CN118049053A - 用于制造塔架结构的系统及方法 - Google Patents

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CN118049053A CN202311524403.1A CN202311524403A CN118049053A CN 118049053 A CN118049053 A CN 118049053A CN 202311524403 A CN202311524403 A CN 202311524403A CN 118049053 A CN118049053 A CN 118049053A
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方飙
P·迈耶
G·E·库珀
C·M·谢泼德
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Abstract

一种用于制造塔架结构的方法，该方法包括利用打印头组件的至少一个可变宽度沉积喷嘴打印和沉积塔架结构的至少一个壁元件的一个层或多个层，至少一个壁元件具有外圆周表面和内圆周表面。该方法还包括利用至少一个可变宽度沉积喷嘴将至少一个空隙形成到至少一个壁元件中。该方法还包括将至少一个增强部件放置在至少一个空隙内，以便将至少一个增强部件定位成距至少一个壁元件的中性轴线比距外圆周表面或内圆周表面中的至少一者更近。

Description

用于制造塔架结构的系统及方法
技术领域
本公开总体上涉及塔架结构，并且更具体地涉及用于增材制造诸如用于支承风力涡轮的塔架结构的系统和方法。
背景技术
风电被认为是目前可获得的最清洁最环保的能源之一，并且就此而言，风力涡轮已受到越来越多的关注。现代风力涡轮通常包括塔架、发电机、变速箱、机舱和一个或多个转子叶片。机舱包括联接到变速箱和发电机的转子组件。转子组件和变速箱安装在位于机舱内的台板支承框架上。一个或多个转子叶片使用已知的翼型件原理获得风的动能。转子叶片传送旋转能形式的动能，以便转动将转子叶片联接到变速箱(或如果未使用变速箱，则直接地联接到发电机)的轴。发电机然后将机械能转换为电能，并且电能可传送到容纳在塔架内的转换器和/或变压器，并且随后部署到公用电网。现代风力发电系统通常采取具有多个这样的风力涡轮发电机的风电场的形式，风力涡轮发电机可操作成将功率供应到向电网提供功率的传输系统。
塔架结构并且特别是风力涡轮塔架通常由钢管、预制混凝土区段或其组合构造而成。此外，管和/或混凝土区段通常在现场外形成，运送到现场，并且然后布置在一起以架立塔架。例如，一种制造方法包括形成预铸造混凝土环，将环运送到现场，将环布置在彼此顶部，并且然后将环固定在一起。然而，随着塔架高度的增加，常规的制造方法受到禁止运送直径大于约4至5米的塔架区段的运输法规的限制。因此，某些塔架制造方法包括形成多个弧形节段，并且在现场将这些节段(例如经由螺栓连接和/或焊接)固定在一起以形成塔架的直径。然而，这样的方法需要大量的劳动并且可能费时。
因此，本领域不断寻求新的和改进的用于制造塔架的方法。特别地，本公开针对用于使用自动增材打印装置现场增材制造塔架结构的系统和方法。
发明内容
本发明的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或可从描述中变得显而易见，或可通过本发明的实践而了解。
一方面，本公开针对一种用于制造塔架结构的方法。该方法的实施例包括利用打印头组件的至少一个可变宽度沉积喷嘴打印和沉积塔架结构的至少一个壁元件的一个层或多个层，该至少一个壁元件具有外圆周表面和内圆周表面。该方法的实施例还包括利用至少一个可变宽度沉积喷嘴将至少一个空隙形成到至少一个壁元件中。该方法的实施例还包括将至少一个增强部件放置在至少一个空隙内，以便将该至少一个增强部件定位成距至少一个壁元件的中性轴线比距外圆周表面或内圆周表面中的至少一者更近。
又一方面，本公开针对一种塔架结构，其中，至少一个空隙中的至少一个增强部件将至少一个增强部件定位成距至少一个打印壁元件的中性轴线比距至少一个打印壁元件的外圆周表面或内圆周表面中的至少一者更近。特别地，塔架结构的实施例包括具有至少一个打印壁元件的基部塔架区段，该至少一个打印壁元件具有外圆周表面和内圆周表面。塔架结构的实施例还包括邻近基部塔架区段布置的过渡组件。塔架结构的实施例包括在至少一个打印壁元件的打印和沉积期间形成到至少一个打印壁元件中的至少一个空隙。塔架结构的实施例包括定位在至少一个空隙内的至少一个增强部件，该至少一个增强部件延伸穿过基部塔架区段的至少一部分并且至少部分地穿过过渡组件。
又一方面，本公开针对一种塔架结构，其中，至少一个空隙中的至少一个增强部件将至少一个增强部件放置成距塔架结构的中性轴线比距塔架结构的外圆周表面或内圆周表面中的至少一者更近。特别地，塔架结构的实施例包括彼此相邻布置的至少两个打印壁元件。塔架结构的实施例还包括在至少两个打印壁元件的打印和沉积期间在至少两个打印壁元件之间形成的至少一个空隙。塔架结构的实施例还包括定位在至少一个空隙内的至少一个增强部件。
本发明的这些和其它特征、方面和优点将通过参考以下描述和所附权利要求得到更好的理解。并入并且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同描述用于阐释本发明的原理。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述了针对本领域中普通技术人员的包括其最佳模式的本发明完整并且可行的公开内容，其中：
图1示出了根据本公开的风力涡轮的实施例的透视图；
图2示出了根据本公开的风力涡轮塔架结构的实施例的局部横截面视图；
图3示出了根据本公开的用于打印结构的增材打印装置的实施例的示意图；
图4示出了根据本公开的图3的增材打印装置的某些构件的近视图；
图5示出了根据本公开的增材打印装置的某些构件的实施例的另一个近视图；
图6示出了根据本公开的用于打印结构的增材打印装置的另一个实施例的透视图；
图7示出了根据本公开的图6的增材打印装置的某些构件的侧部透视图；
图8示出了根据本公开的增材打印装置的控制器的实施例的框图；
图9示出了根据本公开的具有过渡组件和至少一个塔架区段的风力涡轮的实施例的局部横截面视图；
图10示出了根据本公开的图10的塔架结构的横截面视图，特别示出了塔架结构的过渡组件；
图11A示出了根据本公开的图10的塔架结构的过渡组件的顶部视图；
图11B示出了根据本公开的图10的塔架结构的过渡组件的增强部件的顶部视图；
图12示出了根据本公开的具有壁元件的塔架区段的实施例的透视图；
图13A示出了图12的塔架区段沿截面线13A-13A的横截面视图，特别示出了根据本公开的塔架区段的壁元件的层；
图13B示出了根据本公开的图12的壁元件的层的简化局部示意图；
图14示出了根据本公开的用于增材制造塔架结构的增材打印装置的打印头组件的实施例的简化示意图；
图15示出了根据本公开的用于增材制造图12的壁元件的层的沉积路径的简化局部顶部视图；
图16示出了根据本公开的用于增材制造塔架结构的增材打印装置的打印头组件的可变宽度沉积喷嘴的实施例的透视图；
图17A示出了根据本公开的在壁元件的内圆周表面上限定至少一个非弓形凹部的壁元件的实施例的顶部视图；
图17B示出了根据本公开的在壁元件的内圆周表面上限定至少一个弓形凹部的壁元件的实施例的顶部视图；
图17C示出了根据本公开的壁元件的实施例的顶部视图，该壁元件在其内圆周表面上限定至少一个弓形凹部，并且在外圆周表面上限定至少一个突出部；
图18A示出了塔架区段的实施例的顶部视图，特别示出了根据本公开的相邻壁元件；
图18B示出了塔架区段的实施例的顶部视图，特别示出了根据本公开的仅单个壁元件；
图19示出了塔架区段的另一个实施例的顶部视图，特别示出了根据本公开的相邻壁元件；
