CN118049054A - 增材制造具有卷绕聚合物增强部件的塔架结构的方法 - Google Patents

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李晓鹏
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Abstract

一种制造塔架结构的方法包括经由增材打印系统的打印头组件打印和沉积塔架结构的壁的一个或多个打印层。该方法还包括退绕增强材料的至少一个连续卷以形成至少一个连续增强环部件层，增强材料包括拉挤聚合物材料。此外，该方法包括将至少一个连续增强环部件层放置在塔架结构的壁的一个或多个打印层顶部。此外，该方法包括经由增材打印系统的打印头组件将塔架结构的壁的一个或多个增材打印层打印和沉积在至少一个连续增强环部件层顶部。

Description

增材制造具有卷绕聚合物增强部件的塔架结构的方法
技术领域
本公开总体上涉及增材制造的结构，并且更具体地涉及增材制造的结构(诸如风力涡轮塔架)中的卷绕聚合物增强部件。
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。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。然后，发电机将机械能转换成电能，电能可部署至公用电网。
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，钢管和/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形成塔架。然而，这样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很费时。
因此，随着塔架高度增加，塔架结构的增材制造变得更加普遍。在这样的方法中，塔架结构可现场增材打印至任何期望的高度。特别地，塔架结构可由混凝土材料打印并用诸如钢筋的增强部件来增强，该增强部件为塔架提供附加结构支承。
然而，归因于其大小较大(例如，大于约4.5米左右)，故以完整环形式运送用于增强这样的混凝土塔架结构的常规钢环可能会出现问题。因此，钢环通常分段运送，必须在现场组装。
鉴于前述内容，本领域一直在寻找用于制造风力涡轮塔架的改进方法。
发明内容
本公开的方面和优点将在以下描述中部分阐述，或可从描述中显而易见，或可通过本公开的实践而获知。
一方面，本公开针对一种制造塔架结构的方法。该方法包括经由增材打印系统的打印头组件打印和沉积塔架结构的壁的一个或多个打印层。该方法还包括退绕增强材料的至少一个连续卷以形成至少一个连续增强环部件层，该增强材料包括拉挤聚合物材料。此外，该方法包括将至少一个连续增强环部件层放置在塔架结构的壁的一个或多个打印层顶部。此外，该方法包括经由增材打印系统的打印头组件将塔架结构的壁的一个或多个增材打印层打印和沉积在至少一个连续增强环部件层顶部。
另一方面，本公开针对一种用于制造用于增强结构的至少一个连续增强环部件层的组件。该组件包括增强材料的一个或多个连续卷，该增强材料包括拉挤聚合物材料。该组件还包括固定到增强材料的一个或多个连续卷的一部分的固定装置。该固定装置包括从中心轴线径向延伸的多个臂部件。多个臂部件中的每个臂部件具有固定到其的定位引导件。此外，固定装置可围绕中心轴线旋转，以退绕增强材料的一个或多个连续卷，以形成包括一个或多个线圈的至少一个连续增强环部件层。此外，定位引导件构造成将至少一个连续增强环部件层的一个或多个线圈接收和固定在其中。
又一方面，本公开针对一种用于结构的增强组件。该增强组件包括至少一个连续增强环部件层，其由堆叠成多个层的增强材料的多个线圈构成。增强材料包括纤维增强拉挤聚合物材料。此外，增强材料具有小于约20毫米的直径。增强组件进一步包括多个支承件，其围绕至少一个连续增强环部件层周向间隔开并且固定到至少一个连续增强环部件层。
本发明的这些及其它特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更好理解。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
包括针对本领域中的技术人员的其最佳模式的本公开的完整且开放的技术在参照附图的说明书中提出，在附图中：
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系统的实施例的示意图；
图4示出了根据本公开的图3的增材打印系统的某些构件的详细视图；
图5示出了根据本公开的增材打印系统的某些构件的另一个实施例的详细视图；
图6示出了根据本公开的制造塔架结构的方法的实施例的流程图；
图7A和图7B示出了根据本公开的用于制造用于塔架结构的连续增强环部件的设备的构件的各种视图；
图8示出了根据本公开的用于制造用于塔架结构的连续增强环部件的设备的实施例的局部透视图，特别示出了该设备的定位引导件和臂部件；
图9示出了用于制造图8的塔架结构的连续增强环部件的设备的局部顶部视图；
图10示出了根据本公开的用于制造用于塔架结构的连续增强环部件的设备的定位引导件的实施例的侧视图；
图11示出了根据本公开的用于塔架结构的增强组件的实施例的顶部视图；
图12示出了根据本公开的用于塔架结构的增强组件的另一个实施例的顶部视图；
图13示出了根据本公开的用于塔架结构的增强组件的实施例的局部透视图；
图14示出了根据本公开的用于塔架结构的增强组件的另一个实施例的局部透视图；
图15示出了根据本公开的图11的增强组件的局部详细视图；
图16示出了根据本公开的用于塔架结构的增强组件的又一个实施例的顶部视图；
图17示出了根据本公开的用于增强塔架结构的组件的实施例的局部透视图；
图18A和图18B示出了根据本公开的用于塔架结构的增强组件的实施例的等距视图，特别示出了用于同时在固定装置上形成多个环部件的增强组件；
图19示出了根据本公开的用于塔架结构的增强组件的另一个实施例的等距视图；
图20示出了具有用于制造根据本公开的用于塔架结构的连续增强环部件的增强材料的多个卷的卡车的透视图；以及
