CN113056605A - 用于使用带有不同的固化速率的材料来制造风力涡轮塔架结构的方法 - Google Patents

用于使用带有不同的固化速率的材料来制造风力涡轮塔架结构的方法 Download PDF

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G·E·库珀
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Abstract

一种用于制造风力涡轮的塔架结构的方法包括在塔架结构的地基上增材地打印第一材料的风力涡轮的塔架结构的框架形状的至少部分。而且，第一材料具有第一固化速率，该方法还包括允许框架形状的部分至少部分地凝固。该方法包括围绕框架形状的部分和/或在框架形状的部分内提供第二材料，以致于框架形状的部分为第二材料提供支承。第二材料包括具有比第二固化速率更慢的第一固化速率的胶结材料，其中不同的固化速率缩短对于总体结构的净打印时间。此外，该方法包括允许第二材料至少部分地凝固，以便形成塔架结构。

Description

用于使用带有不同的固化速率的材料来制造风力涡轮塔架结 构的方法
技术领域
本公开大体上涉及风力涡轮塔架，并且更特别地涉及用于使用具有不同的固化速率的材料来制造风力涡轮塔架结构的方法。
背景技术
风力被认为是目前可用的最清洁、最环境友好的能源之一，并且在这点上，风力涡轮已得到越来越多的关注。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件原理来捕获风的动能。转子叶片将动能以旋转能的形式传送，以便使将转子叶片联接到齿轮箱或在未使用齿轮箱的情况下将转子叶片直接地联接到发电机的轴转动。然后，发电机使机械能转换成可以部署到公用电网的电能。
风力涡轮塔架大体上由钢管、预制作的混凝土区段或它们的组合构成。而且，管和/或混凝土区段典型地在场外形成，在现场运送，并且然后布置在一起，以架设塔架。例如，一个制造方法包括：形成预铸的混凝土环；将环运送到现场；将环布置于彼此顶上；以及然后使环紧固在一起。随着风力涡轮持续在尺寸上扩大，然而，常规制造方法受到禁止运送具有大于大约4至5米的直径的塔架区段的运输条例的限制。因而，某些塔架制造方法包括形成多个弧形节段并且在现场例如经由螺栓连接来使所述节段紧固在一起以形成塔架的直径。然而，这样的方法要求大量的劳动力并且可能耗时。
鉴于前文，本领域不停谋求改进的用于制造风力涡轮塔架的方法。因此，本公开涉及用于使用具有不同的固化速率的材料来制造风力涡轮塔架结构的方法。特别地，本公开涉及用于利用使具有不同的固化速率和强度的不同材料沉积的多个增材打印装置来制造风力涡轮塔架结构的方法。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可以根据描述而为显然的，或可以通过实践本发明而了解。
在一个方面，本公开涉及一种用于制造风力涡轮的塔架结构的方法。该方法包括在塔架结构的地基上由第一材料增材地打印风力涡轮的塔架结构的框架形状的至少部分。第一材料具有第一固化速率，该方法还包括允许塔架结构的框架形状的部分至少部分地凝固。而且，该方法包括围绕框架形状的部分和/或在框架形状的部分内提供第二材料，以致于框架形状的部分为第二材料提供支承。第二材料具有第二固化速率，第二固化速率比第一固化速率更慢。此外，该方法包括允许第二材料至少部分地凝固，以便形成塔架结构。
在一个实施例中，围绕框架形状的部分和/或在框架形状的部分内提供第二材料可以包括下者中的至少一者：将第二材料倾注到围绕框架形状的部分和/或在框架形状的部分内放置的一个或多个模具中；围绕框架形状的部分和/或在框架形状的部分内喷洒第二材料；或围绕框架形状的部分和/或在框架形状的部分内增材地打印第二材料。
在一个实施例中，该方法可以包括在第二材料中形成一个或多个空隙。在这样的实施例中，该方法可以包括在一个或多个空隙内至少部分地提供第三材料，以在塔架结构中形成一个或多个增强元件。例如，在一个或多个空隙内至少部分地提供第三材料可以包括在(一个或多个)空隙内将第三材料至少部分地打印、倾注和/或插入。
