【专业讲堂】国外3D打印风电叶片的最新进展

美国能源部最近选择了通用电气的三个部门来开发一种革命性的系统，用于设计和生产3D打印的风力涡轮机叶片。

GE Renewable Energy通用电气可再生能源公司、GE Research通用电气研究公司和LM Wind Power将与Oakridge国家实验室（ORNL）和国家可再生能源实验室（National Renewable Energy Lab，NREL）合作进行一项670万美元的项目，开发一种增材制造方法，以制造高性能涡轮机叶片。

涡轮机的大型转子可以进行物理测试并投入使用。计划中的项目将专注于开发低成本的热塑性表皮和3D打印增强材料。该项目对热塑性塑料的重视是值得注意的，因为这种有前途的材料可以大大提高风力涡轮机叶片的可回收性。

振兴风能产业

该项目旨在通过降低制造成本，提高供应链的多功能性以及提供重量更轻、运输效率更高的叶片来提高商业风能竞争力。项目负责人还希望减少设计周期，从而实现风电场的优化并降低成本。

20多年前，通用电气首次推出用于喷气发动机的轻型复合材料叶片，2019年，GE为其GE9X喷气发动机推出了12英寸3D打印涡轮叶片。为波音777X喷气式飞机制造的碳纤维叶片有效地降低了发动机的整体重量，优化了功率。777X于2020年成功上演了首飞，其300多个零件采用3D打印技术制成。

GE9X目前是GE生产的全球最大的商用喷气发动机，其前风扇跨度超过130英寸。多年来，GE的航空专业知识已在风能行业中得到越来越多的应用。2020年6月，GE的可再生能源部门与名为COBOD的3D打印建筑业务以及建筑材料公司LafargeHolcim合作，创建了3D打印的风力涡轮机塔架。这些塔可能会增加全球清洁能源的生产，同时显着降低成本。

这项耗资670万美元的新项目成果也可能改变着陆上和海上涡轮机大型转子的开发规则。NREL指出，叶片零件生产的改进可以提高美国制造业的竞争力。

3D打印风力涡轮机叶片

NREL和ORNL的科学家一直在研究风力涡轮机叶片的大规模3D打印。在NREL去年发表的一篇论文中，政府组织宣布了开发“三明治复合材料”模型的计划，这些模型将利用最新技术和技术来制造重量轻、外形优化的叶片型芯。

该计划是使结构核心可以支持用ORNL 3D打印的13米演示刀片，以及在NREL生产和测试的全尺寸刀片。

用绿色材料削减3D打印叶片成本

与此同时，缅因大学获得了280万美元的政府奖励，用于开发大型可回收风力涡轮机叶片模具的3D打印工艺。这些大叶片的模具和工具的成本可能超过1000万美元，而模具的上市时间在16到20个月之间。

大型3D打印项目中常用的碳纤维增强热塑性材料每公斤的成本超过11美元。该大学宣布了来自木材的绿色材料，以降低原料成本至每公斤4.40美元以下。2019年，该大学利用了世界上最大的聚合物3D打印机来补充其风力叶片评估设备。

与目前的方法相比，这是一种更具可持续性的方法。由项目开发的原料似乎具有与铝相当的机械性能，但制造成本较低。除了获得美国能源部的280万美元联邦奖励之外，该大学还将与ORNL合作，用于开发能够更好地调节模具表面温度的技术。新的ORNL技术可以促进加热元件的自动沉积，从而减少与模具制造相关的时间和成本。