ES2883449T3

ES2883449T3 - Conjunto de moldeo movible para su uso con fabricación aditiva

Info

Publication number: ES2883449T3
Application number: ES17382705T
Authority: ES
Inventors: Pere Cortada Acosta; Cesar Muniz
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2017-10-23
Filing date: 2017-10-23
Publication date: 2021-12-07
Anticipated expiration: 2037-10-23
Also published as: EP3473441B1; CN111225784A; US20210178680A1; EP3473441A1; DK3473441T3; WO2019083640A1; CN111225784B

Abstract

Un sistema de fabricación aditiva (60) para producir un componente (74), comprendiendo el sistema de fabricación aditiva (60): un sustrato (62); una boquilla (64) montada con relación al sustrato (62) para depositar un material (66) sobre el sustrato (62); un sistema de curado (70) para curar el material (66) sobre el sustrato (62), en el que el material curado (66) se acumula sobre el sustrato (62) para formar el componente (74) usando capas sucesivas (76) una encima de la otra; y, un conjunto de moldeo movible (80) dispuesto en una superficie exterior (78) de las capas sucesivas (76), el conjunto de moldeo movible (80) configurado para moverse con la boquilla (64) para moldear el material (66) antes de que el material (66) haya curado, en el que el conjunto de moldeo movible (80) comprende un primer molde (82) y un segundo molde (84), el primer y segundo moldes (82, 84) dispuestos en laterales opuestos del componente (74) para limitar lateralmente el material fundido (66).

Description

DESCRIPCIÓN

Conjunto de moldeo movible para su uso con fabricación aditiva

Campo

[0001] La presente divulgación se refiere en general a la fabricación aditiva, y más en particular a sistemas y procedimientos para fabricación aditiva que incluyen moldes movibles para mejorar el acabado superficial del producto final.

Antecedentes

[0002] Se pueden usar diversos procedimientos de fabricación para fabricar componentes grandes. Por ejemplo, los procedimientos de fabricación comunes para fabricar componentes grandes pueden incluir la fundición o la soldadura. La fundición es un proceso de fabricación en el que un material líquido se vierte normalmente en un molde que tiene una cavidad hueca con la conformación deseada. A continuación se permite que cure el material líquido. Aunque las piezas se pueden formar de manera rápida y fácil con una tasa de depósito decente, dichas procedimientos requieren moldes costosos que son difíciles de modificar. Además, la conformación de la pieza es limitada y las piezas finales son pesadas.

[0003] Los procesos de fabricación de soldadura para formar componentes grandes requieren la unión de materiales con soldaduras para formar la pieza final. La soldadura proporciona menores tasas de depósito que la fundición, pero puede producir piezas más ligeras. Además, los materiales de base usados para soldar son típicamente placas de acero que deben ser forjadas, trabajadas, plegadas, dobladas, biseladas, etc. y a continuación unidas por medio de una pluralidad de soldaduras. Como tal, la soldadura también puede ser un proceso lento.

[0004] Los procesos de fabricación más modernos incluyen la fabricación aditiva, que se refiere al proceso mediante el cual se usan datos digitales de diseño tridimensional (3D) para construir un componente en capas depositando material. Existe un número de tecnologías diferentes usadas en los sistemas de fabricación aditiva con metales. Dichos sistemas se clasifican en general por la fuente de energía usada o el procedimiento con el que se une el material, por ejemplo, por medio de un aglutinante, láser, boquilla calentada, etc. La clasificación del proceso también es posible en base al grupo de materiales que se procesan, tales como plásticos, metales o cerámicas, así como el estado de la materia prima (por ejemplo, polvo, alambre, lámina o líquido).

[0005] Más específicamente, en el depósito de energía dirigida con suministro de polvo, se usa un láser de alta potencia para fundir polvo metálico suministrado al punto de enfoque del haz láser. Una cámara sellada herméticamente llena de gas inerte o un gas inerte de protección local se usa a menudo para blindar el charco de fusión del oxígeno atmosférico para un mejor control de las propiedades del material. El proceso no solo puede construir por completo nuevas piezas de metal, sino que también puede añadir material a piezas existentes, por ejemplo, para recubrimientos, reparaciones y aplicaciones de fabricación híbrida.

El documento WO 2017/1510186 A1 se refiere a un aparato de impresión tridimensional y un procedimiento de impresión tridimensional para formar una estructura disponiendo secuencialmente los materiales de impresión y solidificándolos.

[0006] En procesos de fabricación aditiva con alambre metálico (es decir, sistemas de alimentación de alambre basados en láser, tales como depósito de alambre de metal por láser), el alambre de alimentación se enhebra a través de una boquilla y se funde por láser usando un blindaje de gas inerte en un ambiente abierto (gas que rodea el láser), o en una cámara sellada. La fabricación de formas libres por haz de electrones usa un haz de electrones como fuente de calor dentro de una cámara de vacío. En dichos sistemas, el alambre de alimentación se usa para construir el componente usando sucesivos cordones de soldadura, uno encima del otro.

[0007] En la fabricación aditiva, una limitación importante del proceso es la tasa de depósito. Actualmente, el proceso de fabricación aditiva que tiene la tasa de depósito más alta es con los sistemas de alambre. Como tal, los procesos de fabricación aditiva con alambre metálico tienen muchas ventajas frente a otros procesos de fabricación (tal como la fundición), pero pueden crear componentes con un acabado superficial deficiente, que no es ideal para la vida a fatiga de los mismos. El documento DE102014011230A1 y/o WO2017110375A1 divulga la retirada de material mediante mecanizado para mejorar el acabado superficial.

[0008] Por tanto, la presente divulgación se refiere a un conjunto de moldeo movible que se puede usar con sistemas de fabricación aditiva que utilizan un sistema de alambre para crear un producto final que tiene un acabado superficial deseable.