例如，在某些实施例中，(一个或多个)增强元件可以包括例如一个或多个传感器、伸长的线缆或线材、螺旋状线缆或线材、增强筋(空心或实心)、增强纤维(金属或聚合物)、增强金属环(圆形、椭圆形、螺旋形以及如可能相关的其它形状)或联接件、网和/或用以增强胶结结构的如可以在本领域中已知的任何这样的元件。在另外的实施例中，围绕框架形状的部分和/或在框架形状的部分内增材地打印第二材料可以包括增材地打印带有形成于其中的(一个或多个)空隙的第一材料并且在(一个或多个)空隙内打印第二材料。
在若干实施例中，该方法可以包括将一个或多个换热元件增材地打印到第一材料或第二材料中的至少一者中，以控制固化过程。例如，在这样的实施例中，(一个或多个)换热元件可以包括一个或多个电阻加热线材和/或构造成通过其而接收冷却剂的一个或多个冷却管。另外，(一个或多个)换热元件还可以包括用于向塔架结构提供额外的增强的一个或多个突出部。
在特定实施例中，第一材料、第二材料或第三材料可以包括胶结材料、聚合物材料和/或金属材料。在另一实施例中，该方法可以包括在第一材料与地基、第一材料与第二材料，第二材料与第三材料和/或第一材料、第二材料或第三材料的多层中的一者或多者之间提供粘附剂材料。
在又一实施例中，各种材料可以使用包括用于打印第一材料的第一打印机头和用于打印第二材料的第二打印机头的增材打印装置来打印。在这样的实施例中，增材打印装置可以进一步至少包括第一机器人臂和第二机器人臂。照此，第一机器人臂可以包括位于其远端处的用于分配第一材料的第一打印机头，并且第二机器人臂可以包括位于其远端处的用于分配第二材料的第二打印机头。
在另一方面，本公开涉及一种用于制造风力涡轮的塔架结构的方法。该方法包括在塔架结构的地基上增材地打印胶结材料的风力涡轮的塔架结构的一个或多个壁。(一个或多个)壁具有形成于其中的一个或多个空隙。而且，胶结材料具有第一固化速率，该方法还包括允许胶结材料至少部分地凝固。而且，该方法包括在一个或多个空隙内增材地打印额外的材料，以便增强(一个或多个)壁。额外的材料具有比第一固化速率更慢的第二固化速率。此外，该方法包括允许额外的材料至少部分地凝固，以便形成塔架结构。
在又一方面，本公开涉及一种用于制造风力涡轮的塔架结构的系统。该系统包括增材打印装置，增材打印装置具有中心框架结构和紧固到中心框架结构的多个机器人臂。机器人臂各自包括多个打印机头。更具体地，打印机头构造成用于在塔架结构的地基上打印具有第一固化速率的第一材料的风力涡轮的塔架结构的框架形状的至少部分。而且，打印机头构造成用于围绕第一材料的至少部分和/或在第一材料的至少部分内打印具有第二固化速率的第二材料，以致于第一材料为第二材料提供支承。此外，多个打印机头构造成用于在形成到第二材料中的一个或多个空隙内打印具有第三固化速率的第三材料，以便增强塔架结构，第二固化速率比第一固化速率更慢，第三速率比第一固化速率和第二固化速率更慢。而且，该系统包括用于控制增材打印装置的多个机器人臂的控制器。应当理解，该系统可以进一步包括如本文中所描述的额外的特征中的任何特征。
参考以下描述和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书中并构成其部分的附图图示本发明的实施例，并与描述一起用来解释本发明的原理。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述了本发明的针对本领域普通技术人员的完整且能够实现的公开，包括其最佳模式，在附图中：
图1图示根据本公开的风力涡轮的一个实施例的透视图；
图2图示根据本公开的利用增材打印装置来制造的用于风力涡轮的塔架结构的一个实施例的局部透视图；
图3图示根据本公开的增材打印装置的一个实施例的示意图；
图4图示根据本公开的用于制造风力涡轮的塔架结构的方法的一个实施例的流程图；以及
图5图示根据本公开的用于制造风力涡轮的塔架结构的方法的另一实施例的流程图；以及
图6图示根据本公开的增材打印装置的控制器的一个实施例的框图。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中图示。每个示例通过本发明的解释而非本发明的限制的方式来提供。实际上，对于本领域技术人员来说将为明显的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，能够在本发明中作出各种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分而图示或描述的特征能够与另一实施例一起使用以产生另外的其它实施例。因而旨在本发明涵盖如归入所附权利要求及其等同体的范围内的这样的修改和变型。
