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风能行业增材制造的5个机会

经过Leslie Langnau.|2019年1月30日

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由inêscastro,材料科学家和工程师

增材制造(AM)技术为风力行业提供了一系列优势。下面的例子表明,对于市场竞争更激烈的能源供应商来说,实施是可能的,甚至是推荐的。一旦技术更加发达、可靠和标准化,供应商链将会减少,生产将会更加本地化,减少运输时间和成本,允许AM在风能行业的实施。

总的来说,AM可以将零件和组件的开发时间提高75%,减少材料资源高达65%,减少气体排放高达30%。此外,单个零件可以在一个步骤中制造,不需要二次连接过程。

另外,添加剂制造也可用于修复组分。

增材制造应用于风力涡轮机
全球风能委员会表示,近年来,风力行业借助海上风力涡轮机市场正在经历指数增长。因此,通过材料和制造技术的开发和创新对于风力行业来说至关重要,并继续增加其年度能源生产[7]。

风力涡轮机的叶片随着风的作用旋转和变换,使转子旋转。变速箱使低速轴与高速轴之间的连接,将每分钟的转速从30到60转增加到大约1000到1800转,这是一个附加的发电机用来转换这些转速来产生电力。塔身支撑着涡轮机的结构,机舱容纳并保护塔身[9]顶部的部件。

AM Technologies涉及到风电工业的潜力,因为它可以实现涡轮机组件的原位制造,该组件设计用于特定位置的资源的独特需求。例如,这将减少运输,运输和处理成本,并提高可以测试新刀片原型的速率[6]。

添加剂制造模具
美国能源部的先进制造办公室(AMO)已经开始用AM技术打印刀片的模具(图2)。这种应用在模具行业中的扩展将减少模具制造的步骤,成本和时间,因为传统的路线是可能需要数周至数月的过程,以实现其总体的[6,10]。

图2中的模具在橡树岭国家实验室的大面积增材制造(BAAM) 3D打印机上打印成多个部分。

图4:印刷模具上的生产刀片部分

小型离网涡轮机的添加剂制造
凯尔·巴塞特(Kyle Bassett)发起了一个名为“小型涡轮机带来巨大改变”的项目,目标是在电力供应有限的偏远地区安装小型塑料3D打印风力涡轮机。该项目的创始人首先设计了一个涡轮机,能够将产生的能量储存在电池中供个人使用[11]。

涡轮机的比例模型是用Printerbot Simple Metal 3D打印机开发的。它包括叶片、轮毂、转子连接器、机架和叶片末端,如果采用传统的制造方法[13],这些部件将是最昂贵的。

印花纳克尔斯
其他应用可能包括创建机舱。在这种结构中加入AM的优势是相似的,例如,对模具生产的经济激励,但也遇到了挑战,如需要提供天气保护,被动冷却和高几何复杂性。

然而,增材制造集成能源(AMIE)项目已经成功制造出了机舱结构。

维修和更换部件
尽管大部分注意力都集中在新部件的制造上,但由于磨损而需要改进或更换的部件的修理也应考虑在内。在这种应用中,混合系统包括过程,如定向能量沉积和减法加工,最终可以导致适当的公差和设计模仿被替换的组件[14]。

打印大规模组件
大型金属AM或电线和电弧添加剂制造是一种新兴技术,可以促进大型零件的印刷。这甚至可以使得机舱和刀片模具的添加剂制造,因为它不需要收缩操作室,允许的是,作为名称表示大规模的应用。

引用:
[3] Huang S., P. Liu, a . Mokasdar e L. Hou,“Additive manufacturing and its social impact: a literature review,”Journal of Advanced manufacturing Technologies, pp. 1191-1195, 2012年10月16日。
[4] S. Madara E C.Selvan,“促进涡轮叶片3-D印刷近期发展的审查”,欧洲工程与技术进步杂志,Vol。4,否7,PP。497-509,2017。
[5] F. Martina e S. Williams,“金属丝+电弧增材制造与传统的固体加工:a
成本比较,“克兰菲尔德大学,2015年。
[6] B.邮政,B.理查森,R.林德,L.洛夫,P.劳埃德,V. KUNC,B.赖恩,A. Roschli,J.汉南,S. Nolet,K.维罗索,P. Kurup,T. Remo e D. Jenne, “Big Area Additive Manufacturing Application in Wind Turbine Molds,” Solid Freeform Fabrication Symposium- An Additive Manufacturing Conference, 2017.
[7] M. Froese,“Windpower-Engineering&Development,2017年04 01。[在线]。可用:
https://www.windpowerengineering.com/business-news-projects/blade-materials-manufacturing- changing-keep-larger-turbines /。[访问日期:2018-11-11]。
[8]育空政府,“能源、矿山和资源”[在线]。可用:
http://www.energy.gov.yk.ca/wind.html。[2018年11月10日]。
[9]风能技术办公室,“风力涡轮机的内部”[在线]。可用:
https://www.energy.gov/eere/wind/inside-wind-turbine-0。[2018年11月10日]。
[10] Alec,“3D打印机和3D打印新闻”,2016年8月1日。(在线)。可用:
http://www.3ders.org/articles/20160801-amo-cuts-wind-energy-costs-by-3d-printing-gigantic-wind- blade-molds-in-6-feet-tall-sections.html]。技术文库>资源分类>行业论文>医学论文> Acedido em 10 11 2018]。
[11] Goehrke,“3DPrint.com,”2015 02 09 02。[在线]。可用:https://3dprint.com/43449/rmrd-tech-
小型风力涡轮机/。[于2018年06 11日访问]。
[12] K. Bassett, R. Carriveau e D. Ying,“3D打印风力涡轮机第1部分:设计考虑和快速制造潜力,”可持续能源技术与评估,第11卷,186-193页,2015。
[13] 3D打印机3D打印新闻,“学生开发便携式3D打印风力涡轮机,为偏远地区带来负担得起的电力,”09 02 2015。(在线)。: https://www.3ders.org/articles/20150209-canadian-student-develops-3d-printed-open-source- wind-turbines-for-remote-regions.html。[2018年11月10日]。
[14] B. Post, B. Richardson, S. Palmer, L. Love, D. Lee, P. Kurup, J. D.S., T. Remo e M. Mann, “The Current State of Additive Manufacturing in Wind Energy Systems,” Oak Ridge National Laboratory, no ORNL/TM-2017/479, 2017.
[15] F. Martina,“大尺寸钛丝+电弧增材制造中几何、微观结构和力学性能的操纵方法研究”,博士论文-航空航天、运输与制造学院,2013-2014学年。
西门子[16],[网络]。可用:https://www.siemens.com/innovation/en/home/pictures。[Acedido em
10 11 2018]。

了下:3D打印•增材制造•立体光刻,齿轮•齿轮头•减速器


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