图21示出了根据本公开的增材打印系统的控制器的实施例的框图。
本说明书和附图中的参考标号的重复使用旨在表示本公开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，而不会脱离本公开的范围或精神。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数量表达。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示。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，本公开针对用于制造诸如风力涡轮塔架的塔架结构的增材制造结构、增材制造系统和增材制造方法。如本文中所用的“增材制造结构”大体上是指经由“增材制造”技术(诸如增材制造、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(CNC)和多自由度沉积材料的其它技术)，使用例如胶结材料(诸如混凝土和/或其它建造材料)的连续层(例如印刷层)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包括三个自由度以及多个三个的自由度，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。
为了实现现代大型建造所需的结构强度，增材制造的结构大体上需要增强。用于增强风力涡轮塔架的已知方法通常利用竖直增强筋和/或增强筋笼。例如，常见的建造实践是在浇筑混凝土之前手动将预制增强筋笼放置在期望位置。尽管这样的途径可增强塔架结构，但它们通常是劳动密集型且成本高昂的，并且可能与经由增材制造的建造不兼容。
因此，本公开针对一种制造塔架结构的新颖方法。特别地，该方法包括经由增材打印系统的打印头组件打印和沉积塔架结构的壁的一个或多个打印层。此外，该方法包括退绕增强聚合物材料的至少一个连续卷以形成连续增强环部件。在实施例中，例如，增强材料的连续卷可包括形成为卷曲形式的较长长度材料的拉挤玻璃纤维、碳纤维或适用于增强结构的任何其它纤维。此外，在实施例中，增强材料中的树脂系统可包括例如热固性材料，诸如聚酯、乙烯基酯和环氧树脂。在另一个实施例中，树脂系统可包括热塑性塑料，诸如来自Arkema的在这样的实施例中，通过使用增强聚合物材料，塔架结构归因于聚合物材料的耐腐蚀性而具有增加的预期寿命(例如，相对于常规钢环)。另外，增强聚合物材料还导致减轻重量，这有助于降低运输成本并易于放置环。
因此，该方法包括退绕该卷绕材料以通过将较长长度的增强材料(例如，增强筋)卷绕成大体圆形形状来生产连续增强环部件，同时还为缠绕物之间的混凝土/水泥流动和/或根据当地混凝土增强结构的建筑规范的要求保持适当的间隙。因而，连续增强环部件可根据需要在塔架结构的位置(诸如风电场)处或附近形成为任何直径。该方法进一步包括将连续增强环部件放置在塔架结构的壁的打印层顶部。此外，该方法还可包括经由增材打印系统的打印头组件将塔架结构的壁的一个或多个增材打印层打印和沉积在连续增强环部件顶部。
在特定实施例中，该方法可包括将增强材料(例如，增强筋)的连续卷解绕并且将材料重新卷绕成至少一个连续增强环部件，该至少一个连续增强环部件具有通过一个或多个定位引导件保持就位的足够数量的增强筋缠绕物/线圈。如本文中所用，缠绕物或线圈大体上是指整个卷绕层内的单独的圆形缠绕物。例如，在实施例中，定位引导件可为具有一个或多个径向间隔开的保持特征的简单机械构件，该保持特征设计成保持增强材料以允许螺旋附接到多个定位引导件以保持塔架结构的目标形状。
在某些实施例中，解绕/重新卷绕可使用转盘型固定装置来实现，该转盘型固定装置具有多个定位特征或孔以将定位引导件支承在期望位置处，该期望位置可为可调整的。在特定实施例中，增强材料的连续卷在显著负载下可处于卷绕状态。在这样的实施例中，定位引导件允许增强材料的连续卷重新卷绕并且无限期地保持就位。在另外的实施例中，如果该预应力是不期望的，则增强材料的连续卷(其可由热固性材料或热塑性材料构成)可使用热塑性树脂等制成。因此，在实施例中，/>热塑性增强材料的连续卷可加热到其玻璃化转变温度以上一段时间，以使材料松弛来释放内置应力。其它增强支承件也可使用例如扎带或另一其它合适的紧固装置固定到连续增强环部件，以在经由3D打印或其它水泥铸造工艺包封在混凝土中之前提供附加支承。
在另外的实施例中，在塔架门的区域(或任何其它期望的区域)中，连续增强环部件可构造为全环，并且在使用胶结材料铸造和固化和/或打印和沉积塔架层中的一个或多个之后，门口(或任何其它合适的区域)中的多余材料可切掉并且再循环/丢弃。在实施例中，例如，连续增强环部件可保持完全完整并且放置在塔架结构的壁的打印层顶部。在放置和打印之后，连续增强环部件的一个或多个区域可移除(例如，通过切掉并移除某些区域中的环部分)。在这样的实施例中，胶结材料可至少部分地固化而足以在某些区域移除时支承连续增强环部件免于变形。
在其中增强材料的连续卷包括热塑性树脂的备选实施例中，可形成包括用于门空间的空间或间隙的部分环部件。因此，在实施例中，/>热塑性树脂可加热到其玻璃化转变温度以上一段时间，以使材料松弛来释放内置应力。然后，可从连续增强环部件切出期望的门区段。在这样的实施例中，还可提供切割端的附加固定以进一步固定环部件。
因此，本公开提供了现有技术中未提出的许多优点。例如，在实施例中，本公开的方法比常规方法劳动密集度较低，并且不会面临与运送相同的物流挑战，因为可使用单辆卡车运送卷绕聚合物增强材料的多个卷。此外，随着风力涡轮大小的增大，需要许多增强环(有时超过100个)，并且塔架结构具有的直径常常随塔架的高度而变化。然而，本公开的方法可快速制造具有任何合适直径的许多增强环部件，以适应塔架结构的变化直径。此外，通过使用聚合物材料而不是钢来形成连续增强环部件，本公开就提供了改进的耐腐蚀性并且允许比常规增强塔架更长的寿命。