大体上，本公开涉及用于使用经由诸如增材制造、3-D打印、喷雾沉积、挤出增材制造、混凝土打印、自动纤维沉积之类的技术以及利用计算机数控和多个自由度来使材料沉积的其它技术而引起的胶结材料的自动沉积来制造高结构(例如，包括风力涡轮塔架的高塔架、住宅、桥等等)的方法。更具体地，本公开的方法包括以足以在打印过程期间承受结构载荷和外部载荷的强度并且以成本合算的沉积速率打印大型混凝土结构。在一个实施例中，例如，本公开的方法包括使用多个打印机来以固化速率和强度的组合使不同材料沉积，以形成单个塔架结构。
更具体地，在某些实施例中，塔架结构的快速地固化的框架形状或构架能够以相对低强度的材料打印，并且较慢地固化(但较牢固)的主材料能够围绕它使用已经固化的用于在固化过程期间进行支承的框架形状来打印。另外，主材料可以被打印成在其中包括一个或多个空隙。照此，额外的较牢固的材料能够打印和/或放置到空隙中，以便向塔架结构提供甚至更大的强度。例如，额外的材料可以包括螺旋缠绕式线缆/线材或类似物，以进一步增强该结构。在额外的实施例中，在内部打印或放置的线材或管能够用于通过引入加热(经由线材电阻)或冷却(流过管的冷却剂)而控制固化过程。嵌入式增强件还可以具有用以提供额外的增强能力的突出部(类似于带刺线材)。又在另外的实施例中，塔架结构还可以通过网增强，主材料通过该网而沉积，这实质上将该网嵌入到总体塔架结构中。额外的支承增强件能够打印或放置于高应力区域(诸如门或其它特征)中。多个打印机还能够用于同时地打印主材料和固化剂，以使得所打印的介质能够以流动性更好的形式被递送并且使得固化时间能够更精确地被控制。
因而，本文中所描述的方法提供在现有技术中不存在的许多优点。例如，本公开的方法利用具有不同的固化速率和/或强度的材料来缩短对于总体塔架结构的净打印时间。另外，本公开的方法利用第一材料的快速固化能力和第二材料的强度性质。照此，快速固化能力和高强度性质来自不同材料。因而，本公开的方法使得能够以较低的总体结构成本进行较快的塔架打印。
现在参考附图，图1图示根据本公开的风力涡轮10的一个实施例。如所示出的，风力涡轮10包括从地基15或支承表面延伸的塔架12，其中机舱14安装于塔架12顶上。多个转子叶片16安装到转子毂18，其继而连接到使主转子轴转动的主凸缘。风力涡轮发电及控制构件容纳于机舱14内。图1的视图仅出于说明性目的而被提供来将本发明置于示例性的使用领域中。应当意识到，本发明不限于任何特定类型的风力涡轮构造。另外，本发明不限于在风力涡轮塔架的情况下使用，而是可以在具有混凝土结构的任何应用和/或除了风力塔架之外的高塔架(包括例如住宅、桥、高塔架以及混凝土工业的其它方面)中利用。而且，本文中所描述的方法还可以适用于制造得益于本文中所描述的优点的任何类似结构。
现在参考图2，图示根据本公开的风力涡轮10的塔架结构12的一个实施例的局部横截面视图。如所示出的，塔架结构12限定具有外表面22和内表面24的周向塔架壁20。而且，如所示出的，周向塔架壁20大体上限定一般用于容纳各种涡轮构件(例如，功率转换器、变压器等等)的空心内部26。另外，如将在下文中更详细地描述的，塔架结构12至少部分地使用增材制造来形成。此外，如在所图示的实施例中示出的，塔架结构12可以至少部分地由框架形状29或构架形成，框架形状或构架由下者形成：具有第一固化速率的第一材料28(诸如第一、快速地固化的胶结材料)；具有第二固化速率的第二块体材料30(诸如第二、较慢地固化的胶结材料)，其形成塔架壁20的大部分；以及具有第三固化速率的第三材料31(诸如第三、最慢地固化的金属材料或聚合物材料)，其向塔架结构12提供额外的增强。在这样的实施例中，第三固化速率比第二固化速率更慢，第二固化速率比第一固化速率更慢。照此，较慢地固化的第二材料30构造成提供牢固粘合并且随时间而产生增强结构。在额外的实施例中，还可以在第一材料28与地基、第一材料28与第二材料30、第二材料30与第三材料31或第一材料28、第二材料30或第三材料31的多层中的一者或多者之间提供粘附剂材料33(例如，图3)。因而，粘附剂材料33可以进一步补充材料之间的层间粘合。