图20示出了根据本公开的用于增材制造塔架区段的具有多个可变宽度沉积喷嘴的增材打印的打印头组件的实施例的顶部视图；以及
图21示出了根据本公开的用于制造塔架结构的方法的实施例的流程图。
本说明书和附图中的参考标号的重复使用旨在表示本发明的相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细参照本公开的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。每一个示例通过阐释本公开的方式提供，而不限制本公开。实际上，对本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可在本公开中进行各种改型和变型。例如，示出或描述为一个实施例的一部分的特征可与另一个实施例一起使用以产生又一个实施例。因此，旨在本公开覆盖归入所附权利要求和其等同物的范围内的这样的改型和变型。
如本文中所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用，以将一个构件与另一个区分开，并且不旨在表示独立构件的位置或重要性。
除非本文中另有说明，否则术语“联接”、“固定”、“附接”等是指直接联接、固定或附接，以及通过一个或多个中间构件或特征的间接联接、固定或附接。
如本文中在说明书和权利要求各处使用的近似语言用于修饰可允许变化而不导致其涉及的基本功能的改变的任何定量表达。因此，由诸如“约”、“大致”和“基本上”的一个或多个术语修饰的值不限于指定的准确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量值的仪器的精度，或用于构造或制造构件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可表示在10％的裕度内。
在这里和在说明书和权利要求各处，范围限制组合和互换，这样的范围被识别且包括包含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另外指出。例如，本文中公开的所有范围都包括端点，并且端点可彼此独立地组合。
总体上，本发明针对一种用于制造结构(诸如用于支承风力涡轮的塔架结构)的增材打印装置和方法。如本文中所用的“增材制造结构”大体上是指使用增材制造、3D打印、喷涂沉积、挤压增材制造、混凝土打印、自动纤维沉积，以及利用计算机数控和多自由度沉积材料的其它技术，使用胶结材料(诸如混凝土和/或其它建筑材料)的连续层(例如打印层)的自动沉积而形成的结构。
如本文中所用的“增材制造”是指用于合成三维物体的过程，其中在计算机控制下形成连续的材料层以创建物体。因而，几乎任何大小和/或形状的物体都可根据数字模型数据而产生。还应该理解，本公开的增材制造方法可涵盖三个自由度以及多于三个的自由度，使得打印技术不仅限于打印堆叠的二维层，而且还能够打印弯曲和/或不规则的形状。
例如，在实施例中，本公开针对一种用于使用可变宽度沉积喷嘴在塔架结构的壁元件的内圆周表面和/或外圆周表面中形成至少一个空隙(例如，通过形成凹部、扇形部、凹槽、凹口等)的方法。因此，塔架结构的壁元件的(多个)空隙的尺寸可确定为具有延伸至壁元件的中线参考曲线之前、直至中线参考曲线或超出中线参考曲线的点的深度。因而，在实施例中，该深度可便于将至少一个增强部件(诸如张紧筋)定位在(多个)空隙内。
通过将(多个)增强部件放置在(多个)空隙内，(多个)增强部件可位于(多个)壁元件的中性轴线处或附近。因此，与当(多个)增强部件从中性轴线移位时可能的情况相比，由壁元件所经历的压缩力跨过壁元件的厚度或宽度更均匀地分布。应当认识到，例如定位在远离中性轴线一定距离处的增强部件，诸如张紧筋，往往会在壁元件内产生力矩。因此，为了对抗该力矩，结合有这样的壁元件的塔架结构需要附加的增强部件和/或结构构件以便获得期望的承载能力。这些附加的要求增加了塔架结构和制造塔架结构的任何方法的成本和/或复杂性。因而，将(多个)增强部件放置在壁元件的中性轴线处或附近会排除和/或减轻上文提到的问题，并且因此可有利于塔架结构的制造。
在另一个实施例中，本发明进一步针对一种用于制造塔架结构的方法，该塔架结构包括壁元件，该壁元件限定(多个)壁元件的内圆周表面和/或外圆周表面中的一个或多个空隙(或单个壁元件的中部的一个或多个空隙)。如所提到的那样，这样的空隙可使用例如打印头组件的可变宽度沉积喷嘴来形成。
在特定实施例中，例如，可变宽度沉积喷嘴可具有固定侧和可变侧，或两个可变侧。因此，在实施例中，例如，可变宽度沉积喷嘴可构造成改变沉积路径的宽度，同时打印头组件保持在固定定向和/或固定径向位置并且遵循固定打印路径。特别地，可变宽度沉积喷嘴可改变或调整沉积路径，例如，改变或调整用于在打印路径的一侧或两侧上沉积材料的距离。沉积喷嘴还可仅在打印路径的一侧上改变或调整用于沉积材料的距离，而沉积喷嘴的另一侧保持固定。此外，在整个打印过程中，可变宽度沉积喷嘴的固定侧可保持固定，并且可变侧可以可变地朝向和远离内圆周表面或外圆周表面对准。此外，可变宽度沉积喷嘴可规定沉积路径的一侧或两侧(例如，壁元件的内圆周表面或外圆周表面)的径向位置，并且甚至将每一侧分开以在单个壁元件中形成空隙。
换句话说，在实施例中，根据本公开的打印头组件和(多个)可变宽度沉积喷嘴可遵循距塔架结构的竖直轴线固定距离处的固定打印路径，但是可变宽度沉积喷嘴可改变沉积覆盖区域的形状、宽度、大小和/或位置。在实施例中，可变宽度沉积喷嘴还可包括数个面板或其它结构，其可铰接、径向移位或侧向滑动，以改变沉积覆盖区域的形状、宽度、大小或位置。例如，通过改变可变宽度沉积喷嘴的结构和/或定向，沉积喷嘴构造成指示沉积覆盖区域和/或总体沉积路径的一侧或两侧的径向位置。以此方式，在可变宽度沉积喷嘴的至少一侧上的胶结材料的流以及总体上的流可引导离竖直轴线(例如，从打印头组件的竖直轴线径向移位)。应当认识到，修改沉积覆盖区域的至少一侧的径向位置而不需要对沉积覆盖区域的另一侧进行对应的修改并且不需要打印头组件远离固定打印路径的径向移动可增加增材打印装置的打印速度和/或流速。
现在参看附图，图1示出了根据本公开的塔架结构500的实施例的透视图。如图1中所描绘，塔架结构500可为风力涡轮1的构件。如图所示，风力涡轮1大体上包括从基座3的顶部上的支承表面2延伸的塔架结构500、安装在塔架结构500上的机舱4，以及联接到机舱4的转子6。转子6包括可旋转毂8和联接到可旋转毂8并且从可旋转毂8向外延伸的至少一个转子叶片10。例如，在所示实施例中，转子6包括三个转子叶片10。然而，在另一个实施例中，转子6可包括多于或少于三个的转子叶片10。每个转子叶片10可围绕可旋转毂8间隔开，以便于旋转转子6，以使动能能够从风转换成可用的机械能，并且随后转换成电能。例如，可旋转毂8可旋转地联接到定位在机舱4内的发电机(未示出)，以允许产生电能。
应当认识到，尽管本文中参考风力涡轮塔架进行论述，但本公开不限于风力涡轮塔架，而是可在具有混凝土构造和/或塔架结构的任何应用中使用。例如，本公开可在住宅、建筑物、建筑物的部分、桥梁、塔架、杆以及混凝土行业的其它方面的增材制造中使用。此外，本文中所述的方法还可应用于制造受益于本文中所述的优点的任何类似结构，例如任何支承塔架或结构，诸如冷却塔、通信塔、桥塔、烟囱、输电塔、观测塔、建筑物、水塔和/或其它类似结构。
现在参看图2，根据实施例更详细地描述图1的风力涡轮1的塔架结构500。具体地，图2示出了塔架结构500的实施例的局部横截面视图。特别地，如图所示，塔架结构500包括至少一个塔架区段501。此外，如图所示，塔架结构500限定大体周向塔架壁20，其具有保持在基部400上的外壁元件22和内壁元件24。在另一个实施例中，周向塔架壁20没有基部400。此外，如所示实施例中所示，周向塔架壁20大体限定空心内部26，其通常用于容纳风力涡轮1的各种构件(例如，功率转换器、变压器等)。此外，在实施例中，本文中所述的塔架结构500可使用增材制造来形成，并且增材制造设备可在处于空心内部26中时接合到内壁元件24并且在内壁元件24上攀爬。