现在参看附图，图1示出了根据本公开的风力涡轮10的实施例的透视图。如图所示，风力涡轮10大体上包括从支承表面14延伸的塔架结构12、安装在塔架结构12上的机舱16，以及联接到机舱16的转子18。转子18包括可旋转毂20，以及联接到毂20并且从毂向外延伸的至少一个转子叶片22。例如，在所示实施例中，转子18包括三个转子叶片22。然而，在备选实施例中，转子18可包括多于或少于三个的转子叶片22。每一个转子叶片22可围绕毂20间隔开，以便于转子18的旋转来使风中的动能能够转换成可用的机械能，并且随后转换成电能。例如，毂20可旋转地联接到定位在机舱16内的发电机(未示出)，以允许产生电能。
现在参看图2，根据本公开的实施例更详细地描述了图1的风力涡轮10的塔架结构12。具体地，图2示出了根据本公开的风力涡轮10的塔架结构12的实施例的局部横截面视图。如图所示，塔架结构12限定了具有外表面26和内表面29的大体周向的塔架壁24。此外，如图所示，周向塔架壁24大体上限定空心内部28，其通常用于容纳各种涡轮构件(例如，功率转换器、变压器等)。
此外，如图所示，塔架结构12可由利用一个或多个增强部件32增强的一种或多种胶结材料30形成。如本文中所用，在实施例中，胶结材料30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30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。此外，在实施例中，增强部件32可包括例如如本文中更详细地描述的增强环、细长线缆或线材、螺旋线缆或线材、增强条(即，增强筋)、网状增强纤维(金属或聚合物)，或任何其它合适的结构增强部件。此外，应当理解，这样的增强部件32可沿塔架结构12的整个高度(例如，如图2中所示)或仅仅沿塔架高度的一部分放置。
根据本公开的实施例，例如，粘合剂材料、冷接底漆和/或(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30中的一种或多种与支承表面14和/或(多个)胶结材料30与(多个)增强部件32之间。因此，这些材料可进一步增补或补充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，或提供美观益处。
如本文中所用的“粘合材料”也可指胶结材料，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)中进行了描述。
因此，在实施例中，如本文更详细地阐释的那样，塔架结构12使用增材制造来形成。应当理解，尽管塔架结构12示出为风力涡轮的一部分，但是本公开不限于风力涡轮塔架，而是可用于具有类似塔架结构的任何应用中。例如，本公开可用于住宅、建筑物、建筑物的部分、桥梁、塔架、柱等的增材制造。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，例如风力涡轮支承塔架架、冷却塔、通信塔、桥塔、烟囱、输电塔、观测塔、住宅、办公室、装饰塔、水塔和/或其它类似结构。
现在参看图3-5，示出了根据本公开的实施例的用于形成塔架结构12的增材打印系统40。值得注意的是，图1-2的塔架结构12的全部或部分可使用增材打印系统40逐层打印，增材打印系统40可使用任何合适的机构来沉积增材材料(诸如混凝土)的层，以形成塔架结构12。更具体地，如图3中所示和本文中所述，增材打印系统40包括一个或多个打印机头42，其具有任何合适数量的喷嘴44，喷嘴44可独立移动以同时打印塔架结构12的各层。此外，在实施例中，增材打印系统40可由控制器控制以形成在控制器的处理器内编程的对象(诸如CAD文件；本文中详细描述)。
更具体地，并且仍然参看图3-5，增材打印系统40可包括竖直支承结构46，其大体上构造用于在打印过程期间将打印机头42中的一个或多个悬置在塔架结构12上方。就此而言，竖直支承结构46可在竖直方向V上从支承表面14延伸到至少部分地在塔架结构12的顶部48上方的位置。
如图所示，竖直支承结构46可包括多个支承塔架50和在支承塔架50中的至少两个之间延伸的一个或多个龙门架梁52。尽管在图3-5中示出了两个支承塔架50和单个龙门架梁52，但是应当认识到，根据备选实施例可使用支承塔架50的任何合适数量和位置。另外，支承塔架50和龙门架梁52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46示出为定位在塔架结构12的外侧上，但是应当认识到，根据备选实施例，竖直支承结构46可定位在塔架结构12的内侧。根据又一些实施例，竖直支承结构46可包括定位在塔架结构12的内侧和外侧两者的支承塔架50。另外，可使用任何其它合适的系统或机构将增材打印系统40悬置于竖直支承结构46。
值得注意的是，在增材打印过程期间，塔架结构12的顶部48沿竖直方向V逐层升高构建。因此，竖直支承结构46可为可扩展的支承结构，其可随着塔架结构12的高度而升高。就此而言，竖直支承结构46可由多个堆叠节段54形成，所述堆叠节段沿竖直方向V彼此相邻定位并且连结以形成刚性竖直支承结构46。因此，当塔架结构12接近竖直支承结构46的龙门架梁52时，可将附加节段54添加到堆叠节段以升高竖直支承结构46的总体高度。
具体参看图3，附加节段54可使用顶升系统56与堆叠节段组合以升高竖直支承结构46。大体上，如图所示，顶升系统56可靠近支承表面14定位，并且构造用于升高竖直支承结构46(例如包括堆叠节段和龙门架梁52)并且插入附加节段54。具体地，单独的顶升系统56可定位在每个支承塔架50的底部处。
在某些情况下，特别如图4中所示，可能期望保护塔架结构12和增材打印系统40的构件免受它们的外部使用环境的影响。在这样的实施例中，如图所示，塔架盖58可放置在增材打印系统40顶部。例如，在实施例中，塔架盖58可为披覆或附接到竖直支承结构46(例如，在支承塔架50和/或龙门架梁52上方)的织物状材料。
如上文提到的那样，竖直支承结构46大体上构造用于支承打印机头42中的一个或多个和/或便于形成塔架结构12的其它模块。具体参看图3至图5，增材打印系统40可进一步包括一个或多个支承部件，诸如支承环60，其悬置于竖直支承结构46，或更具体地悬置于塔架结构12上方的龙门架梁52。例如，如图所示，支承环60使用竖直定位机构62安装到龙门架梁52。大体上，竖直定位机构62构造用于调整在龙门架梁52与支承环60的顶部之间沿竖直方向V测量的高度或竖直距离64。例如，竖直定位机构62可包括在龙门架梁52与支承环60之间延伸的一个或多个液压致动器66，随着塔架结构12逐层构建，液压致动器使支承环60和打印机头42沿竖直方向V移动。
