CN115768621A - 用于在增材制造过程中使用的聚合物树脂制剂 - Google Patents

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A·麦卡利普
R·切利佐尔
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Abstract

一种用于形成制品的系统包括由具有第一纤维含量的半结晶聚合物材料(160)和具有第二纤维含量的无定形聚合物材料(162)形成的聚合物树脂制剂(158)。第一纤维含量高于第二纤维含量。此外，将半结晶聚合物材料和无定形聚合物材料共混在一起，以形成具有大于10重量%的共混纤维含量的聚合物树脂制剂。此外，聚合物树脂制剂是无定形的。该系统还包括用于逐层打印和沉积聚合物树脂制剂以形成制品的计算机数字控制(CNC)装置。

Description

用于在增材制造过程中使用的聚合物树脂制剂
相关申请的交叉引用
本申请要求享有美国临时专利申请No. 63/043184、No. 63/043191和No. 63/043200的权益，所有这三个申请均于2020年6月24日提交，其通过引用以其整体并入本文中。
技术领域
本公开总体上涉及增材制造，并且更特别地涉及用于在诸如三维(3D)打印的增材制造过程中使用的聚合物树脂制剂。
背景技术
风力被认为是目前可用的最清洁、对环境最友好的能源之一，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部署到公用电网的电能。
转子叶片大体上包括典型地使用模制过程来形成的吸力侧壳和压力侧壳，吸力侧壳和压力侧壳在沿着叶片的前缘和后缘的结合线处结合在一起。此外，压力壳和吸力壳是相对轻质的，并且具有未构造成承受在操作期间施加于转子叶片上的弯曲力矩和其它负荷的结构性质(例如，刚度、抗屈曲性以及强度)。因此，为了提高转子叶片的刚度、抗屈曲性以及强度，典型地使用一个或多个结构构件(例如，相对的翼梁帽，在其之间构造有抗剪腹板)来增强主体壳。
翼梁帽典型地由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的多种材料构成。通过使纤维织物层堆叠于壳模具中而大体上围绕叶片的翼梁帽构建转子叶片的壳。然后，典型地，利用树脂来将层灌注在一起。
照此，本领域正在不断寻求用于形成转子叶片及其构件的新的且改进的方法。例如，可合乎期望的是，使用诸如3D打印的增材制造技术来制造多种风力涡轮构件中的一些。但是，当制造风力涡轮构件时，必须考虑某些考虑因素，诸如负载、刚度、强度等。例如，3D打印的聚合物制品的刚度和模量需要高玻璃纤维树脂。另外，由于结晶，半结晶树脂具有窄的过程窗口，并且照此，打印过程可能不如其它材料稳固。此外，大体上，半结晶热塑性塑料的特征在于在其熔融温度附近从液态急剧转变到固态。这种急剧转变对应于材料的至少部分的结晶。
此外，常规的3D打印系统使用挤出方法来利用长丝或粒料打印热塑性塑料。利用这样的系统，也可使用具有或不具有纤维增强的无定形热塑性塑料。无定形基热塑性塑料经常被选择，因为用于3D打印的加工窗口宽。然而，大体上，无定形热塑性塑料可不具有3D打印所期望的物理性质，诸如与半结晶热塑性塑料相比增加的刚度或耐化学性。虽然通过基于挤出的打印方法打印半结晶基热塑性塑料是已知的，但它通常需要使用封闭的腔室来提供比室温更暖的打印环境，以促进在打印过程期间的层到层结合。因此，对于大型打印制品，这样的外壳可为不切实际的。
鉴于上述情况，本公开针对一种用于在诸如3D打印的增材制造过程中使用的改进的聚合物树脂制剂。特别地，与常规的无定形基树脂相比，本公开的聚合物树脂制剂实现改进的物理、机械和/或耐化学性质。此外，本公开的聚合物树脂制剂可用于3D打印中，而不使用被加热外壳或其它手段来提供被加热环境。此外，本公开的聚合物树脂制剂可不需要就在打印沉积之前再加热要沉积在其上的打印材料。
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，或可根据描述而为显然的，或可通过实践本发明而了解。
在一个方面中，本公开针对一种用于形成制品的系统。该系统包括聚合物树脂制剂，该聚合物树脂制剂包括具有第一纤维含量的半结晶热塑性材料和具有第二纤维含量的无定形热塑性材料。第一纤维含量大于或等于第二纤维含量。此外，将半结晶聚合物材料和无定形聚合物材料共混在一起，以形成具有大于10重量%的共混纤维含量的聚合物树脂制剂。此外，聚合物树脂制剂比半结晶热塑性材料结晶得更慢。该系统还包括用于逐层打印和沉积聚合物树脂制剂以形成制品的计算机数字控制(CNC)装置。
在实施例中，无定形聚合物材料包括无定形热塑性材料和硅烷偶联剂的混合物。在这样的实施例中，硅烷偶联剂具有极性官能度。
在另外的实施例中，无定形聚合物材料的重量百分比大于不包括第一和第二纤维含量的聚合物树脂制剂的50%。在实施例中，例如，第一纤维含量等于或大于30%，并且第二纤维含量等于或小于30%。在另一个实施例中，第二纤维含量等于零。
在若干实施例中，半结晶聚合物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)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚对苯二甲酸环己烷二甲酯(PCT)或聚酰胺(PA)中的至少一种。在另一个实施例中，无定形聚合物材料包括热塑性共聚酯、无定形聚对苯二甲酸乙二醇酯(APET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)、热塑性聚氨酯(TPU)中的至少一种。
在特定实施例中，无定形聚合物材料可为APET，其中APET包含一定量的聚间苯二甲酸乙二醇酯(PEI)。
在另外的实施例中，APET中的PEI的量在约0.5 mol%至约50 mol%之间。
在另一个方面中，本公开针对一种形成制品的方法。该方法包括提供具有第一纤维含量的半结晶聚合物材料。该方法还包括提供具有第二纤维含量的无定形聚合物材料，第一纤维含量大于或等于第二纤维含量。此外，该方法包括将半结晶聚合物材料和无定形聚合物材料共混在一起以形成具有大于10重量%的共混纤维含量的聚合物树脂制剂，聚合物树脂制剂比半结晶热塑性材料结晶得更慢。另外，该方法包括经由计算机数字控制(CNC)装置逐层打印和沉积聚合物树脂制剂以形成制品。