此外，如图所示，塔架结构500可由利用一个或多个增强部件30增强的一种或多种胶结材料形成，增强部件30诸如是长形线缆或线材、螺旋线缆或线材、增强条(也称为钢筋)、网状增强纤维(金属或聚合物)、增强金属环(圆形、椭圆形、螺旋形和其它可能相关的环)和/或联接件。根据实施例，可通过任何合适的供应系统32来提供胶结材料(参见例如图4)。此外，在实施例中，增强部件30可在打印过程期间精确地放置、跟踪、映射和嵌入在胶结材料中。如本文中所用，胶结材料可包括构造成在固化之后结合在一起而形成结构的任何合适的可加工浆料。合适的胶结材料包括例如混凝土、沥青树脂、沥青、地质聚合物、聚合物、水泥、砂浆、胶结组合物或类似的材料或组合物。
根据本公开的实施例，例如，粘合材料、冷接底漆，和/或以C形框架形式的(多个)钢/金属/合金/复合框架或(多个)端帽也可设置在胶结材料与基座3之间、胶结材料与增强部件30之间，或胶结材料的多个层与增强部件30之间。因此，这些材料可进一步有助于材料之间的层间键合，便于预制构件或模板的一体化或使用，或简单地提供美学益处(例如，遮盖塔架结构500中增材制造的胶结材料壁的粗糙边缘)。
如本文中所用的“粘合材料”是指胶结材料，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。包括胶结材料的粘合配方在本文中称为“胶结砂浆”。如本文中所用的“胶结砂浆”是指可与细骨料结合的任何胶结材料。使用波特兰水泥和细骨料制成的胶结砂浆有时也称为“波特兰水泥砂浆”或“OPC”。包括胶结材料和聚合物材料的混合物的粘合配方在本文中称为“聚合物砂浆”。可将任何胶结材料包括在与聚合物材料以及可选的细骨料的混合物中。包括聚合物材料的粘合配方在本文中称为“聚合物粘合剂”。
可在粘合配方中使用的聚合物材料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，聚乙酸乙烯酯(PVA)、乙烯-乙酸乙烯酯(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。某些聚合物材料的特性在ASTMC1059/C1059M-13“用于将新鲜混凝土键合到硬化混凝土的胶乳剂的标准规范(Standard Specification for Latex Agents for Bonding Fresh to HardenedConcrete)”中进行描述。
现在参看图3-5，示出了根据本公开的实施例的增材打印装置40的实施例的各种视图。值得注意的是，图1-2的塔架结构500的全部或部分可使用增材打印装置40经由材料沉积或材料回填来逐层打印或铸造，增材打印装置40可使用任何合适的机构来用于沉积增材材料或一定量的材料(诸如胶结材料)的层，以形成塔架结构500。特别地，如图所示，增材打印装置40包括一个或多个打印头42，其具有例如用于打印和沉积材料的一个或多个沉积喷嘴44。此外，在实施例中，打印头42由控制器200(参见例如图8)控制以形成在控制器处理器内编程的对象(诸如CAD文件；本文中详细描述)。因此，在实施例中，打印头42的沉积喷嘴44可独立地或同时地移动以打印塔架结构500的各层。
增材打印装置40还可包括竖直支承结构50，其大体上构造成用于在打印过程期间将打印头42中的一个或多个悬置在基座3上方。就此而言，竖直支承结构50可基本上沿竖直方向V延伸到至少部分地在塔架结构500的顶部52上方的位置。
此外，如图所示，竖直支承结构50可包括多个支承塔架54和在支承塔架54中的至少两个之间延伸的一个或多个龙门架梁56。尽管在图3-5中示出了两个支承塔架54和单个龙门架梁56，但是应当认识到，根据备选实施例可使用任何合适数量和位置的支承塔架54。另外，支承塔架54和龙门架梁56示出为桁架状结构(例如，类似于塔式起重机)，但是根据备选实施例可以任何其它合适的方式形成或具有任何其它构造。
另外，尽管将竖直支承结构50示出为定位在塔架结构500的外侧上，但是应当认识到，根据备选实施例，竖直支承结构50可定位在塔架结构500的内侧。根据其它实施例，竖直支承结构50可包括定位在塔架结构500的内侧和外侧两者的支承塔架54。另外，可使用任何其它合适的系统或机构将增材打印装置40悬挂在竖直支承结构50上。
值得注意的是，在增材打印过程期间，塔架结构500沿竖直方向V逐层升高构建。因此，竖直支承结构50可为可扩展的支承结构，其可随着塔架结构500的高度而升高。就此而言，竖直支承结构50可由沿竖直方向V彼此相邻定位并且连结以形成刚性竖直支承结构50的多个堆叠节段60(例如参见图3)形成。因此，当建造塔架结构500时，可将附加节段62添加至堆叠节段60以升高竖直支承结构50的总体高度。
具体参看图3，附加节段62可使用例如顶升系统64与堆叠节段60组合以升高竖直支承结构50。大体上，如图所示，顶升系统64可靠近基座3定位并且构造用于升高竖直支承结构50(例如包括堆叠节段60和龙门架梁56)并且插入附加节段62。具体地，单独的顶升系统64可定位在每个支承塔架54的底部处。
根据实施例，顶升系统64可包括定位在堆叠节段60的底部处的顶升框架66和顶升机构68。本文中所述顶升机构68大体上可为用于升高竖直支承结构50的任何合适的液压地、气动地或其它机械地致动的系统。因此，当需要添加附加节段62时，专用的顶升机构68同时升高支承塔架54中的每一个，使得可插入附加节段62。具体地，当附加节段62定位在最下面的堆叠节段60下方时，顶升框架66可支承竖直支承结构50的重量。附加节段62使用任何合适的机械紧固件、焊接等连结到堆叠节段60。可根据需要重复此过程，以升高竖直支承结构50的总高度。
在某些情况下，可能期望保护塔架结构500和增材打印装置40的构件免受它们在其中使用的外部环境。在这样的实施例中，如图4中所示，塔架盖70大体上可为围绕竖直支承结构50定位的任何合适的材料。例如，塔架盖70可为披覆在竖直支承结构50上方或附接到竖直支承结构(例如，在支承塔架54和/或龙门架梁56上方)的织物状材料。
如上文提到的那样，竖直支承结构50大体上构造用于支承打印头42中的一个或多个和/或便于形成塔架结构500的其它模块。具体参看图3至图5，增材打印装置40可进一步包括一个或多个支承部件，诸如支承环80，其悬挂在竖直支承结构50上，或更具体地在塔架结构500上方悬挂在龙门架梁56上。例如，如图所示，支承环80使用竖直定位机构82安装到龙门架梁56。大体上，竖直定位机构82构造成用于调整在龙门架梁56与支承环80的顶部之间沿竖直方向V测量的高度或竖直距离84。例如，竖直定位机构82可包括在龙门架梁56与支承环80之间延伸的一个或多个液压致动器86，其用于当塔架结构500逐层构建时沿竖直方向V移动支承环80和打印头42。
如图所示，液压致动器86构造用于调整竖直距离84以将打印头42的沉积喷嘴44精确地定位在塔架结构500的顶部52的正上方。以此方式，可精确地控制增材打印过程。然而，应当认识到，根据备选实施例，可以以任何其它合适的方式调整打印头42的竖直运动。例如，根据实施例，支承环80可刚性地固定到龙门架梁56，而支承环80和/或打印头42用于便于竖直运动以精确地定位沉积喷嘴44。例如，打印头42可使用竖直轨道和定位机构可滑动地安装到支承环80，以调整相对于支承环80和塔架结构500的竖直位置。
如图4和图5中最佳所示，例如，(多个)打印头42可移动地联接到支承环80，使得沉积喷嘴44可围绕塔架结构500的周边沉积胶结材料，而支承环80相对于龙门架梁56保持旋转固定。就此而言，例如，驱动机构100可将(多个)打印头42可操作地联接到支承环80，使得(多个)打印头42可构造用于围绕支承环80的周边102移动(例如，大约沿周向方向C)，同时选择性地沉积胶结材料。下面描述并在附图中示出了驱动机构100的实施例，但是应当认识到，其它驱动机构也可考虑，并且在本公开的范围内。