如进一步所示，液压致动器66构造用于调整竖直距离64，以将打印机头42的喷嘴44精确地定位在塔架结构12的顶部48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来调整打印机头42的竖直运动。例如，根据实施例，支承环60可刚性地固定到龙门架梁52，而支承环60和/或打印机头42用于便于竖直运动以精确地定位喷嘴44。例如，打印机头42可使用竖直轨道和定位机构可滑动地安装到支承环60，以调整相对于支承环60和塔架结构12的竖直位置。
根据所示的实施例，(多个)打印机头42可移动地联接到支承环60，使得喷嘴44可围绕塔架结构12的周边沉积胶结材料30，而支承环60相对于龙门架梁52保持旋转固定。根据实施例，胶结材料30可通过任何合适的供应系统45来提供(例如见图4)。就此而言，如图4和5中所示，例如，驱动机构70可将(多个)打印机头42可操作地联接到支承环60，使得(多个)打印机头42可构造用于围绕支承环60的周边72(例如，围绕周向方向C)移动，同时在选择性地沉积胶结材料30。下面描述了并且在附图中示出了一个示例性的驱动机构70，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。
例如，如图4中最佳所示，驱动机构70可包括定位在支承环60上的环形齿轮74和可旋转地安装到打印机头42的驱动齿轮76(图4)。因此，当(多个)打印机头42安装在支承环60上时，驱动齿轮76接合环形齿轮74。驱动机构70可进一步包括驱动马达80，该驱动马达机械地联接到驱动齿轮76，以用于选择性地旋转驱动齿轮76，以使(多个)打印机头42围绕支承环60的周边72移动。以此方式，支承环60可保持静止，而(多个)打印机头42围绕支承环60移动，同时沉积胶结材料30以形成塔架结构12的横截面层。
尽管驱动机构70在本文中示出为使用驱动齿轮76和环形齿轮74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70。例如，驱动机构70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)打印机头42与支承环60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60可大体上具有与塔架结构12直径基本上相等的直径。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12。另外，例如，如图5中所示，塔架结构12可包括沿径向方向R与内塔架壁84间隔开的外塔架壁82。例如，可打印外塔架壁82以限定用于接收浇筑混凝土的模具，例如，以缩短打印时间和总建造时间。
因此，如图5中所示，增材打印系统40可包括多个同心支承环60，以及用于同时打印外塔架壁82和内塔架壁84中的每一个的打印机头42。具体地，如图所示，外支承环86可定位在外塔架壁82上方，并且具有与外塔架壁82基本相等的直径。类似地，内支承环88可定位在内塔架壁84上方，并且具有与内塔架壁84基本相等的直径。根据该实施例，外支承环86和内支承环88中的每一个可分别包括专用的打印机头42和/或用于便于外塔架壁82和内塔架壁84的打印过程的其它模块。
再次参看图4，(多个)打印机头42可包括用于调整(多个)打印机头42上的喷嘴44的位置的机构。例如，(多个)打印机头42可包括径向调整机构90，该径向调整机构构造用于使打印喷嘴44沿径向方向R移动。具体地，根据所示实施例，如图4中所示，径向调整机构90可包括安装到打印机头42的滑轨92。滑轨92大体上沿径向方向延伸，并且构造用于可滑动地接收喷嘴44。
径向调整机构90可进一步包括致动机构93，该致动机构使打印喷嘴44在滑轨92内沿径向方向R移动。例如，致动机构93可包括用于使喷嘴44在滑轨92内移动的任何合适的致动器或定位机构。就此而言，例如，致动机构93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。
现在参看图6，提供了制造诸如塔架结构12的结构的方法100的实施例的流程图。特别地，方法100可用于使用图3-5的增材打印系统40和/或图7A-12的组件150来形成图1-5的塔架结构12，或使用任何其它合适的增材打印装置来形成任何其它适合的结构或塔架。应当认识到，本文中论述的方法100仅是为了描述本公开的各方面并且不旨在进行限制。此外，尽管图6描绘了具有以特定顺序执行的步骤的方法100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，本文中论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12和组件150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(102)处所示，方法100包括经由增材打印系统的打印头组件打印和沉积塔架结构的壁的一个或多个打印层。如(104)处所示，方法100包括例如经由固定装置退绕增强材料(诸如拉挤聚合物材料)的至少一个连续卷，以形成连续增强环部件。因此，在示例性实施例中，退绕增强材料的连续卷以形成连续增强环部件可包括将增强材料的连续卷的一部分固定到固定装置，以及围绕中心轴线旋转固定装置以退绕增强材料的连续卷来形成连续增强环部件。在某些实施例中，如所提到的，连续增强环部件可具有一个或多个线圈，诸如多个线圈。此外，在实施例中，线圈可堆叠成多个层。此外，在实施例中，增强材料本身(例如，增强筋)可具有小于约20毫米的直径。
