nyheter

3D-utskrift av termoplastiska blad möjliggör termisk svetsning och förbättrar återvinningsbarheten, vilket ger möjlighet att minska turbinbladens vikt och kostnad med minst 10 % och produktionscykeltiden med 15 %.

Ett team av National Renewable Energy Laboratory (NREL, Golden, Colo., USA) forskare, ledda av NREL senior vindteknikingenjör Derek Berry, fortsätter att utveckla sina nya tekniker för att tillverka avancerade vindturbinblad avfrämja deras kombinationav återvinningsbar termoplast och additiv tillverkning (AM). Framgången möjliggjordes genom finansiering från det amerikanska energidepartementets Advanced Manufacturing Office – utmärkelser utformade för att stimulera teknisk innovation, förbättra energiproduktiviteten för amerikansk tillverkning och möjliggöra tillverkning av banbrytande produkter.

Idag har de flesta vindkraftverksblad i bruksskala samma konstruktion: Två blad av glasfiber är sammanfogade med lim och använder en eller flera förstyvningskomponenter i komposit som kallas skjuvväv, en process som har optimerats för effektivitet under de senaste 25 åren. Men för att göra vindkraftsblad lättare, längre, billigare och mer effektiva när det gäller att fånga vindenergi – förbättringar som är avgörande för målet att minska utsläppen av växthusgaser delvis genom att öka vindenergiproduktionen – måste forskare helt och hållet tänka om det konventionella greppet, något som är NREL-teamets primära fokus.

Till att börja med fokuserar NREL-teamet på hartsmatrismaterialet. Nuvarande konstruktioner förlitar sig på härdplastsystem som epoxi, polyestrar och vinylestrar, polymerer som, när de väl härdat, tvärbinder som odlingar.

"När du har producerat ett blad med ett härdplastsystem kan du inte vända processen," säger Berry. "Det gör [också] bladetsvårt att återvinna.”

Arbetar medInstitute for Advanced Composites Manufacturing Innovation(IACMI, Knoxville, Tenn., USA) i NREL:s Composites Manufacturing Education and Technology (CoMET) Facility, utvecklade teamet med flera institutioner system som använder termoplaster, som, till skillnad från härdade material, kan värmas upp för att separera de ursprungliga polymererna, vilket möjliggör slutet återvinningsbarhet (EOL).

Termoplastiska bladdelar kan också sammanfogas med hjälp av en termisk svetsprocess som skulle kunna eliminera behovet av lim – ofta tunga och dyra material – vilket ytterligare förbättrar bladens återvinningsbarhet.

"Med två termoplastiska bladkomponenter har du förmågan att sammanföra dem och, genom applicering av värme och tryck, sammanfoga dem", säger Berry. "Du kan inte göra det med härdplastmaterial."

Framåt, NREL, tillsammans med projektpartnersTPI-kompositer(Scottsdale, Arizona, USA), Additive Engineering Solutions (Akron, Ohio, USA),Ingersoll Machine Tools(Rockford, Ill., USA), Vanderbilt University (Knoxville) och IACMI, kommer att utveckla innovativa bladkärnstrukturer för att möjliggöra kostnadseffektiv produktion av högpresterande, mycket långa blad – långt över 100 meter långa – som är relativt låga vikt.

Genom att använda 3D-utskrift säger forskargruppen att de kan producera de typer av konstruktioner som behövs för att modernisera turbinbladen med högkonstruerade, nätformade strukturella kärnor med varierande densiteter och geometrier mellan de strukturella skalen på turbinbladet. Bladskalen kommer att infunderas med ett termoplastiskt hartssystem.

Om de lyckas kommer teamet att minska turbinbladens vikt och kostnad med 10 % (eller mer) och produktionscykeltiden med minst 15 %.

Förutomfrämsta AMO FOA-utmärkelsenför AM termoplastiska vindkraftsbladstrukturer kommer två subbidragsprojekt också att utforska avancerade vindkraftstekniker. Colorado State University (Fort Collins) leder ett projekt som också använder 3D-utskrift för att göra fiberförstärkta kompositer för nya inre vindbladsstrukturer, medOwens Corning(Toledo, Ohio, USA), NREL,Arkema Inc.(King of Prussa, Pa., USA) och Vestas Blades America (Brighton, Colo., USA) som partners. Det andra projektet, som leds av GE Research (Niskayuna, NY, USA), kallas AMERICA: Additive and Modular-Enabled Rotor Blades and Integrated Composites Assembly. Samarbete med GE Research ärOak Ridge National Laboratory(ORNL, Oak Ridge, Tenn., USA), NREL, LM Wind Power (Kolding, Danmark) och GE Renewable Energy (Paris, Frankrike).

Från: compositesworld