Breve descripción

[0009] Aspectos y ventajas de la invención se expondrán parcialmente en la descripción siguiente, o pueden resultar evidentes a partir de la descripción, o se pueden aprender a través de la práctica de la invención.

[0010] En un aspecto, la presente divulgación está dirigida a un sistema de fabricación aditiva para producir un componente como se define en la reivindicación 1. El sistema de fabricación aditiva incluye un sustrato, una boquilla montada con relación al sustrato para depositar un material sobre el sustrato, un sistema de curado para curar el material sobre el sustrato y un conjunto de moldeo movible. Como tal, el material curado se acumula sobre el sustrato para formar el componente usando capas sucesivas una encima de la otra. Además, el conjunto de moldeo movible está dispuesto en una superficie exterior de las capas sucesivas. Por tanto, el conjunto de moldeo movible está configurado para moverse con la boquilla para moldear el material antes de que el material haya curado. En consecuencia, el conjunto de moldeo movible está configurado para proporcionar un acabado superficial deseado sin requerir un mecanizado adicional del componente final después de que la pieza haya curado. El conjunto de moldeo movible puede incluir un primer molde y un segundo molde. Por tanto, los moldes primero y segundo pueden estar dispuestos en laterales opuestos del componente para limitar lateralmente el material fundido.

[0011] En un modo de realización, el/los conjunto(s) de moldeo movible(s) se pueden montar en la boquilla.

[0012] En otros modos de realización, los moldes del conjunto de moldeo movible se pueden construir con cerámica, plástico, metal, un material magnético y/u otro material adecuado. En otro modo de realización adicional, el/los conjunto(s) de moldeo movible(s) pueden incluir un rodillo o una placa deslizante. De forma alternativa, el conjunto de moldeo movible puede funcionar sin contacto, por ejemplo, usando aire comprimido, repulsión magnética o similares.

[0013] En modos de realización adicionales, el conjunto de moldeo movible también puede incluir diversos rasgos característicos para ayudar a proporcionar el acabado superficial deseado. Por ejemplo, el conjunto de moldeo movible puede incluir un sistema de enfriamiento para ayudar a curar el componente después de que el material fundido se haya limitado como se desee. Además, el conjunto de moldeo movible puede incluir un sistema antiadherente para evitar que el molde se pegue a las capas de material fundido.

[0014] En varios modos de realización, el sistema de fabricación aditiva puede incluir uno o más sensores para monitorizar la superficie exterior de las capas. En dichos modos de realización, el conjunto de moldeo movible está configurado para moverse en base a la monitorización.

[0015] En modos de realización particulares, el conjunto de moldeo movible se puede colocar en una localización predeterminada con respecto al material. Por ejemplo, la localización predeterminada puede incluir delante, al lado o detrás del extremo distal.

[0016] En determinados modos de realización, el material puede incluir polvo, alambre y combinaciones de los mismos. Además, el sistema de curado puede incluir un generador de láser, un cañón de electrones, un generador de plasma, un sistema de pulverización en frío, un sistema de soldadura por arco o cualquier otro sistema adecuado para curar el material.

[0017] Por ejemplo, en un modo de realización, el alambre se puede situar de forma movible a través de la boquilla y disponerse contiguo al sustrato. En dichos modos de realización, el sistema de curado está configurado para fundir un extremo distal del alambre a medida que se alimenta el extremo distal del alambre a través de la boquilla. Por tanto, el alambre fundido se puede usar para construir el componente usando capas sucesivas una encima de la otra.

[0018] En modos de realización adicionales, el alambre se puede fundir con el láser usando blindaje de gas inerte en un entorno abierto o en una cámara sellada.

[0019] En otros modos de realización, el componente puede incluir un componente de turbina eólica, que incluye pero no se limita a un rotor, una góndola, una torre, una sección de raíz de pala, una sección de punta de pala, una tapa de larguero, una viga en I, un panel de pala de rotor, y/u otro componente de turbina eólica. Más específicamente, en dichos modos de realización, el panel de pala de rotor puede incluir una superficie del lado de presión, una superficie del lado de succión, un borde de salida, un borde de ataque o combinaciones de los mismos.

[0020] En otro aspecto, la presente divulgación se refiere a un procedimiento para producir un componente por medio de la fabricación aditiva como se define en la reivindicación 10. El procedimiento incluye disponer una boquilla del sistema de fabricación aditiva con relación a un sustrato del mismo. Además, el procedimiento incluye alimentar un material a través de la boquilla y sobre el sustrato. Además, el procedimiento incluye fundir el material a medida que se alimenta el material a través de la boquilla. Además, el procedimiento incluye construir el componente usando capas sucesivas del material fundido. Además, el procedimiento incluye moldear el material fundido mientras todavía está en un estado semisólido para proporcionar un acabado superficial deseado del componente. También se debe entender que el procedimiento puede incluir además cualquiera de los rasgos característicos y/o etapas adicionales como se describe en el presente documento.

[0021] En otro aspecto más, la presente divulgación se refiere a un procedimiento para producir un componente de turbina eólica por medio de fabricación aditiva. El procedimiento incluye alimentar un extremo distal de un alambre a través de una boquilla y sobre un sustrato. El procedimiento también incluye la fusión, por medio de un láser, del extremo distal del alambre a medida que se alimenta extremo distal a través de la boquilla. Además, el procedimiento incluye construir el componente usando capas sucesivas del alambre fundido. Además, el procedimiento incluye limitar el flujo del alambre fundido mientras todavía está en estado semisólido para proporcionar un acabado superficial deseado del componente de turbina eólica. También se debe entender que el procedimiento puede incluir además cualquiera de los rasgos característicos y/o etapas adicionales como se describe en el presente documento.

