3D-друк для вітрової енергії

Зростаюче використання 3D-друку поширюється на різноманітні сектори, і все більше компаній визнають його переваги у виробничих процесах. Енергетичний сектор не є винятком. 

Серед методів 3D-друку, які найчастіше використовуються у вітроенергетичному секторі, технологія FDM займає помітне місце. Цей спосіб часто вибирають для виготовлення прототипів і деталей. Іншим широко використовуваним методом є SLS із такими матеріалами, як нейлон. Переваги цього підходу включають стабільність прототипів і готової продукції, а також виробництво компонентів вітрової енергії, особливо придатних для дрібних деталей. Крім того, часто використовується струменеве в’яжуче.

DMLS вже було впроваджено у секторі вітроенергетики для 3D-друку високоточних і складних металевих деталей, наприклад прототипи, остаточні компоненти або ремонт наявних вітрових турбін. Такі компанії, як Siemens Gamesa Renewable Energy і Vestas, вже використовували його для виробництва та оптимізації своїх турбін. Промисловість вітряних турбін також часто використовує такі матеріали, як PLA і ABS, у виробництві прототипів і корпусів вітрових турбін. Нейлон, поліамід, металеві порошки, скляні та вуглецеві волокна та смоли також використовуються в 3D-друці для задоволення особливих потреб галузі.

3D-друк у вітроенергетичному секторі особливо добре підходить для виробництва прототипів. Ця ефективність випливає зі здатності технології виробляти деталі економічно та швидко, таким чином сприяючи інноваціям у цьому секторі. Крім того, 3D-друк дає можливість створювати більш складні форми, ніж ті, що отримують традиційними методами, покращуючи таким чином продуктивність лопатей ротора.

Також можна розробити індивідуальні частини вітрових турбін для клієнтів, щоб точно адаптувати їх до розташування вітрових турбін. Використання 3D-друку дає можливість виготовляти компоненти безпосередньо на місці та забезпечує більшу гнучкість для постійного налаштування форм і компонентів. Такий підхід зменшує витрати на транспортування формованих деталей, спрощуючи швидку та економічну поставку нових друкованих форм. У США транспортні обмеження накладають обмеження на довжину лопатей ротора від 53 до 62 м через теперішню залізничну та автомобільну інфраструктуру. Ось чому 3D-друк, можливо, у поєднанні з робототехнікою, пропонує значний потенціал для виробництва на місці, особливо для виробництва більшого та потужнішого обладнання.

Враховуючи тривалий час виконання, пов’язаний із традиційними методами виробництва, 3D-друк також пропонує можливість виготовляти запасні частини швидше та на вимогу. Це скорочує час замовлення та виготовлення, усуваючи необхідність постійно підтримувати високий рівень запасів. Крім того, ця технологія створює легкі, складні конструкції для вітрових турбін, допомагаючи зменшити їх загальну вагу.

Американська компанія General Electric (GE) почала 3D-друк великих компонентів вітрових турбін у 2019 році, а в 2021 році відкрила завод 3D-друку в США, присвячений дослідженням. GE також використовувала 3D-друк для виготовлення легших турбінних лопатей для своїх двигунів GE9X.

Іншою компанією, яка використовує 3D-друк у цьому секторі, є стартап Orbital Composites, який спеціалізується на виробництві турбін, лопатей вітрових турбін, фундаментів і веж із використанням високопродуктивного великомасштабного адитивного виробництва на місці. У рамках цього проєкту Orbital Composites прагне продемонструвати та підтвердити використання своїх роботів 3D-друку для виготовлення лопатей вітрових турбін. Компанія також прагне розробити системи, здатні 3D-друкувати лопаті вітру довжиною понад 100 метрів, а також офшорні вітрові турбіни безпосередньо на борту кораблів у морі.

Дослідники з кількох університетів по всьому світу вивчають застосування 3D-друку в галузі вітроенергетики, наприклад, проєкт Берлінського технічного університету під назвою «3D-друк дозволяє досліджувати вітрові турбіни». Команда досліджує оптимізацію лопатей ротора за допомогою 3D-друку. Їхня робота включає тестування різних конфігурацій лопатей у великій аеродинамічній трубі, де вони оцінюють продуктивність роторів, які піддаються численним виробничим ітераціям за допомогою різних 3D-друкованих матеріалів. Дослідники почали з аеродинамічного дизайну, а потім перейшли до структурного дизайну, включаючи наповнення та вибір матеріалу, що вимагає кількох ітераційних циклів для налаштування та адаптації використовуваних матеріалів. Нарешті, команда провела «реальні» аеродинамічні випробування в аеродинамічній трубі, включаючи краш-тести, щоб оцінити ефективність лопатей.

Багато американських університетів також займаються дослідженнями в цій галузі. Наприклад, Університет Пердью в Індіані у співпраці з RCAM Technologies і Floating Wind Technology Company працює над розробкою більш економічно ефективних бетонних анкерів і конструкцій для турбін, одночасно досліджуючи адитивне виготовлення інструментів для лопатей роторів вітрових турбін. Цей проект, реалізований у партнерстві з кількома компаніями та фінансово підтриманий Міністерством енергетики США (DOE) на суму 2,8 мільйона доларів США, спрямований на прискорення виробництва інструментів і зниження вартості готової продукції за допомогою 3D-друку.

У будь-якому випадку очевидно, що використання 3D-друку у вітроенергетиці стає все більш важливим і демонструє великий потенціал для інновацій та підвищення ефективності.