以美國風能為目標，支持普渡大學的 CMSC 中心和行業(yè)合作伙伴開發(fā)自動化模具制造的基礎(chǔ)，支持復合材料和其他技術(shù)元素的創(chuàng)新。
圖片來源：Unsplash/Marcel Strau
風能是清潔、可持續(xù)電力組合的重要組成部分。人們在風力發(fā)電場看到的那些緩慢轉(zhuǎn)動的風電葉片主要是人工制造的，低成本的勞動力使這一制造業(yè)的大部分留在了美國國外。美國能源部認為，只有通過自動化才能加強和延續(xù)美國的這一重要行業(yè)，實現(xiàn)成本效益生產(chǎn)，并擴大風能在美國的應用。
為此，美國能源部(DOE)日前宣布，將撥款 284.9 萬美元，向普渡大學(美國印第安納州西拉斐特)復合材料制造模擬中心(CMSC)及其行業(yè)合作伙伴Thermwood股份有限公司(美國伊利諾伊州戴爾)、TPI復合材料股份有限公司(美國亞利桑那州斯科茨代爾)、Dassault Systèmes(美國馬薩諸塞州沃爾瑟姆)、Dimensional Innovations(美國堪薩斯州Overland Park)和Techmer PM(美國田納西州克林頓)提供資助。
美國能源部資助的普渡大學項目“大規(guī)模風電葉片制造用集成加熱模塊化工具的增材制造”由復合材料增材制造與模擬(CAMS)工業(yè)聯(lián)合會主任Eduardo Barocio領(lǐng)導。
Barocio說：“該項目的主要目標是為大型風電葉片的自動化制造奠定基礎(chǔ)，以適應葉片幾何形狀和規(guī)模的持續(xù)變化。”。“這將通過模塊化結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，其中模塊通過一種名為擠壓沉積增材制造的技術(shù)用碳纖維增強熱塑性復合材料進行3D打印，該技術(shù)最初是在美國能源部位于橡樹嶺國家實驗室的制造示范設(shè)施開發(fā)的。”
該項目的具體目標包括：
開發(fā)長度等于或大于80米的風葉模塊設(shè)計;
與傳統(tǒng)工具制造相比，減少至少40%制造和組裝風電葉片工具所需的時間;
將工具性能提高至少15%;
與傳統(tǒng)工具相比，重量至少減少25%;
以及將風力葉片工具的制造成本降低至少35%。
普渡大學 Thermwood LSAM 實驗室為大規(guī)模增材制造行業(yè)的成熟提供了科學基礎(chǔ)。
圖片來源：普渡大學
Barocio 是普渡大學研究園印第安納制造研究所 Thermwood 大規(guī)模增材制造 (LSAM) 研究實驗室的創(chuàng)始人和主任。他還是復合材料快速成型制造和仿真工業(yè)聯(lián)合會的創(chuàng)始主任，該聯(lián)合會的使命是通過提供教育、仿真工具、特征描述和最佳實踐來塑造 LSAM 的未來。
"Barocio 補充說："擬議的計劃為風力葉片模具制造中的自動化制造技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。"這些技術(shù)同樣可以應用于風能系統(tǒng)所有元件的制造，因此，該計劃提供了一個開拓性的發(fā)展，可以利用美國國內(nèi)的技術(shù)，為主要的清潔能源--風能服務。
能源部之所以選擇這些項目，是因為其有可能提高復合材料的可制造性和堅固性。
該項目將開發(fā)并展示七項具體創(chuàng)新。其中包括自動化大型模塊的3D打印，開發(fā)強大的連接技術(shù)和用于傳導加熱的在線加熱元件沉積。其他包括用于對流冷卻的3D打印冷卻通道;經(jīng)濟性和性能的新型復合材料系統(tǒng);支架重量減輕;以及工具變形預測和控制，通過3D打印設(shè)計和制造的數(shù)字孿生進行決策。
總的來說，美國能源部為10個州的13個項目撥款3000萬美元，這些項目將重塑海上和陸地應用大型風葉的設(shè)計、材料和可持續(xù)性。大型風葉在設(shè)計和材料方面面臨重大挑戰(zhàn)，尤其是在海上應用方面。選定的項目將應對這些挑戰(zhàn)，重點關(guān)注可持續(xù)性、效率和技術(shù)進步，使風能更加可行和有效。
重要的是，能源部之所以選擇這些項目，是因為它們有潛力提高復合材料的可制造性和穩(wěn)健性，這對風能技術(shù)的未來成功至關(guān)重要。這些項目重點關(guān)注三個主要挑戰(zhàn)：大型風電葉片增材制造(AM)、風力渦輪機組件和先進制造的AM、大型風電刀片的材料和可持續(xù)性。
普渡大學復合材料制造模擬中心執(zhí)行主任R.Byron Pipes表示：“這些項目與普渡大學的項目一起，將解決風力渦輪機制造中的剩余挑戰(zhàn)，并在自動化、數(shù)字化、風葉可持續(xù)性以及模塊化葉片建造和連接方面的先前工作的基礎(chǔ)上再接再厲。”。“替代能源系統(tǒng)制造自動化的成功示范可以提高其更廣泛的使用，同時維持美國的行業(yè)。”
文章來源：CompositesWorld、JEC
