ข่าว

การพิมพ์ 3 มิติของใบมีดเทอร์โมพลาสติกช่วยให้สามารถเชื่อมด้วยความร้อนและปรับปรุงความสามารถในการรีไซเคิล โดยมีศักยภาพในการลดน้ำหนักและต้นทุนของใบพัดกังหันอย่างน้อย 10% และลดรอบเวลาการผลิตลง 15%

ทีมนักวิจัยของห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติ (NREL, Golden, Colo., US) นำโดย Derek Berry วิศวกรเทคโนโลยีลมอาวุโสของ NREL กำลังพัฒนาเทคนิคใหม่ ๆ อย่างต่อเนื่องในการผลิตใบกังหันลมขั้นสูงโดยส่งเสริมการผสมผสานของพวกเขาของเทอร์โมพลาสติกรีไซเคิลและการผลิตสารเติมแต่ง (AM) ความก้าวหน้านี้เกิดขึ้นได้โดยการระดมทุนจากสำนักงานการผลิตขั้นสูงของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ ซึ่งเป็นรางวัลที่ออกแบบมาเพื่อกระตุ้นนวัตกรรมทางเทคโนโลยี ปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตพลังงานของการผลิตในสหรัฐฯ และช่วยให้สามารถผลิตผลิตภัณฑ์ที่ล้ำสมัยได้

ปัจจุบัน ใบพัดกังหันลมในระดับเอนกประสงค์ส่วนใหญ่มีการออกแบบแบบฝาพับเหมือนกัน โดยผิวของใบพัดไฟเบอร์กลาสสองใบจะถูกเชื่อมติดกันด้วยกาว และใช้ส่วนประกอบที่ทำให้แข็งทื่อแบบคอมโพสิตหนึ่งหรือหลายชิ้นที่เรียกว่า shear webs ซึ่งเป็นกระบวนการที่ได้รับการปรับปรุงให้มีประสิทธิภาพสูงสุดในช่วง 25 ปีที่ผ่านมา อย่างไรก็ตาม เพื่อทำให้ใบพัดกังหันลมมีน้ำหนักเบาขึ้น ยาวขึ้น ถูกลง และมีประสิทธิภาพมากขึ้นในการจับพลังงานลม ซึ่งเป็นการปรับปรุงที่สำคัญต่อเป้าหมายในการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกในส่วนหนึ่งโดยการเพิ่มการผลิตพลังงานลม นักวิจัยจะต้องคิดใหม่ทั้งหมดเกี่ยวกับเปลือกหอยแบบเดิม ซึ่งเป็นสิ่งที่ จุดสนใจหลักของทีม NREL

ในการเริ่มต้น ทีมงาน NREL กำลังมุ่งเน้นไปที่วัสดุเรซินเมทริกซ์ การออกแบบในปัจจุบันอาศัยระบบเทอร์โมเซ็ตเรซิน เช่น อีพอกซี โพลีเอสเตอร์ และไวนิลเอสเทอร์ ซึ่งเป็นโพลีเมอร์ที่เมื่อบ่มแล้วจะมีการเชื่อมโยงข้ามเหมือนพุ่มไม้

“เมื่อคุณผลิตใบมีดที่มีระบบเทอร์โมเซ็ตเรซิน คุณจะไม่สามารถย้อนกลับกระบวนการได้” Berry กล่าว “นั่น [ยัง] ทำให้ใบมีดยากที่จะรีไซเคิล-

การทำงานร่วมกับสถาบันนวัตกรรมการผลิตคอมโพสิตขั้นสูง(IACMI, Knoxville, Tenn., US) ในศูนย์การศึกษาและเทคโนโลยีการผลิตคอมโพสิต (CoMET) ของ NREL ทีมงานหลายสถาบันได้พัฒนาระบบที่ใช้เทอร์โมพลาสติก ซึ่งแตกต่างจากวัสดุเทอร์โมเซตตรงที่สามารถให้ความร้อนเพื่อแยกโพลีเมอร์ดั้งเดิมได้ ทำให้สามารถสิ้นสุดกระบวนการได้ - ความสามารถในการรีไซเคิลของชีวิต (EOL)

