aktualności

Drukowanie 3D łopatek termoplastycznych umożliwia zgrzewanie termiczne i poprawia możliwość recyklingu, oferując potencjał zmniejszenia masy i kosztów łopatek turbiny o co najmniej 10% oraz czasu cyklu produkcyjnego o 15%.

Zespół badaczy z Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL, Golden, Kolorado, USA), kierowany przez starszego inżyniera technologii wiatrowej NREL Dereka Berry'ego, w dalszym ciągu udoskonala swoje nowatorskie techniki produkcji zaawansowanych łopat turbin wiatrowych przezpogłębiając ich połączenienadających się do recyklingu tworzyw termoplastycznych i wytwarzania przyrostowego (AM). Postęp był możliwy dzięki finansowaniu z Biura Zaawansowanej Produkcji Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych — nagrodom mającym na celu stymulowanie innowacji technologicznych, poprawę wydajności energetycznej amerykańskiej produkcji i umożliwienie wytwarzania najnowocześniejszych produktów.

Obecnie większość łopat turbin wiatrowych do zastosowań użytkowych ma tę samą konstrukcję składaną: dwie powłoki łopat z włókna szklanego są łączone ze sobą za pomocą kleju i wykorzystują jeden lub kilka kompozytowych elementów usztywniających, zwanych środnikami ścinanymi, co jest procesem zoptymalizowanym pod kątem wydajności w ciągu ostatnich 25 lat. Aby jednak łopaty turbin wiatrowych były lżejsze, dłuższe, tańsze i skuteczniejsze w wychwytywaniu energii wiatrowej – co stanowi ulepszenie mające kluczowe znaczenie dla osiągnięcia celu, jakim jest ograniczenie emisji gazów cieplarnianych, częściowo poprzez zwiększenie produkcji energii wiatrowej – badacze muszą całkowicie na nowo przemyśleć konwencjonalną konstrukcję składaną, czyli coś, co jest głównym celem zespołu NREL.

Na początek zespół NREL koncentruje się na materiale matrycy żywicznej. Obecne projekty opierają się na systemach żywic termoutwardzalnych, takich jak epoksydy, poliestry i estry winylowe, polimery, które po utwardzeniu sieciują się jak jeżyny.

„Po wyprodukowaniu ostrza z żywicy termoutwardzalnej nie można odwrócić tego procesu” – mówi Berry. „To [również] tworzy ostrzetrudne do recyklingu.”

Praca zInstytut Innowacji w Produkcji Zaawansowanych Kompozytów(IACMI, Knoxville, Tenn., USA) w ośrodku edukacji i technologii produkcji kompozytów (CoMET) należącym do NREL wieloinstytucjonalny zespół opracował systemy wykorzystujące tworzywa termoplastyczne, które w przeciwieństwie do materiałów termoutwardzalnych można podgrzewać w celu oddzielenia oryginalnych polimerów, umożliwiając końcowe -of-life (EOL) możliwość recyklingu.

Części ostrzy z tworzyw termoplastycznych można również łączyć za pomocą procesu zgrzewania termicznego, który może wyeliminować potrzebę stosowania klejów — często ciężkich i drogich materiałów — co jeszcze bardziej zwiększa możliwość recyklingu ostrzy.

„Dzięki dwóm termoplastycznym elementom ostrza można je połączyć i połączyć za pomocą ciepła i ciśnienia” – mówi Berry. „Nie da się tego zrobić w przypadku materiałów termoutwardzalnych.”

Idąc dalej, NREL wraz z partnerami projektuKompozyty TPI(Scottsdale, Arizona, USA), Additive Engineering Solutions (Akron, Ohio, USA),Obrabiarki Ingersoll(Rockford, Illinois, USA), Uniwersytet Vanderbilt (Knoxville) i IACMI opracują innowacyjne struktury rdzenia ostrzy, aby umożliwić opłacalną produkcję wysokowydajnych, bardzo długich ostrzy – o długości znacznie ponad 100 metrów – które są stosunkowo niskie waga.

Zespół badawczy twierdzi, że dzięki drukowi 3D może tworzyć projekty potrzebne do modernizacji łopatek turbin za pomocą zaawansowanych technicznie rdzeni konstrukcyjnych w kształcie siatki o różnej gęstości i geometrii pomiędzy powłokami konstrukcyjnymi łopatki turbiny. Skórki ostrzy zostaną napełnione systemem żywicy termoplastycznej.

Jeśli im się to uda, zespół zmniejszy masę i koszt łopatek turbiny o 10% (lub więcej), a czas cyklu produkcyjnego o co najmniej 15%.

Opróczgłówna nagroda AMO FOAw przypadku termoplastycznych konstrukcji łopat turbin wiatrowych AM w ramach dwóch projektów w ramach dotacji zbadane zostaną również zaawansowane techniki produkcji turbin wiatrowych. Uniwersytet Stanowy Kolorado (Fort Collins) prowadzi projekt, w ramach którego druk 3D wykorzystuje się również do wytwarzania kompozytów wzmocnionych włóknem do tworzenia nowatorskich konstrukcji wewnętrznych łopat wiatrowych, przy czymOwensa Corninga(Toledo, Ohio, USA), NREL,Arkema Inc.(King of Prussa, Pensylwania, USA) i Vestas Blades America (Brighton, Kolorado, USA) jako partnerzy. Drugi projekt, prowadzony przez GE Research (Niskayuna, Nowy Jork, USA), nosi nazwę AMERYKA: Additive and Modular-Enabled Rotor Blades and Integrated Composites Assembly. Partnerstwo z GE Research toLaboratorium Narodowe w Oak Ridge(ORNL, Oak Ridge, Tennessee, USA), NREL, LM Wind Power (Kolding, Dania) i GE Renewable Energy (Paryż, Francja).

Od: Compositesworld