在大眾的認(rèn)識(shí)中，或許3D打印只能做些小玩意，幾十米高的風(fēng)力發(fā)電機(jī)似乎與3D打印沒(méi)什么關(guān)系。而桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室再一次刷新了我們的認(rèn)識(shí)，桑迪亞去年探索了3D打印的太陽(yáng)能電池板，最近又開(kāi)發(fā)出由3D打印模具制造的第一臺(tái)風(fēng)力發(fā)單機(jī)的巨大葉片，并由此獲得了技術(shù)轉(zhuǎn)讓聯(lián)邦實(shí)驗(yàn)室聯(lián)盟的2018年國(guó)家技術(shù)焦點(diǎn)獎(jiǎng)。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)巨型葉片模具
風(fēng)能是可持續(xù)性和可靠性方面最有前途的資源之一，但所使用的風(fēng)機(jī)技術(shù)仍不完善。平均渦輪葉片的大小意味著測(cè)試和原型設(shè)計(jì)可能過(guò)于昂貴和耗時(shí)。與傳統(tǒng)鑄造方法相比，3D打印可以解決這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樗哂懈倪M(jìn)的設(shè)計(jì)靈活性和生產(chǎn)速度。
為了制造渦輪葉片，桑迪亞與3D打印領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室以及全美最大的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片獨(dú)立制造商TPIComposites合作。桑迪亞研究員JoshPaquette表示：“桑迪亞的風(fēng)能部門在設(shè)計(jì)葉片方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，但我們的團(tuán)隊(duì)無(wú)法使用增材制造。”“這個(gè)項(xiàng)目是結(jié)合兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室的專業(yè)知識(shí)和行業(yè)顧問(wèn)的機(jī)會(huì)，可以立即將這些知識(shí)帶入私營(yíng)部門。”
使用3D打印技術(shù)可以大大縮短新渦輪葉片的原型設(shè)計(jì)階段。用于制造模具的傳統(tǒng)方法非常耗時(shí)且耗費(fèi)勞動(dòng)力，并且每個(gè)新的模型原型將需要大約16個(gè)月的時(shí)間才能完成，然后葉片最終可以建成并在其上進(jìn)行測(cè)試。3D打印模具將這一次縮短到僅僅三個(gè)月。
由桑迪亞和合作伙伴制造的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相對(duì)較小，長(zhǎng)13米（42.6英尺）。桑迪亞領(lǐng)導(dǎo)了生產(chǎn)葉片的設(shè)計(jì)階段，其中包括評(píng)估使用增材制造的可行性。咨詢了TPI有關(guān)機(jī)械參數(shù)的信息，并執(zhí)行了成功模制葉片所需的結(jié)構(gòu)CAD設(shè)計(jì)。ORNL然后在短短的兩周內(nèi)在幾個(gè)部分打印出模具。刀片本身的最終組裝和制造是在TPI進(jìn)行的。
該協(xié)作式數(shù)字方法使總生產(chǎn)時(shí)間縮短一年多。在未來(lái)，這將導(dǎo)致成本的降低，并為工程師創(chuàng)造更自由設(shè)計(jì)和更廣泛地測(cè)試他們的想法的機(jī)會(huì)。現(xiàn)在可以采取3D打印技術(shù)，可以做出更多的創(chuàng)新和更多潛在的能源效率改進(jìn)方法。
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