根据所示实施例，驱动机构100可包括可旋转地安装到打印头42的驱动齿轮106。驱动齿轮106构造成与定位在支承环80上的环形齿轮104接合。具体地，如图所示，环形齿轮104限定在支承环80的底部108上。因此，当(多个)打印头42安装在支承环80的底部108上时，驱动齿轮106接合环形齿轮104。驱动机构100可进一步包括驱动马达110，该驱动马达机械地联接到驱动齿轮106，以选择性地旋转驱动齿轮106以围绕支承环80的周边102移动(多个)打印头42。以此方式，支承环80可保持静止，而(多个)打印头42围绕支承环80移动，同时沉积胶结材料以形成塔架结构500的横截面层。
尽管驱动机构100本文中示出为使用驱动齿轮106和环形齿轮104的齿条和小齿轮传动布置结构，但是应当认识到，根据备选实施例，可使用任何其它合适的驱动机构100。例如，驱动机构100可包括磁性驱动系统、带驱动系统、摩擦辊驱动系统，或在(多个)打印头42与支承环80之间的允许并且便于两者之间的选择性运动的任何其它机械联接。
另外，在实施例中，支承环80可大体上具有与塔架结构500的直径基本相等的直径。然而，可能期望打印具有非固定直径或渐缩轮廓的塔架结构500。另外，例如，如图5中所示，塔架结构500可包括沿径向方向R与内塔架壁122间隔开的外塔架壁120。例如，可打印外塔架壁120以限定用于接收浇注混凝土的模具，例如，以缩短打印时间和总建造时间。
因此，如图5中所示，增材打印装置40可包括多个同心支承环80，以及用于同时打印外塔架壁120和内塔架壁122中的每一个的打印头42。具体地，如图所示，外支承环124可定位在外塔架壁120上方，并且具有与外塔架壁120基本相等的直径。类似地，内支承环126可定位在内塔架壁122上方，并且具有与内塔架壁122基本相等的直径。根据该实施例，外支承环124和内支承环126中的每一个可分别包括专用的打印头42和/或便于外塔架壁120和内塔架壁122的打印过程的其它模块。
再次参看图4，(多个)打印头42可包括用于调整(多个)打印头42上的沉积喷嘴44的位置的机构。例如，(多个)打印头42可包括径向调整机构130，该径向调整机构构造用于使沉积喷嘴44沿径向方向R移动。具体地，根据所示实施例，径向调整机构130包括安装到打印头42的底部134的滑轨132。滑轨132大体上沿径向方向延伸，并且构造用于可滑动地接收沉积喷嘴44。
径向调整机构130进一步可包括致动机构136，该致动机构使沉积喷嘴44在滑轨132内沿径向方向R移动。例如，致动机构136可包括用于在滑轨132内移动沉积喷嘴44的任何合适的致动器或定位机构。就此而言，例如，致动机构136可包括多个线性致动器、伺服马达、履带输送机系统、齿条和小齿轮机构、滚珠丝杠线性滑块等中的一个或多个。
仍然参看图4和图5，增材打印装置40可包括任何其它合适数量的子系统或模块，以便于和改进打印过程或改进塔架结构500的整饰。例如，如图4中所示，增材打印装置40可包括增强模块140，该增强模块可以可移动地联接到支承环80，并且构造用于将一个或多个增强部件142至少部分地嵌入在塔架结构500内。例如，这样的(多个)增强部件142可与本文中所述的(多个)增强部件30同义，并且因此可包括长形线缆或线材、螺旋线缆或线材、增强条(也称为钢筋)、网状增强纤维(金属或聚合物)、增强金属环(圆形、椭圆形、螺旋形和可能相关的其它)和/或联接件。就此而言，例如，增强模块140可与(多个)打印头42相似，因为增强模块140接合支承环80并且可在沉积增强部件142的同时围绕支承环80的周边102移动。
因此，如图2中所示，增强模块140可构造成将一个或多个增强部件142至少部分地嵌入在塔架结构500的一个或多个部分内。就此而言，增强模块140构造成将增强部件142至少部分地定位在塔架结构500内。应当理解，这样的增强部件142可沿塔架结构500的整个高度延伸(例如，如图2中所示)或仅沿塔架高度的一部分延伸。
类似地，仍然参看图3和图4，例如，增材打装置40也可构造成经由可移动地联接到支承环80并构造用于沉积回填材料和/或如本文中所述的任何其它数量的材料的机构来供应回填材料。就此而言，例如，这样的机构可类似于(多个)打印头42和/或增强模块140，因为其接合支承环80，并且可在沉积回填材料的同时围绕支承环80的周边102移动。例如，根据实施例，本文中所述的回填材料可包括任何合适的可加工浆料，其构造成在固化后粘合在一起以形成结构。例如，合适的材料包括混凝土、沥青树脂、沥青、粘土、水泥、砂浆、胶结组合物、地质聚合物材料、聚合物材料或类似的材料或组合物。例如，用于铸造的其它合适的材料包括钢、铝和其它合金、组合物和材料。
现在参看图6和图7，示出了用于形成塔架结构的塔架区段的增材打印装置的另一个实施例的各种视图，特别地，示出了用于形成塔架结构500的塔架区段501的增材打印装置300。如图所示，塔架区段501可通过利用增材打印装置300的打印头组件302沉积壁502的一个层或多个层来形成。在实施例中，如图所示，壁502可环绕或至少部分环绕塔架结构500的竖直轴线(VA)。每个壁502例如可为轴向对准布置以形成塔架结构500的多个打印层中的一个。另外，如本文中所述，塔架结构500可使用至少一种胶结材料形成。
如图6中所示的塔架结构500的部分俯视视图描绘的那样，在实施例中，壁502可具有外圆周表面508。外圆周表面508可具有距竖直轴线(VA)的最大径向距离。外圆周表面508例如可为大体圆形的并且环绕竖直轴线(VA)。
在实施例中，壁502可具有内圆周表面510。内圆周表面510可具有距竖直轴线的最小径向距离。内圆周表面510例如可为大体圆形的，并且环绕竖直轴线。此外，如图所示，图6示出了可定位于第一打印层512上的增强部件514的实施例。
因此，图6示出了在将增强部件514放置和/或定位在第一打印层512上之后形成塔架结构500的过程。图6还示出了第二打印层516的一部分在沉积覆盖区域336处经由增材打印装置300的打印头组件302的打印头318沉积在增强部件514上。本文中参照图14和图16更详细地描述增材打印装置300。
如图6和图7中具体描绘的那样，在实施例中，可为塔架结构500的每一层限定中线参考曲线(CM)。中线参考曲线(CM)可在外圆周表面508与内圆周表面510之间等距。因此，中线参考曲线(CM)可至少部分地环绕竖直轴线(VA)。应当认识到，中线参考曲线(CM)在本文中也可称为中性轴线。
仍然参看图6，在实施例中，增材打印装置300还可包括支承结构304。支承结构304可沿大体竖直方向(V)从地面和/或从支承表面2延伸。在实施例中，支承结构304可包括至少一个竖直支承构件306。如描绘的那样，在实施例中，(多个)竖直支承构件306可位于塔架结构500的径向外部。然而，在附加实施例中，(多个)竖直支承构件306可位于壁502的径向内部或支承在壁上面和上方(例如，如图3-5的实施例中所示)。
在实施例中，(多个)竖直支承构件306可支承水平支承构件308。在实施例中，(多个)竖直支承构件306和水平支承构件308可为桁架状结构。然而，根据备选实施例，(多个)竖直支承构件306和水平支承构件308可以其它合适的方式形成或具有任何其它构造。在实施例中，水平支承构件308可围绕(多个)竖直支承构件306旋转。在附加实施例中，水平支承构件308可以可移动地联接到(多个)竖直支承构件306，以便允许水平支承构件308沿竖直方向(V)移动。
如图7中具体描绘的那样，在实施例中，(多个)竖直支承构件306可构造成具有在塔架结构500的制造期间与塔架结构500同步增加的高度。在这样的实施例中，附加节段可使用顶升系统(例如，类似于图3-5的实施例中所示的系统)与(多个)竖直支承构件306组合以升高竖直支承结构。大体上，顶升系统可定位在支承表面2附近，并且可构造用于升高(多个)竖直支承构件306并且插入附加节段。
