出根据本公开内容的网结构的另一实施例的透视图，特别地示出以期望的图案布置的网结构的肋部件；
图20示出根据本公开内容的网结构的屈曲负载因子(y轴)与重量比(x轴)的关系的一个实施例的图；
图21示出根据本公开内容的打印网结构的一个实施例的局部顶视图，特别地示出网结构的节点；
图22示出根据本公开内容的打印网结构的一个实施例的局部顶视图，特别地示出网结构的起始打印位置和终止打印位置；
图23示出根据本公开内容的网结构的打印肋部件的一个实施例的正视图，特别地示出网结构的肋部件中的一个的基部区段，该基部区段具有比肋部件的其余部分更宽且更薄的截面，以便改进网结构与转子叶片板的外蒙皮的结合；
图24示出根据本公开内容的网结构的另一实施例的顶视图，特别地示出打印到网结构的额外特征；
图25示出根据本公开内容的具有布置在其中的打印网结构的转子叶片的一个实施例的截面视图，特别地示出打印到网结构以用于接纳翼梁帽和抗剪腹板的对准特征；
图26示出图25的转子叶片的局部截面视图，特别地示出打印到网结构以用于控制粘合剂挤出的额外特征；
图27示出根据本公开内容的具有布置在其中的打印网结构的转子叶片的一个实施例的截面视图，特别地示出打印到网结构的凸形和凹形板对准特征；
图28示出根据本公开内容的网结构的又一实施例的顶视图，特别地示出打印到网结构的辅助特征；
图29示出根据本公开内容的转子叶片板的一个实施例的截面视图，特别地示出打印到转子叶片板的内表面的多个网结构；
图30示出图29的转子叶片板的前缘的局部截面视图，特别地示出多个粘合剂间隙；以及
图31示出示例性转子叶片板的截面视图，该转子叶片板具有定位在外蒙皮的内表面上的预制部件。
具体实施方式
现在将详细地参照本发明的实施例，其一个或多个示例在图中示出。每个示例提供作为本发明的解释，不是本发明的限制。实际上，对本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中作出各种修改和变型。例如，示出或描述为一个实施例的部分的特征可与另一实施例使用，以产生还另外的实施例。因此，意图的是，本发明覆盖如落入所附权利要求书和其等同物的范围内的此类修改和变型。
在本公开内容中，当一层被描述为在另一层或基底“上”或“上方”时，要理解的是，该层可彼此直接接触，或者在该层之间具有另一层或特征，除非明确相反地陈述。因此，这些用语仅描述各层彼此的相对位置，并不一定意味着“在...的顶部上”，因为上方或下方的相对位置取决于设备相对于观察者的定向。
大体上，用于制造风力涡轮转子叶片的增强结构的方法是通过诸如3D打印、增材制造、自动纤维沉积的技术以及使用计算机数字控制(CNC)设备和多个自由度来沉积材料的其它技术之类的技术以使用材料的自动沉积来提供的。如此，本公开内容的增强结构可用于增强用于风力涡轮转子叶片的外蒙皮。可选择用于形成增强结构的材料，以定制增强结构的性质，同时最大化其它益处(例如重量、刚度等)。
例如，可使用多种材料来产生增强结构，形成复合零件，诸如泡沫塑料、热塑性塑料、或载有一定成分的塑料或泡沫基质，该成分诸如纤维(例如，玻璃纤维或碳纤维)、微球(例如，玻璃微球或聚合物微球)、其它颗粒或它们的混合物。此类成分可包含在基质中以减轻重量、节约成本、改进性质等。另外，夹层结构可在肋内形成，诸如通过连续带沉积、针对沿翼展屈曲的定制设计、在结构内包含预制零件、使用回收材料(例如，回收纤维和/或回收热塑性塑料)、使用不同的热塑性共混物来提高焊接粘合强度以及更高流量打印速度。由于增材制造技术，与常规的夹层板(例如，用真空浸渍或其它技术制成)相比，有能力进行更客制化的增强。
如所陈述的，多种材料可用于形成增强结构(例如，多个肋部件)。在一个特定的实施例中，轻质泡沫塑料可用于结合更刚性的结构特征来构建增强结构，以最大限度地减小对于最终部分的重量和成本。微球和/或纤维负载上的不同也可用于定制局部抗屈曲性。玻璃微球或聚合物微球也可用于增加刚度、强度(在某些情况下)、减小部分重量和节约成本。
因此，本文中描述的方法提供现有技术中不存在的许多优点。例如，本公开内容的方法提供容易客制化具有各种曲率、空气动力学特性、强度、刚度等的叶片结构的能力。如此，本公开内容的打印结构可设计成匹配用于转子叶片的现有夹层板的刚度和/或抗屈曲性。更特别地，本公开内容的转子叶片和其构件可基于所需要的局部抗屈曲性更容易地客制化。还另外的优点包括能够局部和暂时地屈曲以减小负载和/或调谐转子叶片的共振频率以避免问题频率。而且，本文中描述的网结构能够实现转子叶片的弯曲-扭转耦合。
另外，本公开内容的方法提供高的自动化水平、更快的生产速度、降低的工装成本和/或更高的工装使用率。此外，本公开内容的转子叶片构件可不需要粘合剂，尤其是用热塑性材料生产的粘合剂，从而消除成本、质量问题和与结合膏相关联的额外重量。
现在参照图，图1示出根据本公开内容的风力涡轮10的一个实施例。如示出的，风力涡轮10包括塔架12，其中机舱14安装在塔架12上。多个转子叶片16安装到转子毂18，转子毂18继而连接到主凸缘，该主凸缘转动主转子轴。风力涡轮功率生成和控制构件容纳在机舱14内。图1的视图仅提供用于说明性目的来使本发明置于示例性的使用领域中。应了解的是，本发明不限于任何特定类型的风力涡轮构造。另外，本发明不限于供风力涡轮使用，而是可用于具有转子叶片的任何应用中。此外，本文中描述的方法也可应用于制造任何类似的结构，其受益于在蒙皮冷却之前将结构直接打印到模具内的蒙皮上，以便使用来自蒙皮的热量在打印的结构和蒙皮之间提供充分的结合，或者在需要时将热量注入模具中，以保持有利于结合的蒙皮温度。如此，消除或减小对额外粘合剂或额外固化的需要。
现在参照图2和图3，示出根据本公开内容的转子叶片16的各种视图。如示出的，所示出的转子叶片16具有分段或模块化构造。还应理解的是，转子叶片16可包括本领域中现在已知或以后开发的任何其它合适的构造。如示出的，模块化转子叶片16包括至少部分地由热固性和/或热塑性材料构成的主叶片结构15以及与主叶片结构15构造的至少一个叶片节段21。更特别地，如示出的，转子叶片16包括多个叶片节段21。叶片节段21也可至少部分地由热固性和/或热塑性材料构成。
