用于增材制造中将热塑性打印珠形成为净形结构的方法与流程

1.本公开内容大体上涉及增材制造，并且更特别地涉及将连续或批量的打印珠(bead)形成为最终或近净形结构的方法。


背景技术：

2.风力被认为是目前可得的最清洁、最环境友好的能源中的一种，并且风力涡轮在该方面得到增多的关注。现代的风力涡轮典型地包括塔架、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原理来获取风的动能。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成电能，电能可部署至公用网。
3.转子叶片大体上包括典型地利用模制过程形成的吸入侧壳和压力侧壳，吸入侧壳和压力侧壳在沿叶片的前缘和后缘的结合线处结合在一起。此外，压力壳和吸入壳是相对轻质的，并且具有不构造成在操作期间承受施加在转子叶片上的弯矩和其它负载的结构属性(例如，刚度、抗弯性和强度)。因此，为了增加转子叶片的刚度、抗弯性和强度，典型地使用接合壳半部的内部压力侧表面和吸入侧表面的一个或多个外部结构构件(例如，在其间构造有抗剪腹板的相对的翼梁帽)来增强本体壳。
4.翼梁帽典型地由各种材料构成，包括但不限于玻璃纤维层压复合材料和/或碳纤维层压复合材料。转子叶片的壳大体上通过将纤维织物层堆叠在壳模具中而围绕叶片的翼梁帽构建。然后典型地将层用树脂灌注在一起。
5.然而，随着增材制造的普及度上的增加，将期望使用此类技术制造各种风力涡轮构件中的一些。传统上，塑料增材制造过程使用具有恒定尺寸的单个材料珠来逐层打印，以形成具有三维(3-d)形状的最终制品。因此，关于传统增材制造过程的问题在于累积材料可为耗时的。虽然更大的珠尺寸可用于增加构建速率，这带来精细度的牺牲并且使用过多的材料。
6.另外，典型的挤压物不是直接地制造成结合到基体(关于增材制造通常就是这样的情况)。此外，纤维材料中的层之间的结合变为制品的弱点。
7.考虑到前述内容，本公开内容涉及用于增材制造过程(诸如三维(3-d)打印)中将热塑性打印珠形成为净形结构的系统和方法。


技术实现要素：

8.本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐明，或可从描述中清楚，或可通过实施本发明来获悉。
9.在一方面，本公开内容涉及一种用于形成制品的方法。该方法包括将制品的至少一个成形工具邻近于基体放置，该至少一个成形工具具有预先限定的形状和/或高度。该方法还包括将材料珠从打印头组件的打印机头直接地挤压到制品的成形工具中或挤压到制品的成形工具上，以便经由成形工具增加材料珠的高度，由此减少或消除多个材料挤压层。
此外，该方法包括允许材料固化以形成制品。因此，通过使用成形工具，可消除或减少多个材料打印层。
10.在实施例中，成形工具可包括模子(die)、模具或滚动元件。例如，在一个实施例中，成形工具可包括滚动元件。因而，在实施例中，该方法可包括将滚动元件固定到打印头组件的打印机头，将材料珠从打印机头挤压在由滚动元件的截面形状所限定的腔之前或直接地挤压到该腔中，以及使滚动元件沿基体滚动使得材料珠的高度增加以便在基体上形成制品。
11.在另外的实施例中，该方法可包括在材料珠沉积于其中时使成形工具以预定速度沿基体移动。因此，成形工具的预定速度和长度可选择成确保在材料珠离开成形工具之前材料珠已充分固化。
12.在另一实施例中，成形工具的至少一部分可为可变形的，以便在成形工具沿基体移动时遵循(conform to)基体的轮廓。此外，在实施例中，该方法可包括使成形工具直接地在基体上移动。
13.在额外的实施例中，成形工具的至少一部分可为刚性的。在此类实施例中，该方法可包括在成形工具沿基体移动时保持成形工具在基体上方且与基体经由间隙间隔开，其中该间隙允许挤出材料以增加至少一个成形工具与基体之间的结合区域。
14.在若干实施例中，该方法可包括将成形工具固定在打印机头之后。备选地，该方法可包括将打印机头固定在成形工具的中心。
15.在特定的实施例中，成形工具可为模具。在此类实施例中，该方法可包括将材料珠从打印机头直接地挤压到模具中并将模具压制到基体上以便形成制品。另外，模具可具有至少一个可变形表面。