另外，应当理解，第一材料28、第二材料30以及第三材料31可以是任何合适的胶结材料、聚合物材料、金属材料、粘附剂材料和/或它们的组合。如本文中所使用的，本文中所描述的胶结材料可以包括构造成在固化之后结合在一起以形成结构的任何合适的可行的膏料。作为示例，胶结材料可以包括基于石灰或硅酸钙的液压凝固材料，诸如波特兰水泥、飞灰、鼓风炉渣、火山灰、石灰石粉末、石膏或硅粉以及这些材料的组合。在一些实施例中，胶结材料28可以另外或备选地包括非液压凝固材料，诸如熟石灰和/或通过碳化而硬化的其它材料。胶结材料可以与细骨料(例如，砂)组合以形成砂浆或与粗骨料(砂和砂砾)组合以形成混凝土。胶结材料能够以浆料的形式提供，浆料可以通过使任何一种或多种胶结材料与水以及其它已知的添加剂(包括催化剂、缓凝剂、增量剂、增重剂、分散剂、流体损失控制剂、漏失循环剂、强度衰退预防剂、无水/无流体的控制剂、膨胀剂、塑化剂(例如，超塑化剂，诸如聚羧酸超塑化剂或磺化聚萘超塑化剂)等等)组合而形成。将在胶结材料中提供的相应的材料的相对量可以以任何方式变化，以获得期望的效果。
本文中所描述的粘附剂材料33可以包括例如胶结材料(诸如砂浆)、聚合物材料和/或胶结材料与聚合物材料的混合物。包括胶结材料的粘附剂配方在本文中被称为“胶结砂浆”。胶结砂浆可以包括可以与细骨料组合的任何胶结材料。使用波特兰水泥和细骨料来制备的胶结砂浆有时被称为“波特兰水泥砂浆”或“OPC”。包括胶结材料与聚合物材料的混合物的粘附剂配方在本文中被称为“聚合物砂浆”。任何胶结材料可以被包括在与聚合物材料以及任选地细骨料的混合物中。包括聚合物材料的粘附剂配方在本文中被称为“聚合物粘附剂”。
可以在粘附剂配方中利用的示例性的聚合物材料可以包括任何热塑性或热固性聚合物材料，诸如丙烯酸树脂、聚环氧化物、乙烯基聚合物(例如，聚醋酸乙烯酯(PVA)、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA))、苯乙烯(例如，苯乙烯丁二烯)以及它们的共聚物或三元共聚物。示例性的聚合物材料的特性在ASTM C1059/C1059M-13、用于使新加物结合到硬化的混凝土的乳胶剂的标准规范中描述。
在特定实施例中，增强第三材料31可以形成例如一个或多个传感器、伸长的线缆或线材、螺旋状线缆或线材、增强筋(空心或实心)、增强纤维(金属或聚合物)、增强金属环(圆形、椭圆形、螺旋形以及如可能相关的其它形状)或联接件、网和/或用以增强胶结结构的如可以在本领域中已知的任何这样的元件。例如，如在所图示的实施例中示出的，较慢地固化的增强第三材料31可以形成任选地经由一个或多个增强部件36来互连的竖直构件。照此，增强的塔架结构12构造成承受可能引起塔架12易受裂化影响的风力载荷。
现在参考图3-4，本公开涉及用于经由增材制造来制造风力涡轮塔架的方法。如本文中所使用的，增材制造大体上被理解成包含用于合成三维物体的过程，其中，在计算机控制之下形成连续的材料层，以产生物体。照此，能够根据数字模型数据而生产几乎任何尺寸和/或形状的物体。应当进一步理解，本公开的增材制造方法可以包含三个自由度以及多于三个自由度，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形状和/或不规则形状。
特别地参考图3，图示用于在风力涡轮现场处制造风力涡轮10的塔架结构12的系统32的一个实施例的示意图。如所示出的，系统32包括增材打印装置34，诸如3D打印机。应当理解，本文中所描述的增材打印装置34大体上指具有用于使具有不同的固化速率的多种材料沉积到由控制器76自动地控制以形成在计算机内编程的对象(诸如CAD文件)的表面上的一个或多个打印机头和/或喷嘴的任何合适的增材打印装置。更具体地，如所提到的，多种材料可以包括具有第一固化速率的第一材料28、具有第二固化速率的第二材料30以及具有第三固化速率的第三材料31，其中，第三固化速率比第二固化速率更慢，第二固化速率比第一固化速率更慢。而且，如图3中所示出的，不同材料中的每一种可以包括单独的流体转移系统68、70、71。