在实施例中，该方法包括经由干共混或混炼(compound)中的至少一种将硅烷偶联剂与无定形聚合物材料共混。
在另一种方法中，该方法可包括将硅烷偶联剂和无定形聚合物材料的混合物提供到CNC装置的挤出机的第一料斗，以及将半结晶聚合物材料添加到硅烷偶联剂和无定形聚合物材料的混合物。
在额外的实施例中，该方法可包括在即将逐层打印和沉积聚合物树脂制剂以形成制品之前将硅烷偶联剂和无定形聚合物材料的混合物与半结晶聚合物材料共混。
在若干实施例中，该方法可包括在第一时间框架内加热共混的半结晶聚合物材料和无定形聚合物材料，以及冷却共混的半结晶聚合物材料和无定形聚合物材料以形成聚合物树脂制剂。
在另外的实施例中，无定形聚合物材料的重量百分比大于50%。此外，在实施例中，第一纤维含量等于或大于50重量%，并且第二纤维含量在从0重量%至小于10重量%的范围内。
在另一个实施例中，打印和沉积聚合物树脂制剂可包括打印和沉积聚合物树脂制剂的多个层，以及在已经沉积顶部上的层之后允许多个层中的一个或多个结晶。在额外的实施例中，打印和沉积聚合物树脂制剂可包括：以延迟结晶的方式打印和沉积聚合物树脂制剂的多个层，使得打印层不结晶，直到在打印层正上方的层被完全沉积，以促进层内结合。
在若干实施例中，该方法可包括基于待打印制品内的一个或多个层的已知层时间或重涂时间调节半结晶聚合物材料与无定形聚合物材料的比率，以允许足够的层到层结合。在又一个实施例中，该方法可包括使用多于一种的共混比来形成制品，以允许在待打印制品内的一个或多个层内的不同层时间内足够的层到层结合。
在又一个方面中，本公开针对一种制造风力涡轮的转子叶片构件的方法。该方法包括：将具有第一纤维含量的半结晶聚合物材料与具有第二纤维含量的无定形聚合物材料共混以形成聚合物树脂制剂，第一纤维含量大于或等于第二纤维含量，聚合物树脂制剂具有大于10重量%的共混纤维含量，聚合物树脂制剂比半结晶热塑性材料结晶得更慢；以及经由计算机数字控制(CNC)装置逐层打印和沉积聚合物树脂制剂以形成转子叶片构件。
在实施例中，逐层打印和沉积聚合物树脂制剂以形成转子叶片构件可包括将聚合物树脂制剂逐层打印和沉积到至少一个蒙皮层上以构建网格结构，从而形成转子叶片构件。在另外的实施例中，转子叶片构件包括转子叶片壳、翼梁帽、抗剪腹板、叶片末梢或叶片根部中的至少一个。应当理解，该方法可进一步包括本文中所描述的额外步骤和/或特征中的任何。
参考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。并入本说明书中并构成本说明书的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(包括其最佳模式)的针对本领域普通技术人员的完整且能够实现的公开，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图示根据本公开的风力涡轮的转子叶片的一个实施例的透视图；
图3图示图2的模块化转子叶片的分解视图；
图4图示根据本公开的模块化转子叶片的前缘节段的一个实施例的横截面视图；
图5图示根据本公开的模块化转子叶片的后缘节段的一个实施例的横截面视图；
图6图示根据本公开的图2的模块化转子叶片的横截面视图；
图7图示根据本公开的图2的模块化转子叶片的横截面视图；
图8图示根据本公开的形成制品的方法的一个实施例的流程图；
图9图示根据本公开的用于经由增材制造形成诸如风力涡轮构件的制品的系统的一个实施例的透视图；以及
图10图示根据本公开的形成制品的方法的另一个实施例的流程图。
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，可在本发明中作出多种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分而图示或描述的特征可与另一实施例一起使用以产生再一个另外的实施例。因此，意图的是，本发明涵盖如归入所附权利要求书及其等同体的范围内的这样的修改和变型。
大体上，本公开针对具有一定纤维含量的改进的基于聚合物的树脂制剂或共混物，以用于经由诸如3D打印、增材制造、自动纤维沉积的技术以及利用CNC控制和多个自由度来沉积材料的其它技术来自动沉积材料。更具体地，在某些实施例中，本公开的改进聚合物共混物可包括半结晶热塑性树脂与无定形热塑性树脂。更特别地，本公开的聚合物共混物可包括结晶聚酯与无定形聚酯。在更进一步的实施例中，本公开的聚合物共混物可包括PBT与PETG或PC。再一个实施例可包括半结晶热塑性树脂与慢结晶热塑性塑料。例如，这样的实施例可包括PBT与APET或RPET。更具体地，在某些实施例中，聚合物树脂制剂可包括PBT与作为PET/PEI共混物的APET。通过将具有高玻璃纤维的结晶聚酯与具有最少玻璃纤维或没有玻璃纤维的无定形聚酯共混，同时使共混物保持无定形，这样的共混物还可任选地包括高纤维含量(例如，大于10重量%)。
在一个实施例中，作为示例，聚合物树脂制剂可包括将半结晶热塑性塑料与无定形热塑性树脂共混。此外，在实施例中，共混比可调制为降低或消除共混物的结晶行为。此外，在另一个实施例中，基于给定零件设计的已知层时间或重涂时间，半结晶热塑性塑料与无定形热塑性塑料的比率可被调节以允许足够的层到层结合(例如，热塑性焊接)。因此，本文中所描述的聚合物树脂制剂可特别适合于将网格结构等3D打印到蒙皮或灌注的构件，以便形成复合结构。例如，对于造成更长重涂时间的零件设计或工具路径打印策略，共混比可并入更多的无定形树脂和更少的半结晶树脂，或者反之亦然。此外，基于零件可在其中被打印的热环境，半结晶热塑性塑料与无定形热塑性塑料的比率可被调节，以允许足够的层到层结合。例如，对于不使用将环境加温到高于室温的受控加热环境的打印环境，共混比可并入更多的无定形树脂和更少的半结晶树脂。在另一个实施例中，本文中所描述的聚合物树脂制剂还可包括基于所选热塑性塑料或热塑性共混物的一种或多种偶联剂。