16.因此，在实施例中，该方法可包括在材料珠挤压到制品的模具中之前将模具压制到基体上，以及在模具压制到基体时经由打印机头将材料珠挤压到模具的入口中。在另一实施例中，该方法可包括保持模具压制到基体，直到材料珠固化并结合到基体。
17.在另一实施例中，该方法可包括加热成形工具以控制材料的熔化速率。
18.在实施例中，该方法可包括冷却成形工具以便部分地冷却沉积于其中的材料，使得材料保持它的形状。
19.在又一实施例中，材料可包括热塑性材料、热固性材料、金属材料或混凝土材料。另外，在实施例中，该制品可包括风力涡轮的转子叶片构件。
20.在另一方面，本公开内容涉及一种用于形成制品的系统。该系统包括基体和具有安装在基体上方的打印机头的打印头组件。打印机头构造成用于挤压材料珠。该系统还包括至少一个成形工具，以用于在挤压材料珠时将材料珠形成为制品的预先限定的形状和/或高度，以便经由成形工具增加材料珠的高度，由此减少或消除多个材料挤压层。
21.在又一方面，本公开内容涉及一种用于形成多个制品的方法。该方法包括(a)提供具有预先限定的形状和/或高度的多个制品中一个的成形工具。该方法还包括(b)从打印头组件挤压材料珠并挤压到成形工具中。此外，该方法包括(c)允许材料在成形工具中至少部分地固化以便保持它的形状并形成多个制品中的一个。而且，该方法包括(d)在制品从成形工具释放时使成形工具沿基体移动。另外，该方法包括(e)重复步骤(a)到(d)以形成多个制品。因此，该方法包括(f)将可变形构件设在多个制品之间的交点处。此外，该方法包括(g)
加热在交点处的可变形构件以便熔化在交点处的材料。相应地，该方法包括(h)在交点处添加额外的材料以便连结多个制品。应理解，该方法还可包括本文中描述的额外步骤和/或特征中的任何。
22.参照以下描述和所附权利要求书，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合于该说明书中且构成该说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，且连同描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
23.针对本领域普通技术人员的包括其最佳模式的本发明的完整且可行的公开内容在参照附图的说明书中阐述，在附图中：图1示出根据本公开内容的风力涡轮的一个实施例的透视图；图2示出根据本公开内容的风力涡轮的转子叶片的一个实施例的透视图；图3示出图2的模块化转子叶片的分解视图；图4示出根据本公开内容的模块化转子叶片的前缘节段的一个实施例的截面视图；图5示出根据本公开内容的模块化转子叶片的后缘节段的一个实施例的截面视图；图6示出根据本公开内容的图2的模块化转子叶片的截面视图；图7示出根据本公开内容的图2的模块化转子叶片的截面视图；图8a示出根据本公开内容的用于形成制品的系统的一个实施例的透视图，特别地示出固定到系统的打印机头的成形工具；图8b示出图8a的系统的成形工具的详细前视图；图8c示出图8a的系统的成形工具的详细透视图，特别地示出成形工具沿基体滚动以便形成网结构；图8d示出图8a的系统的成形工具的详细截面视图；图9a示出根据本公开内容的用于形成制品的系统的多个成形工具的一个实施例的前部透视图；图9b示出图9a的多个成形工具的底部透视图；图10示出根据本公开内容的用于形成制品的系统的成形工具的另一实施例的透视图；图11示出根据本公开内容的用于形成网结构的系统的模具的另一实施例的透视图，特别地示出定位在基体顶上的网结构和模具；图12示出图11的模具的一部分的详细透视图；图13示出根据本公开内容的形成制品的方法的一个实施例的流程图；图14示出根据本公开内容的用于形成制品的系统的一个实施例的示意图，特别地示出系统的成形工具与弯曲基体间隔开使得成形工具可在打印期间沿表面移动；以及图15示出根据本公开内容的形成和连结多个制品的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
