3D-печать для ветровой энергии

Растущее использование 3D-печати распространяется на различные секторы, и все больше компаний признают его преимущества в производственных процессах. Энергетический сектор не является исключением.

Среди методов 3D-печати, наиболее часто используемых в ветроэнергетическом секторе, технология FDM занимает заметное место. Этот метод часто выбирают для производства прототипов и деталей. Другим широко используемым методом является SLS с такими материалами, как нейлон. Преимущества этого подхода включают в себя стабильность прототипов и готовой продукции, а также производство компонентов ветровой энергии, особенно пригодных для мелких деталей. Кроме того, часто используется струйное вяжущее.

DMLS уже была внедрена в секторе ветроэнергетики для 3D-печати высокоточных и сложных металлических деталей, будь то прототипы, окончательные компоненты или ремонт имеющихся ветровых турбин. Такие компании как Siemens Gamesa Renewable Energy и Vestas уже использовали его для производства и оптимизации своих турбин. Промышленность ветряных турбин также часто использует такие материалы как PLA и ABS в производстве прототипов и корпусов ветровых турбин. Нейлон, полиамид, металлические порошки, стеклянные и углеродные волокна и смолы используются в 3D-печати для удовлетворения особых потребностей отрасли.

3D-печать в ветроэнергетическом секторе особенно хорошо подходит для производства прототипов. Эта эффективность вытекает из способности технологии производить детали экономично и быстро, тем самым способствуя инновациям в этом секторе. Кроме того, 3D-печать дает возможность создавать более сложные формы, чем получаемые традиционными методами, улучшая таким образом производительность лопастей ротора.

Также можно создать индивидуальные части ветровых турбин для клиентов, чтобы точно адаптировать их к расположению ветровых турбин. Использование 3D-печати позволяет производить компоненты непосредственно на месте и обеспечивает большую гибкость для постоянной настройки форм и компонентов. Такой подход уменьшает затраты на транспортировку формованных деталей, упрощая быструю и экономичную поставку новых печатных форм. В США транспортные ограничения накладывают ограничения на длину лопастей ротора от 53 до 62 м из-за нынешней железнодорожной и автомобильной инфраструктуры. Вот почему 3D-печать, возможно, в сочетании с робототехникой предлагает значительный потенциал для производства на месте, особенно для производства большего и более мощного оборудования.

Учитывая длительное время выполнения, связанное с традиционными методами производства, 3D-печать также предлагает возможность производить запасные части быстрее и по требованию. Это сокращает время заказа и изготовления, устраняя необходимость постоянно поддерживать высокий уровень запасов. Кроме того, эта технология создает легкие, сложные конструкции для ветровых турбин, помогая снизить их общий вес.

Американская компания General Electric (GE) начала 3D-печать больших компонентов ветровых турбин в 2019 году, а в 2021 году открыла завод 3D-печати в США, посвященный исследованиям. GE также использовала 3D-печать для изготовления более легких турбинных лопастей для своих двигателей GE9X.

Другой компанией, использующей 3D-печать в этом секторе, является стартап Orbital Composites, специализирующийся на производстве турбин, лопастей ветровых турбин, фундаментов и башен с использованием высокопроизводительного крупномасштабного аддитивного производства на месте. В рамках этого проекта Orbital Composites стремится продемонстрировать и подтвердить использование своих роботов 3D-печати для изготовления лопастей ветровых турбин. Компания также стремится разработать системы, способные 3D-печатать лопасти ветра длиной более 100 метров, а также оффшорные ветровые турбины прямо на борту кораблей в море.

Исследователи из нескольких университетов по всему миру изучают применение 3D-печати в области ветроэнергетики, например проект Берлинского технического университета под названием «3D-печать позволяет исследовать ветровые турбины». Команда исследует оптимизацию лопастей ротора с помощью 3D-печати. Их работа включает тестирование различных конфигураций лопастей в большой аэродинамической трубе, где они оценивают производительность роторов, подверженных многочисленным производственным итерациям с помощью различных 3D-печатных материалов. Исследователи начали с аэродинамического дизайна, затем перешли к структурному дизайну, включая наполнение и выбор материала, требующего нескольких итерационных циклов для настройки и адаптации используемых материалов. Наконец команда провела «реальные» аэродинамические испытания в аэродинамической трубе, включая краш-тесты, чтобы оценить эффективность лопастей.

Многие американские университеты также занимаются исследованиями в этой области. К примеру, Университет Пердью в Индиане в сотрудничестве с RCAM Technologies и Floating Wind Technology Company работает над разработкой более экономически эффективных бетонных анкеров и конструкций для турбин, одновременно исследуя аддитивное изготовление инструментов для лопастей роторов ветровых турбин. Этот проект, реализуемый в партнерстве с несколькими компаниями и финансово поддержанный Министерством энергетики США (DOE) на сумму 2,8 миллиона долларов США, направлен на ускорение производства инструментов и снижение стоимости готовой продукции с помощью 3D-печати.

В любом случае, очевидно, что использование 3D-печати в ветроэнергетике становится все более важным и демонстрирует большой потенциал для инноваций и повышения эффективности.