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弗吉尼亚理工大学开发一种偏远地区3D打印可持续风力发电机叶片的方案

导读:根据美国地质调查局的数据,风机叶片平均46分钟产生的电力足以为美国家庭提供整整一个月的电力。美国现有风机超过70800台,在数量上已超过水力发电,成为最大的可再生能源生产商之一。

△研究人员Chris Williams和Michael Bortner在3D打印风力涡轮叶片技术领域取得了重大进展

2024年5月13日,南极熊获悉,弗吉尼亚理工大学的研究人员正在利用3D打印技术来改进风力涡轮机的生产。该项目的重点是采用增材制造技术,用一种新型、可回收的热塑性材料制造风力涡轮机叶片。这种方法有望彻底改变风力涡轮机的生产方式,并解决与当前制造方法相关的若干环境和物流挑战。

△Alex Ryan(左)和 Cameron Jordan(右)在弗吉尼亚理工大学与Chris Williams一起工作,他解释了大型多轴机械臂3D打印机在制作风机叶片方面的优势

3D打印为清洁能源发电带来的改变

     美国能源部提供了200万美元(约合1400万人民币)的资助,这笔资金是一项耗资7200万美元(约合5.2亿人民币)的广泛计划的一部分,旨在改进风能技术的制造工艺,并为风能利用开发可持续的解决方案。

传统上,风力涡轮机叶片是在专门设施中使用大型模具制造的,然后通过半挂卡车运到安装地点(通常是偏远地区)。这一过程不仅涉及广泛的规划和物流挑战,而且由于所用材料的不可回收性,还会对环境造成严重影响。

研究团队旨在通过开发一种在风力发电场现场3D打印风力涡轮机叶片的方法来解决这些问题。这种方法采用机器人控制的打印工艺,能够打印出大型物体,包括比打印机本身还要大的涡轮叶片。该工艺采用了Bortner及其团队开发的一种新型聚合物复合材料,这种材料完全可回收利用,并具有用于叶片制造的传统玻璃纤维增强复合材料的必要特性。

预计这种创新方法将大大减少风力涡轮机建造过程中的浪费,并消除有害物质的使用。新材料的可回收性意味着,一旦涡轮叶片的生命周期结束或损坏,它们就可以被分解、再加工,并重新印制成新的叶片。这不仅增强了材料的可持续性,还大大减少了叶片生产和处置所需的能源和资源。

△Tadeusz Kosaml(左)和 Isaac Rogers(右)分析机器人3D打印的多轴运动路径

跨学科合作

该项目还充分利用了弗吉尼亚理工大学航空航天与海洋工程系Kevin T. Crofton的专业知识,利用该校的风洞来评估打印叶片的空气动力学特性。这种跨学科合作还延伸到了美国国家可再生能源实验室(NREL)和TPI复合材料公司,后者提供了行业洞察力和测试能力,以确保该项目的研究成果具有行业相关性和可扩展性。

增材制造系统设计、研究和教育(DREAMS)实验室主任Chris Williams强调,该项目是新技术和材料研究的融合。通过将独特的设计优化技术与机器人打印和新型材料使用相结合,该团队有望改变风力涡轮机叶片的生产方式,使其更具可持续性、成本效益和现场制造适应性。 (责任编辑:admin)