[0022] Estos y otros rasgos característicos, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción y a las reivindicaciones adjuntas. Los dibujos adjuntos, que se incorporan en, y constituyen una parte de, esta memoria descriptiva, ilustran modos de realización de la invención y, conjuntamente con la descripción, sirven para exponer los principios de la invención.

Breve descripción de los dibujos

[0023] En la memoria descriptiva se expone una divulgación completa y suficiente de la presente invención, incluyendo el mejor modo de la misma, dirigida a un experto en la técnica, que hace referencia a las figuras adjuntas, en las cuales:

la FIG. 1 ilustra una vista en perspectiva de un modo de realización de una turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 2 ilustra una vista en perspectiva de un modo de realización de una pala de rotor de una turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 3 ilustra una vista en despiece de la pala de rotor modular de la FIG. 2;

la FIG. 4 ilustra un diagrama esquemático de un modo de realización de un sistema de fabricación aditiva de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 5 ilustra un diagrama esquemático de otro modo de realización de un sistema de fabricación aditiva de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 6 ilustra un diagrama esquemático de otro modo de realización adicional de un sistema de fabricación aditiva de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 7 ilustra un diagrama esquemático de otro modo de realización adicional de un sistema de fabricación aditiva de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 8 ilustra un diagrama esquemático de otro modo de realización de un sistema de fabricación aditiva de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 9 ilustra un diagrama esquemático de un modo de realización adicional de un sistema de fabricación aditiva de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 10 ilustra un diagrama esquemático detallado de un modo de realización de un sistema de fabricación aditiva de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 11 ilustra una vista frontal de un modo de realización de un componente que se produce por medio de un sistema de fabricación aditiva que tiene un conjunto de moldeo de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 12 ilustra una vista frontal detallada de un modo de realización de un componente que se produce por medio de un sistema de fabricación aditiva que tiene un conjunto de moldeo de acuerdo con la presente divulgación; la FIG. 13 ilustra un diagrama esquemático de un modo de realización de un controlador de un sistema de fabricación aditiva de acuerdo con la presente divulgación; y

la FIG. 14 muestra un diagrama de flujo de un modo de realización de un procedimiento para producir un componente por medio de un sistema de fabricación aditiva de acuerdo con la presente divulgación.

Descripción detallada

[0024] A continuación, se hará referencia con detalle a modos de realización de la invención, uno o más ejemplos de los cuales se ilustran en los dibujos. Cada ejemplo se proporciona a modo de explicación de la invención, no de limitación de la invención. De hecho, resultará evidente para los expertos en la técnica que se pueden realizar diversas modificaciones y variaciones en la presente invención sin apartarse del alcance de la invención. Por ejemplo, se pueden usar rasgos característicos ilustrados o descritos como parte de un modo de realización con otro modo de realización para proporcionar otro modo de realización más. Por tanto, se pretende que la presente invención cubra dichas modificaciones y variaciones que entran dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas y de sus equivalentes.

[0025] En general, la presente divulgación se refiere a procedimientos para fabricar componentes usando fabricación aditiva que tienen un acabado superficial mejorado. Más específicamente, la presente divulgación incluye un sistema que tiene un conjunto de moldeo movible o de seguimiento que sigue a la boquilla de soldadura. Como tal, el conjunto de moldeo moldea el material depositado cuando todavía está en un estado semisólido. Por ejemplo, en determinados modos de realización, el conjunto de moldeo está configurado para limitar lateralmente el material fundido para mejorar la rugosidad superficial y proporcionar un control mejorado del grosor de la pared del componente.

[0026] Por tanto, los sistemas y procedimientos descritos en el presente documento proporcionan muchas ventajas que no están presentes en la técnica anterior. Por ejemplo, los sistemas y procedimientos de la presente divulgación proporcionan la capacidad de fabricar fácilmente componentes grandes. Más específicamente, en determinados modos de realización, los sistemas y procedimientos de la presente divulgación pueden ser particularmente útiles en la fabricación de componentes de turbinas eólicas. Además, la presente divulgación proporciona un alto nivel de automatización, un mayor rendimiento y unos costes de mecanizado reducidos y/o una mayor utilización del mecanizado.

[0027] Con referencia ahora a los dibujos, la FIG. 1 ilustra una vista en perspectiva de un modo de realización de una turbina eólica 10 de acuerdo con la presente divulgación. La turbina eólica 10 de la FIG. 1 se proporciona como un sistema de ejemplo que se puede beneficiar de los sistemas de fabricación aditiva por alimentación de alambre y moldes movibles como se describe en el presente documento para fabricar los diversos componentes de los mismos. Los expertos en la técnica apreciarán que la FIG. 1 no pretende ser limitante y se proporciona solo con propósitos ilustrativos. En otras palabras, los sistemas y procedimientos de la presente divulgación se pueden aplicar en cualquier campo tecnológico adecuado además de las turbinas eólicas que requiera la fabricación de componentes con un acabado superficial liso.

[0028] Como se muestra, la turbina eólica 10 incluye una torre 12 con una góndola 14 montada sobre la misma. Una pluralidad de palas de rotor 16 están montadas en un buje de rotor 18, que a su vez está conectado a una brida principal que gira un eje de rotor principal. Los componentes de generación de energía y control de turbina eólica se alojan dentro de la góndola 14. La vista de la FIG. 1 se proporciona únicamente con propósitos ilustrativos para situar la presente invención en un campo de uso de ejemplo. Se debe apreciar que la invención no se limita a ningún tipo particular de configuración de turbina eólica. Además, la presente invención no está limitada al uso con turbinas eólicas, sino que se puede utilizar en cualquier aplicación que tenga palas de rotor.