从抗疲劳性的角度(以及典型地还有刚度(模量))来看，全半结晶材料大体上在性能上更优异。然而，全半结晶材料很难3D打印(因为由于材料的快速凝固/结晶，层到层结合是困难的)，并且收缩也可由于翘曲而引起打印问题。因此，在实施例中，一定量的APET可添加到半结晶材料。在打印时，APET减慢结晶，以允许初始沉积表现得更像无定形材料。减慢结晶允许在打印的零件的层到层界面处发生层间扩散，并允许更好的层内结合。然而，由于3D打印零件的相对慢的冷却，APET最终将结晶(快速淬火冷却的零件将引起聚合物冻结在其无定形状态下，但这将需要诸如强制冷却鼓风机的额外的冷却设备)。慢冷却的优点是具有优异疲劳性质的全半结晶零件。因此，本公开提供了一种在没有受控加热环境的开放式打印机中成功地打印半结晶材料的方式，从而在相同量的玻璃增强下，与其它方法相比，造成优异的机械性质(抗疲劳性和刚度)。
因此，本文中所描述的方法提供了现有技术中不存在的许多优点。例如，本公开的聚合物树脂制剂可包括具有高纤维含量(诸如玻璃纤维)的无定形聚酯共混物，其为聚合物制品的增材制造提供了若干优点。这样的优点包括例如高模量和刚度、打印层之间以及打印层与基底之间的强结合、宽过程窗口。无定形聚酯共混物中的高纤维含量还提供了高刚度和模量的附加益处。此外，本公开的聚合物树脂制剂具有改进的润湿性，从而产生更多的结合位点(即，3D打印零件的层间结合的重要特征)。
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包括塔架12，塔架12上安装有机舱14。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，该主凸缘使主转子轴转动。风力涡轮发电和控制构件容纳于机舱14内。仅出于说明性目的而提供图1的视图，以将本发明置于示例性使用领域中。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，本发明不限于与风力涡轮一起使用，而是可用于使用树脂材料的任何应用中。此外，本文中所描述的方法还可应用于制造受益于本文中所描述的树脂制剂的任何类似结构。
现在参考图2和图3，图示根据本公开的转子叶片16的多种视图。如所示出的，所图示的转子叶片16具有分节段或模块化的构造。还应当理解，转子叶片16可包括在本领域中现在已知或以后开发的任何其它合适的构造。如所示出的，模块化转子叶片16包括主叶片结构15和固定到主叶片结构15的至少一个叶片节段21。更具体地，如所示出的，转子叶片16包括多个叶片节段21。
更具体地，如所示出的，主叶片结构15可包括下者中的任一个或下者的组合：预成型的叶片根部区段20、预成型的叶片末梢区段22、一个或多个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的额外的结构构件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中所示出的，转子叶片16限定翼展23，翼展23等于叶片根部区段20与叶片末梢区段22之间的总长度。如图2和图6中所示出的，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，翼弦25可大体上随着转子叶片16从叶片根部区段20延伸到叶片末梢区段22而相对于翼展23在长度上变化。
特别地参考图2-4，具有任何合适的尺寸和/或形状的任何数量的叶片节段21或面板(在本文中也称为叶片壳)可大体上沿大体上展向方向沿着纵向轴线27布置于叶片根部区段20与叶片末梢区段22之间。因此，叶片节段21大体上用作转子叶片16的外壳/覆盖件，并且可诸如通过限定对称或弧形的翼型件形状的横截面而限定基本上空气动力学的外形。
在额外的实施例中，应当理解，叶片16的叶片节段部分可包括本文中所描述的节段的任何组合，并且不限于如所描绘的实施例。更具体地，在某些实施例中，叶片节段21可包括下者中的任一个或下者的组合：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)、无接头式节段、单接头式节段、多接头式叶片节段、J形叶片节段或类似物。
更具体地，如图4中所示出的，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中所示出的，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，如在图6中特别地示出的，(多个)前缘节段40和(多个)后缘节段42可在压力侧接缝36和吸力侧接缝38处联结。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中所示出的，邻近的叶片节段21可构造成在接缝54处重叠。备选地，在某些实施例中，转子叶片16的多种节段可经由构造于重叠的前缘节段40和后缘节段42和/或重叠的邻近的前缘节段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。
在具体实施例中，如图2-3和图6-7中所示出的，叶片根部区段20可包括与其一起被灌注的一个或多个纵向地延伸的翼梁帽48、50。例如，叶片根部区段20可根据标题为“Blade Root Section for a Modular Rotor Blade and Method of ManufacturingSame(用于模块化转子叶片的叶片根部区段及其制造方法)”的提交于2015年6月29日的申请号为14/753155的美国申请而构造，该美国申请通过引用以其整体并入本文中。
类似地，叶片末梢区段22可包括与其一起被灌注的一个或多个纵向地延伸的翼梁帽51、53。更具体地，如所示出的，翼梁帽48、50、51、53可构造成抵靠转子叶片16的叶片节段21的相对的内表面而接合。此外，叶片根部翼梁帽48、50可构造成与叶片末梢翼梁帽51、53对准。因此，翼梁帽48、50、51、53可大体上设计成控制在风力涡轮10的操作期间沿大体上展向方向(与转子叶片16的翼展23平行的方向)作用于转子叶片16上的弯曲应力和/或其它负荷。另外，翼梁帽48、50、51、53可设计成承受在风力涡轮10的操作期间发生的展向压缩。此外，(多个)翼梁帽48、50、51、53可构造成从叶片根部区段20延伸到叶片末梢区段22或其部分。因此，在某些实施例中，叶片根部区段20和叶片末梢区段22可经由它们相应的翼梁帽48、50、51、53来联结在一起。
参考图6-7，一个或多个抗剪腹板35可构造于一个或多个翼梁帽48、50、51、53之间。更特别地，(多个)抗剪腹板35可构造成提高叶片根部区段20和/或叶片末梢区段22中的刚性。此外，(多个)抗剪腹板35可构造成将叶片根部区段20封闭。
