NS1591美国能源部投资新项目：3D打印碳纤维复合材料风电叶片自动化模具制造

　　以美国风能为目标，支持普渡大学的 CMSC 中心和行业合作伙伴开发自动化模具制造的基础，支持复合材料和其他技术元素的创新。

　　图片来源：Unsplash/Marcel Strau

　　风能是清洁、可持续电力组合的重要组成部分。人们在风力发电场看到的那些缓慢转动的风电叶片主要是人工制造的，低成本的劳动力使这一制造业的大部分留在了美国国外。美国能源部认为，只有通过自动化才能加强和延续美国的这一重要行业，实现成本效益生产，并扩大风能在美国的应用。

　　为此，美国能源部(DOE)日前宣布，将拨款 284.9 万美元，向普渡大学(美国印第安纳州西拉斐特)复合材料制造模拟中心(CMSC)及其行业合作伙伴Thermwood股份有限公司(美国伊利诺伊州戴尔)、TPI复合材料股份有限公司(美国亚利桑那州斯科茨代尔)、Dassault Systèmes(美国马萨诸塞州沃尔瑟姆)、Dimensional Innovations(美国堪萨斯州Overland Park)和Techmer PM(美国田纳西州克林顿)提供资助。

　　美国能源部资助的普渡大学项目“大规模风电叶片制造用集成加热模块化工具的增材制造”由复合材料增材制造与模拟(CAMS)工业联合会主任Eduardo Barocio领导。

　　Barocio说：“该项目的主要目标是为大型风电叶片的自动化制造奠定基础，以适应叶片几何形状和规模的持续变化。”。“这将通过模块化结构来实现，其中模块通过一种名为挤压沉积增材制造的技术用碳纤维增强热塑性复合材料进行3D打印，该技术最初是在美国能源部位于橡树岭国家实验室的制造示范设施开发的。”

　　该项目的具体目标包括：

　　开发长度等于或大于80米的风叶模块设计;

　　与传统工具制造相比，减少至少40%制造和组装风电叶片工具所需的时间;

　　将工具性能提高至少15%;

　　与传统工具相比，重量至少减少25%;

　　以及将风力叶片工具的制造成本降低至少35%。

　　普渡大学 Thermwood LSAM 实验室为大规模增材制造行业的成熟提供了科学基础。

　　图片来源：普渡大学

　　Barocio 是普渡大学研究园印第安纳制造研究所 Thermwood 大规模增材制造 (LSAM) 研究实验室的创始人和主任。他还是复合材料快速成型制造和仿真工业联合会的创始主任，该联合会的使命是通过提供教育、仿真工具、特征描述和最佳实践来塑造 LSAM 的未来。

　　"Barocio 补充说："拟议的计划为风力叶片模具制造中的自动化制造技术奠定了基础。"这些技术同样可以应用于风能系统所有元件的制造，因此，该计划提供了一个开拓性的发展，可以利用美国国内的技术，为主要的清洁能源--风能服务。

　　能源部之所以选择这些项目，是因为其有可能提高复合材料的可制造性和坚固性。

　　该项目将开发并展示七项具体创新。其中包括自动化大型模块的3D打印，开发强大的连接技术和用于传导加热的在线加热元件沉积。其他包括用于对流冷却的3D打印冷却通道;经济性和性能的新型复合材料系统;支架重量减轻;以及工具变形预测和控制，通过3D打印设计和制造的数字孪生进行决策。

　　总的来说，美国能源部为10个州的13个项目拨款3000万美元，这些项目将重塑海上和陆地应用大型风叶的设计、材料和可持续性。大型风叶在设计和材料方面面临重大挑战，尤其是在海上应用方面。选定的项目将应对这些挑战，重点关注可持续性、效率和技术进步，使风能更加可行和有效。

　　重要的是，能源部之所以选择这些项目，是因为它们有潜力提高复合材料的可制造性和稳健性，这对风能技术的未来成功至关重要。这些项目重点关注三个主要挑战：大型风电叶片增材制造(AM)、风力涡轮机组件和先进制造的AM、大型风电刀片的材料和可持续性。

　　普渡大学复合材料制造模拟中心执行主任R.Byron Pipes表示：“这些项目与普渡大学的项目一起，将解决风力涡轮机制造中的剩余挑战，并在自动化、数字化、风叶可持续性以及模块化叶片建造和连接方面的先前工作的基础上再接再厉。”。“替代能源系统制造自动化的成功示范可以提高其更广泛的使用，同时维持美国的行业。”

　　文章来源：CompositesWorld、JEC