以美國風能為目標，支持普渡大學的 CMSC 中心和行業(yè)合作伙伴開發(fā)自動化模具制造的基礎，支持復合材料和其他技術元素的創(chuàng)新。
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風能是清潔、可持續(xù)電力組合的重要組成部分。人們在風力發(fā)電場看到的那些緩慢轉動的風電葉片主要是人工制造的，低成本的勞動力使這一制造業(yè)的大部分留在了美國國外。美國能源部認為，只有通過自動化才能加強和延續(xù)美國的這一重要行業(yè)，實現(xiàn)成本效益生產，并擴大風能在美國的應用。
為此，美國能源部(DOE)日前宣布，將撥款 284.9 萬美元，向普渡大學(美國印第安納州西拉斐特)復合材料制造模擬中心(CMSC)及其行業(yè)合作伙伴Thermwood股份有限公司(美國伊利諾伊州戴爾)、TPI復合材料股份有限公司(美國亞利桑那州斯科茨代爾)、Dassault Systèmes(美國馬薩諸塞州沃爾瑟姆)、Dimensional Innovations(美國堪薩斯州Overland Park)和Techmer PM(美國田納西州克林頓)提供資助。
美國能源部資助的普渡大學項目“大規(guī)模風電葉片制造用集成加熱模塊化工具的增材制造”由復合材料增材制造與模擬(CAMS)工業(yè)聯(lián)合會主任Eduardo Barocio領導。
Barocio說：“該項目的主要目標是為大型風電葉片的自動化制造奠定基礎，以適應葉片幾何形狀和規(guī)模的持續(xù)變化。”。“這將通過模塊化結構來實現(xiàn)，其中模塊通過一種名為擠壓沉積增材制造的技術用碳纖維增強熱塑性復合材料進行3D打印，該技術最初是在美國能源部位于橡樹嶺國家實驗室的制造示范設施開發(fā)的。”
該項目的具體目標包括：
開發(fā)長度等于或大于80米的風葉模塊設計;
與傳統(tǒng)工具制造相比，減少至少40%制造和組裝風電葉片工具所需的時間;
將工具性能提高至少15%;
與傳統(tǒng)工具相比，重量至少減少25%;
以及將風力葉片工具的制造成本降低至少35%。
普渡大學 Thermwood LSAM 實驗室為大規(guī)模增材制造行業(yè)的成熟提供了科學基礎。
圖片來源：普渡大學
Barocio 是普渡大學研究園印第安納制造研究所 Thermwood 大規(guī)模增材制造 (LSAM) 研究實驗室的創(chuàng)始人和主任。他還是復合材料快速成型制造和仿真工業(yè)聯(lián)合會的創(chuàng)始主任，該聯(lián)合會的使命是通過提供教育、仿真工具、特征描述和最佳實踐來塑造 LSAM 的未來。
"Barocio 補充說："擬議的計劃為風力葉片模具制造中的自動化制造技術奠定了基礎。"這些技術同樣可以應用于風能系統(tǒng)所有元件的制造，因此，該計劃提供了一個開拓性的發(fā)展，可以利用美國國內的技術，為主要的清潔能源--風能服務。
能源部之所以選擇這些項目，是因為其有可能提高復合材料的可制造性和堅固性。
該項目將開發(fā)并展示七項具體創(chuàng)新。其中包括自動化大型模塊的3D打印，開發(fā)強大的連接技術和用于傳導加熱的在線加熱元件沉積。其他包括用于對流冷卻的3D打印冷卻通道;經濟性和性能的新型復合材料系統(tǒng);支架重量減輕;以及工具變形預測和控制，通過3D打印設計和制造的數(shù)字孿生進行決策。
總的來說，美國能源部為10個州的13個項目撥款3000萬美元，這些項目將重塑海上和陸地應用大型風葉的設計、材料和可持續(xù)性。大型風葉在設計和材料方面面臨重大挑戰(zhàn)，尤其是在海上應用方面。選定的項目將應對這些挑戰(zhàn)，重點關注可持續(xù)性、效率和技術進步，使風能更加可行和有效。
重要的是，能源部之所以選擇這些項目，是因為它們有潛力提高復合材料的可制造性和穩(wěn)健性，這對風能技術的未來成功至關重要。這些項目重點關注三個主要挑戰(zhàn)：大型風電葉片增材制造(AM)、風力渦輪機組件和先進制造的AM、大型風電刀片的材料和可持續(xù)性。
普渡大學復合材料制造模擬中心執(zhí)行主任R.Byron Pipes表示：“這些項目與普渡大學的項目一起，將解決風力渦輪機制造中的剩余挑戰(zhàn)，并在自動化、數(shù)字化、風葉可持續(xù)性以及模塊化葉片建造和連接方面的先前工作的基礎上再接再厲。”。“替代能源系統(tǒng)制造自動化的成功示范可以提高其更廣泛的使用，同時維持美國的行業(yè)。”
文章來源：CompositesWorld、JEC