另外，如图2和图3中所示出的，额外的结构构件52可固定到叶片根部区段20，并且沿大体上展向方向延伸，以便向转子叶片16提供进一步的支承。例如，结构构件52可根据标题为“Structural Component for a Modular Rotor Blade(用于模块化转子叶片的结构构件)”的提交于2015年6月29日的申请号为14/753150的美国申请而构造，该美国申请通过引用以其整体并入本文中。更具体地，结构构件52可在叶片根部区段20与叶片末梢区段22之间延伸任何合适的距离。因此，结构构件52构造成提供如本文中所描述的用于转子叶片16的额外的结构支承以及用于多种叶片节段21的任选的安装结构。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，并且可延伸预确定的展向距离，使得前缘节段40和/或后缘节段42可安装到结构构件52。
现在参考图8和图9，本公开针对用于形成诸如本文中所描述的转子叶片构件中的任何的聚合物制品的系统和方法。更具体地，图8图示根据本公开的用于形成制品的方法100的一个实施例的流程图。图9图示根据本公开的用于形成制品的系统150的一个实施例的透视图。照此，在某些实施例中，制品可包括转子叶片壳(压力侧壳、吸力侧壳、后缘节段、前缘节段等)、翼梁帽、抗剪腹板、叶片末梢、叶片根部或任何其它转子叶片构件。大体上，方法100在本文中描述为针对制造上面描述的转子叶片构件而实施。然而，应当意识到，所公开的方法100可用来制造任何其它转子叶片构件以及任何其它制品。另外，尽管出于说明和讨论的目的，图8描绘以特定顺序执行的步骤，但是本文中所描述的方法不限于任何特定顺序或布置。使用本文中提供的公开的本领域技术人员将意识到，方法的多种步骤可以以多种方式省略、重新布置、组合和/或调适。
如在(102)处示出的，方法100包括提供具有第一纤维含量的半结晶聚合物材料160。例如，在若干实施例中，半结晶聚合物材料160可为聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)或任何其它合适的结晶聚合物材料。如本文中所使用的，半结晶聚合物材料大体上包含具有有序分子链的材料(例如，分子链大部分抵靠彼此锁定就位)。照此，半结晶聚合物材料的特征在于具有高强度且非常刚性。
示例性半结晶热塑性材料可大体上包括但不限于聚烯烃、聚酰胺、含氟共聚物、甲基丙烯酸乙酯、聚酯、聚碳酸酯和/或乙缩醛。更具体地，示例性半结晶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)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、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结晶热塑性材料。在特定实施例中，例如，半结晶材料可为具有50重量%玻璃的PBT。
仍然参考图8，如在(104)处示出的，方法100包括提供具有第二纤维含量的无定形聚合物材料162。例如，在一个实施例中，无定形聚合物材料162可为无定形聚酯材料，诸如乙二醇改性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)或任何其它合适的无定形聚合物材料。如本文中所使用的，无定形聚合物材料大体上包含具有无规分子链的材料，当聚合物被推动或拉动时，无规分子链可横跨彼此移动。在某些实施例中，PETG可作为与PBT的共混物的部分以纯的方式(即，无纤维)使用。备选地，PETG可本身作为网格材料以玻璃负载的方式(例如，至少约40%的纤维含量，诸如约30%)使用。在另外的实施例中，还可使用PETG的其它变体(诸如PETC或PETT)。
如本文中所描述的无定形热塑性材料大体上包含本质上不可逆的塑性材料或聚合物。例如，无定形热塑性材料在加热到某个温度时典型地变得柔韧或可模制，并在冷却时返回到更刚性的状态。一些示例无定形热塑性材料可大体上包括但不限于苯乙烯、乙烯树脂、纤维素、聚酯、丙烯酸树脂、聚砜和/或酰亚胺。更具体地，示例性无定形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)、PETG、聚碳酸酯、聚醋酸乙烯酯、无定形聚酰胺、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯、聚氨酯或任何其它合适的无定形热塑性材料。这样的可灌注热塑性塑料也可为浇铸的、混炼的、挤出的或拉挤的，并且可包括增强纤维以产生适合于模制或3D打印过程或者与任何其它合适的热塑性塑料共混组合使用的粒料。
另外，本文中提供的某些热塑性树脂(诸如例如PMMA和聚酰胺)可经由VARTM或本领域中已知的其它合适的灌注方法经由灌注浸渍到结构织物中。基于可灌注PMMA的树脂系统的一个示例可为来自Arkema Corporation的Elium®。在这样的实施例中，可灌注热塑性塑料可作为(多种)树脂和催化剂的低粘度混合物灌注到织物/纤维材料中。
另外，在实施例中，半结晶聚合物材料160的第一纤维含量可等于或大于50重量%。此外，在实施例中，第二纤维含量可在从0重量%至小于10重量%的范围内。在特定实施例中，第二纤维含量可等于零。因此，第一纤维含量可大于或等于第二纤维含量。
仍然参考图8，如在(106)处示出的，方法100包括将半结晶聚合物材料160和无定形聚合物材料162共混在一起以形成具有大于10重量%的共混纤维含量的聚合物树脂制剂158。此外，最终共混聚合物树脂制剂158可比半结晶热塑性材料160结晶得更慢。在特定实施例中，例如，通过将每种材料的分立粒料以期望的重量比放入相同的料斗中，可将无定形材料(诸如PETG或APET)与半结晶材料共混。然后，挤出机将材料共混在一起以进行打印。如本文中所使用的，APET可大体上指代PET/PEI的组合，其为可在没有玻璃负载的情况下使用并与PBT共混的慢结晶PET。