24.现在将详细地参照本发明的实施例，其一个或多个示例在图中示出。每个示例提供作为本发明的解释，不是本发明的限制。事实上，对本领域技术人员将清晰明了的是，可在本发明中进行各种修改和变化，而不会脱离本发明的范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可结合另一实施例使用以产生还另外的实施例。因此，意在使本发明覆盖如归于所附权利要求书和其等同物的范围内的此类修改和变化。
25.大体上，本公开内容涉及用于在连续或批量过程中打印材料而产生最终或接近成形的零件或结构的系统和方法。更特别地，由于将打印材料珠形成为限定的轮廓和高度，本公开内容的系统和方法允许将挤压材料铺设成明确限定的形状。典型的3-d打印大体上理解为包含用于合成三维物体的过程，其中在计算机的控制下形成连续的材料层以创建物体。然而，由于两者之间缺少纤维，层之间的结合可为零件的弱点。因此，通过形成连续或批量的材料珠，由于将珠形成为更高和更窄的轮廓，本公开内容允许以明确限定的形状铺设挤压材料。该过程消除或减少对多个打印层的需求，由此增加竖直构建速率，而无需使用额外的材料将珠构建得更宽。本公开内容还允许以任何长度的连续方式打印挤压物并且允许行进方向在打印发生时改变。此外，本公开内容的系统和方法能够遵循3-d轮廓模具或基体。
26.现在参照图，图1示出根据本公开内容的风力涡轮10的一个实施例。如示出的，风力涡轮10包括塔架12，其上安装有机舱14。多个转子叶片16安装到转子毂18，转子毂继而又连接到主凸缘，主凸缘转动主转子轴。风力涡轮功率生成和控制构件收纳在机舱14内。图1的视图仅出于示出的目的提供，以使本发明置于示例性使用领域中。应认识到，本发明不限于任何特定类型的风力涡轮构造。另外，本发明不限于与风力涡轮一起使用，而是可在使用树脂材料的任何应用中使用。此外，本文中描述的方法还可应用于制造受益于本文中描述的树脂配方的任何类似结构。
27.现在参照图2和图3，示出根据本公开内容的转子叶片16的各种视图。如示出的，所示出的转子叶片16具有分段的或模块化的构造。还应理解，转子叶片16可包括现在已知的或本领域以后开发的任何其它合适的构造。如示出的，模块化转子叶片16包括主叶片结构15和固定到主叶片结构15的至少一个叶片节段21。更特别地，如示出的，转子叶片16包括多个叶片节段21。
28.更特别地，如示出的，主叶片结构15可包括以下任一项或组合：预成形叶片根部区段20、预成形叶片末端区段22、一个或多个一个或多个连续的翼梁帽48,50,51,53、一个或多个抗剪腹板35(图6-7)、固定到叶片根部区段20的额外的结构构件52和/或转子叶片16的任何其它合适的结构构件。此外，叶片根部区段20构造成安装或以其它方式固定到转子18(图1)。另外，如图2中示出的，转子叶片16限定翼展23，该翼展等于叶片根部区段20与叶片末端区段22之间的总长度。如图2和6中示出的，转子叶片16还限定翼弦25，该翼弦等于转子叶片16的前缘24与转子叶片16的后缘26之间的总长度。如大体上理解的，在转子叶片16从叶片根部区段20延伸到叶片末端区段22时，翼弦25大体上可相对于翼展23在长度上变化。
29.特别地参照图2-4，具有任何合适的尺寸和/或形状的任何数量的叶片节段21或面板(在本文中也称为叶片壳)大体上可在大体上沿翼展的方向上沿纵向轴线27布置在叶片根部区段20与叶片末端区段22之间。因此，叶片节段21大体上用作转子叶片16的外壳/外
罩，并且可限定基本空气动力学的轮廓，诸如通过限定对称的或弧形的翼形截面。
30.在额外的实施例中，应理解，叶片16的叶片节段部分可包括本文中描述的节段的任何组合，并且不限于如所描绘的实施例。更特别地，在某些实施例中，叶片节段21可包括以下任一项或组合：压力侧节段44和/或吸入侧节段46(图2和3)、前缘节段40和/或后缘节段42(图2-6)、无接头节段、单接头节段、多接头叶片节段、j形叶片节段或类似物。