[0029] En referencia ahora a las FIGS. 2 y 3, se ilustran diversas vistas de una pala de rotor 16 de acuerdo con la presente divulgación. Como se muestra, la pala de rotor 16 puede tener una configuración segmentada o modular. También se debe entender que la pala de rotor 16 puede incluir cualquier otra configuración adecuada ahora conocida o desarrollada posteriormente en la técnica. Por ejemplo, como se muestra, la pala de rotor 16 puede incluir una sección de raíz de pala 20 preformada, una sección de punta de pala 22 preformada, una o más tapas de larguero 48, 50, 54, 56 continuas, una o más vigas en I (no mostradas), un componente estructural 52 adicional asegurado a la sección de raíz de pala 20 (por ejemplo, una tapa de larguero/viga en I adicional), y/o cualquier otro componente estructural adecuado de la pala de rotor 16. Además, la sección de raíz de pala 20 está configurada para ser montada o asegurada de otro modo al rotor 18 (FIG. 1). Además, como se muestra en la FIG.

2, la pala de rotor 16 define una envergadura 23 que es igual a la longitud total entre la sección de raíz de pala 20 y la sección de punta de pala 22. Como se muestra en la FIG. 2, la pala de rotor 16 también define una cuerda 25 que es igual a la longitud total entre un borde de ataque 40 de la pala de rotor 16 y un borde de salida 42 de la pala de rotor 16. Como se entiende en general, la cuerda 25 puede variar en general en longitud con respecto a la envergadura 23 a medida que la pala de rotor 16 se extiende desde la sección de raíz de pala 20 hasta la sección de punta de pala 22.

[0030] Más específicamente, como se muestra, las tapas de larguero 48, 50, 54, 56 pueden estar configuradas para acoplarse contra superficies internas opuestas de los segmentos de pala 21 de la pala de rotor 16. Además, las tapas de larguero 48, 50 de raíz de pala pueden estar configuradas para alinearse con las tapas de larguero 54, 56 de la punta de pala. Por tanto, las tapas de larguero 48, 50, 54, 56 se pueden diseñar en general para controlar las tensiones de flexión y/u otras cargas que actúan sobre la pala de rotor 16 en una dirección en general de la envergadura (una dirección paralela a la envergadura 23 de la pala de rotor 16) durante el funcionamiento de una turbina eólica 10. Además, las tapas de larguero 48, 50, 54, 56 se pueden diseñar para resistir la compresión en sentido de la envergadura que se produce durante el funcionamiento de la turbina eólica 10. Además, la(s) tapa(s) de larguero 48, 50, 54, 56 pueden estar configuradas para extenderse desde la sección de raíz de pala 20 a la sección de punta de pala 22 o una parte de la misma. Por tanto, en determinados modos de realización, la sección de raíz de pala 20 y la sección de punta de pala 22 pueden estar unidas entre sí por medio de sus respectivas tapas de larguero 48, 50, 54, 56. Las tapas de larguero 48, 50, 54, 56 se pueden construir de cualquier material adecuado, por ejemplo, un material termoplástico o termoestable o combinaciones de los mismos. Además, las tapas de larguero 48, 50, 54, 56 pueden ser pultruidas a partir de resinas termoplásticas o termoestables.

[0031] En referencia todavía a las FIGS. 2 y 3, cualquier número de segmentos de pala 21 que tengan cualquier tamaño y/o conformación adecuados se pueden disponer en general entre la sección de raíz de pala 20 y la sección de punta de pala 22 a lo largo de un eje longitudinal 28 en una dirección en general de la envergadura. Por tanto, los segmentos de pala 21 sirven en general como la carcasa/cubierta exterior de la pala de rotor 16 y pueden definir un perfil sustancialmente aerodinámico, tal como definiendo una sección transversal simétrica o alabeada en forma de perfil aerodinámico. En modos de realización adicionales, se debe entender que la parte del segmento de pala de la pala de rotor 16 puede incluir cualquier combinación de los segmentos descritos en el presente documento y no están limitados al modo de realización como se representa. Además, los segmentos de pala 21 se pueden construir con cualquier material adecuado, que incluye, pero no se limita a, un material termoestable o un material termoplástico opcionalmente reforzado con uno o más materiales de fibra. Más específicamente, en determinados modos de realización, los segmentos de pala 21 pueden incluir uno cualquiera de, o una combinación de, los siguientes segmentos de pala: segmentos laterales de presión y/o de succión (30, 32), segmentos de borde de ataque y/o de salida (24, 26), un segmento no articulado, un segmento de articulación única, un segmento de pala con múltiples articulaciones, un segmento de pala en forma de J, o similares.

[0032] Los componentes y/o materiales de pala de rotor termoplásticos como se describe en el presente documento en general engloban un material plástico o un polímero de naturaleza reversible. Por ejemplo, los materiales termoplásticos típicamente se vuelven flexibles o moldeables cuando se calientan a una temperatura determinada y vuelven a un estado más rígido al enfriarse. Además, los materiales termoplásticos pueden incluir materiales termoplásticos amorfos y/o materiales termoplásticos semicristalinos. Por ejemplo, algunos materiales termoplásticos amorfos pueden incluir, en general, pero no se limitan a, estirenos, vinilos, materiales celulósicos, poliésteres, acrílicos, polisulfonas y/o imidas. Más específicamente, los materiales termoplásticos amorfos de ejemplo pueden incluir poliestireno, acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), polimetilmetacrilato (PMMA), poli (tereftalato de etileno) glicolizado (PET-G), policarbonato, acetato de polivinilo, poliamida amorfa, cloruros de polivinilo (PVC), cloruro de polivinilideno, poliuretano o cualquier otro material termoplástico amorfo adecuado. Además, los materiales termoplásticos semicristalinos de ejemplo pueden en general incluir, pero no se limitan a, poliolefinas, poliamidas, fluoropolímeros, metil etil acrilato, poliésteres, policarbonatos y/o acetales. Más específicamente, los materiales termoplásticos semicristalinos de ejemplo pueden incluir tereftalato de polibutileno (PBT), tereftalato de polietileno (PET), polipropileno, sulfuro de polifenilo, polietileno, poliamida (nylon), polietercetona o cualquier otro material termoplástico semicristalino adecuado.