在另外的实施例中，如本文阐释和描述的，固定装置可包括从中心轴线径向延伸的多个臂部件。在这样的实施例中，每个臂部件可进一步包括用于接收和固定连续增强环部件的(多个)线圈的定位引导件。因此，方法100可包括设定定位引导件在臂部件中的一个或多个上的位置。例如，在实施例中，设定定位引导件在臂部件中的一个或多个上的位置可包括将定位引导件的定位销固定到臂部件中的一个上的对应孔中。在备选实施例中，设定定位引导件在一个或多个臂部件上的位置可包括沿臂部件中的一个滑动定位引导件至期望的径向位置，以及将定位引导件在期望径向位置处固定在臂部件中的一个上。在这样的实施例中，设定定位引导件在一个或多个臂部件上的位置将连续增强环部件的期望直径设定为与塔架结构的直径相对应。此外，在实施例中，定位引导件可经由线性致动器定位，线性致动器可经由CNC控制，例如使用控制器200，以在制作新的一组环直径时根据需要自动重新定位一个或多个定位引导件。
仍然参看图6，如(106)处所示，方法100包括从固定装置移除连续增强环部件。因此，如(108)处所示，方法100包括将连续增强环部件放置在塔架结构的壁的一个或多个打印层顶部。在另外的实施例中，方法100可包括在将连续增强环部件放置在塔架结构的壁的一个或多个打印层顶部之前将多个支承件固定到连续增强环部件。在这样的实施例中，定位引导件可在从固定装置移除连续增强环部件之后保持在适当位置以保持(多个)线圈的定位。此外，如(110)处所示，方法100包括经由增材打印系统的打印头组件将塔架结构的壁的一个或多个增材打印层打印和沉积在连续增强环部件顶部。
参看图7A-13可更好地理解图6的方法。特别地，如图所示，图7A-14示出了用于制造用于增强结构(诸如塔架结构12)的连续增强环部件的组件150的构件的各种视图。更具体地，如图所示，组件150包括增强材料152的至少一个连续卷。此外，在实施例中，如图20中所示，增强材料152的连续卷的大小可设定成使得多个卷153可容易地装配到卡车货箱155上以用于运送。
例如，在实施例中，增强材料152可包括拉挤聚合物材料。如本文中所用，术语“拉挤”、“拉挤成型”或类似术语大体包含浸渍有树脂，且经由静止模具拉制而使得树脂固化、凝固或经历聚合的增强材料(例如，纤维或织造或编织线)。因而，拉挤成型的部件的制造过程通常特征在于复合材料的连续过程，该连续过程产生具有恒定横截面的复合零件。因此，增强材料152可包括由增强热固性或热塑性材料构造的拉挤成型件。另外，拉挤成型的构件可由粗纱产生，粗纱大体包含长而窄的纤维束，直到通过固化树脂连结才将纤维束组合。
本文中所述的热塑性材料大体上包含本质上可逆的塑料材料或聚合物。例如，热塑性材料通常在加热到一定温度时变得柔韧或可模制，并且在冷却时返回到更刚性的状态。此外，热塑性材料可包括非晶热塑性材料和/或半晶状热塑性材料。例如，一些非晶热塑性材料大体上可包括但不限于苯乙烯、乙烯树脂、纤维素塑料、聚酯、丙烯酸树脂、聚砜和/或酰亚胺。更具体地，示例性非晶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、乙交酯聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET-G)、聚碳酸酯、聚醋酸乙烯酯、非晶聚酰胺、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯、聚氨酯或任何其它适合的非晶热塑性材料。另外，示例性半晶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、丁烯酸乙酯、聚酯、聚碳酸酯和/或缩醛。更具体地，示例性半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)、聚丙烯、聚苯硫醚、聚乙烯、聚酰胺(尼龙)、聚醚酮酮或任何其它适合的半晶热塑性材料。
另外，本文中提供的某些热塑性树脂(诸如PMMA和聚酰胺)例如可经由真空辅助树脂传递模塑(VARTM)灌注或本领域中已知的其它合适的灌注方法浸渍到结构织物中。可灌注的基于PMMA的树脂系统的一个示例可为来自Arkema Corporation的在这样的实施例中，可灌注的热塑性塑料可作为(多个)树脂和催化剂的低粘度混合物灌注到织物/纤维材料中。
此外，如本文中所述的热固性材料大体上包括本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，就不能轻易地重塑或恢复为液态。因而，在初始形成之后，热固性材料大体上抵抗热、腐蚀和/或蠕变。示例性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适合的热固性材料。
特别参看图7A和图7B，组件150进一步包括固定到增强材料152的连续卷的一部分156的固定装置154。例如，特别如图7B中所示，增强材料152的连续卷的部分156可至少最初经由固定器件157固定到固定装置154。例如，在某些实施例中，固定器件157可为扎带、缠绕物、环等。另外，如图7B中所示，增强材料152的相邻缠绕物/线圈172也可经由类似的固定器件159(诸如扎带、缠绕物、环等)保持在一起。在这样的实施例中，固定器件159构造成帮助保持连续增强环部件170的总体形状，直到连续增强环部件170放置到塔架结构12中。在这样的实施例中，固定器件157,159可根据需要容易地移除，以将连续增强环部件170从固定装置154移除，例如，以便将连续增强环部件170放置在塔架结构的壁的一个或多个打印层顶部。
此外，特别如图7A中所示，固定装置154包括从中心轴线160径向延伸的多个臂部件158。此外，如图7A和图8中所示，每个臂部件158包括固定到其的定位引导件162。因此，在实施例中，固定装置154可围绕中心轴线160旋转，以退绕增强材料152的(多个)连续卷，以形成具有多个线圈172的至少一个连续增强环部件170(图8和11)。此外，在实施例中，如图8中所示，线圈172可堆叠成多个层(其中图8示出了线圈197堆叠成两层)。在这样的实施例中，增强材料本身(即，增强筋)可具有相对小的直径，例如小于约20毫米。