31.更特别地，如图4中示出的，前缘节段40可具有前压力侧表面28和前吸入侧表面30。类似地，如图5中示出的，每个后缘节段42可具有后压力侧表面32和后吸入侧表面34。因此，前缘节段40的前压力侧表面28和后缘节段42的后压力侧表面32大体上限定转子叶片16的压力侧表面。类似地，前缘节段40的前吸入侧表面30和后缘节段42的后吸入侧表面34大体上限定转子叶片16的吸入侧表面。另外，如图6中特别地示出的，前缘节段40和后缘节段42可在压力侧接缝36和吸入侧接缝38处连结。例如，叶片节段40,42可构造成在压力侧接缝36和/或吸入侧接缝38处重叠。此外，如图2中示出的，邻近的叶片节段21可构造为在接缝54处重叠。备选地，在某些实施例中，转子叶片16的各个节段可经由构造在重叠的前缘节段40和后缘节段42和/或重叠的邻近的前缘节段40或后缘节段42之间的粘合剂(或机械紧固件)固定在一起。
32.在特定的实施例中，如图2-3和6-7中示出的，叶片根部区段20可包括与其灌注的一个或多个纵向延伸的翼梁帽48,50。例如，叶片根部区段20可根据2015年6月29日提交的题为“blade root section for a modular rotor blade and method of manufacturing same”的编号为14/753,155的美国申请来构造，该美国申请以其整体通过引用结合于本文中。
33.类似地，叶片末端区段22可包括与其灌注的一个或多个纵向延伸的翼梁帽51,53。更特别地，如示出的，翼梁帽48,50,51,53可构造成抵靠转子叶片16的叶片节段21的相对内表面接合。此外，叶片根部翼梁帽48,50可构造成与叶片末端翼梁帽51,53对准。因此，翼梁帽48,50,51,53大体上可设计成在风力涡轮10的操作期间控制在大体上沿翼展的方向(与转子叶片16的翼展23平行的方向)上作用在转子叶片16上的弯曲应力和/或其它负载。另外，翼梁帽48,50,51,53可设计成承受在风力涡轮10的操作期间发生的沿翼展的压缩。此外，翼梁帽48,50,51,53可构造成从叶片根部区段20延伸到叶片末端区段22或其一部分。因此，在某些实施例中，叶片根部区段20和叶片末端区段22可经由它们各自的翼梁帽48,50,51,53连结在一起。
34.参照图6-7，一个或多个抗剪腹板35可构造在一个或多个翼梁帽48,50,51,53之间。更特别地，抗剪腹板35可构造成增加叶片根部区段20和/或叶片末端区段22中的刚度。此外，抗剪腹板35可构造成封闭叶片根部区段20。
35.另外，如图2和3中示出的，额外的结构构件52可固定到叶片根部区段20并在大体上沿翼展的方向上延伸，以便为转子叶片16提供另外的支承。例如，结构构件52可根据2015年6月29日提交的题为“structural component for a modular rotor blade”的编号为14/753,150的美国申请来构造，该美国申请以其整体通过引用结合于本文中。更特别地，结构构件52可在叶片根部区段20和叶片末端区段22之间延伸任何合适的距离。因此，结构构件52构造成为转子叶片16提供额外的结构支承，并且为如本文中描述的各种叶片节段21提供可选的安装结构。例如，在某些实施例中，结构构件52可固定到叶片根部区段20并且可延
伸预定的沿翼展距离，使得前缘节段和/或后缘节段40,42可安装在其上。
36.现在参照图8-15，本公开内容涉及用于形成聚合物制品(诸如，本文中描述的转子叶片构件中的任何)的系统和方法。更特别地，图8a-8d示出根据本公开内容的用于形成制品的系统150的一个实施例的透视图。图9a-9b示出根据本公开内容的系统150的成形工具160的一个实施例的各种视图。图10-12示出根据本公开内容的系统150的成形工具160的另一实施例的各种视图，特别地示出作为模具的成形工具。图14示出根据本公开内容的系统150的成形工具160的又一实施例的侧视图，特别地示出作为滚动元件164的成形工具160。图13和15示出用于形成根据本公开内容的制品的方法的各种实施例的流程图。因而，在某些实施例中，制品可包括转子叶片壳(压力侧壳、吸入侧壳、后缘节段、前缘节段等)、翼梁帽、抗剪腹板、叶片末端、叶片根部或任何其它转子叶片构件。