如本文中描述的热塑性转子叶片构件和/或材料大体上包含性质上可逆的塑料材料或聚合物。例如，热塑性材料典型地在加热到某个温度时变得易曲折或可模制且在冷却时回复到较刚性的状态。此外，热塑性材料可包括非晶态热塑性材料和/或半晶态热塑性材料。例如，一些非晶态热塑性材料大体上可包括但不限于苯乙烯、乙烯基、纤维素、聚酯、丙烯酸、聚砜和/或酰亚胺。更特别地，示例性非晶态热塑性材料可包括聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、糖化(glycolised)聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET-G)、聚碳酸酯、聚醋酸乙烯酯、非晶态聚酰胺、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯、聚氨酯，或任何其它合适的非晶态热塑性材料。另外，示例性半晶态热塑性材料大体上可包括但不限于聚烯烃、聚酰胺、含氟聚合物、丙烯酸乙酯、聚酯、聚碳酸酯和/或缩醛。更特别地，示例性半晶态热塑性材料可包括聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯、聚苯硫醚、聚乙烯、聚酰胺(尼龙)、聚醚酮，或任何其它合适的半晶态热塑性材料。例如，在一个实施例中，可使用被改性以具有慢结晶速率的半晶态热塑性树脂。另外，也可使用非晶态和半晶态聚合物的共混物。
此外，如本文中描述的热固性构件和/或材料大体上包含性质上不可逆的塑料材料或聚合物。例如，热固性材料一旦固化，不能容易地改造或回复到液态。如此，在初始形成之后，热固性材料大体上耐热、腐蚀和/或蠕变。示例热固性材料大体上可包括但不限于一些聚酯、一些聚氨酯、酯类、环氧树脂，或任何其它合适的热固性材料。
另外，如提到的，如本文中描述的热塑性和/或热固性材料可选地可用纤维材料来增强，该纤维材料包括但不限于玻璃纤维、碳纤维、聚合物纤维、木纤维、竹纤维、陶瓷纤维、纳米纤维、金属纤维或类似物或其组合。另外，纤维的方向可包括多轴、单向、双轴、三轴或任何其它另一合适的方向和/或其组合。此外，取决于对应叶片构件中所需要的刚度、叶片构件在转子叶片16中的区域或位置和/或构件的期望可焊接性，纤维含量可不同。
更特别地，如示出的，主叶片结构15可包括以下的任何一个或其组合：预成型的叶片根部区段20，预成型的叶片末端区段22，一个或多个连续翼梁帽48、50、51、53，一个或多个抗剪腹板35(图6-7)，固定到叶片根部区段20的额外结构构件52，和/或转子叶片16的任何其它合适的结构构件。此外，叶片根部区段20构造成安装或以其它方式固定到转子18(图1)。另外，如图2中示出的，转子叶片16限定翼展23，翼展23等于叶片根部区段20与叶片末端区段22之间的总长度。如图2和图6中示出的，转子叶片16还限定翼弦25，翼弦25等于转子叶片16的前缘24与转子叶片16的后缘26之间的总长度。如大体上理解的，随着转子叶片16从叶片根部区段20延伸到叶片末端区段22，翼弦25相对于翼展23大体上可在长度上不同。
特别地参照图2-4，具有任何合适大小和/或形状的任何数量的叶片节段21或板大体上可沿纵向轴线27在大体上沿翼展的方向上布置在叶片根部区段20与叶片末端区段22之间。因此，叶片节段21大体上用作转子叶片16的外壳/覆盖物，且可限定基本空气动力学的轮廓，诸如通过限定对称的或弧形的翼型件形截面。在额外的实施例中，应理解的是，叶片16的叶片节段部分可包括本文中描述的节段的任何组合，且不限于如所描绘的实施例。另外，叶片节段21可由任何合适的材料构成，包括但不限于可选地用一种或多种纤维材料增强的热固性材料或热塑性材料。更特别地，在某些实施例中，叶片板21可包括以下的任何一个或其组合：压力侧节段44和/或吸力侧节段46(图2和图3)、前缘节段40和/或后缘节段42(图2-6)、无接头节段、单接头节段、多接头叶片节段、J形叶片节段或类似物。
更特别地，如图4中示出的，前缘节段40可具有前压力侧表面28和前吸力侧表面30。类似地，如图5中示出的，后缘节段42中的每个可具有后压力侧表面32和后吸力侧表面34。因此，前缘节段40的前压力侧表面28和后缘节段42的后压力侧表面32大体上限定转子叶片16的压力侧表面。类似地，前缘节段40的前吸力侧表面30和后缘节段42的后吸力侧表面34大体上限定转子叶片16的吸力侧表面。另外，如图6中特别示出的，前缘节段40和后缘节段42可在压力侧接缝36和吸力侧接缝38处连结。例如，叶片节段40、42可构造成在压力侧接缝36和/或吸力侧接缝38处重叠。此外，如图2中示出的，相邻叶片节段21可构造成在接缝54处重叠。因此，在叶片节段21至少部分地由热塑性材料构成的情况下，相邻叶片节段21可沿接缝36、38、54焊接在一起，这将在本文中更详细地论述。备选地，在某些实施例中，转子叶片16的各个节段可经由构造在重叠的前缘节段40和后缘节段42和/或重叠的相邻前缘节段40或后缘节段42之间的粘合剂(或机械紧固件)来固定在一起。
在特定的实施例中，如图2-3和图6-7中示出的，叶片根部区段20可包括与其一起灌注的一个或多个纵向延伸的翼梁帽48、50。例如，叶片根部区段20可根据2015年6月29日提交的题为“Blade Root Section for a Modular Rotor Blade and Method ofManufacturing Same(用于模块化转子叶片的叶片根部区段和制造其的方法)”的编号为14/753,155的美国申请来构造，该申请通过引用以其整体结合于本文中。
