用于制造复合结构的方法和复合结构技术

在一个方面中，本公开针对一种复合结构(100)。复合结构(100)包括三维(3D)网格结构(62)和至少一个整体式蒙皮层(70)，所述至少一个整体式蒙皮层(70)至少部分地包封和固定网格结构。照此，网格结构(62)构造成在静态局部屈曲和动态全局屈曲中的至少一种下稳定复合结构(100)。结构(100)。结构(100)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造复合结构的方法和复合结构
[0001]相关申请的交叉引用本申请要求享有美国临时专利申请No. 63/043184、No. 63/043191和No. 63/043200的权益，所有这三个申请均于2020年6月24日提交，其通过引用以其整体并入本文中。


[0002]本公开总体上涉及制造诸如转子叶片的复合结构的方法和设备。

技术介绍

[0003]风力被认为是目前可用的最清洁、对环境最友好的能源之一，并且，在这点上，风力涡轮已得到越来越多的关注。现代的风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱以及一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型件原理来捕获风的动能。转子叶片将动能以旋转能的形式传送，以便使将转子叶片联接到齿轮箱或在未使用齿轮箱的情况下将转子叶片直接地联接到发电机的轴转动。然后，发电机使机械能转换成可部署到公用电网的电能。
[0004]转子叶片大体上包括典型地使用模制过程来形成的吸力侧壳和压力侧壳，吸力侧壳和压力侧壳在沿着叶片的前缘和后缘的结合线处结合在一起。此外，压力壳和吸力壳是相对轻质的，并且具有未构造成承受在操作期间施加于转子叶片上的弯曲力矩和其它负荷的结构性质(例如，刚度、抗屈曲性以及强度)。因此，为了提高转子叶片的刚度、抗屈曲性以及强度，典型地使用接合壳半部的内压力侧表面和内吸力侧表面的一个或多个结构构件(例如，相对的翼梁帽，在其之间构造有抗剪腹板)来增强主体壳。
[0005]翼梁帽典型地由包括但不限于玻璃纤维层压复合物和/或碳纤维层压复合物的多种材料构成。通过使纤维织物层堆叠于壳模具中而大体上围绕叶片的翼梁帽构建转子叶片的壳。然后，典型地，例如利用热固性树脂来将层灌注在一起。因此，常规的转子叶片大体上具有夹层面板构造。照此，大型转子叶片的常规叶片制造涉及高劳动成本、慢生产率以及昂贵的模具工具的低利用率。此外，定制叶片模具可为昂贵的。
[0006]因此，用于制造转子叶片的方法可包括成节段地形成转子叶片。然后，叶片节段可在现场或不在现场被组装，以形成转子叶片。例如，一些现代的转子叶片(诸如，在提交于2015年6月29日并且标题为“Modular Wind Turbine Rotor Blades and Methods of Assembling Same(模块化风力涡轮转子叶片及其组装方法)”的申请号为14/753137的美国专利申请(该申请通过引用以其整体并入本文中)中描述的那些叶片)具有模块化面板构造。因此，模块化转子叶片的多种叶片构件可基于叶片构件的功能和/或位置而由不同的材料构成。
[0007]鉴于上述情况，本领域正在不断寻求新的和改进的转子叶片以及用于制造和/或组装这样的转子叶片和相关联的构件的方法。