特别地，如图7A-13中所示，定位引导件162构造成将连续增强环部件170的多个线圈172接收和固定在其中。更具体地，图10示出了根据本公开的位置引导件162中的一个的实施例的前视图。如图所示，在实施例中，(多个)定位引导件162可包括一个或多个径向间隔开的保持特征164，其用于将连续增强环部件170的多个线圈172中的一个或多个接收和固定在其中。更具体地，如图所示，(多个)定位引导件162可包括多个径向间隔开的保持特征164，诸如七(7)个径向间隔开的保持特征164。在另外的实施例中，(多个)定位引导件162可包括任何数量的径向间隔的保持特征164，诸如七个以上的径向间隔的保持特征164或少于七个的径向间隔的保持特征164。此外，在实施例中，径向间隔开的保持特征164可为槽、紧固件、凹槽、突出部、钩、防滑表面或其组合中的任何一者，并且可具有任何合适的形状，以便以期望的形状约束线圈172。例如，在实施例中，如图6中所示，径向间隔开的保持特征164是具有大体上L形构造的槽。
在另外的实施例中，并且仍然参看图6，(多个)定位引导件162可包括一个或多个定位销166。在这样的实施例中，如图7A中所示，臂部件158还可包括用于接收(多个)定位销166的一个或多个对应孔168。因此，(多个)定位引导件162可沿(多个)臂部件158移动并固定在任何径向位置处。在另外的实施例中，如图8和图9中所示，(多个)定位引导件162可沿臂部件158中的一个滑动(如经由箭头174所指示)，以设定(多个)定位引导件162的期望径向位置。此外，如图所示，(多个)臂部件158可包括各种标记176(例如，标尺)以指示连续增强环部件170的位置(例如，直径)。因此，组件150可修改以形成具有任何期望直径的连续增强环部件170，以与结构的任何大小直径相对应。因而，组件150可用于形成任何大小的增强环部件，其可用于任何大小的结构，诸如塔架结构12。
现在参看图11-19，示出了用于诸如塔架结构12的结构的增强组件180的实施例的各种视图。特别地，如大体所示，增强组件180包括由增强材料的多个线圈172构造的连续增强环部件170。此外，如图19中所示，增强组件180包括围绕连续增强环部件170周向间隔开并且固定到连续增强环部件170的多个定位引导件162。因而，定位引导件162构造成将连续增强环部件170的多个线圈172接收和固定在其中。
另外，如图所示，增强组件180包括多个支承件182，其用于进一步增强连续增强环部件170。在实施例中，例如，如图11和图15中所示，支承件182中的每一个可具有盒形构造。在另外的实施例中，支承件182可具有任何合适的形状和/或大小。例如，如图13和图17中所示，支承件182可具有开环构造，诸如C形构造。在特定实施例中，如图13和17中所示，C形支承件182的端部在外周线圈172和内周线圈172的外边缘185上方延伸。在这样的实施例中，C形支承件182构造成增加塔架区段的承载能力并且减少连续增强环170爆出的潜在可能。而且，C形支承件182允许连续增强环170的堆叠高度最小化，使得连续增强环170小于对应的打印混凝土层的高度。
此外，如图所示，多个支承件182可围绕连续增强环部件170周向间隔开并且固定到连续增强环部件170。例如，如图15和图17中所示，多个支承件182可经由一个或多个绑扎物161(诸如扎带、缠绕物、环等)固定到连续增强环部件170。在特定实施例中，如图11和图15中所示，多个定位引导件162和多个支承件182可以交替图案围绕连续增强环部件170周向布置。
现在参看图12-14，示出了用于诸如塔架结构12的结构的增强组件180的另一个实施例的各种视图。特别地，如图所示，增强组件180包括由增强材料的多个线圈172构造的连续增强环部件170。此外，如图12中所示，增强组件180包括围绕连续增强环部件170周向间隔开并且固定到连续增强环部件170的多个定位引导件162。因而，定位引导件162构造成将连续增强环部件170的多个线圈172接收和固定在其中。然而，与图11的实施例相比，图12-14的增强组件180包括开口178。在这样的实施例中，例如，开口178可形成于连续增强环部件170中，以允许塔架结构12的门布置在其中，例如，当打印塔架结构12时。更具体地，在实施例中，在塔架门的区域(或期望增强材料较少的任何其它区域)，连续增强环部件170最初可由如本文中所述的全环线圈172构造。
在连续增强环部件170例如由形成之后，如果需要，则环部件170可加热到其玻璃化转变温度以上以释放任何内置应力。一旦应力消除，则可通过切除期望的区段来形成开口178。在这样的实施例中，如图12-14中所示，可能需要切割端184的附加固定。因此，如图所示，切割端184可经由一个或多个紧固件186进一步固定，以将线圈/环172保持就位。在其它实施例中，如图13和图14中所示，一个或多个支承部件183可固定到连续增强环部件170的切割端184，以向外周边线圈172和内周边线圈172提供支承，以防止最外周向线圈和最内周向线圈172爆出。特别地，如图所示，支承部件183可具有U形构造。
在备选实施例中，在塔架门的区域(或期望增强材料较少的任何其它区域)，连续增强环部件170可由如本文中所述的全环线圈172构造并且在打印层时放置在塔架结构12中。在塔架结构12的铸造和固化之后，门口中多余的材料(例如，胶结材料和增强材料两者)可移除(例如，切掉)。在这样的实施例中，移除的材料可再循环和/或丢弃。
在另外的实施例中，连续增强环部件170的总堆叠高度可小于胶结材料的打印层厚度。在另一个实施例中，连续增强环部件170的直径可针对基于模量(材料的刚度)的用途来选择，以使得能够在连续线圈上输送大量拉挤聚合物材料，而该线圈外径足够小而可通过常规的卡车运输服务轻松运输，并且小到足以可在没有极端超大许可的情况下进行交付。因此，在实施例中，连续增强环部件170可卷绕至更小的直径，该直径不会由于该小半径卷绕而导致拉挤聚合物材料的破裂或显著的永久变形。举例来说，对于60MPa拉挤聚酯增强筋，可选择约5/8”的最大直径，优选直径为1/2”或更小。
现在参看图18A、图18B和图19，示出了形成根据本公开的连续增强环部件170的另一个实施例的等距视图。特别地，如图所示，连续增强环部件170可通过最初形成具有特定的较大直径D1的连续增强环部件170来形成，该直径D1允许由其形成多个环部件190。特别地，如图18中所示，图18A的较大的连续增强环部件可切割以形成单独的环部件190。