类似地，叶片末端区段22可包括与其一起灌注的一个或多个纵向延伸的翼梁帽51、53。更特别地，如示出的，翼梁帽48、50、51、53可构造成抵靠转子叶片16的叶片节段21的相反内表面来接合。此外，叶片根部翼梁帽48、50可构造成与叶片末端翼梁帽51、53对准。因此，翼梁帽48、50、51、53大体上可设计成在风力涡轮10的操作期间控制在大体上沿翼展的方向(平行于转子叶片16的翼展23的方向)上作用在转子叶片16上的弯曲应力和/或其它负载。另外，翼梁帽48、50、51、53可设计成承受在风力涡轮10的操作期间出现的沿翼展的压缩。此外，翼梁帽48、50、51、53可构造成从叶片根部区段20延伸到叶片末端区段22或其一部分。因此，在某些实施例中，叶片根部区段20和叶片末端区段22可经由它们相应的翼梁帽48、50、51、53来连结在一起。
另外，翼梁帽48、50、51、53可由任何合适的材料(例如热塑性或热固性材料或其组合)构成。此外，翼梁帽48、50、51、53可由热塑性或热固性树脂预制，诸如拉挤部件。如本文中使用的，用语“拉挤”、“拉挤物”或类似物大体上包含增强材料(例如纤维或者织造或编织股线)，其用树脂浸渍且被拉动穿过固定模，使得树脂在通过模时固化或经历聚合。如此，制造拉挤部件的过程典型地以产生具有恒定截面的复合零件的复合材料的连续过程为特征。因此，预固化复合材料可包括由增强热固性或热塑性材料构成的拉挤物。此外，翼梁帽48、50、51、53可由相同的预固化复合物或不同的预固化复合物来形成。在一个实施例中，例如，预制部件(例如，翼梁帽48、50、51、53)可由第一热塑性材料制成，且定位在外蒙皮的内表面上。然后，第二热塑性材料可打印在内表面上，使得第二热塑性材料的至少一部分接触预制部件。预制部件和第二热塑性材料然后可被冷却以限定第一肋结构和第二肋结构。在此类实施例中，使热塑性塑料一起冷却可促进外蒙皮与热塑性材料之间的结合以及热塑性材料它们本身之间的结合。
在特定的实施例中，诸如图31中示出的，预制部件200可定位在外蒙皮56的内表面57上的打印材料201的层202、204之间。在一个实施例中，第一层202材料形成开口206(例如，凹坑、狭槽或其它孔口)，以在其中接纳预制部件200。例如，当预制部件200定位在开口206内时，第一层202的材料可仍为温的，使得在冷却时，预制部件200被固定在开口206内(例如，通过热塑性结合/焊接和/或通过在冷却时第一层202的材料的收缩的机械结合)。在此类实施例中，由于预制部件200与第一层202的附接，第二层204是可选的。
在其它实施例中，第一组合物(例如，热塑性材料、热固性材料等)的第一层202可直接打印到外蒙皮56的内表面57上，随后将预制部件200定位到第一层202上，然后可将第二组合物(例如，热塑性材料、热固性材料等)的第二层204打印到预制部件200和第一层202上，第二组合物可与第一组合物相同或不同。在一个实施例中，开口206可打印在第一层206中(例如，打印成预制部件200的形状)，使得预制部件200可定位在其中。另外，第二层204可在其中打印有开口208(例如，打印成预制部件200的形状)。通过在第一层202和/或第二层204中打印此类开口206、208，预制部件200可被封闭在顶部上方的至少一部分中，使得预制部件200被机械地固定在打印材料201内。如此，预制部件200不需要通过热塑性焊接结合到第一层202和/或第二层204。如此，预制部件200可夹在打印材料201的层202、204之间，以便固定在其中。第一层202和第二层204中的一者或两者可包括不同于预制部件200的材料的打印材料。然而，在其它实施例中，预制部件200可结合到第一层202和/或第二层204，以便更牢固地固定到打印材料201(例如，通过热塑性焊接)。
另外，预制构件可由粗纱产生，该粗纱大体上包含长且窄束的纤维，该纤维不组合，直到由固化树脂所连结。
参照图6-7，一个或多个抗剪腹板35可构造在一个或多个翼梁帽48、50、51、53之间。更特别地，抗剪腹板35可构造成增加叶片根部区段20和/或叶片末端区段22中的刚性。此外，抗剪腹板35可构造成封闭(close out)叶片根部区段20。
另外，如图2和图3中示出的，额外结构构件52可固定到叶片根部区段20，且在大体上沿翼展的方向上延伸，以便向转子叶片16提供另外的支承。例如，结构构件52可根据2015年6月29日提交的题为“Structural Component for a Modular Rotor Blade(用于模块化转子叶片的结构构件)”的编号为14/753,150的美国申请来构造，该申请通过引用以其整体结合于本文中。更特别地，结构构件52可在叶片根部区段20与叶片末端区段22之间延伸任何合适的距离。因此，结构构件52构造成为转子叶片16提供额外的结构支承以及为如本文中描述的各个叶片节段21提供可选的安装结构。例如，在某些实施例中，结构构件52可固定到叶片根部区段20，且可延伸预定的沿翼展的距离，使得前缘节段40和/或后缘节段42可安装到其。
现在参照图8-19，本公开内容涉及用于制造转子叶片板21和/或末端节段的方法，该转子叶片板21和/或末端节段具有通过3D打印形成的至少一个打印增强结构62，例如诸如图2-7中示出的叶片节段。如此，在某些实施例中，转子叶片板21可包括压力侧表面、吸力侧表面、后缘节段、前缘节段或其组合。如本文中使用的，3D打印大体上理解成包含用来合成三维物体的过程，其中连续的材料层在计算机控制下形成以产生物体。如此，几乎任何大小和/或形状的物体可由数字模型数据产生。还应理解的是，本公开内容的方法不限于3D打印，而是还可包含多于三个自由度，使得打印技术不限于打印堆叠的二维层，而是还能够打印弯曲的形状。
特别地参照图10，该方法的一个实施例包括相对于CNC设备60放置转子叶片板21的模具58。更特别地，如示出的实施例中示出的，该方法可包括将模具58放置到CNC设备60的床身61中。备选地，该方法可包括将模具58放置在CNC设备60下方或邻近CNC设备60。此外，如图8和图10中示出的，本公开内容的方法还包括在转子叶片板21的模具58中形成一个或多个纤维增强外蒙皮56。在某些实施例中，外蒙皮56可包括一个或多个连续的、多轴(例如双轴)纤维增强的热塑性或热固性外蒙皮。此外，在特定的实施例中，形成纤维增强外蒙皮56的方法可包括注射成型、3D打印、2D拉挤成型、3D拉挤成型、热成形、真空成形、压力成形、囊成形、自动纤维沉积、自动纤维带沉积或真空浸渍中的至少一种。