37.例如，如图8a中示出的，示出根据本公开内容的包括计算机数字控制(cnc)装置152的系统150的一个实施例的透视图。更特别地，如示出的，打印头组件152可包括一个或多个挤压机154或打印机头，它们可设计成具有任何合适的厚度或宽度，以便分散期望量的材料158，诸如热塑性材料、热固性材料、金属材料、混凝土材料等，以创建本文中描述的具有不同尺寸、高度和/或厚度的制品。此外，如示出的，打印头组件152典型地包括基体156，在该基体上可打印期望的制品。例如，在所示出的实施例中，基体156可为曲面，例如对应于转子叶片16的轮廓。
38.本文中描述的热塑性材料大体上包括性质上可逆的塑料材料或聚合物。例如，热塑性材料在加热到一定温度时典型地变得柔韧或可模制，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。更特别地，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、聚氨酯或任何其它合适的非晶热塑性材料。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。更特别地，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)、聚醚通或任何其它合适的半晶热塑性材料。例如，在一个实施例中，可使用改性为具有缓慢的结晶速率的半结晶热塑性树脂。另外，也可使用非晶聚合物和半结晶聚合物的混合物。
39.如本文中描述的热固性材料大体上包含性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合适的热固性材料。
40.另外，如提到的，本文中描述的热塑性和/或热固性材料可选地用纤维材料增强，纤维材料包括但不限于玻璃纤维、碳纤维、聚合物纤维、木纤维、竹纤维、陶瓷纤维、纳米纤维、金属纤维或者其类似物或组合。另外，纤维的方向可包括多轴、单向、双轴、三轴或任何其它合适的方向和/或其组合。此外，纤维含量可取决于对应的叶片构件中所需的刚度、叶片构件在转子叶片16中的区域或位置和/或构件的期望的可焊接性而变化。
41.往回参照图8a-8d，系统150还包括用于形成制品的至少一个成形工具160。例如，
如示出的，成形工具160可具有与待成型制品的形状相对应的限定形状和/或高度。因而，在实施例中，打印机头154构造成将材料158珠挤压到成形工具160中或挤压到成形工具160上，以便经由成形工具160使材料珠定形，由此减少或消除多个材料挤压层。
42.在某些实施例中，成形工具160可为模子、模具或滚动元件。更特别地，如图8a-8d中特别地示出的，成形工具160可固定到和/或邻近打印头组件152的打印机头154。例如，如图8a、8b和8c中示出的，滚动元件164可固定在打印机头154之后。备选地，如图8d中示出的，打印机头154可固定在滚动元件164的中心，使得材料158可直接打印到腔162中(或成形工具160中的一个或多个开口166中，参见例如图9a和9b)。
43.如图9a和9b中特别地示出的，成形工具160也可为具有竖直壁或薄倒v形168的模具。相应地，打印机头154构造成将熔化的材料158压实到成形工具160中以形成净形截面。该过程可以连续方式完成，以打印任何长度和直线或曲线路径的截面。
44.在成形工具160附接到打印机头154的此类实施例中，成形工具160和/或打印机头154也可构造成在打印期间旋转以便于在多个方向上打印本文中描述的制品。相应地，成形工具160和/或打印机头154可绕轴线旋转，并且控制成相对于行进方向定位成形工具160和/或打印机头154。
45.另外，如将在本文中更详细描述的，成形工具160还可具有至少一个可变形表面170，其遵循带轮廓的基体，例如基体156。另外，如图14中示出的，并且如本文中将更详细地解释的，成形工具160还可具有至少一个刚性表面174。
46.例如，如图8a-8d中示出的，成形工具160可包括滚动元件164，该滚动元件具有腔162，腔具有期望制品的截面形状。此外，如示出的，滚动元件164可固定到打印头组件152的打印机头。因而，在实施例中，如图8d中示出的，材料158可挤压到滚动元件164的腔162中并且在挤压材料158时在其中压缩。因此，如图8c中示出的，滚动元件164然后可沿基体移动，使得压缩的材料158珠从腔162转移到基体156，以便在基体156上形成制品(例如网结构)。