技术实现思路

[0008]本专利技术的方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而为显然的，或可通过实践本专利技术而了解。
[0009]在一个方面中，本公开针对一种制造复合结构的方法。该方法包括将至少一个织物层放置在大体上平坦的模具的顶上。该方法还包括将至少一个热塑性膜放置在邻近于至少一个织物层的一个或多个期望的位置中。此外，该方法包括：将至少一个织物层和至少一个热塑性膜在大体上平坦的模具的顶上共灌注或共结合在一起，以形成具有富含树脂的打印侧表面的至少一个蒙皮层，其中，至少一个蒙皮层在固化之后包括热塑性树脂。此外，该方法包括经由弯曲模具迫使至少一个蒙皮层成为期望的形状。另外，该方法包括：经由计算机数字控制(CNC)装置的挤出机将液态热塑性材料打印和沉积到弯曲的至少一个蒙皮层的富含树脂的打印侧表面上，以在其上形成三维网格结构。该方法还包括在至少一个织物层内至少部分地包封和固定网格结构以形成复合结构。
[0010]在另一个方面中，本公开针对一种制造复合结构的方法。该方法包括将至少一个织物层放置在大体上平坦的模具的顶上。该方法还包括：利用可灌注热塑性树脂材料在大体上平坦的模具的顶上灌注至少一个织物层，以在至少一个织物层上形成一个或多个富含树脂的打印侧区域。此外，该方法包括经由弯曲模具迫使复合结构成为期望的形状。另外，该方法包括：经由计算机数字控制(CNC)装置的挤出机将液态热塑性材料打印和沉积到富含树脂的打印侧表面上，以在其上形成具有三维网格结构的复合结构。此外，该方法包括在至少一个织物层内至少部分地包封和固定网格结构。
[0011]在又一个方面中，本公开针对一种复合结构。该复合结构包括由可灌注热塑性树脂材料和一个或多个纤维织物构成的至少一个蒙皮层以及与至少一个蒙皮层共灌注或共结合以在至少一个蒙皮层上形成富含树脂的打印侧表面的至少一个热塑性膜。该复合结构还包括固定到至少一个蒙皮层上的富含树脂的打印侧表面的三维(3D)网格结构，至少一个蒙皮层至少部分地包封和固定网格结构。照此，网格结构构造成在静态局部屈曲和动态全局屈曲中的至少一种下稳定复合结构。
[0012]在另外的方面中，本公开针对一种复合结构。该复合结构包括：由可灌注热塑性树脂材料和一个或多个纤维织物构成的至少一个蒙皮层，至少一个蒙皮层具有富含树脂的打印侧表面；以及固定到至少一个蒙皮层上的富含树脂的打印侧表面的三维(3D)网格结构，至少一个蒙皮层至少部分地包封和固定网格结构。照此，网格结构构造成在静态局部屈曲和动态全局屈曲中的至少一种下稳定复合结构。
[0013]参考以下描述和所附权利要求书，本专利技术的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书中并构成本说明书的部分的附图图示本专利技术的实施例，并与描述一起用来解释本专利技术的原理。
附图说明
[0014]在参考附图的说明书中阐述了本专利技术(包括其最佳模式)的针对本领域普通技术人员的完整且能够实现的公开，在附图中：图1图示根据本公开的方面的风力涡轮的一个实施例的透视图；图2图示根据本公开的方面的复合结构的一个实施例的透视图；
图3图示图2的复合结构的分解视图；图4图示根据本公开的方面的复合结构的前缘节段的一个实施例的横截面视图；图5图示根据本公开的方面的复合结构的后缘节段的一个实施例的横截面视图；图6图示根据本公开的方面的图2的复合结构沿着线6
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6的横截面视图；图7图示根据本公开的方面的图2的复合结构沿着线7
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7的横截面视图；图8图示根据本公开的制造诸如大体上在图2
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7中图示的复合结构的复合结构的方法的一个实施例的流程图；图9A图示根据本公开的平坦模具台的一个实施例的简化透视图，该平坦模具台具有铺设在其上的平坦织物；图9B图示图9A的平坦织物的简化横截面视图；图9C图示根据本公开的模具台的另一个实施例的简化侧视图，该模具台具有形成在其中的槽；图10图示根据本公开的真空灌注过程的一个实施例的简化侧视图；图11图示根据本公开的真空灌注过程的另一个实施例的简化侧视图；图12图示根据本公开的真空灌注过程的又一个实施例的简化侧视图；图13A图示根据本公开的预热弯曲模具的一个实施例的简化侧视图；图13B图示图13A的预热弯曲模具的简化侧视图，其中平坦织物在该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造复合结构的方法，所述方法包括：将至少一个织物层放置在大体上平坦的模具的顶上；将至少一个热塑性膜放置在邻近于所述至少一个织物层的一个或多个期望的位置中；将所述至少一个织物层和所述至少一个热塑性膜在所述大体上平坦的模具的顶上共灌注或共结合在一起以形成具有富含树脂的打印侧表面的至少一个蒙皮层，其中，所述至少一个蒙皮层在固化之后包括热塑性树脂；经由弯曲模具迫使所述至少一个蒙皮层成为期望的形状；经由计算机数字控制(CNC)装置的挤出机将液态热塑性材料打印和沉积到弯曲的所述至少一个蒙皮层的所述富含树脂的打印侧表面上，以在其上形成三维网格结构；以及在所述至少一个织物层内至少部分地包封和固定所述网格结构以形成所述复合结构。