另外，如示出的，转子叶片板21的外蒙皮56可为弯曲的。在此类实施例中，该方法可包括形成纤维增强外蒙皮56的曲率。此类形成可包括：提供一个或多个大体上平的纤维增强外蒙皮；迫使外蒙皮56形成对应于期望轮廓的期望形状；以及在打印和沉积期间将外蒙皮56保持在期望的形状。如此，当外蒙皮56和打印在其上的网结构62被释放时，外蒙皮56大体上保持其期望的形状。另外，CNC设备60可适于包括遵循转子叶片板21的轮廓的工装路径。
该方法还包括通过CNC设备60将网结构62直接打印和沉积到纤维增强外蒙皮56。更特别地，如图9、图10、图12和图15中示出的，CNC设备60构造成打印和沉积在多个节点74处相交的多个肋部件64，以使网结构62形成到一个或多个纤维增强外蒙皮56的内表面上。
现在参照图8和图10，本公开内容涉及制造转子叶片板21的装置和方法的实施例，该转子叶片板21具有通过3D打印形成的至少一个打印增强结构62(以网结构的形式示出)(例如，关于图2-7中示出的叶片节段)。如上文陈述的，增强结构62可由多种组合物形成(例如，第一组合物、第二组合物、第三组合物、...第n组合物等)，以便定制增强结构62的性质。
例如，参照图8，增强结构62可包括具有第一组合物的多个第一肋151、具有第二组合物的多个第二肋152，以及具有第三组合物的可选的多个第三肋153，其中第一组合物、第二组合物和第三组合物中的每个彼此不同。当然，可根据需要来使用任何合适数量的组合物。
在一个实施例中，第一组合物、第二组合物和可选的第三组合物由载有一定成分(例如，纤维和/或微球或其它颗粒)的基质(例如，塑料基质，诸如热塑性基质或热固性基质)形成，其中成分的加载浓度的不同是第一组合物、第二组合物与第三组合物之间的差异。例如，第一组合物和第二组合物可使用相同的基质材料和相同的成分形成，其中第一组合物包括比第二组合物更多(即，更高的浓度/密度)的成分。用于加载到基质中的特别合适的成分包括但不限于纤维(例如，玻璃纤维、碳纤维等)和微球(例如，玻璃微球、碳微球等)。
当载有纤维时，第一、第二和可选的第三组合物之间的差异可为纤维的纤维长径比。也就是说，第一组合物可包括第一纤维长径比，第二组合物可包括不同于第一纤维长径比的第二纤维长径比，等。如本文中使用的，纤维长径比由纤维长度/纤维直径定义。当纤维嵌入基质并受到平行于纤维的拉伸负载时，基质上施加的应力横跨界面传递到纤维。纤维中的拉伸应力在纤维端部处为零，且沿纤维长度在中心增加到最大值；相反，界面内的剪应力在纤维端部处最大，且在中心减小至几乎为零。沿纤维长度的应力累积速率取决于纤维与基质之间的粘附性以及成分的弹性性质。根据长径比，热塑性复合材料根据纤维的临界纤维长度分为连续的或不连续的(长纤维和短纤维)。
在一个特定的实施例中，组合物中的至少一种(例如，第一组合物和/或第二组合物)可包括长度等于或大于纤维被加载到其最大应力的临界长度的纤维。如果纤维的长度小于临界长度，基质将在纤维周围塑性流动，且纤维不被加载到其最大应力。例如，不连续的纤维增强复合材料具有从约4到约2000变化的长径比，这对应于等于或小于临界纤维长度的纤维长度。短纤维增强热塑性(SFT)复合材料的纤维长度小于临界纤维长度。相反，长纤维增强热塑性塑料(LFT)的纤维长度大于或等于临界纤维长度。LFT具有接近连续纤维机械性质的机械性质。在一个特定的实施例中，LFT可由可商购获得的预浸注粒料(即，包括纤维和基质)形成。
在一个实施例中，例如，基质可为包含玻璃纤维的PETG基质。优选的玻璃纤维基质可为Elium®树脂(法国科伦布Arkema SA)，它是一种PMMA基树脂。备选方案是使用将与Elium/PMMA相容的其它热塑性树脂。此类树脂可为ABS、聚碳酸酯(PC)或ABS/PC共混物。ABS和PC都是容易玻璃增强的。另外，PMMA与ABS、PC或其它热塑性塑料的共混物可实现成功的焊接，由于PMMA相连同第二热塑性塑料的结合。
在一个实施例中，热塑性材料可定制以获得期望的流量(通过设备60的喷嘴)。例如，具有玻璃纤维加载量(例如，约20重量%至约50重量%的加载量)的聚碳酸酯(PC)基质可通过加入PET树脂(例如，最多达约10重量%)来帮助挤出/沉积过程以具有改进的流量，且还可改进其它性质，诸如改进的粘附性。
组合物也可基于塑料材料组合物而变化。例如，第一组合物可具有不同于第二组合物的塑料材料，以便定制增强结构62的性质。在某些情况下，客制化热塑性塑料的共混物以用于定制最佳物理性质和/或加工特性可为有利的。例如，非晶态和半晶态热塑性塑料的共混物可通过改变共混物内每种的百分比来调节。半晶态热塑性塑料可具有理想的物理性质，但由于在其熔点处从固体到液体的急剧转变而在打印过程中可难以加工。更非晶态的热塑性塑料可具有宽得多的打印加工窗口，但较不理想的物理性质。通过调整两者在共混物中的百分比，可优化性质和加工需要之间的平衡。通过改变两种不同材料的共混比，该概念可用于在整个打印叶片结构中提供连续的材料组合。另外，该共混不同的策略可用于进一步优化以降低成本，因为一种材料可比第二材料更便宜。
在一个实施例中，在结构62沉积时，增强结构62结合到纤维增强外蒙皮56，这消除对额外粘合剂和/或固化时间的需要。例如，在一个实施例中，CNC设备60构造成在形成的蒙皮56达到能够将打印的肋部件64结合到其上的期望状态(即基于温度、时间和/或硬度的一个或多个参数)之后，将肋部件64打印和沉积到一个或多个纤维增强外蒙皮56的内表面上。因此，在某些实施例中，其中蒙皮56由热塑性基质形成，CNC设备60可立即将肋部件64打印到其上，因为蒙皮56的形成温度和能够进行热塑性焊接/结合的期望打印温度可相同。更特别地，在特定的实施例中，在蒙皮56形成后冷却之前(即，当蒙皮仍热或温时)，CNC设备60构造成将肋部件64打印和沉积到一个或多个纤维增强外蒙皮56的内表面上。例如，在一个实施例中，CNC设备60构造成在蒙皮56完全冷却之前将肋部件64打印和沉积到外蒙皮56的内表面上，以便促进蒙皮56和肋部件64之间的结合。另外，在另一实施例中，CNC设备60构造成当蒙皮56已部分冷却时将肋部件64打印和沉积到外蒙皮56的内表面上，或者可控制模具温度以保持蒙皮的特定温度，用于肋部件的充分结合。因此，可选择用于网结构62和外蒙皮56的合适材料，使得网结构62在沉积期间结合到外蒙皮56。因此，本文中描述的网结构62可使用相同的材料或不同的材料打印。