47.现在参照图10-12，其中成形工具160是模子或模具165，制品的形状也可用本文中描述的成形工具160模制。在此类实施例中，如图10中特别地示出的，形状可为正方形、“加号”形、线性或任何其它二维轮廓。因此，如示出的，材料可经由入口172注入成形工具160中并保持直到材料158固化到足以保持形状为止。成形工具160还可包括一个或多个出口173以允许挤出注入的材料。该过程构造成创建具有任何期望截面的形状，该形状也结合到支承表面(例如叶片蒙皮)并且可在单个操作中累积到期望高度。该过程也可使用相同或不同的模具/模具形状来重复，以创建连续材料。在某些情况下，本文中描述的模子/模具还可具有可变形表面170，该表面可遵循各种曲率，诸如基体156的曲率，其还为待压入的材料创建密封。
48.特别地参照图11和12，模具165可与打印头组件152的打印机头154分离，而不是附接到打印头组件152的打印机头154，并且其尺寸设置成与整个制品的形状相对应。例如，如示出的，所示出的模具165对应于打印到基体156上的网结构167的形状。在此类实施例中，材料珠可在一个行程或仅几个行程中打印，由此消除或减少网结构167中的层。在此类实施例中，模具165可为一件式的或分段的。因而，当分段时，模具165的节段可制成互锁或彼此邻接以形成模具165。
49.更特别地，在仍参照图11和12，模具165可包含待形成的制品(诸如网结构167)的
凹形。另外，模具165可制造成以适配基体156的表面的3d曲率。备选地，模具165可制造为平坦的材料片材并且其当放置到基体156上时可遵循期望的形状。
50.另外，如图12中特别地示出的，模具165还可包含一个或多个开口槽169，其直接位于模具165中限定制品形状的凹形开口的至少一部分上方。此外，在制品是网结构167的情况下，网间距可设计成从沿翼展的观点看与打印机头154的头到头的间距匹配。相应地，为制造网结构167，打印机头154在开口槽的一端上移动，并沿整个开口沉积材料以优选在一次喷射(但如果期望，可使用最小数量的行程)中填充该区域中的腔。
51.在槽的端部处，分配停止并且打印机头154移动到下一个槽的开始处并再次分配。槽之间的不连续性可使模具165能够制成更大的件，而不是必须放置和临时结合多个块来实现相同的目标。该方法不仅消除层，其可改进网材料属性，而且改进网相交中的质量。还应注意的是，虽然可使用槽，其它开口也是可能的，诸如单独的孔，其中打印机头154将材料沉积到孔开口中、分配材料、停止、移动到下一个孔并重复。然而，槽的使用可减少分配开始和停止的数量，并减少为填充期望的形状对熔体施加的压力量。
52.应注意，由于所选择的网图案、打印的材料和模具165的导热性，可不期望在一个行程中沉积所有的网材料。一个示例是一次沉积过多的材料可引起在网结构167冷却时形成非期望的收缩气泡。那就是说，模具165的存在允许打印机头154典型地比以其它方式在无支承的打印结构的情况下将可能的更快地沉积更多材料。在无支承的打印结构中，在允许刚打印的材料珠冷却之前沉积更多的熔融材料可导致刚打印的材料珠下垂或积聚。在模具165存在以支承刚打印的材料珠和新沉积的材料的情况下，可实现更好的结合。仍参照图11和12，模具165的另一特征可包括一个或多个拔模角度以允许在网结构167固化之后容易地移除模具165。
53.现在参照图13，方法100在本文中描述为用于制造上述转子叶片构件。然而，应认识到，所公开的方法100可用于制造任何其它转子叶片构件以及任何其它制品。另外，虽然图13出于示出和论述的目的描绘以特定顺序执行的步骤，本文中描述的方法不限于任何特定的顺序或布置。使用本文中提供的公开内容的本领域技术人员将认识到，可以各种方式省略、重新布置、组合和/或调整方法的各个步骤。
54.如(102)处示出的，方法100包括将制品的至少一个成形工具160邻近于基体156放置。因而，成形工具160具有预先限定的形状和/或高度。如(104)处示出的，方法100包括将材料158珠从打印头组件152的打印机头154直接地挤压到制品的成形工具160中或成形工具上，以便经由成形工具160增加材料158珠的高度。因而，可减少和/或消除多个材料挤压层。如(106)处示出的，方法100包括允许材料158在基体156上固化以形成制品。