更具体地，如所示出的，增材打印装置34包括中心框架结构38，中心框架结构38具有平台40和从平台40大体上垂直地延伸的臂部件42。而且，如所示出的，臂部件42大体上平行于塔架结构12的中心、纵向轴线44而延伸。另外，如所示出的，增材打印装置34包括多个机器人臂46、48，机器人臂46、48紧固到中心框架结构38的臂部件42。例如，如所示出的，增材打印装置34包括第一机器人臂46和第二机器人臂48，第一机器人臂和第二机器人臂紧固到中心框架结构38的臂部件42。此外，如所示出的，第一机器人臂46和第二机器人臂48分别包括被紧固于其远端处的用于增材地打印如本文中所描述的具有不同的固化速率的多种材料的第一打印机头50和第二打印机头50、52。另外，如所示出的，机器人臂46、48可以安装成在各种材料的打印期间围绕中心框架结构38的臂部件42旋转，以建立塔架结构12。
更具体地，如所示出的，第一打印机头50可以构造成用于例如在风力涡轮10的地基15上打印第一材料28的塔架结构12的框架形状29。例如，返回参考图2，框架形状29可以大体上对应于塔架结构12的底座形状或构架。照此，第二打印机头52可以构造成用于围绕固化的第一材料28的至少部分和/或在固化的第一材料28的至少部分内打印第二材料30，以形成塔架壁20，以致于固化的第一材料28在打印期间为第二材料30提供支承。另外，塔架壁20可以形成为包括一个或多个空隙57。在这样的实施例中，打印机头50、52中的一个或多个还可以构造成用于在形成到塔架壁20中的一个或多个空隙57内打印第三材料31，以便进一步增强塔架结构12。
而且，增材打印装置34可以包括构造成用于分配胶结材料28的至少一个喷嘴54或注射器。此外，如所示出的，系统32可以包括例如经由聚合物材料经由增材打印装置34来增材地打印的一个或多个任选的模具56。应当理解，本文中所描述的模具56可以是实心的、多孔的和/或被打印有用以注射胶结材料28的开口。因而，如所示出的，(一个或多个)模具56限定塔架结构12的内壁界限58和外壁界限60。合适的聚合物材料可以包括例如热固性材料、热塑性材料、构造成随时间而降解/溶解的可生物降解的聚合物(诸如基于谷物的聚合物系统、类似真菌的添加剂材料或基于藻类的聚合物系统)或它们的组合。照此，在一个实施例中，外聚合物模具能够随时间而可生物降解，而内聚合物模具依然完好无损。在备选实施例中，外模具和内模具可以由相同材料构成。
另外，中心框架结构38可以安装于塔架12的中心位置或固化的(一个或多个)模具56之间。因而，在(一个或多个)模具56被打印并且固化之后，增材打印装置34的打印机头50、52和/或喷嘴54构造成在内壁界限58和外壁界限60内将胶结材料28分配到(一个或多个)模具56中。
仍然参考图3，中心框架结构38的平台40可沿竖直方向移动，以便在打印期间使中心框架结构38(以及因此多个机器人臂46、48)沿着塔架结构12的中心纵向轴线44移动。因而，增材打印装置34能够沿竖直方向直线地平移，以便建立塔架结构12。更具体地，如所示出的，增材打印装置34可以包括直线平移机构62，直线平移机构具有一个或多个机动轮64和至少一个连杆机构66，以允许在增材打印装置34沿着纵向轴线44移动以打印多个塔架区段时塔架结构12的直径改变。
另外，如所提到的，用于制造风力涡轮10的塔架结构12的系统32还可以包括能够经由增材打印装置34来打印的用于不同材料中的每一种的单独的流体转移系统。例如，如所示出的，系统32可以包括用于存储第一材料28的第一流体转移系统68、用于存储第二材料30的第二流体转移系统70、用于存储第三材料31的第三流体转移系统71等等(以及用于制造塔架结构12的任何其它材料)，它们的连接未示出。然而，应当理解，流体转移系统68、70、71中的每个可以(最低限度地）包括泵和构造成存储相应的液体介质并且将其转移到增材打印装置34的用于相应的液体材料的存储罐。
特别地参考图4、用于在风力涡轮现场处制造风力涡轮的塔架结构的方法100的一个实施例的流程图。大体上，方法100将在本文中参考图1-3中所示出的风力涡轮10、塔架结构12以及系统32而描述。然而，应当意识到，所公开的方法100可以在具有任何其它合适的构造的塔架结构的情况下实施。另外，尽管图4出于图示和讨论的目的而描绘按特定顺序执行的步骤，本文中所讨论的方法不限于任何特定顺序或布置。使用本文中所提供的公开内容的本领域技术人员将意识到，在不脱离本公开的范围的情况下，本文中所公开的方法的各种步骤能够以各种方式省略、重排、组合和/或修改。