在一个实施例中，CNC设备60可定制成形成具有短纤维复合材料和/或长纤维复合材料的肋。例如，CNC设备60可包括具有“进料-压缩-计量”区域的通用螺杆，其中通过降低计量区段的压缩比可减小纤维损伤剪切。约2:1的计量区段压缩比特别适用于LFRT产品。另外，CNC设备60可包括喷嘴头，该喷嘴头构造用于形成短纤维复合材料或长纤维复合材料。例如，一些热塑性材料可更容易地用倒锥形喷嘴头加工，这在材料被注射时产生高度剪切。此类喷嘴头将显著地降低长纤维复合物的纤维长度。备选地，100%的“自由流动”带凹槽喷嘴头/阀组件可允许长纤维容易地通过喷嘴且进入零件。
例如，在一个实施例中，热固性材料可被灌注到模具58上的纤维材料中，以使用真空浸渍形成外蒙皮56。如此，真空袋在固化后被移除，然后一个或多个热固性网结构62可打印到外蒙皮56的内表面上。备选地，真空袋可在固化后留在原位。在此类实施例中，可选择真空袋材料，使得该材料不容易从固化的热固性纤维材料中释放。例如，此类材料可包括热塑性材料，诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯膜。因此，留在原位的热塑性膜允许热塑性网结构62结合到热固性蒙皮，其中膜在中间。
另外，本公开内容的方法可包括处理外蒙皮56以促进外蒙皮56和网结构62之间的结合。更特别地，在某些实施例中，可使用火焰处理、等离子体处理、化学处理、化学蚀刻、机械研磨、压花、提高至少要打印在外蒙皮56上的区域的温度和/或任何其它合适的处理方法来处理外蒙皮56，以促进所述结合。在额外的实施例中，该方法可包括在内表面上形成具有更多(或甚至更少)基质树脂材料的外蒙皮56，以促进所述结合。在额外的实施例中，该方法可包括改变外蒙皮厚度和/或纤维含量以及纤维定向。
此外，本公开内容的方法包括改变网结构62的设计(例如，材料、宽度、高度、厚度、形状等、或其组合)。如此，网结构62可限定任何合适的形状，以便形成任何合适的结构构件，诸如翼梁帽48、50、抗剪腹板35或转子叶片16的额外结构构件52。例如，如图11中示出的，CNC设备60可通过首先打印结构62的轮廓并在多遍中构建具有肋部件64的网结构62来开始打印网结构62。如此，CNC设备60的挤出机65可设计成具有任何合适的厚度或宽度，以便分散所需量的树脂材料，从而产生具有变化的高度和/或厚度的肋部件64。此外，网尺寸可设计成允许肋部件64中间的面片的局部屈曲，这可影响作为极端(阵风)负载减轻设备的空气动力学形状。
更特别地，如图9-15中示出的，肋部件64可至少包括在第一方向76上延伸的第一肋部件66和在不同的第二方向78上延伸的第二肋部件68。在若干实施例中，如图15中示出的，第一组70肋部件64的第一方向76大体上可垂直于第二方向78。更特别地，在某些实施例中，第一方向76大体上可平行于转子叶片16的沿翼弦方向(即平行于翼弦25的方向(图2))，而第二组72肋部件64的第二方向78大体上可平行于转子叶片16的沿翼展方向(即平行于翼展23的方向(图2))。备选地，在一个实施例中，离轴定向(例如，从约20°到约70°)可设置在网结构62中，以将弯曲-扭转耦合引入到转子叶片16，这对于作为被动负载减轻设备可为有益的。备选地，网结构62可平行于翼梁帽48、50。
而且，如图13和图14中示出的，第一肋部件66和第二肋部件68中的一个或多个可被打印成沿其长度84、85具有变化的高度。在备选实施例中，如图16和图17中示出的，第一肋部件66和第二肋部件68中的一个或多个可被打印成沿其长度84、85具有均匀的高度90。另外，如图9、图12和图15中示出的，肋部件64可包括第一组70肋部件64(其包含第一肋部件66)和第二组72肋部件64(其包含第二肋部件68)。
在此类实施例中，如图13和图14中示出的，该方法可包括基本在转子叶片板21中出现最大弯矩的位置(即+/-10%)处打印第一组70肋部件64或第二组72肋部件64中的任一者或两者的最大高度80。例如，在一个实施例中，最大弯矩可出现在网结构62的中心位置82处，但不总是这样。如本文中使用的，用语“中心位置”大体上指肋部件64的位置，其包含中心加上或减去肋部件64的总长度84的预定百分比。例如，如图13中示出的，中心位置82包括肋部件64的中心加上或减去约10%。备选地，如图14中示出的，中心位置82包括中心加上或减去约80%。在另外的实施例中，中心位置82可包括距中心小于±10%或者大于中心的±80%。
另外，如示出的，肋部件64的第一组70和第二组72还可包括从最大高度80渐缩的至少一个渐缩端部86、88。更特别地，如示出的，渐缩端部86、88可朝纤维增强外蒙皮56的内表面渐缩。此类渐缩可对应于需要更多或更少结构支承的某些叶片位置。例如，在一个实施例中，肋部件64可在叶片末端处或附近较短，且可随着网结构62接近叶片根部来增加。在某些实施例中，如图14中特别示出的，渐缩端部86、88的斜坡可为线性的。在备选实施例中，如图13中示出的，渐缩端部86、88的斜坡可为非线性的。在此类实施例中，渐缩端部86、88提供板21的改进的刚度对重量比。