此外，在实施例中，聚合物树脂制剂可包括具有约40%高模量E-玻璃和/或少量PBT树脂的PETG。在一个实施例中，PBT树脂可以以优选地小于总树脂含量的约30%的量存在，例如，以避免引起将缩小过程窗口的结晶。在另一个实施例中，聚合物树脂制剂可包括半结晶热塑性塑料和具有非常慢的结晶速率的另一种半结晶热塑性塑料的组合。在这样的实施例中，与在不使用慢结晶半结晶热塑性塑料的情况下的热焊接相比，共混物中的慢结晶热塑性塑料减慢共混物的总体结晶行为，以允许改进的热焊接(聚合物链横跨层边界的缠结或蠕动)。
例如，在一个实施例中，可使用PBT(半结晶热塑性塑料)和APET(无定形PET)或RPET(回收PET)的共混物。APET和RPET是具有较慢结晶速率的半结晶热塑性塑料。因此，对于许多工业用途，APET和RPET被快速模制和冷却以锁定在熔融状态下出现的无定形聚合物结构中。虽然已知APET和RPET单独3D打印并且在3D打印后确实结晶，但它们造成不适合于许多应用的非常脆的结构。然而，通过与另一种相容的热塑性塑料(诸如PBT和更特别地纤维增强的PBT)共混，与PBT或单独玻璃增强的PBT相比，用于3D打印的过程窗口增大。因此，在这样的实施例中，与单独的APET或RPET相比，本文中所描述的聚合物树脂制剂的物理性质得到改进。
在另外的实施例中，可随结晶发生的颜色改变也可用于调节制剂百分比，以向结晶的开始提供适当的延迟。此外，在实施例中，这种颜色改变可用于打印过程的品质控制，以确保先前打印的材料在下一层沉积完成之前没有经历颜色改变。此外，在打印下一层之前，与先前打印的材料的结晶相关联的颜色改变中将存在期望的延迟。优选地，结晶基本上发生在下一层被沉积之后。因此，在实施例中，所使用的APET或RPET可为改性的PET/PEI聚合物，以进一步减慢结晶的速率。
在另一个实施例中，聚合物树脂制剂可被选择和/或调节为用于与蒙皮界面(诸如风力涡轮的转子叶片或任何其它合适的复合结构的蒙皮)热焊接相容。例如，可选择PBT/APET共混物与诸如PETG的用于蒙皮界面的热塑性聚酯膜组合。在另一个示例中，可选择PBT/聚碳酸酯共混物与聚碳酸酯膜组合。在另一个实施例中，可针对与蒙皮界面的焊接相容性并且相对于打印环境的温度选择和/或调节树脂共混物。在又一个实施例中，当在没有利用外壳或就在沉积之前再加热的先前打印材料进行温度控制的打印环境中使用时，可选择在APET中具有较大浓度PEI的PBT/APET共混物与热塑性PETG膜。
另外，在实施例中，如图9中所示出的，方法100还可包括经由干共混或混炼中的至少一种将硅烷偶联剂164与无定形聚合物材料162共混成聚合物共混物。例如，如在图示实施例中示出的，硅烷偶联剂164和无定形聚合物材料162可经由电动混合器166干共混。备选地，硅烷偶联剂164和无定形聚合物材料162可混炼在一起。
如本文中所使用的，硅烷偶联剂大体上包含其分子包含与有机材料和无机材料两者结合的官能团的化合物。因此，本文中所描述的硅烷偶联剂构造成改进复合材料的机械强度和粘合性，并可用于树脂和表面改性。
硅烷偶联剂可为极性的或非极性的。例如，在实施例中，硅烷偶联剂164可具有极性官能度。换句话说，硅烷偶联剂164可包括极性头基团(例如，亲水区)。照此，由硅烷偶联剂164提供的表面官能化通过降低无定形聚合物材料162的干燥速率而产生更大的打印窗口时间。
无定形聚合物材料162的疏水性向亲水性的改性(除了在无定形聚合物材料162的分子链处新并入的化学基团，其诱导无定形聚合物材料162的表面的这种机械和分子改变)可造成在本文中所描述的打印技术期间在Z方向上的改进的性能。
因此，如进一步所示出的，在实施例中，方法100可包括将硅烷偶联剂164和无定形聚合物材料162的共混混合物提供到第一料斗168，第一料斗168可联接到如本文中进一步描述的计算机数字控制(CNC)装置152的挤出机154。照此，在某些实施例中，方法100可进一步包括例如通过第二料斗170将半结晶聚合物材料160添加到硅烷偶联剂164和无定形聚合物材料162的混合物。
在另一个实施例中，方法100可包括在即将逐层打印和沉积聚合物树脂制剂以形成制品之前将硅烷偶联剂164和无定形聚合物材料162的混合物与半结晶聚合物材料160共混。
另外，在一个实施例中，方法100可包括在形成具有最终共混组合物的单个粒料的混炼机处共混半结晶聚合物材料160和无定形聚合物材料162。在这样的实施例中，方法100可包括两个加热循环和两个冷却循环。备选地，方法100可包括将半结晶聚合物材料160和无定形聚合物材料162共混为干共混粒料，在这种情况下，打印机上的挤出机在制剂正在打印时共混聚合物树脂制剂。在这样的实施例中，方法100可进一步包括一个加热循环和一个冷却循环。
因此，本公开的发明人发现，当无定形聚合物材料162向聚合物树脂制剂158的添加量大于50重量%(诸如75重量%)时，在每分钟10℃的冷却下没有观察到明显的结晶。另外，具有至少50重量%的无定形聚合物材料162的聚合物树脂制剂158的结晶区中的结晶度在室温下为约4%(与至少40%的固体半结晶聚合物材料160相比)。
因此，如本文中进一步所描述的，具有增加的纤维含量(相比普通无定形材料)的无定形聚合物树脂制剂158在具有强机械性能和坚固性的结构聚合物零件的3D打印中可为有益的。这种共混方法提供了大的技术灵活性来调整用于打印材料和基底材料的组合物，以实现打印层之间以及打印层和基底之间的最大粘合性。利用现有的通常可用的树脂实现机械性能也是成本有效的。
更具体地，在实施例中，无定形聚合物材料162的重量百分比可大于50%。例如，在一个实施例中，半结晶聚合物材料160与无定形聚合物材料162的重量比为25:75。在另一个实施例中，半结晶聚合物材料160与无定形聚合物材料162的重量比为30:70。在另外的实施例中，半结晶聚合物材料160与无定形聚合物材料162的重量比为20:80。在又一个实施例中，半结晶聚合物材料160与无定形聚合物材料162的重量比为10:90。
本文中所描述的聚合物树脂制剂158的再一些另外的实施例可包括60%至80%的PBT粒料，其中50重量%的玻璃纤维与约20%至约40%的纯PETG共混。因此，在实施例中，本公开的聚合物树脂制剂158大体上包括PBT粒料与玻璃纤维材料加上无定形聚对苯二甲酸乙二醇酯(APET)或RPET(回收PET)共混物的组合，并且甚至更是如此，使用将PEI并入到PET中的APET的慢结晶形式。在这样的实施例中，APET在打印过程期间的无定形行为被充分利用，在结晶后获得更高模量的益处和其它性质益处。