如在(102)示出的，方法100可以包括将第一材料28的风力涡轮10的塔架结构12的框架形状29(例如，经由增材打印装置34)增材地打印于地基(例如，风力涡轮10的地基15)上。如在(104)示出的，方法100可以包括允许第一材料28至少部分地凝固或硬化。如所提到的，第一材料28可以对应于快速地固化的材料；因此，所要求的凝固时间可以是最短的。
因而，如在(106)示出的，方法100可以包括围绕第一材料28的至少部分和/或在第一材料28的至少部分内提供(例如，通过经由增材打印装置34来增材地打印、喷洒或倾注)第二材料30，以致于第一材料28为第二材料30提供支承。如在(108)示出的，方法100包括允许第二材料30至少部分地凝固，以便形成塔架结构12。
如所提到的，第二材料30可以是具有比第一固化速率更慢的第二固化速率的胶结材料。因而，第二材料30也比第一材料28更牢固。另外，如图2中所示出的，塔架结构12的第二材料30可以被打印成包括一个或多个空隙57。照此，增材打印装置34还可以构造成将第三材料31打印于空隙57内，以形成一个或多个增强元件36。照此，(一个或多个)增强元件36可以包括例如一个或多个增强传感器、伸长的线缆或线材、螺旋状线缆或线材、增强筋(空心或实心)、增强纤维(金属或聚合物)、增强金属环(圆形、椭圆形、螺旋形以及如可能相关的其它形状)或联接件、网和/或用以增强胶结结构的如可以在本领域中已知的任何这样的元件。
在若干实施例中，增材打印装置34还可以构造成打印第三材料31，以形成一个或多个换热元件72，即，以进一步控制固化过程。例如，在这样的实施例中，(一个或多个)换热元件72可以包括一个或多个电阻加热线材和/或构造成通过其而接收冷却剂的一个或多个冷却管。更具体地，返回参考图2，换热元件72可以对应于电阻加热线材。另外，(一个或多个)换热元件72(和/或本文中所描述的增强元件36中的任何增强元件)还可以包括用于向塔架结构12提供额外的增强的一个或多个突出部74。
现在参考图5、用于在风力涡轮现场处制造风力涡轮的塔架结构的方法200的另一实施例的流程图。大体上，方法200将在本文中参考图1-3中所示出的风力涡轮10、塔架结构12以及系统32而描述。然而，应当意识到，所公开的方法200可以在具有任何其它合适的构造的塔架结构的情况下实施。另外，尽管图5出于图示和讨论的目的而描绘按特定顺序执行的步骤，本文中所讨论的方法不限于任何特定顺序或布置。使用本文中所提供的公开内容的本领域技术人员将意识到，在不脱离本公开的范围的情况下，本文中所公开的方法的各种步骤能够以各种方式省略、重排、组合和/或修改。
如在(202)示出的，方法200可以包括将胶结材料的风力涡轮10的塔架结构12的一个或多个壁20(例如，经由增材打印装置34)增材地打印于塔架结构12的地基上。而且，(一个或多个)壁包括形成于其中的一个或多个空隙57。另外，胶结材料具有第一固化速率。如在(204)示出的，方法200可以包括允许胶结材料至少部分地凝固或硬化。如在(206)示出的，方法200可以包括(例如，经由增材打印装置34)将额外的材料31增材地打印于一个或多个空隙57内，以便增强(一个或多个)壁20。额外的材料31具有比第一固化速率更慢的第二固化速率。因而，如在(208)示出的，方法200可以包括允许第二材料在一个或多个空隙57内至少部分地凝固，以便形成塔架结构12。
现在参考图6，图示增材打印装置34的控制器76的一个实施例的框图。如所示出的，控制器76可以包括配置成执行各种各样的计算机实施的功能(例如，执行如本文中所公开的方法、步骤、运算等等并且存储相关数据)的一个或多个处理器78及相关联的存储器装置80。另外，控制器76还可以包括用以促进增材打印装置34的控制器76与各种构件之间的通信的通信模块82。而且，通信模块82可以包括用以容许从一个或多个传感器(未示出)传送的信号转换成能够被处理器78理解并且处理的信号的传感器接口84(例如，一个或多个模拟到数字转换器)。应当意识到，传感器可以使用任何合适的手段来通信地耦合到通信模块82。