在额外的实施例中，在节点74处的相交肋部件64的一个或多个高度可不同。例如，如图16中示出的，第二组72肋部件64的高度不同于相交的第一肋部件66。换句话说，肋部件64在其交叉点处对于不同的方向可具有不同的高度。例如，在一个实施例中，沿翼展方向肋部件64的高度可为沿翼弦方向肋部件64的高度的两倍高。另外，如图16中示出的，第二组72肋部件64可各自具有与第二组72肋部件64中的相邻肋部件64不同的高度。在此类实施例中，如示出的，该方法可包括打印第二组70肋部件64中的每个，使得具有更高高度的结构64朝网结构62的中心位置82定位。另外，第二组70肋部件64可沿其长度85渐缩，使得肋部件64随着肋部件接近叶片末端逐渐变短。
在另外的实施例中，如提到的，肋部件64可打印成具有变化的厚度。例如，如图15中示出的，第一组70肋部件64限定第一厚度94，且第二组72肋部件64限定第二厚度96。更特别地，如示出的，第一厚度94和第二厚度96不同。另外，如图18和图19中示出的，单个肋部件64的厚度可沿其长度变化。
特别地参照图15，第一组70肋部件64和/或第二组72肋部件64可均匀地间隔开。在备选实施例中，如图18和图19中示出的，第一组70肋部件64和/或第二组72肋部件64可不均匀地间隔开。例如，如示出的，本文中描述的增材方法能够实现复杂的内部结构，该内部结构可对转子叶片板21的整体形状的负载和/或几何约束进行优化。如此，本公开内容的网结构62可具有类似于自然界中出现的形状，诸如有机结构(例如鸟骨、树叶、树干或类似物)。因此，网结构62可被打印成具有在最大限度地减小重量的同时还优化刚度和强度的内部叶片结构。
在若干实施例中，打印肋部件64的循环时间也可通过使用最大限度地减小方向变化量的肋图案来减小。例如，相对于所提出的打印机的翼弦方向，45度角网可能可比90度网打印得更快。
在另一实施例中，如图8和图12中示出的，该方法可包括将多个网结构62打印到纤维增强外蒙皮56的内表面上。更特别地，如示出的，多个网结构62可打印在外蒙皮56的内表面上的单独且不同的位置。
结合图20可更好地理解与本公开内容的网结构62相关联的某些优点。如示出的，100示出转子叶片16在y轴上的稳定性(表示为屈曲负载因子“BLF”)与在x轴上的重量比的关系。曲线102表示常规夹层板转子叶片的稳定性与重量比的关系。曲线104表示具有由短纤维构成的非渐缩网结构的转子叶片的稳定性与重量比的关系。曲线106表示具有无纤维的非渐缩网结构的转子叶片的稳定性与重量比的关系。曲线108表示具有网结构62的转子叶片的稳定性与重量比的关系，该网结构62由具有1:3斜度且没有纤维的渐缩肋部件64构成。曲线110表示具有网结构62的转子叶片的稳定性与重量比的关系，该网结构62由具有1:2斜度且没有纤维的渐缩肋部件64构成。曲线112表示具有网结构62的转子叶片16的稳定性与重量比的关系，该网结构62包含具有第一厚度的短纤维，且由具有1:3斜度的渐缩肋部件64构成。曲线114表示具有网结构62的转子叶片16的稳定性与重量比的关系，该网结构62包含具有小于第一厚度的第二厚度的短纤维，且由具有1:3斜度的渐缩肋部件64构成。因此，如示出的，包含纤维的肋部件64使其模量最大化，而较薄的肋部件最大限度地减小添加到转子叶片16的重量。另外，如示出的，较高的锥度比增加屈曲负载因子。
现在参照图21-23，示出本公开内容的网结构62的各种额外特征。更特别地，图21示出打印网结构62的一个实施例的局部顶视图，特别地示出其节点74中的一个。如示出的，CNC设备60可在多个节点74中的一个或多个处形成短距离的至少一个基本45度的角部95。如此，45度的角部95构造成增加在拐角处的邻接或结合的量。在此类实施例中，如示出的，在该拐角节点中可存在轻微的重叠。
特别地参照图22，示出打印网结构62的一个实施例的局部顶视图，特别地示出网结构62的起始打印位置和终止打印位置。这有助于启动和停止打印肋。当CNC设备60开始打印肋部件64且过程加速时，挤出机可不完全挤出树脂材料。因此，如示出的，CNC设备60可以曲线或漩涡开始打印过程，以为肋结构64提供引入。通过在开始位置挤出该漩涡，挤出机65有时间更缓慢地斜升/斜降其压力，而不是被要求在狭窄的独立起始点的顶部瞬时启动。如此，漩涡允许以更高的速度打印本公开内容的网结构65。
然而，在某些情况下，该起始曲线可在起始区域中产生小的空隙99(即漩涡内的区域)，这可在空隙99向上传播穿过正在进行的层时产生问题。因此，CNC设备60还构造成在起始区域的漩涡内结束肋部件64中的一个，以防止空隙99形成。更特别地，如示出的，CNC设备60基本用另一肋部件64的结束位置填充一个肋部件64的起始曲线。
特别地参照图23，示出打印网结构62的肋部件64中一个的一个实施例的正视图，特别地示出肋部件64的基部区段55，该基部区段55具有较宽W和较薄T的第一层，从而改进网结构62与转子叶片板21的外蒙皮56的结合。为了形成该基部区段55，CNC设备60打印网结构62的第一层，使得各个基部区段55限定比肋部件64的截面的其余部分更宽且更薄的截面。换句话说，肋部件64的更宽且更薄的基部区段55提供用于结合到外蒙皮56的更大表面积、向外蒙皮56的最大热传递，并允许CNC设备60在第一层上以更快的速度操作。另外，基部区段55可最大限度地减小在结构62与外蒙皮56之间的结合接头处的应力集中。在一个实施例中，诸如在图23的实施例中，增强结构62可由每个肋部件64内的多种材料形成。例如，肋结构64可具有在其截面的第一部分中的第一组合物和在其截面的第二部分中的不同的第二组合物。
现在参照图24-29，本文中描述的CNC设备60还构造成将至少一个额外特征63直接打印到网结构62，其中来自打印的热量将额外特征63结合到结构62。如此，额外特征63可直接3D打印到网结构62中。此类打印允许根据需要使用底切和/或负拔模角将额外特征63打印到网结构62中。另外，在某些情况下，用于各种叶片系统的硬件可被组装在网结构62内，且然后打印在其上以封装/保护此类构件。