[0033] Además, los componentes y/o materiales termoestables como se describen en el presente documento en general engloban un material plástico o polímero de naturaleza no reversible. Por ejemplo, los materiales termoestables, una vez curados, no se pueden remoldear fácilmente o volver a un estado líquido. Como tal, después de la formación inicial, los materiales termoestables son en general resistentes al calor, la corrosión y/o la fatiga. Los materiales termoestables de ejemplo pueden incluir en general, pero no se limitan a, algunos poliésteres, algunos poliuretanos, ésteres, epoxis o cualquier otro material termoestable adecuado.

[0034] Además, como se mencionó, el material termoplástico y/o termoestable como se describe en el presente documento se puede reforzar opcionalmente con un material de fibra, que incluye, pero no se limita a fibras de vidrio, fibras de carbono, fibras de polímero, fibras cerámicas, nanofibras, fibras metálicas o similares o combinaciones de los mismos. Además, la dirección de las fibras puede incluir una dirección biaxial, unidireccional, triaxial o cualquier otra dirección adecuada y/o combinaciones de las mismas. Además, el contenido de fibra puede variar dependiendo de la rigidez requerida en el componente de pala correspondiente, la región o localización del componente de pala en la pala de rotor 16, y/o la soldabilidad deseada del componente.

[0035] Como se usa en el presente documento, los términos «pultruido», «pultrusiones» o similares en general engloban materiales reforzados (por ejemplo, fibras o hebras tejidas o trenzadas) que se impregnan con una resina y se extrusionan a través de un troquel estacionario de modo que la resina cura o se somete a polimerización. Como tal, el proceso de fabricación de miembros pultruidos se caracteriza típicamente por un proceso continuo de materiales compuestos que produce piezas compuestas que tienen una sección transversal constante. Por tanto, los materiales compuestos precurados pueden incluir pultrusiones construidas de materiales termoestables o termoplásticos reforzados. Además, las tapas de larguero 48, 50, 54, 56 pueden estar formadas por los mismos compuestos precurados o diferentes compuestos precurados. Además, los componentes pultruidos se pueden producir a partir de fibras continuas, que en general engloban haces largos y estrechos de fibras que no se combinan hasta que se unen con una resina curada.

[0036] En referencia ahora a las FIGS. 4-14, la presente divulgación se refiere a sistemas y procedimientos para producir un componente usando fabricación aditiva, por ejemplo, impresión 3D. Por ejemplo, en un modo de realización los sistemas y procedimientos de la presente divulgación se pueden usar para producir un componente de turbina eólica, tal como los diversos componentes descritos en el presente documento, que incluyen, pero no se limitan a, la torre 12, el rotor 18, la góndola 14, la sección de raíz de pala 20, la sección de punta de pala 22, las tapas de largueros 48, 50, 54, 56, las vigas en I, los paneles de pala de rotor 21 y/u otro componente de turbina eólica. La impresión 3D, como se usa en el presente documento, se entiende en general como que engloba procesos usados para sintetizar objetos tridimensionales en los que se forman capas sucesivas de material bajo control informático para crear los objetos. Como tal, se pueden producir objetos de casi cualquier tamaño y/o conformación a partir de datos de modelos digitales.

[0037] En referencia en particular a las FIGS. 4-13, se ilustran diversos modos de realización del sistema de fabricación aditiva 60 para producir dichos componentes. Por ejemplo, como se muestra en las FIGS. 4-9, el sistema de fabricación aditiva 60 puede incluir diversos tipos de sistemas, incluyendo, pero sin limitarse a, sistemas de haz de electrones (FIG.4), sistemas de polvo con láser (FIG.5), sistemas de alambre con láser (FIG.6), sistemas de alambre con plasma (FIG. 7), sistemas de pulverización en frío (FIG. 8) y/o sistemas de soldadura por arco (FIG. 9). Como tal, el sistema de fabricación aditiva 60 de la presente divulgación puede usar diversos tipos de materiales, tales como alambres 85 y/o polvo 89 de alimentación para la construcción de los componentes 74 descritos en el presente documento.

[0038] Más específicamente, como se muestra en las FIGS. 4-10, el sistema de fabricación aditiva 60 de la presente divulgación en general incluye un sustrato 62 (es decir, una superficie de impresión), una boquilla 64 montada con relación a (por ejemplo, encima de) el sustrato 62 para depositar un material 66 sobre el sustrato 62, un sistema de curado 70 para curar el material 66 sobre el sustrato 62, un controlador 65 y al menos un conjunto de moldeo movible 80 para proporcionar un acabado superficial deseado del componente 74. Por tanto, como se muestra, el controlador 65 está configurado para controlar los diversos componentes del sistema 60 para fundir el material 66 para construir el componente 74 usando capas sucesivas 76 una encima de la otra en base a un modelo digital del componente 74.

[0039] Más en particular, como se muestra en las FIGS. 4, 6, 7 y 10, el material 66 puede corresponder a un alambre de alimentación 85 situado de forma movible a través de la boquilla 64 y dispuesto contiguo al sustrato 62. De forma alternativa, como se muestra en las FIGS. 5 y 8, el material 66 puede corresponder a un polvo de alimentación 89 dispensado a través de la boquilla 64.