55.在实施例中，如提到的，成形工具160可包括滚动元件164。因而，方法100可包括将滚动元件162固定到打印机头154，将材料158从打印机头154直接地挤压到由滚动元件164的截面形状所限定的腔162中使得材料158在腔162中压缩，以及使滚动元件164沿基体156滚动使得压缩材料158从腔152转移到基体156以便在基体156上形成制品。
56.在另外的实施例中，方法100可包括在材料158沉积于其中时使成形工具160以预定速度沿基体156移动。因此，成形工具160的预定速度和长度可选择成确保材料158在离开成形工具160之前已充分固化。在实施例中，成形工具160的至少一部分可为可变形的(例如，经由可变形表面170)，以便在成形工具160沿基体156移动时遵循基体156的弯曲轮廓。
因此，成形工具160可直接跨过基体156移动。
57.在额外的实施例中，成形工具160的至少一部分可为刚性的(例如可具有至少一个刚性表面174)。在此类实施例中，如图14中示出的，方法100可包括在成形工具160沿基体156移动时保持成形工具160在基体上方且与基体经由间隙176间隔开。因此，间隙176允许挤出材料以增加成形工具160与基体156之间的结合区域。因而，从成形工具160的侧面和顶部压缩材料158改进其属性和结合。此外，本公开内容允许以任何长度的连续方式打印挤压物并且允许行进方向在打印发生时改变。
58.在其它实施例中，如提到的，成形工具160可为模具(图10-12)。在此类实施例中，方法100可包括将材料158珠从打印机头154直接地挤压到模具中并将模具压制到基体156上以便形成制品。另外，模具可具有与遵循基体156的至少一个可变形表面。
59.因此，在实施例中，该方法100可包括在材料158珠挤压到制品的模具中之前将模具压制到基体156上，以及在模具压制到基体156时经由打印机头154将材料158珠挤压到模具的入口172中。在另一实施例中，方法100可包括保持模具压制到基体156，直到材料158珠固化并结合到基体156。
60.在另一实施例中，该方法100可包括加热成形工具160以控制材料158的熔化速率。另外，在实施例中，允许材料158固化以形成制品可包括冷却成形工具160以冷却沉积于其中的材料158。
61.现在参照图15，示出根据本公开内容的用于形成多个制品的方法200的一个实施例的流程图。方法200在本文中描述为实施成用于制造上述转子叶片构件。然而，应认识到，所公开的方法200可用于制造任何其它转子叶片构件以及任何其它制品。另外，虽然图15出于示出和论述的目的描绘以特定顺序执行的步骤，本文中描述的方法不限于任何特定的顺序或布置。使用本文中提供的公开内容的本领域技术人员将认识到，可以各种方式省略、重新布置、组合和/或调整方法的各个步骤。
62.如(202)处示出的，方法200可包括重复与图13中阐述的用于形成单个制品的相同过程，包括步骤(102)至(106)中的每一个，以形成多个制品。例如，然后可使用图15的流程图将制品连结在一起。更特别地，在(204)处继续，方法200包括将可变形构件设在多个制品之间的交点处。如(206)处示出的，方法200包括加热在交点处的可变形构件以便熔化在交点处的材料。如(208)处示出的，方法200在交点处添加额外的聚合物树脂材料以便连结多个制品。相应地，可变形构件围绕交叉材料路径变形或形成为留下开口以用于交叉材料路径。该可变形材料然后可压制在交点上，加热以熔化先前固化的材料，并且可注入额外的材料。
63.本发明的各个方面和实施例由以下编号的条款所限定：条款1. 一种用于形成制品的方法，包括：将制品的至少一个成形工具邻近于基体放置，该至少一个成形工具具有预先限定的形状和/或高度；将材料珠从打印头组件的打印机头直接地挤压到制品的至少一个成形工具中或挤压到制品的至少一个成形工具上，以便经由至少一个成形工具增加材料珠的高度，由此减少或消除多个材料挤压层；以及允许材料固化以形成制品。
64.条款2. 条款1的方法，其中，至少一个成形工具包括模子、模具或滚动元件。
