[发明专利]利用生物基材料的结构和结构的制造方法

说明书

本发明涉及用于涡轮机的结构，所述结构包含具有多层构造的主体，所述多层构造包括：内层，其具有在各个部分浓度基本均一的兼性厌氧生物体(FAO)以及葡萄糖和在各个部分浓度不均一的结构性组合物，所述兼性厌氧生物体(FAO)具有能够产生脲酶的基因，所述结构性组合物包括基于几丁质的组分以及蚕丝纤连蛋白和水；由尿素、水、钙离子和包含脲酶、霰石的兼性厌氧生物体(FAO)构成的外层；以及在所述内层和所述外层中间的贝壳硬蛋白粘合层。所述兼性厌氧生物体(FAO)是被分类为酵母属(Saccharomyces)、埃希氏菌属(Escherichia)和芽孢杆菌属(Bacillus)之一的生物体。

相关申请的交叉参考

本申请根据35U.S.C.119(e)要求2015年2月25日提交的序号62/120,409的美国临时专利申请的优先权，所述专利申请的标题为“风力涡轮机部件的制造和维修方法(METHODOF MANUFACTURING AND MAINTAINING WIND TURBINE COMPONENTS)”，其内容通过引用以其整体合并在本文中。

技术领域

下文总体上涉及结构的制造，并且更具体地，涉及利用生物基材料的结构的增材制造。

背景技术

用于从旋转运动发电的水平轴风力涡轮机通常包含一个或多个转子叶片，每个转子叶片具有从由风力涡轮机舱支撑并在风力涡轮机舱内旋转的水平机轴或机毂向外延伸的空气动力学主体。所述机舱被支撑在从地面或其他表面延伸的塔架上。所述机毂也被鼻锥体、螺旋彀盖(spinner)或整流罩覆盖。入射到转子叶片上的风施加压力，通过旋转所述机轴而引起转子叶片运动，其中所述转子叶片在所述机轴的水平旋转轴周围延伸出来。所述机轴又与发电机相关联，所述发电机正如众所周知的，将所述机轴的旋转运动转化为电流供传输、储存和/或立即使用。水平轴风力涡轮机通常是非常熟知和了解的，然而改进它们的运行来改善能量转换效率和它们的总体运行特性仍然是所希望的。

所述转子叶片、机毂、螺旋彀盖、鼻锥体和机舱全部是独立的部件，它们在制造厂制造，然后运输到风电场位置进行组装。这些独立部件的运输给经营者和制造商带来显著的成本，因此，可以有更有效和成本有效的方式在电力生产地点制造风力涡轮机。

有几种方式能够制造在该行业内使用的风力涡轮机部件，包括转子叶片、机毂、螺旋彀盖、鼻锥体和机舱。这些包括但不限于各种合成纤维、热塑性复合材料和层压材料的手工铺设(hand layup)、长丝缠绕、预浸渍、拉挤成型、真空灌注和树脂传递模塑。所有这些工艺和材料目前用于产生转子叶片以及含有粘结接头、抗剪腹板(shear web)和翼梁帽等的其他风力涡轮机部件。这些工艺包括劳动密集型和昂贵的方法，因此，可以有改进这些部件的制造时间和成本的方式。

特别地，转子叶片当前利用壳-夹层技术或模块技术来制造，所述技术在风力涡轮机中产生故障区域。这些故障包括但不限于粘结接头、翼梁帽、后缘、前缘、后缘翼梁、前缘翼梁和/或抗剪腹板的弯曲、纤维断裂、纤维间断裂、粘结破坏和/或磨蚀。这些故障方式代表了给风力涡轮机制造商和风电场经营者带来的显著成本，同时也是安全顾虑并导致能量生产和效率的损失。

仿生学是当应对复杂的工程和设计问题时对自然的模仿，并在再生能源生产领域得到关注。然而，仿生学应用于风力涡轮机制造领域中的具体问题，例如涉及有机材料的使用、沉积图案和材料梯度的问题仍然是初期的。在不仔细考虑下试图利用仿生学解决复杂的制造问题经常未能考虑某些关键的特征，例如规模、材料适合性、和功能契合的形式。

合成生物学是为了实用目的操纵细胞内的基因集和基因组物质，并在生物制造领域内已得到关注。然而，合成生物学应用于大型结构例如风力涡轮机部件的制造和维修中的具体问题仍然是初期的。