支承结构304可构造成支承可移动地联接到其上的至少一个支承臂310。(多个)支承臂310可构造成将增材打印装置300的至少一个构件定位成邻近塔架结构500。(多个)支承臂310还可构造成将功率、空气、胶结材料、成型材料或其它资源输送到受支承的构件。在实施例中，(多个)支承臂310和/或增材打印装置300还可配备有至少一个光学传感器，其用于检测(多个)支承臂310和/或增材打印装置300相对于塔架结构500的位置。
增材打印装置300可包括由支承结构304支承的打印头组件302。打印头组件302以及因此打印头318可通过水平支承构件308和/或(多个)支承臂310中的至少一者定位在支承表面2或壁502的前面层上方。此外，打印头318可由控制器(诸如控制器200)控制，并且可构造成在塔架结构500的增材打印期间引导和/或成形胶结材料流。
现在参看图8，示出了根据本公开的可控制增材打印装置40,300的控制器200的合适构件的实施例的示意图。例如，如图所示，控制器200可包括一个或多个处理器202和相关联的(多个)存储器装置204，其配置成执行多种计算机实施的功能(例如，执行方法、步骤、计算等，以及储存如本文中公开的相关数据)。在实施例中，处理器202可配置为计算高级控制算法并与各种以太网或基于串行的协议(Modbus、OPC、CAN等)通信。另外，控制器200还可包括通信模块206，以便于控制器200与增材打印装置40,300的各个构件之间的通信。此外，通信模块206可包括传感器接口208(例如，一个或多个模数转换器)，以允许将从一个或多个传感器传送的信号转换成可由处理器202理解和处理的信号。应当认识到，(多个)传感器可使用任何合适的手段(诸如有线或无线连接)通信地联接到通信模块206。另外，通信模块206还可以可操作地联接到增材打印装置40,300的构件，以便协调塔架结构500的形成。
如本文中所用，术语“处理器”不仅指本领域中称为包括在计算机中的集成电路，还指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路。另外，(多个)存储器装置204可大体上包括存储器元件，包括但不限于，计算机可读介质(例如，随机存储存储器(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)、数字多功能盘(DVD)和/或其它适合的存储器元件。这样的(多个)存储器装置204大体上可配置为存储适当的计算机可读指令，当由(多个)处理器202实施时，该指令配置控制器200以执行各种功能，包括但不限于制造如本文中所述的塔架结构，以及各种其它合适的计算机实施的功能。
现在参看图9-10，示出了根据本公开的风力涡轮1的混合塔架结构500的实施例的各种视图。图9示出了根据本公开的具有塔架结构500的风力涡轮1的透视图，该塔架结构具有如横截面中所示的过渡组件410。图10示出了根据本公开的塔架结构500在过渡组件410处的局部横截面视图。此外，如图9中所示，塔架结构500包括可如本文中所述增材制造的下塔架区段12和使用常规手段形成的上塔架区段14。例如，在实施例中，上塔架区段14可为钢制圆柱形或格架结构，或也可为增材制造的。上塔架区段14a还包括构造为过渡组件410的基部400，并且上塔架区段12堆叠在下塔架区段14的顶部。在另一个实施例中，过渡组件410与上塔架区段12分离(即，上塔架区段12不具有基部400)，并且过渡组件410作为与上塔架区段12分离的构件，将上塔架区段14连接到下塔架区段12。在任一实施例中，过渡组件410以有效管理和分配传递到下塔架区段12的负载和力、特别是压缩力和结构负载的方式与下塔架区段14连接。
特别地，如图9、图10、图11A和图11B中所示，过渡组件410可包括壁构件438和一个或多个增强元件458。例如，增强元件458中的一个或多个可布置在相邻堆叠的塔架节段之间，特别是布置在下塔架区段12与上塔架区段14之间。更具体地，图11A示出了根据本公开的过渡组件410的顶部视图。因此，如图所示，过渡组件410的壁构件438可限定一个或多个外通道474a和一个或多个内通道476a。图11B示出了根据本公开的过渡组件410的增强元件458的实施例的顶部视图。
在实施例中，例如，如图10、图11A和图11B中所示，一个或多个增强元件458可为板部件460。更具体地，如图11B中所示，板部件460可具有一个或多个外通道474b和一个或多个内通道476b，它们与过渡组件410的壁构件438的外通道474a和内通道476a对应或对准。在其它实施例中，如图10中所示，增强元件458可包括一个或多个增强条或筋466,467，其可构造为外部张紧筋466和内部张紧筋467。仍然参看图9-11B，板部件460可定位在壁构件438与上塔架区段14之间，使得过渡组件410的外通道474a和内通道476a与增强元件458的外通道474b和内通道474b对准。
因此，在这样的实施例中，外部张紧筋466和内部张紧筋467可分别延伸穿过壁构件438的外通道474和内通道476，和/或穿过过渡组件410的增强元件458。本文中限定的通道可为例如通孔。此外，如图9和图10中所示，外部张紧筋466和内部张紧筋467可经由一个或多个紧固件450锚固到壁构件438并且锚固到支承表面2。因此，在实施例中，内部张紧筋467延伸穿过内通道476，并且然后在下塔架区段12的凹部(本文中详细描述)内延伸，并且在塔架结构500内侧的位置处锚固到支承表面2。
现在参看图12-15，示出了风力涡轮的塔架结构的塔架区段和用于形成该塔架区段的增材打印装置的实施例的各种视图。图12示出了根据本公开的具有由一个或多个打印层形成的壁元件602的下塔架区段12的实施例的透视图。图13A示出了根据本公开的下塔架区段12沿截面线13A-13A的横截面视图，特别示出了壁元件602的层和增强部件608。图13B示出了根据本公开的壁元件602的另一层的实施例的简化局部视图。图14示出了根据本公开的增材打印装置300的打印头组件302的实施例的简化示意图。图15示出了根据本公开的增材打印装置300的沉积路径346的简化局部视图。
更具体地，在所示实施例中，如图12和图13A中所示，壁元件602环绕塔架结构500的竖直轴线(VA)。此外，在实施例中，壁元件602大体上具有外圆周表面610和内圆周表面612并且限定空心内部604。此外，如图所示，塔架结构500的每一层均具有外参考曲线(CO)和内参考曲线(CI)。外参考曲线(CO)与外圆周表面610的具有距竖直轴线(VA)最大径向距离的部分相切。在实施例中，外参考曲线(CO)可为大体圆形的并且可环绕竖直轴线(VA)，并且径向距离可为沿径向方向(R)的距离(参见例如图14)。此外，内参考曲线(CI)与内圆周表面612的具有距竖直轴线(VA)最小径向距离的部分相切。在实施例中，内参考曲线(CI)也可为大体圆形的并且环绕竖直轴线(VA)。
此外，如图所示，塔架结构500的每一层还具有中线参考曲线(CM)。中线参考曲线(CM)与该层的外参考曲线(CO)与内参考曲线(CI)之间等距。在实施例中，中线参考曲线(CM)可为大体圆形的，以环绕竖直轴线(VA)。在所示实施例中，中线参考曲线(CM)在本文中大体上称为中性轴线。例如，如果来自增强部件608(例如，张紧筋466,467)的力施加在中线参考曲线(CM)处，则所产生的压缩负载将不会在壁元件内生成不平衡力矩602。换句话说，当增强部件定位在壁元件602的中性轴线处或附近时，由增强部件608跨壁元件602径向产生的负载更接近平衡。在所示实施例中，中性轴线恰好对应于中线参考曲线(CM)。在另一个实施例中，壁元件602的横截面中的任意一点处的中线参考曲线(CM)和/或中性轴线可位于与图12-13和图15中所示的位置不同的位置处。