如本文中所使用的，用语“处理器”不仅指在本领域中被认为是被包括于计算机中的集成电路，而且还指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路以及其它可编程电路。处理器78还配置成计算高级控制算法并且传递到各种各样的基于以太网或串行的协议(Modbus、OPC、CAN等等)。另外，(一个或多个)存储器装置80可以大体上包括(一个或多个)存储器元件，其包括但不限于计算机可读介质(例如，随机存取存储器(RAM))、计算机可读非易失性介质(例如，闪速存储器)、软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字通用盘(DVD)和/或其它合适的存储器元件。这样的(一个或多个)存储器装置80可以大体上配置成存储合适的计算机可读指令，这些指令在由(一个或多个)处理器78实施时，使控制器76配置成执行如本文中所描述的各种功能。
本书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域普通技术人员能够实践本发明(包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法)。本发明的可专利性范围由权利要求限定，并且可以包括本领域普通技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例包括不异于权利要求的字面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等同结构元件，则这样的其它示例旨在处于权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于制造风力涡轮的塔架结构的方法，所述方法包括：
在所述塔架结构的地基上由第一材料增材地打印所述风力涡轮的塔架结构的框架形状的至少部分，所述第一材料具有第一固化速率；
允许所述塔架结构的框架形状的部分至少部分地凝固；
围绕所述框架形状的部分和/或在所述框架形状的部分内提供第二材料，以致于所述框架形状的部分为所述第二材料提供支承，所述第二材料具有第二固化速率，所述第二固化速率比所述第一固化速率更慢；以及
允许所述第二材料至少部分地凝固，以便形成所述塔架结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，围绕所述框架形状的部分和/或在所述框架形状的部分内提供所述第二材料进一步包括下者中的至少一者：将所述第二材料倾注到围绕所述框架形状的部分和/或在所述框架形状的部分内放置的一个或多个模具中；围绕所述框架形状的部分和/或在所述框架形状的部分内喷洒所述第二材料；或围绕所述框架形状的部分和/或在所述框架形状的部分内增材地打印所述第二材料。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述第二材料中形成一个或多个空隙。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括至少部分地在所述一个或多个空隙内提供第三材料，以在所述塔架结构中形成一个或多个增强元件，其中，在所述一个或多个空隙内至少部分地提供所述第三材料进一步包括在所述一个或多个空隙内将所述第三材料至少部分地打印、倾注或插入中的至少一者。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述一个或多个增强元件包括一个或多个增强传感器、一个或多个伸长的线缆或线材、一个或多个螺旋状线缆或线材、一个或多个空心或实心增强筋、一个或多个增强纤维、一个或多个增强金属环或联接件和/或网中的至少一者。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述第一材料或所述第二材料中的至少一者中增材地打印一个或多个换热元件，以控制固化过程。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述一个或多个换热元件至少包括一个或多个电阻加热线材或构造成通过其而接收冷却剂的一个或多个冷却管。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述一个或多个换热元件中的至少一个包括用于向所述塔架结构提供额外的增强的一个或多个突出部。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一材料、第二材料或第三材料包括胶结材料、聚合物材料和/或金属材料中的至少一者。