本文中所描述的聚合物树脂制剂158的所有材料都可受到重涂时间/层时间和/或热条件的影响，所述热条件影响正在其上打印的先前打印层的温度。例如，在某些实施例中，用于3D打印具有独特网格设计的独特网格结构的设备和用以缩短重涂时间/层时间以允许更少的冷却和因此更好的层结合的打印技术可使用本文中所描述的聚合物树脂制剂158。换句话说，本公开包括根据过程和网格设计调节网格制剂材料。
此外，应当理解，本文中所描述的聚合物树脂制剂158可能够打印/能够焊接/能够结合到外蒙皮材料(例如，作为示例，其可为PETG膜或基于PETG的蒙皮)。例如，本文中所描述的聚合物树脂制剂158可特别适合于将网格结构直接打印到外蒙皮(例如，转子叶片或任何合适的构件结构的外蒙皮)上，或者与外蒙皮分离并稍后结合到外蒙皮。因此，本公开提供了用于形成制品的系统、过程和相关材料，该系统、过程和相关材料包括灌注热塑性膜(具有大于约70℃的玻璃化转变温度Tg和良好的抗蠕变性)和将具有足够机械性质的网格结构结合到其。此外，用于形成制品的材料也可回收成有用的产品。
在特定实施例中，本文中所描述的(多个)外蒙皮可由具有富含树脂的Elium®表面或具有PMMA膜的Elium®树脂构成，并且可进一步包括固定到其的打印网格结构，该打印网格结构由在适当玻璃负载(例如，从约30重量%至约45重量%)下的回收的Elium®蒙皮构成。再一个实施例可包括具有聚碳酸酯膜的基于Elium®的蒙皮，其包括打印的聚碳酸酯(PC)玻璃纤维网格结构。在这样的实施例中，PC网格结构也可与其它热塑性塑料共混以进一步改进性质，并且一些可为半结晶的(诸如PBT)。在另外的实施例中，还可选择网格结构中的玻璃的量以改进疲劳性能。在实施例中，例如，通过减少玻璃的量，可改进疲劳性能。
特别地，在实施例中，Elium®可与PETG和/或其它热塑性聚酯(诸如PET、PBT等)组合使用。在这样的实施例中，这些组合可被定制和/或改进，以防止Elium®侵蚀形成成品结构的部分的某些膜。此外，某些可灌注树脂系统中的单体可用作溶剂以溶胀和溶解包括许多热塑性塑料的其它材料。虽然一定量的溶胀可有益于促进灌注的热塑性塑料和另一种材料(包括热塑性膜)之间的良好化学结合，但是太多的溶胀或溶剂化可在连续的步骤中改变用于其预期目的的界面层的结构。因此，可选择可灌注热塑性树脂和用来形成膜的材料，使得材料彼此相容(即，可灌注热塑性树脂在灌注或固化过程期间不侵蚀(多个)膜)。
在另外的实施例中，聚合物树脂制剂158的材料可被选择成使得材料可被回收。在这样的实施例中，额外的聚合物树脂制剂以及过程废料可通过研磨材料并将研磨后的材料重新混炼成可模制成新零件的粒料来回收。例如，在一个实施例中，回收的粒料可用于随后的网格打印、注射模制，或者挤出成用于在其它应用中使用的其它零件。
在3D打印期间，层时间或重涂时间可对层到层粘合强度具有显著影响。如本文中所使用的，层时间或重涂时间大体上指代从材料沉积在一个位置中到新材料沉积在另一层中的先前打印材料的顶部上所经过的时间。例如，在实施例中，影响重涂时间的因素可包括当新材料沉积在其上时先前打印材料的温度。当新沉积材料的温度处于挤出温度时，沉积在其上的层处于基于许多因素的降低的温度，这些因素包括例如自沉积以来的时间长度、打印材料周围的环境条件、模具的温度、模具中蒙皮的顶表面的温度以及打印网格的高度(即，远离蒙皮的顶表面的距离)。温度的这种降低影响在层之间扩散的速率，并且因此可对诸如打印网格结构的打印零件的层间强度以及在交叉点或节点处的打印网格连接具有影响。此外，如其中所教导的，本公开包含用于打印网格结构的材料选择，其可改进结构的最终性质。
大体上，在涉及热塑性挤出方法的打印技术中，无定形树脂等级通常是优选的，因为用于这样的树脂的加工窗口典型地大得多，因为材料仅需要比其玻璃化转变温度更热以允许充分的流动。相比之下，在半结晶材料中，材料典型地必须比其熔点更热地被挤出。因此，在半结晶热塑性塑料中，不可流动的固态和可流动的液态之间的温差相对小，而在典型的无定形热塑性塑料中，不可流动的固体和可流动的液体之间的温差较大。以类似的方式，基于其从其第一挤出状态降低的温度，先前打印层中的聚合物链的扩散(也称为蠕动)减少。半结晶热塑性塑料在冷却到低于其熔融温度后结晶时变得更难以扩散，因为聚合物链锁定在它们的晶体结构中。由于无定形热塑性塑料中不发生结晶，故扩散的能力从其挤出温度到其玻璃化转变温度更慢地退化。一个典型的示例是尼龙11和12(聚酰胺)是无定形热塑性塑料，并且在工业中用于基于挤出的3D打印。已知诸如尼龙6和尼龙66的本质上为半结晶的再一些其它尼龙(诸如聚酰胺)更难成功地打印。
因此，本公开包含如下的技术：打印某些半结晶热塑性塑料，而不必求助于成功的打印通常需要的一些打印条件，诸如用于打印网格周围的环境的被加热外壳或被加热过程封套，或者就在新沉积之前重新熔融先前打印的网格。例如，在实施例中，本文中所描述的聚合物树脂制剂158可包括热塑性聚酯树脂家族，其包括例如PETG。这种无定形热塑性塑料易于利用宽加工窗口打印，并且造成坚固的打印零件。当期望额外的刚度时，可添加短纤维增强材料，这可将刚度提高到至多某个水平。随着纤维负载水平的增加，刚度增加，但可引起关于层间强度的问题。当纤维负载增加超过某一水平时，对于给定的应用，层间强度损失可变得不可接受。层间强度的损失的一个原因是在层界面处可用于扩散的树脂的量的减少。因此，对于给定的最小层间强度目标，纤维负载的量可被制约超过该水平，这然后限制了超过该纤维负载水平可获得的刚度。如果在不牺牲强度或显著地改变打印条件或改变设计以减少层时间(并因此减少打印层的冷却时间)的情况下期望处于更高水平的刚度(即，在打印方向上的拉伸模量)，则材料改变是期望的。因此，在另一个实施例中，可使用PBT，其为半结晶热塑性塑料，并且通常用于注射模制应用中。与许多其它塑料相比，PBT可对于高玻璃负载也是高度高效的，并且在市场上以至多55重量%玻璃的玻璃负载可获得。然而，由于其半结晶行为，它难以进行3D打印。因此，本公开还可包括将这两种树脂(即PETG和PBT)共混在一起(通过在打印机的料斗中干共混，或者通过在打印之前混炼共混的粒料，或者通过本领域中已知的任何其它合适的手段)，以便利用比纤维增强的PETG改进的性质，同时减轻与玻璃增强PBT相关联的打印过程风险。