现在参看图21，示出了根据本公开的控制器200的合适构件的实施例的示意图，控制器200可控制本文中所述的增材打印系统40和/或组件150。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可执行功能(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)。另外，控制器200还可包括通信模块206，以便于控制器200与增材打印系统40的各种构件之间的通信。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系统40的构件，以便协调塔架结构12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(多个)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大体上可配置成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。
本公开的其它方面由以下条款的主题提供：
一种制造塔架结构的方法，该方法包括：经由增材打印系统的打印头组件打印和沉积塔架结构的壁的一个或多个打印层；退绕增强材料的至少一个连续卷以形成至少一个连续增强环部件层，该增强材料包括拉挤聚合物材料；将至少一个连续增强环部件层放置在塔架结构的壁的一个或多个打印层顶部；以及经由增材打印系统的打印头组件将塔架结构的壁的一个或多个增材打印层打印和沉积在至少一个连续增强环部件层顶部。
根据任一前述条款所述的方法，其中，退绕增强材料的至少一个连续卷以形成至少一个连续增强环部件层进一步包括：将增强材料的至少一个连续卷的一部分固定到固定装置；以及围绕中心轴线旋转固定装置以退绕增强材料的至少一个连续卷，以形成至少一个连续增强环部件层。
根据任一前述条款所述的方法，其中，至少一个连续增强环部件层包括一个或多个线圈。
根据任一前述条款所述的方法，其中，固定装置包括从中心轴线径向延伸的多个臂部件，多个臂部件中的每个臂部件包括用于接收和固定至少一个连续增强环部件层的一个或多个线圈的定位引导件。
根据任一前述条款所述的方法，其进一步包括通过以下至少一项设定定位引导件在臂部件中的一个上的位置：将定位引导件的定位销固定到臂部件中的一个上的对应孔中；或者将定位引导件沿臂部件中的一个滑动到期望的径向位置，并且将定位引导件在期望的径向位置处固定在臂部件中的一个上，其中，设定定位引导件在臂部件中的至少一个上的位置将至少一个连续增强环部件层的期望尺寸设定为与塔架结构的尺寸相对应。
根据任一前述条款所述的方法，其中，定位引导件包括多个径向间隔开的保持特征，其用于将至少一个连续增强环部件层的一个或多个线圈中的一个或多个接收和固定在其中。
根据任一前述条款的方法，其中，径向间隔开的保持特征包括槽、紧固件、凹槽、突出部、钩、防滑表面或其组合中的至少一者。
根据任一前述条款所述的方法，其进一步包括：移除至少一个连续增强环部件层的一部分以在其中形成开口；以及将至少一个连续增强环部件层放置在塔架结构的壁的一个或多个打印层顶部。
根据任一前述条款所述的方法，其中，开口定位在塔架结构的门的位置处。
根据任一前述条款所述的方法，其进一步包括在将至少一个连续增强环部件层放置在塔架结构的壁的一个或多个打印层顶部之前，将至少一个连续增强环部件层加热到其玻璃化转变温度以上以释放内置应力，其中开口定位在塔架结构的门的位置处。
根据任一前述条款所述的方法，其进一步包括从固定装置移除至少一个连续增强环部件层，并且随后将至少一个连续增强环部件层放置在塔架结构的壁的一个或多个打印层顶部。
根据任一前述条款所述的方法，其进一步包括在将至少一个连续增强环部件层放置在塔架结构的壁的一个或多个打印层顶部之前，将多个支承件固定到至少一个连续增强环部件层。
根据任一前述条款所述的方法，其中，在从固定装置移除至少一个连续增强环部件层之后，定位引导件保持在适当位置，以保持一个或多个线圈的定位。
根据任一前述条款所述的方法，其进一步包括：
形成具有特定直径的至少一个连续增强环部件层，该直径允许由其形成多个环部件；以及切割至少一个连续增强环部件层以形成多个单独的环部件。
一种用于制造用于增强结构的至少一个连续增强环部件层的组件，该组件包括：增强材料的一个或多个连续卷，该增强材料包括拉挤聚合物材料；固定到增强材料的一个或多个连续卷的一部分的固定装置，固定装置包括从中心轴线径向延伸的多个臂部件，多个臂部件中的每个臂部件包括固定到其的定位引导件，其中，该固定装置可围绕中心轴线旋转，以退绕该增强材料的一个或多个连续卷，以形成包括一个或多个线圈的至少一个连续增强环部件层，并且其中，该定位引导件构造成将至少一个连续增强环部件层的一个或多个线圈接收和固定在其中。
根据任一前述条款所述的组件，其中，多个定位引导件包括一个或多个定位销，并且多个臂部件包括一个或多个对应的孔，其用于接收一个或多个定位销以设定相应定位引导件在臂部件中的一个上的位置，从而提供至少一个连续增强环部件层的期望尺寸以与该结构的尺寸相对应。
根据任一前述条款所述的组件，其中，多个定位引导件可沿臂部件中的一个滑动以设定定位引导件的期望径向位置。
根据任一前述条款所述的组件，其中，多个定位引导件包括多个径向间隔开的保持特征，其用于将至少一个连续增强环部件层的一个或多个线圈中的一个或多个接收和固定在其中。
根据任一前述条款所述的组件，其中，多个支承件具有开环构造、杆形构造、闭环构造或其组合中的至少一者。
一种用于结构的增强组件，该增强组件包括：至少一个连续增强环部件层，其由堆叠成多个层的增强材料的多个线圈构成，该增强材料包括纤维增强拉挤聚合物材料，增强材料具有小于约20毫米的直径；以及多个支承件，其围绕至少一个连续增强环部件层周向间隔开并且固定到该至少一个连续增强环部件层。
本书面描述使用包括最佳模式的示例来公开本公开，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)

1.一种制造塔架结构的方法，所述方法包括：