10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述第一材料与所述地基、所述第一材料与所述第二材料、所述第二材料与所述第三材料或所述第一材料、第二材料或第三材料的多层中的一者或多者之间提供粘附剂材料。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，由所述第一材料提供所述风力涡轮的塔架结构的框架形状的部分并且围绕所述框架形状的部分和/或在所述框架形状的部分内增材地打印所述第二材料进一步包括使用包括用于打印所述第一材料的第一打印机头和用于打印所述第二材料的第二打印机头的增材打印装置，所述增材打印装置至少包括第一机器人臂和第二机器人臂，所述第一机器人臂包括位于其远端处的用于分配所述第一材料的第一打印机头，所述第二机器人臂包括位于其远端处的用于分配所述第二材料的第二打印机头。
12.一种用于制造风力涡轮的塔架结构的方法，所述方法包括：
在所述塔架结构的地基上由胶结材料增材地打印所述风力涡轮的塔架结构的一个或多个壁，所述一个或多个壁具有形成于其中的一个或多个空隙，所述胶结材料具有第一固化速率；
允许所述胶结材料至少部分地凝固；
在所述一个或多个空隙内增材地打印额外的材料，以便增强所述一个或多个壁，所述额外的材料具有第二固化速率，所述第二固化速率比所述第一固化速率更慢；以及
允许所述额外的材料至少部分地凝固，以便形成所述塔架结构。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括在所述风力涡轮的地基上增材地打印第一材料的塔架结构的框架形状的至少部分并且围绕所述框架形状的部分增材地打印所述塔架结构的一个或多个壁。
14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括在所述第一材料中增材地打印一个或多个增强元件。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述一个或多个增强元件包括伸长的线缆或线材、螺旋状线缆或线材、增强筋和/或网中的至少一者。
16.一种用于制造风力涡轮的塔架结构的系统，所述系统包括：
增材打印装置，其包括中心框架结构和紧固到所述中心框架结构的多个机器人臂，所述多个机器人臂包括多个打印机头，所述多个打印机头构造成用于在所述塔架结构的地基上打印具有第一固化速率的第一材料的风力涡轮的塔架结构的框架形状的至少部分，所述多个打印机头构造成用于围绕所述第一材料的至少部分和/或在所述第一材料的至少部分内打印具有第二固化速率的第二材料，以致于所述第一材料为所述第二材料提供支承，所述多个打印机头构造成用于在形成到所述第二材料中的一个或多个空隙内打印具有第三固化速率的第三材料，以便增强所述塔架结构，所述第二固化速率比所述第一固化速率更慢，所述第三速率比所述第一固化速率和所述第二固化速率更慢；以及
控制器，其用于控制所述增材打印装置的多个机器人臂。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述第三材料形成至少部分地嵌入于所述第一材料中的一个或多个增强元件，所述一个或多个增强元件包括伸长的线缆或线材、螺旋状线缆或线材、增强筋和/或网中的至少一者。
18.根据权利要求16所述的系统，进一步包括经由所述增材打印装置来打印到所述第一材料或所述第二材料中的至少一者中的一个或多个换热元件，所述控制器通信地耦合到所述一个或多个换热元件，以控制所述固化过程，所述一个或多个换热元件至少包括一个或多个电阻加热线材或构造成通过其而接收冷却剂的一个或多个冷却管，其中，所述一个或多个换热元件中的至少一个包括用于向所述塔架结构提供额外的增强的一个或多个突出部。
19.根据权利要求16所述的系统，其中，所述第一材料、第二材料或第三材料包括胶结材料、聚合物材料或金属材料中的至少一者。
20.根据权利要求16所述的系统，进一步包括涂敷于所述第一材料与所述地基、所述第一材料与所述第二材料或所述第二材料与所述第三材料中的一者或多者之间的粘附剂材料。
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