仍然参看图12-15，特别是图13A和图13B，壁元件602可限定至少一个凹部614，以便便于将(多个)增强部件608定位在中性轴线处或附近。在这样的实施例中，(多个)凹部614具有沿外参考曲线(CO)定位的至少一个周向开口616。(多个)凹部614还可具有沿内参考曲线(CI)定位的至少一个周向开口616。在某些实施例中，例如，(多个)增强部件608在中线参考曲线(CM)处完全放置在(多个)凹部614内。
特别如图13A所示，(多个)凹部614可具有沿径向方向延伸的深度(D)。深度(D)与中线参考曲线(CM)相交。例如，深度(D)从内参考曲线(CI)径向向外延伸。在这样的实施例中，深度(D)具有距竖直轴线(VA)的最大径向距离，该最大径向距离大于竖直轴线(VA)与中线参考曲线(CM)之间的径向距离。在另一个实施例中，深度(D)可从外参考曲线(CO)径向向内延伸。在这样的实施例中，深度(D)可具有距竖直轴线(VA)的最小径向距离，该最小径向距离小于竖直轴线(VA)与中线参考曲线(CM)之间的径向距离。
返回到图13A，壁元件602可包括第一多个凹部620和第二多个凹部624。特别地，如图所示，第一多个凹部620围绕竖直轴线(VA)周向分布。第一多个凹部620包括沿外参考曲线(CO)等距分布的十二个凹部614。第一多个凹部620围绕外参考曲线(CO)分布，并且每个凹部614的深度(D)沿径向方向延伸至中线参考曲线(CM)内部和内参考曲线(CI)外部的点。此外，如图所示，第二多个凹部624围绕竖直轴线(VA)周向分布。此外，如图所示，第二多个凹部624可从第一多个凹部620周向偏移，并且第二多个凹部624相对于第一多个凹部620的周向偏移将壁元件602限定为包围竖直轴线(VA)的连续起伏形式。在另一个实施例中，壁元件602包括第一多个凹部620或第二多个凹部624。在另一个实施例中，内圆周表面612和外圆周表面610之间的距离(例如宽度(W))对于一个层或多个层可变化。
仍然参看图12-15，至少一个增强部件608可位于凹部中的一个或多个中，诸如第一多个凹部620和/或第二多个凹部624中的一个或多个。在实施例中，如图所示，增强部件608可定位成邻近壁元件602的中性轴线(即，中线参考曲线(CM))或与其成一直线。另外，增强部件608中的一个或多个可定位在大体上平行于竖直轴线(VA)的平面(P)上。
如图14中特别所示，塔架结构500至少部分地经由增材打印装置300增材制造。值得注意的是，塔架结构500的全部或部分，特别是壁元件602，可使用增材打印装置300逐层打印。增材打印装置300包括具有限定打印头轴线(PA)的打印头318的打印头组件302。此外，如图所示，打印头318具有动态沉积喷嘴324，其限定沉积孔口326作为材料从打印头318的挤出点。
更具体地，如图所示，打印头318可包括至少部分地定位在沉积喷嘴324内的可平移流动引导元件328。此外，在图14和图15的所示实施例中，动态沉积喷嘴324可沿沉积覆盖区域336(图14)和沉积路径346(图15)打印和沉积材料。在这样的实施例中，沉积覆盖区域336可在打印和沉积期间保持不变，而沉积路径346可改变。
例如，仍参看图14，可平移流动引导元件328构造成改变沉积喷嘴324的形状，以便改变沉积路径346。例如，如图15中所示，当沉积喷嘴324的形状未改变时，通过沉积喷嘴324的材料流可遵循标称打印路径(PP)。然而，在实施例中，可平移流动引导元件328可改变沉积喷嘴324的形状，并且因此改变沉积覆盖区域336的位置，以导致沉积路径346。以此方式，即使打印头组件302保持在定位在标称打印路径(PP)上方并且与标称打印路径(PP)对准的其固定定向(例如，正交于打印头轴线(PA))，材料的流动也偏离标称打印路径(PP)。应当认识到，在实施例中，可平移流动引导元件328可与沉积喷嘴324一体地形成。
返回到图14的所示实施例，可平移流动引导元件328可包括用于调整来自沉积喷嘴324的材料流的多个可移动面板330。在这样的实施例中，多个面板330中的每一个都包括固定部分332和可移动地联接到固定部分332的至少一个可移动部分334。铰链、枢轴和/或柔性部分可设置在每个固定部分332与设置在其之间的对应的(多个)可移动部分334之间。
此外，如图所示，可平移流动引导元件328的多个面板330可包括定位在中线参考曲线(CM)径向外部的外翼片342。另外，多个面板330包括位于中线参考曲线(CM)径向内部的内翼片344。在实施例中，内面板344和外面板342的定位可同步。如本文中所用，术语“面板”大体上是指板状结构，诸如板、导叶、可膨胀元件、双金属条和/或构造成经由改变沉积喷嘴324的内部形状来引导材料沉积的其它类似结构。在另一个实施例中，多个面板330可由金属、塑料和/或复合材料形成。
更具体地，并且仍然参看图14，调整内面板344和外面板342中的至少一者以在沿沉积路径346的第一位置处相对于沿沉积路径346的第二位置产生沉积覆盖区域336的位置变化。在此实施例中，可影响正在沉积的材料的流速以确保沉积覆盖区域336的材料的体积沿沉积路径346的整体具有恒定的大小。通过影响沉积的材料的流速，每个沉积覆盖区域336的材料的体积可具有恒定的大小，而与沉积路径346的横截面积无关。
现在参看图16，示出了根据本公开的增材打印装置300的实施例的透视图，该增材打印装置具有打印头组件302，该打印头组件具有形成壁元件602的一部分的可变宽度沉积喷嘴724。值得注意的是，壁元件602经由增材打印装置300的可变宽度沉积喷嘴724来打印和沉积。增材打印装置300包括具有打印头318的打印头组件302，打印头318限定平行于竖直轴线(VA)的打印头轴线(PA)。此外，如图所示，可变宽度沉积喷嘴724可具有与其一体形成的可平移流动引导元件728。
更具体地，在图16的所示实施例中，可平移流动引导元件728限定沉积孔口726。沉积孔口726的形状以及因此沉积覆盖区域736的形状可经由对可平移流动引导元件728的调整来调整，从而导致沉积路径746的形状的变化。
仍然参看图16，可平移流动引导元件728构造成调整可变宽度沉积喷嘴724的宽度，以便改变沉积覆盖区域736和沉积路径746的形状，而无需可变宽度沉积喷嘴724转移而失去与打印路径(PP)的对准。例如，当可平移流动引导元件728的宽度不变时，沉积覆盖区域736可为第一形状，并且当可平移流动引导元件728改变时，沉积覆盖区域736可为不同的第二形状(例如，具有减小的宽度)。然而，在图16的所示实施例中，可平移流动引导元件728可改变以改变沉积覆盖区域736的宽度，并且改变沉积孔口726的定向，这导致沉积路径746的位置的改变，而无需可变宽度沉积喷嘴724转移而失去与打印路径(PP)的对准。
更具体地，在图16的所示实施例中，可平移流动引导元件728可包括一个或多个可调整侧壁730。在这样的实施例中，如图所示，一个或多个侧壁730可包括外侧壁732和内侧壁734。
此外，如图所示，外侧壁732可定位在中线参考曲线(CM)的径向外部处，而内侧壁734可定位在中线参考曲线(CM)的径向内部处。此外，在实施例中，内侧壁或外侧壁中的一个或多个可为固定的，并且内侧壁和外侧壁中的一个或多个可为可移动的。因而，在实施例中，内侧壁732和外侧壁734的定位可同步。在另一个实施例中，内侧壁734或其一部分可调整，并且外侧壁732可保持固定。外侧壁732或其一部分可调整，并且内侧壁734可保持固定。
仍参看图16，可调整内侧壁732和外侧壁734中的至少一者以改变沉积路径746的形状，例如以在沿沉积路径746的第一位置处相对于沿沉积路径746的第二位置产生沉积覆盖区域736的宽度(W)的偏差。宽度(W)是内圆周表面612与外圆周表面610之间的距离。应当认识到，沉积覆盖区域736的宽度(W)的偏差允许在壁元件602的外圆周表面610和/或内圆周表面612中形成至少一个凹部614。