[0040] Además, el sistema de curado 70 puede ser cualquier sistema adecuado para curar el material depositado 66. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 4, el sistema de curado 70 puede corresponder a un cañón de electrones 68 para generar un haz de electrones 72 que funde un extremo distal 87 del alambre 85 cuando el extremo distal 87 del alambre 85 se alimenta a través de la boquilla 64. En dichos modos de realización, el alambre 85 se puede fundir mediante el haz de electrones 72 usando un blindaje de gas inerte en un ambiente abierto o en una cámara sellada. En otros modos de realización, como se muestra en la FIG. 4, el cañón de electrones 68 puede incluir una fuente de calor 75 encerrada en una cámara de vacío 73 para generar el haz de electrones 72, que también puede estar acoplado de forma comunicativa al controlador 65. En otros modos de realización, como se muestra en las FIGS. 5 y 6, el sistema de curado 70 puede corresponder a un generador de láser 90. En dichos modos de realización, como se muestra, el generador de láser 90 está configurado para generar un láser 91 que funde un material en polvo 89 (o un alambre de alimentación 85) sobre el sustrato 62 para formar el componente 74.

[0041] En referencia ahora a la FIG. 7, el sistema de curado 70 puede incluir además un generador de plasma 92. En dichos sistemas, como se muestra, el gas de plasma está blindado por un gas de blindaje y se deposita sobre el sustrato 62 para curar el alambre de alimentación 85 sobre el mismo. Además, como se muestra en la FIG. 8, el sistema de curado 70 puede incluir un sistema de pulverización en frío 94. Por ejemplo, como se muestra, el sistema de pulverización en frío 94 en general incluye un chorro o boquilla 64 de gas supersónico que deposita material en forma de polvo sobre el sustrato 62. En otro modo de realización más, como se muestra en la FIG. 9, el sistema de curado 70 puede incluir un sistema de soldadura por arco 96.

[0042] En referencia en particular a las FIGS. 10 y 11, el conjunto de moldeo movible 80 puede incluir un primer molde 82 y un segundo molde 84 dispuestos en laterales opuestos del componente 74. Como tal, los primer y segundo moldes 82, 84 están configurados para limitar lateralmente el material fundido 66. Se debe entender además que el conjunto de moldeo 80 puede incluir un único molde o más de dos moldes y se puede disponer en cualquier configuración adecuada para proporcionar el acabado superficial deseado. Por ejemplo, como se muestra en particular en la FIG. 10, el/los conjunto(s) de moldeo 80 se pueden montar en la boquilla 64. De forma alternativa, el conjunto de moldeo 80 se puede montar en cualquier localización adecuada del sistema de fabricación aditiva 60, por ejemplo, el generador de láser 70.

[0043] Más específicamente, como se muestra en particular en la FIG. 10, el/los conjunto(s) de moldeo movible(s) 80 están dispuestos en una superficie exterior de las capas 76. Además, en modos de realización particulares, el conjunto de moldeo 80 se puede colocar en una localización predeterminada con respecto al material 66. Por ejemplo, la localización predeterminada puede incluir delante, al lado o detrás del extremo distal 68 del material 66. Además, el/los conjunto(s) de moldeo movible(s) 80 pueden estar configurados para moverse con la boquilla 64 para moldear el material fundido 66 mientras todavía está en un estado semisólido. Por tanto, como se muestra en la FIG. 12, el conjunto de moldeo movible 80 está configurado para proporcionar un acabado superficial deseado a la superficie exterior 78 del componente 74 sin tener que mecanizar además el componente final después de que la pieza haya curado.

[0044] En otros modos de realización, los moldes del conjunto de moldeo movible 80 se pueden construir de cerámica, plástico, metal y/u otro material adecuado. En otro modo de realización, el conjunto de moldeo movible 80 puede incluir un rodillo o una placa deslizante. En dichos modos de realización, el rodillo o una placa deslizante del conjunto de moldeo 80 está configurado para moverse con la boquilla 64 y deslizarse a lo largo de la superficie exterior 78 del componente 74 para moldear las capas apiladas 76 antes del curado de modo que la pieza final adquiera un acabado superficial liso sin un mecanizado adicional. De forma alternativa, el conjunto de moldeo movible 80 puede funcionar sin contacto, por ejemplo, usando aire comprimido, repulsión magnética o similares.

[0045] En modos de realización adicionales, el conjunto de moldeo 80 también puede incluir diversos rasgos característicos para ayudar a proporcionar el acabado superficial deseado. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 10, el conjunto de moldeo 80 puede incluir un sistema de refrigeración o de enfriamiento 86 para ayudar a curar el componente 74 después de que el material fundido se haya limitado como se desee. Además, el conjunto de moldeo 80 puede incluir un sistema antiadherente 88 para evitar que el conjunto de moldeo 80 se pegue a las capas 76 del material fundido 66. Por ejemplo, en un modo de realización, el sistema antiadherente 88 puede ser parte del sistema de enfriamiento 86, pero el sistema de enfriamiento 86 también puede tener capacidades de calentamiento de modo que los moldes 82, 84 puedan permanecer por encima de una determinada temperatura durante el moldeo de las capas 76. Además, los moldes 82, 84 se pueden construir de un material determinado que evite que se produzca la adherencia por aspiración.

[0046] En otros modos de realización, el conjunto de moldeo movible 80 puede ser pasivo o activo mediante monitorización directa de la superficie exterior 78, por ejemplo, por medio del controlador 65. En dichos modos de realización, el sistema de fabricación aditiva 60 puede incluir uno o más sensores 67, 69 para monitorizar la superficie exterior 78 de las capas 76. Por ejemplo, dichos sensores 67, 69 pueden estar configurados para medir la temperatura, velocidad de curado, grosor, etc. del componente 74. Dichos sensores 67, 69 también pueden estar configurados para monitorizar diversos parámetros del láser 72. En dichos modos de realización, el conjunto de moldeo 80 está configurado para moverse con la boquilla 64 en base a los parámetros monitorizados.