再一个实施例可包括在聚合物树脂制剂158中与APET或RPET共混的PBT。RPET的一个示例可包括来自回收塑料瓶的原材料。虽然呈瓶子形式的APET或RPET被认为是坚韧的材料，但这是因为当瓶子通过快速冷却速率模制时材料的无定形状态被锁定在模制过程中以防止结晶。然而，在3D打印中，冷却速率慢，并且随着时间的推移造成结晶。因此，通过将APET或RPET与玻璃填充的PBT共混，本公开在首先挤出时具有APET的无定形本质的优点。在共混物的挤出/沉积之后，APET减慢总体共混物的结晶的速率，并允许扩散到先前打印层或蒙皮的顶部。因此，在这样的实施例中，玻璃填充的PBT与APET或RPET的共混物在相同的玻璃负载水平下与玻璃增强PETG相比造成更好的打印方向模量，同时还允许合理的过程窗口以实现单独用玻璃填充的PBT不能实现的可接受的层粘合强度。
在额外的实施例中，聚合物树脂制剂158可包括慢结晶等级的APET，其可通过减慢PBT玻璃纤维/APET共混物的结晶速率来进一步加宽过程窗口。在特定实施例中，聚合物树脂制剂158可包括添加到APET的聚间苯二甲酸乙二醇酯(PEI)组分。还可利用再一些另外的组合，并且前面提到的示例并不意味着是限制性的，而是仅出于示例目的而提供的。
在另外的实施例中，聚合物树脂制剂158可包括PBT与50%玻璃粒料(至多约60%至约80%)的共混比，其中其余为纯APET、RPET、PET/PEI或PETG，以及其它共聚物，如聚1,4-环己烷二甲酸-1,4-环己烷甲醇酯(PCCD)。此外，应当理解，本文中所描述的树脂制剂可基于可用来形成转子叶片构件的复合结构的网格设计和期望打印技术来选择，例如，更高性质、更多结晶行为的材料系统可与造成短层时间或重涂时间的网格设计匹配。
从玻璃负载的视角来看，在实施例中，网格结构中的最终量可在约20重量%至约45重量%之间或从约10重量%至约60重量%之间的范围内。在特定实施例中，为了利用PBT GF50和APET共混物获得具有30%玻璃负载的网格结构，聚合物树脂制剂158可包括例如约60重量%的PBT GF50粒料至40重量%的APET粒料。在某些实施例中，可选择网格结构中的玻璃的量以改进疲劳性能。在实施例中，例如，通过减少玻璃的量，可改进疲劳性能。
返回参考图8，如在(108)处示出的，方法100还包括经由CNC装置152逐层打印和沉积聚合物树脂制剂158以形成制品。换句话说，聚合物树脂制剂158可用来3D打印本文中所描述的制品/转子叶片构件以及任何合适的复合构件。如本文中所使用的，3D打印大体上被理解成包含用来合成三维物体的过程，在该过程中，在计算机控制下形成连续的材料层，以产生物体。照此，可根据数字模型数据来生产几乎任何尺寸和/或形状的物体。应当进一步理解，本公开的方法不限于3D打印，而是还可包含多于三个的自由度，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。
例如，如图9中所示出的，图示根据本公开的包括CNC装置152的系统150的一个实施例的透视图。更具体地，如所示出的，CNC装置152可包括一个或多个挤出机154，所述挤出机154可设计成具有任何合适的厚度或宽度，以便逐层分散期望量的聚合物树脂制剂158，以产生具有不同尺寸、高度和/或厚度的本文中所描述的制品。此外，如所示出的，CNC装置152典型地包括床156或支承表面，在那里可打印期望的制品。在某些实施例中，床156可为弯曲的和/或可对应于转子叶片的外蒙皮。因此，如所示出的，在实施例中，第二料斗170可定位成以便将共混聚合物树脂制剂158直接提供到CNC装置152的挤出机154。
现在参考图10，图示根据本公开的用于形成制品的方法200的另一个实施例的流程图。如所提到的，该制品可包括转子叶片壳(压力侧壳、吸力侧壳、后缘节段、前缘节段等)、翼梁帽、抗剪腹板、叶片末梢、叶片根部或任何其它转子叶片构件。大体上，方法200在本文中描述为针对制造上面描述的转子叶片构件而实施。然而，应当意识到，所公开的方法200可用来制造任何其它转子叶片构件以及任何其它制品。另外，尽管出于说明和讨论的目的，图10描绘以特定顺序执行的步骤，但是本文中所描述的方法不限于任何特定顺序或布置。使用本文中提供的公开的本领域技术人员将意识到，方法的多种步骤可以以多种方式省略、重新布置、组合和/或调适。
如在(202)处示出的，方法200包括提供具有第一纤维含量的半结晶聚合物材料160。如在(204)处示出的，方法200包括提供具有第二纤维含量的慢结晶聚合物材料。如在(206)处示出的，方法200包括将半结晶聚合物材料和慢结晶聚合物材料共混在一起，以形成具有大于10重量%的共混纤维含量的聚合物树脂制剂。照此，与如本文中所描述的半结晶聚合物160相比，聚合物树脂制剂造成较慢结晶的聚合物。如在(208)处示出的，方法200包括经由CNC装置逐层打印和沉积聚合物树脂制剂以形成制品。
本书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域中的任何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书限定，并且可包括本领域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书的字面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求书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书的范围内。

Claims (26)

1.一种用于形成制品的系统，所述系统包括：
聚合物树脂制剂，其包括：
半结晶热塑性材料，其具有第一纤维含量；和
无定形热塑性材料，其具有第二纤维含量，所述第一纤维含量大于或等于所述第二纤维含量，
其中，将所述半结晶聚合物材料和所述无定形聚合物材料共混在一起以形成具有大于10重量%的共混纤维含量的所述聚合物树脂制剂，所述聚合物树脂制剂比所述半结晶热塑性材料结晶得更慢；和