例如，如图24-27中示出的，额外特征63可包括辅助特征81和/或组装特征69。更特别地，如图24和图25中示出的，组装特征69可包括一个或多个对准结构73、至少一个抓握或提升特征71、一个或多个粘合剂间隙或余隙95，或者一个或多个粘合剂容纳区域83。例如，在一个实施例中，CNC设备60构造成将多个抓握特征71打印到网结构62上，以提供用于从模具58中移除转子叶片板21的多个夹持位置。此外，如图24中示出的，一个或多个粘合剂容纳区域83可形成在网结构62中，例如使得另一叶片构件可固定到其上或由其固定。
在特定的实施例中，如图25和图26中示出的，对准或引入结构73可包括任何翼梁帽和/或抗剪腹板对准特征。在此类实施例中，如示出的，网结构62可被打印成使得多个肋部件64的角度偏离翼梁帽位置，从而产生粘合剂容纳区域83。更特别地，如示出的，粘合剂容纳区域83构造成防止粘合剂101挤出。还应理解的是，此类粘合剂容纳区域83不限于翼梁帽位置，而是可设置在网结构62上的任何合适的位置，包括但不限于邻近前缘24、后缘26的位置或任何其它结合位置。
在另外的实施例中，对准结构73可对应于支承对准特征(例如，用于增强结构52)、叶片接头对准特征、板对准特征75或任何其它合适的对准特征。更特别地，如图27中示出的，板对准特征75可包括与相邻转子叶片板21的凸对准特征77或凹对准特征79相配合的凸对准特征77或凹对准特征79。
此外，如图28中示出的，额外特征63可包括转子叶片板21的至少一个辅助特征81。例如，在一个实施例中，辅助特征81可包括转子叶片16的平衡箱67。在此类实施例中，将额外特征63打印到网结构62中的步骤可包括封闭网结构62的至少一部分以在其中形成平衡箱63。在额外的实施例中，辅助特征81可包括例如用于主动空气动力学设备、摩擦阻尼系统或负载控制系统的外壳87、凹坑、支承件或外罩、例如用于除冰系统的导管89、通道或通路、一个或多个阀、支承件91、管道或围绕纤维增强外蒙皮的孔位置的通道、具有一个或多个传感器103的传感器系统、一个或多个加热元件105或导线105、杆、导体或任何其它打印特征。在一个实施例中，例如，用于摩擦阻尼系统的支承件可包括滑动界面元件和/或自由互锁结构。例如，在一个实施例中，3D打印网结构62提供在其中容易地打印通道的机会，以用于从叶片根部或毂中的热源提供变温的空气，以具有除冰效果或防止结冰。此类通道允许空气直接与外蒙皮56接触，以提高热传递性能。
在特定的实施例中，传感器系统可在制造过程期间结合到网结构62和/或外蒙皮56中。例如，在一个实施例中，传感器系统可为与网结构62布置和/或直接结合到蒙皮56中的表面压力测量系统。如此，打印结构和/或蒙皮56制造成包括容易安装传感器系统所需要的一系列的管道/通道。此外，打印结构和/或蒙皮56也可在其中提供一系列的孔来用于接收系统的连接部。因此，通过将各个结构打印到网结构62和/或蒙皮56中以容纳传感器、用作静压端口和/或用作直接延伸到外叶片蒙皮的管道来简化制造过程。此类系统还可允许使用测压孔(pressure tap)来用于风力涡轮10的闭环控制。
在还另外的实施例中，模具58可包括某些标记(诸如凸(positive)标记)，该标记构造成在制造期间在蒙皮中产生小的凹坑。此类标记允许容易地在相关联的传感器所需要的精确位置中机加工孔。另外，额外的传感器系统可结合到网结构和/或外蒙皮层56中，以提供空气动力学或声学测量，以便允许闭环控制或原型测量。
另外，本文中描述的加热元件80可为围绕叶片前缘分布的齐平表面安装的加热元件。此类加热元件80允许通过将温度/对流热传递与流速和驻点相关来确定叶片上的攻角。此类信息对于涡轮控制是有用的，且可简化测量过程。应理解的是，此类加热元件80也可以以额外的方式结合到外蒙皮层56中，且不需要齐平地安装在其中。
往回参照图24，根据本公开内容的方法可包括将填充材料98放置在肋部件64中的一个或多个之间。例如，在某些实施例中，本文中描述的填充材料98可由任何合适的材料构成，包括但不限于低密度泡沫、软木、复合材料、轻木、复合物或类似物。合适的低密度泡沫材料可包括但不限于聚苯乙烯泡沫(例如，发泡聚苯乙烯泡沫)、聚氨酯泡沫(例如，聚氨酯闭孔泡沫)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)泡沫、其它泡沫橡胶/树脂基泡沫和各种其它开孔和闭孔泡沫。在一个实施例中，密度可在每个肋内变化。例如，第一组合物可形成肋的芯，且可具有比形成肋的外表面的第二组合物更小的密度(例如，第二组合物可具有更高的强度，诸如长纤维增强的热塑性塑料)。在另一实施例中，第一组合物可形成肋的第一层，且可具有比形成肋的另一层的第二组合物更小的密度(例如，第二组合物可具有更高的强度，诸如长纤维增强的热塑性塑料)。例如，在一个实施例中，可通过将热塑性泡沫肋打印到玻璃纤维蒙皮的内表面上来形成肋，且在特定的实施例中，还可在热塑性泡沫内包括纤维。然后，可将用纤维增强的更致密(例如，非泡沫)的热塑性塑料打印到热塑性泡沫上。因此，与仅由更致密的第二组合物形成的肋相比，肋结构可具有降低的重量和/或成本。
除了增强结构52之外，根据需要，可在外蒙皮56上形成其它特征。如上文关于增强结构52所论述的，此类特征还可包括额外的组合物(例如，第一组合物、第二组合物等)。往回参照图27，该方法还可包括将一个或多个特征93打印到外蒙皮56上，例如在转子叶片板21的后缘和/或前缘处。例如，如图27中示出的，该方法可包括将至少一个雷电防护特征93打印到一个或多个纤维增强外蒙皮56中的至少一个上。在此类实施例中，雷电防护特征93可包括冷却翅片或后缘特征，其具有比纤维增强外蒙皮56更少的纤维含量。更特别地，冷却翅片可直接打印到外蒙皮56的内表面，且可选地载有填充物以改进导热性，但低于某个阈值以解决雷电相关的问题。如此，冷却翅片构造成改进从受热气流到外蒙皮56的热传递。在额外的实施例中，此类特征93可构造为重叠，例如，诸如互锁边缘或卡扣配合。
现在参照图29和图30，额外特征63可包括粘合剂间隙95或余隙，其可结合到网结构62中。当结合在一起时，此类余隙95在两个构件之间提供指定的间隙，以便最大限度地减小粘合剂挤出。如此，余隙95基于所使用的粘合剂为优化的结合强度提供所需要的结合间隙。