[0047] En referencia en particular a la FIG. 13, se muestra un diagrama de bloques de un modo de realización del controlador 65 de acuerdo con la presente divulgación. Como se muestra, el controlador 65 puede incluir un ordenador u otra unidad de procesamiento adecuada que puede incluir instrucciones adecuadas legibles por ordenador que, cuando se implementan, configuran el controlador 65 para realizar diversas funciones, tales como recibir, transmitir y/o ejecutar señales de control del sistema de fabricación aditiva 60. Más específicamente, como se muestra, se ilustra un diagrama de bloques de un modo de realización de componentes adecuados que se pueden incluir dentro del controlador 65 de acuerdo con aspectos de ejemplo de la presente divulgación. Como se muestra, el controlador 65 puede incluir uno o más procesadores 71 y dispositivos de memoria asociados 77 configurados para realizar una variedad de funciones implementadas por ordenador.

[0048] Como se usa en el presente documento, el término "procesador" no solo se refiere a circuitos integrados que en la técnica se menciona que están incluidos en un ordenador, sino que también se refiere a un controlador, un microcontrolador, un microordenador, un controlador de lógica programable (PLC), un circuito integrado específico de la aplicación y otros circuitos programables. Adicionalmente, el/los dispositivo(s) de memoria 77 pueden comprender en general elemento(s) de memoria, incluyendo, pero sin limitarse a, medios legibles por ordenador (por ejemplo, una memoria de acceso aleatorio (RAM)), medios no volátiles legibles por ordenador (por ejemplo, una memoria flash), un disco flexible, una memoria de solo lectura en disco compacto (CD-ROM), un disco magneto-óptico (MOD), un disco versátil digital (DVD) y/u otros elementos de memoria adecuados.

[0049] Dicho(s) dispositivo(s) 77 de memoria en general pueden estar configurados para almacenar instrucciones adecuadas legibles por ordenador que, cuando se implementan por el/los procesador(es) 71, configuran el controlador 65 para realizar diversas funciones como se describe en el presente documento. Adicionalmente, el controlador 65 puede incluir también una interfaz de comunicaciones 79 para facilitar las comunicaciones entre el controlador 65 y los diversos componentes del sistema de fabricación aditiva 60. Una interfaz puede incluir uno o más circuitos, terminales, pines, contactos, conductores u otros componentes para enviar y recibir señales de control. Además, el controlador 65 puede incluir una interfaz de sensor 81 (por ejemplo, uno o más convertidores analógico digitales) para permitir que las señales transmitidas desde los sensores 67, 69 sean convertidas en señales que puedan ser comprendidas y procesadas por los procesadores 71.

[0050] En referencia ahora a la FIG. 14, se ilustra un diagrama de flujo de un modo de realización de un procedimiento 100 para producir un componente 74 por medio de un sistema de fabricación aditiva. Como se muestra en 102, el procedimiento 100 incluye proporcionar un modelo digital del componente 74 al sistema de fabricación aditiva 60, por ejemplo, al controlador 65 del mismo. Por ejemplo, en un modo de realización, el modelo digital del componente 74 puede incluir un modelo CAD del componente 74. Como se muestra en 104, el procedimiento 100 incluye disponer la boquilla 64 del sistema de fabricación aditiva 60 con relación al sustrato 62 del mismo. Como se muestra en 106, el procedimiento 100 incluye alimentar el material 66 a través de la boquilla 64 y sobre el sustrato 62. Como se muestra en 108, el procedimiento 100 incluye fundir el material 66 a medida que el material 66 se alimenta a través de la boquilla 64. Como se muestra en 110, el procedimiento 100 incluye construir el componente 74 usando capas 76 sucesivas del material fundido 66. Como se muestra en 112, el procedimiento 100 incluye moldear el material fundido 66 mientras todavía está en un estado semisólido para proporcionar un acabado superficial deseado del componente 74. Por ejemplo, en un modo de realización, como se muestra en las FIGS. 10 y 11, el procedimiento 100 puede incluir limitar el flujo del material fundido 66 (es decir, el alambre de alimentación 85) todavía en estado semisólido, por ejemplo, a través del primer y segundo moldes 82, 84, para proporcionar un acabado superficial deseado del componente 74.

[0051] Aunque se describe anteriormente en el contexto de un sistema y/o procedimiento independiente, se debe entender que los sistemas y procedimientos descritos anteriormente se pueden usar en conjunto con y/o emplearse en un sistema multifuncional que incluye cualquier tipo de sistema o procedimiento de fabricación aditiva.

[0052] Dichos sistemas y procedimientos de fabricación aditiva incluyen, por ejemplo, y sin limitación, fotopolimerización en cubeta, fusión de lecho de polvo, inyección de aglutinante, inyección de material, laminación de chapa, extrusión de material, depósito de energía dirigida y sistemas híbridos. Estos sistemas y procedimientos pueden incluir, por ejemplo, y sin limitación, estereolitografía; procesamiento de luz digital; escaneo, giro y fotocurado selectivo; producción continua de interfaz líquida; sinterizado selectivo por láser; sinterizado directo de metal por láser; fusión selectiva por láser; fusión por haz de electrones; sinterizado selectivo por calor; fusión por inyección múltiple; impresión de curvatura suave; modelado por inyección múltiple; fabricación de objetos laminados; laminación por depósito selectiva; fabricación aditiva por ultrasonidos; fabricación de filamentos fusionados; modelado por depósito fundido; depósito de metal por láser; modelado de red diseñado por láser; depósito metálico directo; sistemas híbridos; y combinaciones de estos procedimientos y sistemas. Estos procedimientos y sistemas pueden emplear, por ejemplo, y sin limitación, todas las formas de radiación electromagnética, calentamiento, sinterizado, fusión, curado, unión, consolidación, prensado, incrustación y combinaciones de los mismos.