计算机数字控制(CNC)装置，其用于逐层打印和沉积所述聚合物树脂制剂以形成所述制品。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述无定形聚合物材料包括无定形热塑性材料和硅烷偶联剂的混合物。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述硅烷偶联剂包括极性官能度。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述无定形聚合物材料的重量百分比大于不包括所述第一纤维含量和所述第二纤维含量的所述聚合物树脂制剂的50%。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一纤维含量等于或大于30%，并且所述第二纤维含量等于或小于30%。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二纤维含量等于零。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述半结晶聚合物材料包括聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚对苯二甲酸环己烷二甲酯(PCT)或聚酰胺(PA)中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述无定形聚合物材料包括热塑性共聚酯、无定形聚对苯二甲酸乙二醇酯(APET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)、热塑性聚氨酯(TPU)中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述无定形聚合物材料包括所述APET，所述APET包含一定量的聚间苯二甲酸乙二醇酯(PEI)。
10. 根据权利要求9所述的系统，其中，所述APET中的PEI的量在约0.5 mol%至约50mol%之间。
11.一种形成制品的方法，所述方法包括：
提供具有第一纤维含量的半结晶聚合物材料；
提供具有第二纤维含量的无定形聚合物材料，所述第一纤维含量大于或等于所述第二纤维含量；
将所述半结晶聚合物材料和所述无定形聚合物材料共混在一起以形成具有大于10重量%的共混纤维含量的聚合物树脂制剂，所述聚合物树脂制剂比所述半结晶热塑性材料结晶得更慢；和
经由计算机数字控制(CNC)装置逐层打印和沉积所述聚合物树脂制剂以形成所述制品。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括经由干共混或混炼中的至少一种将硅烷偶联剂与所述无定形聚合物材料共混。
13. 根据权利要求12所述的方法，进一步包括：
将所述硅烷偶联剂和所述无定形聚合物材料的混合物提供到所述CNC装置的挤出机的第一料斗；和
将所述半结晶聚合物材料添加到所述硅烷偶联剂和所述无定形聚合物材料的所述混合物。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括在即将逐层打印和沉积所述聚合物树脂制剂以形成所述制品之前将所述硅烷偶联剂和所述无定形聚合物材料的所述混合物与所述半结晶聚合物材料共混。
15. 根据权利要求11所述的方法，进一步包括：
在第一时间框架内加热所述共混的半结晶聚合物材料和无定形聚合物材料；和
冷却所述共混的半结晶聚合物材料和无定形聚合物材料以形成所述聚合物树脂制剂。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述无定形聚合物材料的重量百分比大于50%。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一纤维含量等于或大于50重量%，并且所述第二纤维含量在从0重量%至小于10重量%的范围内。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，所述半结晶聚合物材料包括聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)或聚酰胺(PA)。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述无定形聚合物材料包括热塑性共聚酯、无定形聚对苯二甲酸乙二醇酯(APET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)、热塑性聚氨酯(TPU)中的至少一种。
20.根据权利要求11所述的方法，其中，打印和沉积所述聚合物树脂制剂进一步包括：
打印和沉积所述聚合物树脂制剂的多个层，并在已经沉积顶部上的层之后允许所述多个层中的一个或多个结晶。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，打印和沉积所述聚合物树脂制剂进一步包括：
以延迟结晶的方式打印和沉积所述聚合物树脂制剂的多个层，使得打印层不结晶，直到在所述打印层正上方的层被完全沉积，以促进层内结合。
22.根据权利要求11所述的方法，进一步包括基于所述待打印制品内的一个或多个层的已知层时间或重涂时间调节半结晶聚合物材料与所述无定形聚合物材料的比率，以允许足够的层到层结合。
23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括使用多于一种的共混比来形成所述制品，以允许在所述待打印制品内的所述一个或多个层内的不同层时间内的所述足够的层到层结合。
24. 一种制造风力涡轮的转子叶片构件的方法，所述方法包括：
将具有第一纤维含量的半结晶聚合物材料与具有第二纤维含量的无定形聚合物材料共混以形成聚合物树脂制剂，所述第一纤维含量大于或等于所述第二纤维含量，所述聚合物树脂制剂具有大于10重量%的共混纤维含量，所述聚合物树脂制剂比所述半结晶热塑性材料结晶得更慢；和
经由计算机数字控制(CNC)装置逐层打印和沉积所述聚合物树脂制剂以形成所述转子叶片构件。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，逐层打印和沉积所述聚合物树脂制剂以形成所述转子叶片构件进一步包括：
将所述聚合物树脂制剂逐层打印和沉积到至少一个蒙皮层上，以构建网格结构，从而形成所述转子叶片构件。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，所述转子叶片构件包括转子叶片壳、翼梁帽、抗剪腹板、叶片末梢或叶片根部中的至少一个。
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