在另一个实施例中，凹部614的尺寸可设定成具有延伸至壁元件602的中线参考曲线(CM)之前、直至中线参考曲线或超出中线参考曲线的点的深度，并且该深度可便于将增强部件的至少一部分(诸如张紧筋)定位在凹部614内(图13A)。通过将增强部件的至少一部分放置在凹部614内，增强部件可位于壁元件602的中性轴线处或附近(对于所示实施例，中性轴线沿CM)。因此，与当增强部件从中性轴线移位时可能的情况相比，由塔架结构500的壁元件602所经历的压缩力跨过壁元件602的宽度(W)可能更均匀地分布。
此外，并且特别如图17A-17C中所示，使用本文中所述的可变宽度沉积喷嘴724形成的壁元件602可具有任何合适的构造。例如，图17A示出了其中形成有多个凹部614的壁元件602的层的实施例的顶部视图，其中，每个凹部具有大体非弓形形状670。图17B示出了其中形成有多个凹部614的壁元件602的层的另一实施例的顶部视图，其中，每个凹部614具有大体弓形或弯曲形状680。图17C示出了又一个实施例的顶部视图，壁元件602的层具有形成在内圆周表面612上的多个凹部614，其中，外圆周表面610还具有形成在其上并与多个凹部614对准的多个突出部690。图17C的实施例还可转换，使得多个凹部614位于外圆周表面610上并且突出部位于内圆周表面612上。
现在分别参看图18A、图18B和图19，示出了根据本公开使用增材制造形成的风力涡轮的塔架结构的塔架区段的其它实施例。特别地，如图18A和图19中所示，塔架区段是具有至少两个壁元件(即外壁元件602a和内壁元件602b)的多壁塔架结构(分别标记为812a和912)。相比之下，图18B示出了单壁塔架区段812b。
在图18A的所示实施例中，外壁元件602a和内壁元件602b各自限定具有周向开口616a,616b(例如，由弯曲形状680限定的扇贝形特征)的多个凹部614。这允许在周向开口616a和周向开口616b的接合处，在外壁元件602a与内壁元件602b之间形成凹部614(例如，中心空隙，每个都由弯曲形状680限定)。在这样的实施例中，增强部件608可完全放置在限定中心空隙的凹部614内。
此外，在图18A的所示实施例中，通过将增强部件608放置在凹部614内，增强部件608可位于中线参考曲线(CM)处或附近，并且因此位于塔架区段812a的中性轴线处或附近。因此，与当增强部件608从中性轴线移位时可能的情况相比，由塔架区段812a的壁元件602a,602b所经历的压缩力跨过外壁元件602a和内壁元件602b中的每一个更均匀地分布。图18B具有类似的构造，但由单个壁元件而不是多个壁元件形成。
特别参看图19，外壁元件602a和内壁元件602b各自限定多个凹部614，类似于图18A的实施例。另外，如图所示，图19的塔架区段912包括在塔架区段912的内圆周表面610和外圆周表面612上的多个突出部690。
现在参看图20，示出了图19的塔架区段912的实施例，其中示出了增材打印装置300的打印头组件302a,302b以描绘如何形成塔架区段912。如图所示，打印头组件302a,302b各自具有用于分别形成外壁元件602a和内壁元件602b的可变宽度沉积喷嘴724a,724b。因此，如图所示，外壁元件602a可经由打印头组件302a的可变宽度沉积喷嘴724a来打印和沉积，并且内壁元件602b可经由打印头组件302b的可变宽度沉积喷嘴724b来打印和沉积。打印头组件302a,302b中的每一个的可变宽度沉积喷嘴724a,724b可与图16中所示的类似。然而，在图20的所示实施例中，打印头组件302a,302b中的每一个可受指示并操作以相对于竖直轴线和/或相对于另一打印头组件径向移位，以便于在外壁元件602a和/或内壁元件602b的外圆周表面610和/或内圆周表面612中形成至少一个突出部690。
现在参看图21，提供了根据本公开的制造塔架结构的方法1000的实施例的流程图。特别地，方法1000可用于使用图3-5的增材打印装置40、图6和图7的增材打印装置300或任何其它增材打印装置来形成图1-20的塔架结构500，以形成任何其它合适的结构、塔架或高层结构。就此而言，例如，图8的控制器200可配置成用于实施方法1000。然而，应当认识到，方法1000在本文中是为了描述本公开的方面而论述的，并且不旨在限制。
此外，尽管图21描绘了具有以特定顺序执行的步骤的控制方法以用于说明和论述的目的，但是本领域中的普通技术人员使用本文提供的公开内容将理解，本文中所述的任何方法步骤在不脱离本公开的范围的情况下，可以各种方式进行调整、重新排列、扩展、省略或修改。此外，尽管关于塔架结构500和增材打印装置40,300作为示例阐释了这些方法的方面，但是应当认识到，这些方法可应用于增材打印装置的操作以形成任何合适的塔架结构。
特别地，如(1002)处所示，方法1000包括利用打印头组件的至少一个可变宽度沉积喷嘴打印和沉积塔架结构的至少一个壁元件的一个层或多个层，该至少一个壁元件具有外圆周表面和内圆周表面。
如(1004)处所示，方法1000包括利用至少一个可变宽度沉积喷嘴将至少一个空隙形成到至少一个壁元件中。
如(1006)处所示，方法1000包括将至少一个增强部件放置在至少一个空隙内，以便将至少一个增强部件定位成距至少一个壁元件的中性轴线比距外圆周表面或内圆周表面中的至少一者更近。
在某些实施例中，方法1000可包括通过相对于至少一个壁元件的内参考曲线或外参考曲线对准并附连第一侧来建立用于可变宽度沉积喷嘴的固定沉积路径；以及通过在打印和沉积期间允许第二侧相对于第一侧移动来建立用于可变宽度沉积喷嘴的可变沉积路径以形成至少一个空隙。
本公开的其它方面由以下条款的主题提供：
一种用于制造塔架结构的方法，该方法包括：利用打印头组件的至少一个可变宽度沉积喷嘴打印和沉积塔架结构的至少一个壁元件的一个层或多个层，该至少一个壁元件具有外圆周表面和内圆周表面；利用该至少一个可变宽度沉积喷嘴将至少一个空隙形成到该至少一个壁元件中；以及将至少一个增强部件放置在该至少一个空隙内，以便将该至少一个增强部件定位成距至少一个壁元件的中性轴线比距外圆周表面或内圆周表面中的至少一者更近。
前述条款的方法，其中，可变宽度沉积喷嘴包括第一侧和第二侧，所述第一侧是固定的，所述第二侧相对于所述第一侧可移动。
前述条款的方法，其进一步包括：通过相对于至少一个壁元件的内参考曲线或外参考曲线对准并附连第一侧来建立用于可变宽度沉积喷嘴的固定沉积路径；以及通过在打印和沉积期间允许第二侧相对于第一侧移动来建立用于可变宽度沉积喷嘴的可变沉积路径以形成至少一个空隙。
前述条款的方法，其中，利用打印头组件的至少一个可变宽度沉积喷嘴将至少一个空隙形成到至少一个壁元件中进一步包括：利用至少一个可变宽度沉积喷嘴，通过建立可变沉积路径，将至少一个空隙形成到至少一个壁元件的外圆周表面、内圆周表面中的至少一者中或在其之间。
前述条款中任一项的方法，其中，利用打印头组件的至少一个可变宽度沉积喷嘴将至少一个空隙形成到至少一个壁元件中进一步包括：利用打印头组件的至少一个可变宽度沉积喷嘴将至少一个空隙形成在塔架结构的两个或更多个壁元件之间。
前述条款的方法，其中，利用打印头组件的至少一个可变宽度沉积喷嘴来打印和沉积塔架结构的至少一个壁元件的一个层或多个层进一步包括：利用打印头组件的第一可变宽度沉积喷嘴打印和沉积塔架结构的至少一个壁元件的第一壁元件的一个层或多个层；以及同时利用打印头组件的第二可变宽度沉积喷嘴来打印和沉积与第一壁元件相邻的塔架结构的至少一个壁元件的第二壁元件的一个层或多个层。
前述条款的方法，其中，第一壁元件是外壁元件并且第二壁元件是内壁元件，并且其中，利用至少一个可变宽度沉积喷嘴将至少一个空隙形成到至少一个壁元件中进一步包括：利用第一可变宽度沉积喷嘴将第一多个凹部中的一个或多个形成到第一壁元件中；以及利用第二可变宽度沉积喷嘴将第二多个凹部中的一个或多个形成到第二壁元件中。