ชิ้นส่วนใบมีดเทอร์โมพลาสติกสามารถเชื่อมต่อได้โดยใช้กระบวนการเชื่อมด้วยความร้อน ซึ่งสามารถขจัดความจำเป็นในการใช้กาว ซึ่งมักจะหนักและมีราคาแพง ช่วยเพิ่มความสามารถในการรีไซเคิลของใบมีดได้อีก

“ด้วยส่วนประกอบใบมีดเทอร์โมพลาสติกสองชิ้น คุณสามารถนำพวกมันมารวมกันและรวมเข้าด้วยกันผ่านการใช้ความร้อนและความดัน” Berry กล่าว “คุณไม่สามารถทำเช่นนั้นกับวัสดุเทอร์โมเซตได้”

ก้าวไปข้างหน้า NREL พร้อมด้วยพันธมิตรโครงการทีพีไอ คอมโพสิต(สกอตส์เดล อริโซนา สหรัฐอเมริกา) โซลูชั่นวิศวกรรมแบบเติมแต่ง (แอครอน โอไฮโอ สหรัฐอเมริกา)เครื่องมือกลอิงเกอร์ซอลล์(Rockford, Ill., US), Vanderbilt University (Knoxville) และ IACMI จะพัฒนาโครงสร้างแกนกลางของใบมีดที่เป็นนวัตกรรมใหม่ เพื่อให้สามารถผลิตใบมีดที่ยาวมากประสิทธิภาพสูงซึ่งมีความยาวมากกว่า 100 เมตร ซึ่งค่อนข้างประหยัดต้นทุนได้ น้ำหนัก.

ด้วยการใช้การพิมพ์ 3 มิติ ทีมวิจัยกล่าวว่าสามารถผลิตการออกแบบประเภทต่างๆ ที่จำเป็นในการปรับปรุงใบพัดกังหันให้ทันสมัยด้วยแกนโครงสร้างทรงตาข่ายที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมขั้นสูง ซึ่งมีความหนาแน่นและรูปทรงที่แตกต่างกันระหว่างผิวหนังโครงสร้างของใบพัดกังหัน ผิวใบมีดจะถูกผสมโดยใช้ระบบเทอร์โมพลาสติกเรซิน

หากประสบความสำเร็จ ทีมงานจะลดน้ำหนักและต้นทุนของใบพัดกังหันลง 10% (หรือมากกว่า) และรอบเวลาการผลิตลงอย่างน้อย 15%

นอกเหนือจากนั้นรางวัล AMO FOA ชั้นนำสำหรับโครงสร้างใบพัดกังหันลมเทอร์โมพลาสติก AM โครงการย่อยสองโครงการจะสำรวจเทคนิคการผลิตกังหันลมขั้นสูงด้วย มหาวิทยาลัยแห่งรัฐโคโลราโด (ฟอร์ตคอลลินส์) กำลังเป็นผู้นำโครงการที่ใช้การพิมพ์ 3 มิติเพื่อสร้างวัสดุคอมโพสิตที่เสริมด้วยเส้นใยสำหรับโครงสร้างใบพัดภายในแบบใหม่ด้วยโอเวนส์ คอร์นนิ่ง(โทเลโด โอไฮโอ สหรัฐอเมริกา) NRELอาร์เคมา อิงค์(King of Prussa, Pa., US) และ Vestas Blades America (Brighton, Colo., US) ในฐานะหุ้นส่วน โครงการที่สอง นำโดย GE Research (Niskayuna, NY, US) มีชื่อว่า AMERICA: Additive and Modular-Enabled Rotor Blades and Integrated Composites Assembly ร่วมมือกับศูนย์วิจัยจีอีได้แก่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติโอ๊คริดจ์(ORNL, Oak Ridge, Tenn., US), NREL, LM Wind Power (โคลดิง, เดนมาร์ก) และ GE Renewable Energy (ปารีส, ฝรั่งเศส)

จาก: Compositesworld