以美國(guó)風(fēng)能為目標(biāo)，支持普渡大學(xué)的 CMSC 中心和行業(yè)合作伙伴開(kāi)發(fā)自動(dòng)化模具制造的基礎(chǔ)，支持復(fù)合材料和其他技術(shù)元素的創(chuàng)新。
圖片來(lái)源：Unsplash/Marcel Strau
風(fēng)能是清潔、可持續(xù)電力組合的重要組成部分。人們?cè)陲L(fēng)力發(fā)電場(chǎng)看到的那些緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)電葉片主要是人工制造的，低成本的勞動(dòng)力使這一制造業(yè)的大部分留在了美國(guó)國(guó)外。美國(guó)能源部認(rèn)為，只有通過(guò)自動(dòng)化才能加強(qiáng)和延續(xù)美國(guó)的這一重要行業(yè)，實(shí)現(xiàn)成本效益生產(chǎn)，并擴(kuò)大風(fēng)能在美國(guó)的應(yīng)用。
為此，美國(guó)能源部(DOE)日前宣布，將撥款 284.9 萬(wàn)美元，向普渡大學(xué)(美國(guó)印第安納州西拉斐特)復(fù)合材料制造模擬中心(CMSC)及其行業(yè)合作伙伴T(mén)hermwood股份有限公司(美國(guó)伊利諾伊州戴爾)、TPI復(fù)合材料股份有限公司(美國(guó)亞利桑那州斯科茨代爾)、Dassault Systèmes(美國(guó)馬薩諸塞州沃爾瑟姆)、Dimensional Innovations(美國(guó)堪薩斯州Overland Park)和Techmer PM(美國(guó)田納西州克林頓)提供資助。
美國(guó)能源部資助的普渡大學(xué)項(xiàng)目“大規(guī)模風(fēng)電葉片制造用集成加熱模塊化工具的增材制造”由復(fù)合材料增材制造與模擬(CAMS)工業(yè)聯(lián)合會(huì)主任Eduardo Barocio領(lǐng)導(dǎo)。
Barocio說(shuō)：“該項(xiàng)目的主要目標(biāo)是為大型風(fēng)電葉片的自動(dòng)化制造奠定基礎(chǔ)，以適應(yīng)葉片幾何形狀和規(guī)模的持續(xù)變化。”。“這將通過(guò)模塊化結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中模塊通過(guò)一種名為擠壓沉積增材制造的技術(shù)用碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料進(jìn)行3D打印，該技術(shù)最初是在美國(guó)能源部位于橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的制造示范設(shè)施開(kāi)發(fā)的。”
該項(xiàng)目的具體目標(biāo)包括：
開(kāi)發(fā)長(zhǎng)度等于或大于80米的風(fēng)葉模塊設(shè)計(jì);
與傳統(tǒng)工具制造相比，減少至少40%制造和組裝風(fēng)電葉片工具所需的時(shí)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(fēng)力葉片工具的制造成本降低至少35%。
普渡大學(xué) Thermwood LSAM 實(shí)驗(yàn)室為大規(guī)模增材制造行業(yè)的成熟提供了科學(xué)基礎(chǔ)。
圖片來(lái)源：普渡大學(xué)
Barocio 是普渡大學(xué)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(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)始人和主任。他還是復(fù)合材料快速成型制造和仿真工業(yè)聯(lián)合會(huì)的創(chuàng)始主任，該聯(lián)合會(huì)的使命是通過(guò)提供教育、仿真工具、特征描述和最佳實(shí)踐來(lái)塑造 LSAM 的未來(lái)。
"Barocio 補(bǔ)充說(shuō)："擬議的計(jì)劃為風(fēng)力葉片模具制造中的自動(dòng)化制造技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。"這些技術(shù)同樣可以應(yīng)用于風(fēng)能系統(tǒng)所有元件的制造，因此，該計(jì)劃提供了一個(gè)開(kāi)拓性的發(fā)展，可以利用美國(guó)國(guó)內(nèi)的技術(shù)，為主要的清潔能源--風(fēng)能服務(wù)。
能源部之所以選擇這些項(xiàng)目，是因?yàn)槠溆锌赡芴岣邚?fù)合材料的可制造性和堅(jiān)固性。
該項(xiàng)目將開(kāi)發(fā)并展示七項(xiàng)具體創(chuàng)新。其中包括自動(dòng)化大型模塊的3D打印，開(kāi)發(fā)強(qiáng)大的連接技術(shù)和用于傳導(dǎo)加熱的在線加熱元件沉積。其他包括用于對(duì)流冷卻的3D打印冷卻通道;經(jīng)濟(jì)性和性能的新型復(fù)合材料系統(tǒng);支架重量減輕;以及工具變形預(yù)測(cè)和控制，通過(guò)3D打印設(shè)計(jì)和制造的數(shù)字孿生進(jìn)行決策。
總的來(lái)說(shuō)，美國(guó)能源部為10個(gè)州的13個(gè)項(xiàng)目撥款3000萬(wàn)美元，這些項(xiàng)目將重塑海上和陸地應(yīng)用大型風(fēng)葉的設(shè)計(jì)、材料和可持續(xù)性。大型風(fēng)葉在設(shè)計(jì)和材料方面面臨重大挑戰(zhàn)，尤其是在海上應(yīng)用方面。選定的項(xiàng)目將應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，重點(diǎn)關(guān)注可持續(xù)性、效率和技術(shù)進(jìn)步，使風(fēng)能更加可行和有效。
重要的是，能源部之所以選擇這些項(xiàng)目，是因?yàn)樗鼈冇袧摿μ岣邚?fù)合材料的可制造性和穩(wěn)健性，這對(duì)風(fēng)能技術(shù)的未來(lái)成功至關(guān)重要。這些項(xiàng)目重點(diǎn)關(guān)注三個(gè)主要挑戰(zhàn)：大型風(fēng)電葉片增材制造(AM)、風(fēng)力渦輪機(jī)組件和先進(jìn)制造的AM、大型風(fēng)電刀片的材料和可持續(xù)性。
普渡大學(xué)復(fù)合材料制造模擬中心執(zhí)行主任R.Byron Pipes表示：“這些項(xiàng)目與普渡大學(xué)的項(xiàng)目一起，將解決風(fēng)力渦輪機(jī)制造中的剩余挑戰(zhàn)，并在自動(dòng)化、數(shù)字化、風(fēng)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(dòng)化的成功示范可以提高其更廣泛的使用，同時(shí)維持美國(guó)的行業(yè)。”
文章來(lái)源：CompositesWorld、JEC