该书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可申请专利的范围由权利要求书限定，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果它们包括带有与权利要求书的字面语言非实质性差异的等同结构元件，此类其它示例意在处于权利要求书的范围内。

Claims (19)

1.一种转子叶片板，包括：
一个或多个纤维增强外蒙皮，其具有内表面；以及
多个增强结构，其在所述一个或多个纤维增强外蒙皮的内表面上，在所述增强结构沉积时，所述增强结构结合到所述一个或多个纤维增强外蒙皮，
其中所述增强结构至少包括第一组合物和第二组合物，且其中所述第一组合物不同于所述第二组合物，其中所述第一组合物包括载有第一纤维的基质，所述第一纤维具有第一纤维长径比，且所述第二组合物包括载有第二纤维的基质，所述第二纤维具有第二纤维长径比，且其中第一长径比不同于第二长径比。
2.根据权利要求1所述的转子叶片板，其特征在于，所述增强结构包括具有所述第一组合物的第一肋结构和具有所述第二组合物的第二肋结构。
3.根据权利要求1所述的转子叶片板，其特征在于，所述第一组合物和所述第二组合物都包括载有一定成分的基质，其中加载浓度的不同是所述第一组合物与所述第二组合物之间的差异。
4.根据权利要求3所述的转子叶片板，其特征在于，所述成分包括纤维、颗粒、微球或其组合。
5.根据权利要求1所述的转子叶片板，其特征在于，所述第一组合物和所述第二组合物的所述基质包括热塑性材料。
6.根据权利要求1所述的转子叶片板，其特征在于，所述第一组合物包括载有第一纤维的基质，且所述第二组合物包括载有第二纤维的基质，且其中所述第一纤维具有与所述第二纤维不同的组合物。
7.根据权利要求6所述的转子叶片板，其特征在于，所述第一组合物包括选自由下者构成的组的一种或多种纤维：玻璃纤维、碳纤维、聚合物纤维、木纤维、竹纤维、陶瓷纤维、纳米纤维、金属纤维或类似物或其组合；且其中所述第二组合物包括选自由下者构成的组的一种或多种纤维：玻璃纤维、碳纤维、聚合物纤维、木纤维、竹纤维、陶瓷纤维、纳米纤维、金属纤维或类似物或其组合；且此外其中所述第二组合物包括与出自所述第一组合物的所述纤维不同的一种或多种纤维。
8.根据权利要求1所述的转子叶片板，其特征在于，所述第一组合物和所述第二组合物都包括载有一定成分的基质，其中成分组合物的不同是所述第一组合物与所述第二组合物之间的差异。
9.根据权利要求1所述的转子叶片板，其特征在于，所述第一组合物包括第一热塑性材料，且其中所述第二组合物包括在组合物上与所述第一热塑性材料不同的第二热塑性材料。
10.根据权利要求1所述的转子叶片板，其特征在于，所述第一组合物包括第一塑料泡沫。
11.根据权利要求1所述的转子叶片板，其特征在于，所述第一组合物具有小于所述第二组合物的密度，且其中所述第一组合物形成与所述第二组合物的肋结构分离的层。
12.一种用于制造转子叶片板的方法，所述方法包括：
在所述转子叶片板的模具上形成一个或多个纤维增强外蒙皮；以及
形成在多个节点处相交的多个肋结构，以使至少一个三维(3D)增强网结构形成到所述一个或多个纤维增强外蒙皮的内表面上，在所述网结构沉积时，所述网结构结合到所述一个或多个纤维增强外蒙皮，
其中所述多个肋结构至少包括第一组合物和第二组合物，其中所述第一组合物不同于所述第二组合物，其中所述第一组合物包括载有第一纤维的基质，所述第一纤维具有第一纤维长径比，且所述第二组合物包括载有第二纤维的基质，所述第二纤维具有第二纤维长径比，且其中第一长径比不同于第二长径比。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述多个肋结构至少包括具有所述第一组合物的第一肋结构和具有所述第二组合物的第二肋结构。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一组合物和所述第二组合物都包括载有一定成分的基质，其中加载浓度的不同是所述第一组合物与所述第二组合物之间的差异。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述成分包括纤维、微球、颗粒或其组合。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，形成所述多个肋结构包括：
将预制部件定位在所述内表面上方，其中所述预制部件包括所述第一组合物；
在所述内表面上方打印所述第二组合物，使得所述第二组合物的至少一部分接触所述预制部件；以及
使所述第二组合物凝固以分别限定第一肋结构和第二肋结构。
17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，形成所述多个肋结构包括：
将第一层热塑性材料直接打印到所述外蒙皮的内表面上，其中所述第一层限定开口；以及
在仍温时将预制部件定位到所述第一层热塑性材料的开口中，使得所述预制部件锚定在所述开口内。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
预热所述纤维增强外蒙皮以促进其上所述网结构的结合。
19.一种转子叶片板，包括：
一个或多个纤维增强外蒙皮，其具有内表面；以及
多个增强结构，其在所述一个或多个纤维增强外蒙皮的内表面上，在所述增强结构沉积时，所述增强结构结合到所述一个或多个纤维增强外蒙皮，
其中所述增强结构至少包括肋结构，所述肋结构具有在它截面的第一部分中的第一组合物和在它截面的第二部分中的不同的第二组合物，其中所述第一组合物包括载有第一纤维的基质，所述第一纤维具有第一纤维长径比，且所述第二组合物包括载有第二纤维的基质，所述第二纤维具有第二纤维长径比，且其中第一长径比不同于第二长径比。
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