65.条款3. 条款2的方法，其中，至少一个成形工具包括滚动元件，该方法还包括：将滚动元件固定到打印头组件的打印机头；将材料珠从打印机头挤压在由滚动元件的截面形状所限定的腔之前或直接地挤压到该腔中；以及使滚动元件沿基体滚动，使得材料珠的高度增加以便在基体上形成制品。
66.条款4. 前述条款中任何的方法，还包括在材料珠沉积于其中时使至少一个成形工具以预定速度沿基体移动，该至少一个成形工具的预定速度和长度选择成确保在材料珠离开至少一个成形工具之前材料珠已充分固化。
67.条款5. 条款4的方法，其中，至少一个成形工具的至少一部分是可变形的，以便在至少一个成形工具沿基体移动时遵循基体的轮廓，该方法还包括使至少一个成形工具直接地在基体上移动。
68.条款6. 前述条款中任何的方法，其中，至少一个成形工具的至少一部分是刚性的，该方法还包括在至少一个成形工具沿基体移动时保持至少一个成形工具在基体上方且与基体经由间隙间隔开，其中该间隙允许挤出材料以增加至少一个成形工具与基体之间的结合区域。
69.条款7. 前述条款中任何的方法，还包括将至少一个成形工具固定在打印机头之后。
70.条款8. 前述条款中任何的方法，还包括将打印机头固定在至少一个成形工具的中心处。
71.条款9. 条款2的方法，其中，至少一个成形工具包括模具，该方法还包括：将材料珠从打印机头直接地挤压到模具中；以及将模具压制到基体上以便形成制品，该模具包括至少一个可变形表面。
72.条款10. 条款9的方法，还包括：在材料珠挤压到制品的模具中之前将模具压制到基体上；以及在模具压制到基体时经由打印机头将材料珠挤压到模具的入口中。
73.条款11. 前述条款中任何的方法，还包括保持至少一个成形工具压制到基体，直到材料珠固化并结合到基体。
74.条款12. 前述条款中任何的方法，还包括加热至少一个成形工具以控制材料的熔化速率。
75.条款13. 前述条款中任何的方法，还包括冷却至少一个成形工具，以便部分地冷却沉积于其中的材料，使得材料保持它的形状。
76.条款14. 前述条款中任何的方法，其中，材料珠包括热塑性材料、热固性材料、金属材料或混凝土材料中的至少一种。
77.条款15. 前述条款中任何的方法，其中，制品包括风力涡轮的转子叶片构件。
78.条款16. 一种用于形成制品的系统，包括：基体；打印头组件，其包括安装在基体上方的打印机头，该打印机头构造成用于挤压材料珠；以及
至少一个成形工具，其用于在挤压材料珠时将材料珠形成为制品的预先限定的形状和/或高度，以便经由至少一个成形工具增加材料珠的高度，由此减少或消除多个材料挤压层。
79.条款17. 条款16的系统，其中，至少一个成形工具包括模子、模具或滚动元件。
80.条款18. 条款16-17的系统，其中，至少一个成形工具包括固定到打印头组件的打印机头的滚动元件，该滚动元件限定环形腔，该环形腔构造成用于在材料珠在其中挤压时接收和累积材料珠。
81.条款19. 条款16-18的系统，其中，至少一个成形工具包括至少一个可变形表面，其在至少一个成形工具沿基体移动时遵循基体。
82.条款20. 一种用于形成多个制品的方法，该方法包括：(a)提供具有预先限定的形状和/或高度的多个制品中一个的成形工具；(b)从打印头组件挤压材料珠并挤压到成形工具中；(c)允许材料在成形工具中至少部分地冷却以便保持它的形状并形成多个制品中的一个；(d)在制品从成形工具释放时使成形工具沿基体移动；(e)重复步骤(a)到(d)以形成多个制品；(f)将可变形构件设在多个制品之间的交点处；(g)加热在交点处的可变形构件以便熔化在交点处的材料；以及(h)在交点处添加额外的材料以便将多个制品连结在一起。
83.该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，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。本发明的可取得专利的范围由权利要求书所限定，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求书的字面语言具有非实质性差异的等同结构元件，此类其它示例意在处于权利要求书的范围内。