νέα

Η τρισδιάστατη εκτύπωση θερμοπλαστικών λεπίδων επιτρέπει τη θερμική συγκόλληση και βελτιώνει την ανακυκλωσιμότητα, προσφέροντας τη δυνατότητα μείωσης του βάρους και του κόστους των λεπίδων του στροβίλου κατά τουλάχιστον 10% και του χρόνου του κύκλου παραγωγής κατά 15%.

Μια ομάδα ερευνητών του Εθνικού Εργαστηρίου Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (NREL, Golden, Colo., ΗΠΑ), με επικεφαλής τον ανώτερο μηχανικό αιολικής τεχνολογίας της NREL, Derek Berry, συνεχίζουν να προωθούν τις νέες τεχνικές τους για την κατασκευή προηγμένων πτερυγίων ανεμογεννητριών απόπροωθώντας τον συνδυασμό τουςανακυκλώσιμων θερμοπλαστικών και κατασκευής προσθέτων (AM). Η πρόοδος κατέστη δυνατή με τη χρηματοδότηση από το Advanced Manufacturing Office του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ — βραβεία που έχουν σχεδιαστεί για να τονώσουν την τεχνολογική καινοτομία, να βελτιώσουν την ενεργειακή παραγωγικότητα της αμερικανικής παραγωγής και να επιτρέψουν την κατασκευή προϊόντων αιχμής.

Σήμερα, τα περισσότερα πτερύγια ανεμογεννητριών ωφέλιμης κλίμακας έχουν την ίδια σχεδίαση clamshell: Δύο επιφάνειες λεπίδων από υαλοβάμβακα συνδέονται μεταξύ τους με κόλλα και χρησιμοποιούν ένα ή περισσότερα σύνθετα ενισχυτικά στοιχεία που ονομάζονται πλέγματα διάτμησης, μια διαδικασία βελτιστοποιημένη για αποτελεσματικότητα τα τελευταία 25 χρόνια. Ωστόσο, για να γίνουν τα πτερύγια των ανεμογεννητριών ελαφρύτερα, μακρύτερα, λιγότερο δαπανηρά και πιο αποτελεσματικά στη σύλληψη της αιολικής ενέργειας - βελτιώσεις κρίσιμες για τον στόχο της μείωσης των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου εν μέρει με την αύξηση της παραγωγής αιολικής ενέργειας - οι ερευνητές πρέπει να επανεξετάσουν πλήρως το συμβατικό κέλυφος, κάτι που είναι πρωταρχική εστίαση της ομάδας NREL.

Αρχικά, η ομάδα NREL εστιάζει στο υλικό της μήτρας ρητίνης. Τα σύγχρονα σχέδια βασίζονται σε συστήματα θερμοσκληρυνόμενης ρητίνης όπως εποξειδικά, πολυεστέρες και βινυλεστέρες, πολυμερή που, αφού σκληρυνθούν, δημιουργούν σταυροειδείς δεσμούς σαν πέτρες.

«Από τη στιγμή που παράγετε μια λεπίδα με σύστημα θερμοσκληρυνόμενης ρητίνης, δεν μπορείτε να αντιστρέψετε τη διαδικασία», λέει ο Berry. «Αυτό [επίσης] κάνει τη λεπίδαδύσκολο να ανακυκλωθεί.»

Δουλεύοντας με τοΙνστιτούτο Προηγμένης Καινοτομίας Κατασκευής Σύνθετων(IACMI, Knoxville, Tenn., Η.Π.Α.) στις εγκαταστάσεις της NREL Composites Manufacturing Education and Technology (CoMET), η ομάδα πολλών ιδρυμάτων ανέπτυξε συστήματα που χρησιμοποιούν θερμοπλαστικά, τα οποία, σε αντίθεση με τα θερμοσκληρυνόμενα υλικά, μπορούν να θερμανθούν για να διαχωριστούν τα αρχικά πολυμερή, επιτρέποντας το τέλος ανακυκλωσιμότητα -of-life (EOL).