经由增材打印系统的打印头组件打印和沉积所述塔架结构的壁的一个或多个打印层；
退绕增强材料的至少一个连续卷以形成至少一个连续增强环部件层，所述增强材料包括拉挤聚合物材料；
将所述至少一个连续增强环部件层放置在所述塔架结构的壁的一个或多个打印层顶部；以及
经由所述增材打印系统的打印头组件将所述塔架结构的壁的一个或多个增材打印层打印和沉积在所述至少一个连续增强环部件层顶部。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，退绕所述增强材料的至少一个连续卷以形成所述至少一个连续增强环部件层进一步包括：
将所述增强材料的至少一个连续卷的一部分固定到固定装置；以及
围绕中心轴线旋转所述固定装置，以退绕所述增强材料的至少一个连续卷，以形成所述至少一个连续增强环部件层。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个连续增强环部件层包括一个或多个线圈。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述固定装置包括从所述中心轴线径向延伸的多个臂部件，所述多个臂部件中的每个臂部件包括用于接收和固定所述至少一个连续增强环部件层的一个或多个线圈的定位引导件。
5.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括通过以下至少一项设定所述定位引导件在所述臂部件中的一个上的位置：
将所述定位引导件的定位销固定到所述臂部件中的一个上的对应孔中；或者
将所述定位引导件沿所述臂部件中的一个滑动到期望的径向位置，并且将所述定位引导件在所述期望的径向位置处固定在所述臂部件中的一个上，
其中，设定所述定位引导件在所述臂部件中的至少一个上的位置将所述至少一个连续增强环部件层的期望尺寸设定为与所述塔架结构的尺寸相对应。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述定位引导件包括多个径向间隔开的保持特征，其用于将所述至少一个连续增强环部件层的一个或多个线圈中的一个或多个接收和固定在其中。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述径向间隔开的保持特征包括槽、紧固件、凹槽、突出部、钩、防滑表面或其组合中的至少一者。
8.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
移除所述至少一个连续增强环部件层的一部分以在其中形成开口；以及
将所述至少一个连续增强环部件层放置在所述塔架结构的壁的一个或多个打印层顶部。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述开口定位在所述塔架结构的门的位置处。
10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括在将所述至少一个连续增强环部件层放置在所述塔架结构的壁的一个或多个打印层顶部之前，将所述至少一个连续增强环部件层加热到其玻璃化转变温度以上以释放内置应力，其中所述开口定位在所述塔架结构的门的位置处。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8161698B2 (en) * 2007-02-08 2012-04-24 Anemergonics, Llc Foundation for monopole wind turbine tower
DE102013225049A1 (de) * 2013-12-05 2015-06-11 Wobben Properties Gmbh Anlage zur Herstellung von Bewehrungskörben für Turmsegmente von Windenergieanlagen
WO2016166116A1 (de) * 2015-04-12 2016-10-20 Imprimere Ag Betondrucker und verfahren zur errichtung von bauwerken mittels eines betondruckers
DK3118394T3 (da) * 2015-07-13 2022-06-20 Siemens Gamesa Renewable Energy As Fremgangsmåde til konstruktion af et tårn og en 3D-tårnprintindretning
US20180111035A1 (en) * 2016-10-26 2018-04-26 Kobie Landry Sports Training Glove
CN113056606A (zh) * 2018-09-28 2021-06-29 通用电气公司 用于制造风力涡轮塔架结构的系统和方法
US20230135767A1 (en) * 2020-03-31 2023-05-04 General Electric Company Method for manufacturing wind turbine tower structure with embedded reinforcement elements
US11613904B2 (en) * 2020-11-18 2023-03-28 General Electric Company Pre-fabricated component for an additively manufactured wind turbine tower structure
EP4413221A1 (en) * 2021-10-05 2024-08-14 General Electric Renovables España, S.L. System and method for manufacturing a tower structure

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