2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述至少一个织物层和所述至少一个热塑性膜在所述大体上平坦的模具的顶上共灌注或共结合在一起以形成至少一个蒙皮层进一步包括将所述至少一个织物层和所述至少一个热塑性膜与可灌注热塑性树脂材料一起共灌注。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个织物层进一步包括一个或多个大体上平坦的干燥纤维织物或已经利用树脂浸渍的至少一个预浸渍复合纤维织物中的至少一者。4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将所述至少一个织物层与所述至少一个热塑性膜一起固定在所述大体上平坦的模具的顶上以形成中间构件。5. 根据权利要求4所述的方法，其中，将所述至少一个预浸渍复合纤维织物与所述至少一个热塑性膜一起固定在所述大体上平坦的模具的顶上以形成所述中间构件进一步包括：将所述至少一个热塑性膜施加在所述至少一个预浸渍复合纤维织物层的顶部或底部上；以及在真空袋成型以固化所述至少一个预浸渍复合纤维织物之后，加热或紫外线固化所述大体上平坦的模具以固化所述至少一个预浸渍复合纤维织物。6.根据权利要求4所述的方法，进一步包括在将所述至少一个预浸渍复合纤维织物放置到所述大体上平坦的模具上之前预固结所述至少一个预浸渍复合纤维织物。7.根据权利要求4所述的方法，其中，将所述至少一个预浸渍复合纤维织物与所述至少一个热塑性膜一起固定在所述大体上平坦的模具的顶上以形成所述中间构件进一步包括：在足够低的温度下将所述至少一个预浸渍复合纤维织物施加到所述大体上平坦的模具上，以免引起过早固化；将所述至少一个热塑性膜施加在所述至少一个预浸渍复合纤维织物层的顶部或底部上；以及对所述至少一个预浸渍复合纤维织物和所述至少一个热塑性膜进行加热或施加紫外线能量以形成所述中间构件。8.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：真空成型所述至少一个蒙皮层；冷却所述至少一个蒙皮层以允许将所述至少一个预浸渍复合纤维织物施加到所述至少一个蒙皮层；以及
对所述至少一个蒙皮层进行加热或施加紫外线能量至适合于将所述至少一个预浸渍复合纤维织物固化到其的温度。9.根据权利要求4所述的方法，其中，所述至少一个热塑性膜用作留置真空袋，其中，所述真空袋的至少部分成为所述中间构件的部分。10.根据权利要求4所述的方法，进一步包括允许所述中间构件在所述大体上平坦的模具的顶上凝固以形成所述复合结构的大体上平坦的基部。11. 根据权利要求4所述的方法，其中，允许所述中间构件在所述大体上平坦的模具的顶上凝固进一步包括：将所述一个或多个平坦纤维织物与所述至少一个热塑性膜一起快速地固化；以及将所述一个或多个平坦纤维织物与所述至少一个热塑性膜一起后固化。12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括使用火焰处理、等离子体处理、化学处理、化学蚀刻、机械研磨、压花或提高至少要打印在所述中间构件上的区域的温度中的至少一种来处理所述中间构件。13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个热塑性膜包括大于约0.2毫米(mm)的厚度。14.根据权利要求1所述的方法，其中，一旦形成所述复合结构，所述方法进一步包括在打印和沉积之前在所述复合结构的顶上在所述弯曲模具内灌注一个或多个额外的基于纤维的层片。15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述大体上平坦的模具包括一个或多个槽。16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个热塑性膜包括乙二醇化聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)中的至少一种。17.根据权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个热塑性膜包括多层膜，其中所述多层膜的第一侧与所述可灌注热塑性树脂材料相容，并且所述多层膜的第二侧针对...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：