Τα θερμοπλαστικά εξαρτήματα λεπίδων μπορούν επίσης να ενωθούν χρησιμοποιώντας μια διαδικασία θερμικής συγκόλλησης που θα μπορούσε να εξαλείψει την ανάγκη για κόλλες —συχνά βαριά και ακριβά υλικά— ενισχύοντας περαιτέρω την ανακυκλωσιμότητα της λεπίδας.

«Με δύο θερμοπλαστικά εξαρτήματα λεπίδας, έχετε τη δυνατότητα να τα φέρετε μαζί και, μέσω της εφαρμογής θερμότητας και πίεσης, να τα ενώσετε», λέει ο Berry. "Δεν μπορείτε να το κάνετε αυτό με θερμοσκληρυνόμενα υλικά."

Προχωρώντας, NREL, μαζί με τους εταίρους του έργουTPI Composites(Scottsdale, Αριζ., ΗΠΑ), Additive Engineering Solutions (Akron, Ohio, US),Εργαλειομηχανές Ingersoll(Rockford, Ill., Η.Π.Α.), το Πανεπιστήμιο Vanderbilt (Knoxville) και η IACMI, θα αναπτύξουν καινοτόμες δομές πυρήνα λεπίδων για να επιτρέψουν την οικονομικά αποδοτική παραγωγή λεπίδων υψηλής απόδοσης, πολύ μακριές — πολύ πάνω από 100 μέτρα σε μήκος — που είναι σχετικά χαμηλές βάρος.

Χρησιμοποιώντας τρισδιάστατη εκτύπωση, η ερευνητική ομάδα λέει ότι μπορεί να παράγει τα είδη σχεδίων που απαιτούνται για τον εκσυγχρονισμό των πτερυγίων στροβίλου με δομικούς πυρήνες υψηλής μηχανικής, σε σχήμα διχτυού, ποικίλων πυκνοτήτων και γεωμετριών μεταξύ των δομικών επιφανειών του πτερυγίου του στροβίλου. Τα δέρματα των λεπίδων θα εγχυθούν χρησιμοποιώντας ένα σύστημα θερμοπλαστικής ρητίνης.

Εάν τα καταφέρουν, η ομάδα θα μειώσει το βάρος και το κόστος του πτερυγίου του στροβίλου κατά 10% (ή περισσότερο) και τον χρόνο του κύκλου παραγωγής κατά τουλάχιστον 15%.

Εκτός από τοπρωταρχικό βραβείο AMO FOAγια τις δομές πτερυγίων θερμοπλαστικής ανεμογεννήτριας AM, δύο έργα υποχορήγησης θα διερευνήσουν επίσης προηγμένες τεχνικές κατασκευής ανεμογεννητριών. Το Κρατικό Πανεπιστήμιο του Κολοράντο (Fort Collins) ηγείται ενός έργου που χρησιμοποιεί επίσης τρισδιάστατη εκτύπωση για την κατασκευή σύνθετων υλικών ενισχυμένων με ίνες για νέες εσωτερικές δομές πτερυγίων ανέμου, μεΌουενς Κόρνινγκ(Τολέδο, Οχάιο, ΗΠΑ), NREL,Arkema Inc.(King of Prussa, Pa., ΗΠΑ) και Vestas Blades America (Brighton, Colo., US) ως εταίροι. Το δεύτερο έργο, με επικεφαλής την GE Research (Niskayuna, Νέα Υόρκη, ΗΠΑ), ονομάζεται AMERICA: Additive and Modular-Enabled Rotor Blades and Integrated Composites Assembly. Συνεργάζεται με την GE ResearchΕθνικό Εργαστήριο Oak Ridge(ORNL, Oak Ridge, Tenn., ΗΠΑ), NREL, LM Wind Power (Kolding, Δανία) και GE Renewable Energy (Παρίσι, Γαλλία).

Από: compositesworld