前述条款中任一项的方法，其中，可变宽度沉积喷嘴进一步包括可操作地联接在第一侧与第二侧之间的流量调节器，其中将至少一个空隙形成到至少一个壁元件中包括：经由可变宽度沉积喷嘴沿固定沉积路径和可变沉积路径打印和沉积至少一个壁元件，其中，可变沉积路径限定至少一个空隙；以及经由流量调节器调节打印和沉积以形成至少一个空隙。
前述条款中任一项的方法，其中，至少一个空隙限定弓形形状或非弓形形状中的至少一者。
前述条款中任一项的方法，其中，至少一个增强部件是多个增强部件中的一个或多个，并且至少一个空隙是多个空隙中的一个或多个，并且其中，将至少一个增强部件放置在至少一个空隙内进一步包括：将多个增强部件中的至少一个放置在多个空隙中的每一个内。
一种塔架结构，其包括：包括至少一个打印壁元件的基部塔架区段，至少一个打印壁元件具有外圆周表面和内圆周表面；邻近基部塔架区段布置的过渡组件；在至少一个打印壁元件的打印和沉积期间形成到至少一个打印壁元件中的至少一个空隙；以及定位在至少一个空隙内的至少一个增强部件，该至少一个增强部件延伸穿过基部塔架区段的至少一部分并且至少部分地穿过过渡组件；其中，在至少一个空隙中的至少一个增强部件将至少一个增强部件定位成距至少一个打印壁元件的中性轴线比距外圆周表面或内圆周表面中的至少一者更近。
前述条款的塔架结构，其中，形成到至少一个打印壁元件中的至少一个空隙是形成到至少一个打印壁元件的外圆周表面或内圆周表面中的至少一者中或在其之间的至少一个空隙。
前述条款中任一项的塔架结构，其中，形成到至少一个打印壁元件中的至少一个空隙是形成在基部塔架区段的两个或更多个打印壁元件之间的至少一个空隙。
前述条款中任一项的塔架结构，其中，至少一个空隙限定弓形形状或非弓形形状中的至少一者。
一种塔架结构，该塔架结构包括：彼此相邻布置的至少两个打印壁元件；在至少两个打印壁元件的打印和沉积期间在至少两个打印壁元件之间形成的至少一个空隙；以及定位在至少一个空隙内的至少一个增强部件；其中至少一个空隙中的至少一个增强部件将至少一个增强部件放置成距塔架结构的中性轴线比距塔架结构的外圆周表面或内圆周表面中的至少一者更近。
前述条款的塔架结构，其进一步包括：过渡组件，至少一个增强部件接合到过渡组件，其中，至少一个增强部件延伸穿过塔架结构的至少一部分。
前述条款的塔架结构，其中，至少两个打印壁元件形成基部塔架区段，其中，过渡组件包括布置在基部塔架区段顶部的壁构件，并且其中，至少一个增强部件延伸穿过过渡组件。
前述条款中任一项的塔架结构，其中，在至少两个打印壁元件之间形成的至少一个空隙包括形成到至少两个打印壁元件中的第一壁元件的外表面中的凹部，以及形成到至少两个打印壁元件中的第二壁元件的内表面中的凹部。
前述条款的塔架结构，其中，形成到第一壁元件中的凹部或形成到第二壁元件中的凹部限定弓形形状或非弓形形状中的一者。
前述条款中任一项的塔架结构，其中，形成到至少两个打印壁元件的第一壁元件和第二壁元件中的凹部包括弓形凹槽或非弓形凹口中的至少一者。
本书面描述使用包括最佳模式的实施例来公开本公开，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本公开，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。本公开的专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域中的技术人员想到的其它示例。如果这样的其它实施例包括并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则期望这样的其它示例在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于制造塔架结构的方法，所述方法包括：
利用打印头组件的至少一个可变宽度沉积喷嘴打印和沉积所述塔架结构的至少一个壁元件的一个层或多个层，所述至少一个壁元件具有外圆周表面和内圆周表面；
利用所述至少一个可变宽度沉积喷嘴将至少一个空隙形成到所述至少一个壁元件中；以及
将至少一个增强部件放置在所述至少一个空隙内，以便将所述至少一个增强部件定位成距所述至少一个壁元件的中性轴线比距所述外圆周表面或所述内圆周表面中的至少一者更近。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述可变宽度沉积喷嘴包括第一侧和第二侧，所述第一侧是固定的，所述第二侧相对于所述第一侧可移动。
3.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括：
通过相对于所述至少一个壁元件的内参考曲线或外参考曲线对准并附连所述第一侧来建立用于所述可变宽度沉积喷嘴的固定沉积路径；以及
通过在打印和沉积期间允许所述第二侧相对于所述第一侧移动来建立用于所述可变宽度沉积喷嘴的可变沉积路径以形成所述至少一个空隙。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，利用所述打印头组件的至少一个可变宽度沉积喷嘴将所述至少一个空隙形成到所述至少一个壁元件中进一步包括：
利用所述至少一个可变宽度沉积喷嘴，通过建立所述可变沉积路径，将所述至少一个空隙形成到至少一个壁元件的外圆周表面、内圆周表面中的至少一者中或在其之间。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，利用所述打印头组件的至少一个可变宽度沉积喷嘴将所述至少一个空隙形成到所述至少一个壁元件中进一步包括：
利用所述打印头组件的至少一个可变宽度沉积喷嘴将至少一个空隙形成在塔架结构的两个或更多个壁元件之间。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，利用所述打印头组件的至少一个可变宽度沉积喷嘴来打印和沉积所述塔架结构的至少一个壁元件的一个层或多个层进一步包括：
利用所述打印头组件的第一可变宽度沉积喷嘴打印和沉积所述塔架结构的至少一个壁元件的第一壁元件的一个层或多个层；以及
同时利用所述打印头组件的第二可变宽度沉积喷嘴来打印和沉积与所述第一壁元件相邻的所述塔架结构的至少一个壁元件的第二壁元件的一个层或多个层。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一壁元件是外壁元件并且所述第二壁元件是内壁元件，并且其中，利用所述至少一个可变宽度沉积喷嘴将所述至少一个空隙形成到所述至少一个壁元件中进一步包括：
利用所述第一可变宽度沉积喷嘴将第一多个凹部中的一个或多个形成到所述第一壁元件中；以及
利用所述第二可变宽度沉积喷嘴将第二多个凹部中的一个或多个形成到所述第二壁元件中。
8.根据权利要求3所述的方法，其中，所述可变宽度沉积喷嘴进一步包括可操作地联接在所述第一侧与所述第二侧之间的流量调节器，其中，将所述至少一个空隙形成到所述至少一个壁元件中进一步包括：
经由所述可变宽度沉积喷嘴沿所述固定沉积路径和所述可变沉积路径打印和沉积所述至少一个壁元件，其中，所述可变沉积路径限定所述至少一个空隙；以及
经由所述流量调节器调节所述打印和沉积以形成所述至少一个空隙。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个空隙限定弓形形状或非弓形形状中的至少一者。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述至少一个增强部件是多个增强部件中的一个或多个，并且所述至少一个空隙是多个空隙中的一个或多个，并且其中，将至少一个增强部件放置在所述至少一个空隙内进一步包括：
将所述多个增强部件中的至少一个放置在所述多个空隙中的每一个内。
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