[0053] Estos procedimientos y sistemas emplean materiales que incluyen, por ejemplo, y sin limitación, polímeros, plásticos, metales, cerámica, arena, vidrio, ceras, fibras, materia biológica, materiales compuestos, e híbridos de estos materiales. Estos materiales se pueden usar en estos procedimientos y sistemas en una variedad de formas como corresponda para un material y procedimiento o sistema dado, incluyendo, por ejemplo y sin limitación, líquidos, sólidos, polvos, láminas, hojas, cintas, filamentos, gránulos, líquidos, suspensiones, alambres, atomizados, pastas y combinaciones de estas formas.

[0054] Esta descripción escrita usa ejemplos para divulgar la invención, incluyendo el mejor modo, y también para permitir que cualquier experto en la técnica practique la invención, incluyendo fabricar y usar cualquier dispositivo o sistema y realizar cualquier procedimiento incorporado. El alcance patentable de la invención está definido por las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

i . Un sistema de fabricación aditiva (60) para producir un componente (74), comprendiendo el sistema de fabricación aditiva (60):

un sustrato (62);

una boquilla (64) montada con relación al sustrato (62) para depositar un material (66) sobre el sustrato (62);

un sistema de curado (70) para curar el material (66) sobre el sustrato (62), en el que el material curado (66) se acumula sobre el sustrato (62) para formar el componente (74) usando capas sucesivas (76) una encima de la otra; y,

un conjunto de moldeo movible (80) dispuesto en una superficie exterior (78) de las capas sucesivas (76), el conjunto de moldeo movible (80) configurado para moverse con la boquilla (64) para moldear el material (66) antes de que el material (66) haya curado,

en el que el conjunto de moldeo movible (80) comprende un primer molde (82) y un segundo molde (84), el primer y segundo moldes (82, 84) dispuestos en laterales opuestos del componente (74) para limitar lateralmente el material fundido (66).
2. El sistema de fabricación aditiva (60) de la reivindicación 1, en el que el al menos un conjunto de moldeo movible (80) está montado en la boquilla (64).
3. El sistema de fabricación aditiva (60) de la reivindicación 1 o 2, en el que al menos uno del primer molde (82) o el segundo molde (84) comprende un rodillo o una placa deslizante, estando construido al menos uno del primer molde (82) o el segundo molde (84) de al menos uno de cerámica, plástico o metal.
4. El sistema de fabricación aditiva (60) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el conjunto de moldeo movible (80) comprende al menos uno de aire comprimido o repulsión magnética.
5. El sistema de fabricación aditiva (60) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el conjunto de moldeo movible (80) comprende al menos uno de un sistema de enfriamiento (86) o un sistema antiadherente (88).
6. El sistema de fabricación aditiva (60) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el conjunto de moldeo movible (80) se coloca en una localización predeterminada con respecto al material (66), comprendiendo la localización predeterminada al menos uno de delante, al lado, o detrás del material (66).
7. El sistema de fabricación aditiva (60) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el material (66) comprende al menos uno de un polvo (89) o un alambre (85).
8. El sistema de fabricación aditiva (60) de la reivindicación 7, en el que el sistema de curado (70) comprende al menos uno de un generador de láser (90), un cañón de electrones (68), un generador de plasma (92), un sistema de pulverización en frío (94), o un sistema de soldadura por arco (96).
9. El sistema de fabricación aditiva (60) de la reivindicación 8, en el que el alambre (85) se sitúa de forma movible a través de la boquilla (64) y se dispone contiguo al sustrato (62), el sistema de curado (70) está configurado para fundir un extremo distal del alambre (85) a medida que el extremo distal del alambre (85) se alimenta a través de la boquilla (64), usándose el alambre fundido (85) para construir el componente (74) usando capas sucesivas (76) una encima de la otra.
10. Un procedimiento (100) para producir un componente (74) por medio de fabricación aditiva, comprendiendo el procedimiento (100):

disponer una boquilla (64) de un sistema de fabricación aditiva (60) con relación a un sustrato (62) del mismo;

alimentar un material (66) a través de la boquilla (64) y sobre el sustrato (62);

curar el material (66) a medida que se alimenta el material (66) a través de la boquilla (64); construir el componente (74) usando capas sucesivas (76) del material fundido (66); y,

moldear el material fundido (66) mientras todavía está en un estado semisólido para proporcionar un acabado superficial deseado del componente (74); y

alisar las capas sucesivas (76) mientras todavía están en estado semisólido por medio del primer y segundo moldes (82, 84) del conjunto de moldeo movible (80), el primer y segundo moldes (82, 84) dispuestos en laterales opuestos del componente (74) para limitar lateralmente el material fundido (66).
11. El procedimiento (100) de la reivindicación 10, que comprende además montar al menos un conjunto de moldeo movible (80) en la boquilla (64) y moldear el material fundido (66) mientras está todavía en estado semisólido por medio del al menos un conjunto de moldeo movible (80).
12. El procedimiento (100) de las reivindicaciones 10 u 11, que comprende además monitorizar, a través de uno o más sensores (67, 69), la superficie exterior (78) de las capas sucesivas (76) y mover el conjunto de moldeo movible (80) basado en la monitorización.
13. El procedimiento (100) de las reivindicaciones 10 a 12, en el que el componente (74) comprende un componente de turbina eólica (74), el componente de turbina eólica (74) comprende al menos uno de un rotor, una góndola, una torre, una sección de raíz de pala, una sección de punta de pala, una tapa de larguero, una viga en I o un panel de pala de rotor, comprendiendo el panel de pala de rotor al menos una de una superficie del lado de presión, una superficie del lado de succión, un borde de salida, un borde de ataque, o combinaciones de los mismos.