弗吉尼亞理工大學開發(fā)一種偏遠地區(qū)3D打印可持續(xù)風力發(fā)電機葉片的方案

南極熊導讀：根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局的數(shù)據(jù),，風機葉片平均46分鐘產(chǎn)生的電力足以為美國家庭提供整整一個月的電力,。美國現(xiàn)有風機超過70800臺,，在數(shù)量上已超過水力發(fā)電，成為最大的可再生能源生產(chǎn)商之一,。

△研究人員Chris Williams和Michael Bortner在3D打印風力渦輪葉片技術(shù)領(lǐng)域取得了重大進展

2024年5月13日,，南極熊獲悉，弗吉尼亞理工大學的研究人員正在利用3D打印技術(shù)來改進風力渦輪機的生產(chǎn),。該項目的重點是采用增材制造技術(shù),，用一種新型、可回收的熱塑性材料制造風力渦輪機葉片,。這種方法有望徹底改變風力渦輪機的生產(chǎn)方式,，并解決與當前制造方法相關(guān)的若干環(huán)境和物流挑戰(zhàn)。

△Alex Ryan（左）和 Cameron Jordan（右）在弗吉尼亞理工大學與Chris Williams一起工作,，他解釋了大型多軸機械臂3D打印機在制作風機葉片方面的優(yōu)勢

3D打印為清潔能源發(fā)電帶來的改變

美國能源部提供了200萬美元（約合1400萬人民幣）的資助,，這筆資金是一項耗資7200萬美元（約合5.2億人民幣）的廣泛計劃的一部分，旨在改進風能技術(shù)的制造工藝,，并為風能利用開發(fā)可持續(xù)的解決方案,。

傳統(tǒng)上，風力渦輪機葉片是在專門設(shè)施中使用大型模具制造的,，然后通過半掛卡車運到安裝地點（通常是偏遠地區(qū)）,。這一過程不僅涉及廣泛的規(guī)劃和物流挑戰(zhàn)，而且由于所用材料的不可回收性,，還會對環(huán)境造成嚴重影響,。

研究團隊旨在通過開發(fā)一種在風力發(fā)電場現(xiàn)場3D打印風力渦輪機葉片的方法來解決這些問題,。這種方法采用機器人控制的打印工藝，能夠打印出大型物體,，包括比打印機本身還要大的渦輪葉片,。該工藝采用了Bortner及其團隊開發(fā)的一種新型聚合物復合材料，這種材料完全可回收利用,，并具有用于葉片制造的傳統(tǒng)玻璃纖維增強復合材料的必要特性,。

預計這種創(chuàng)新方法將大大減少風力渦輪機建造過程中的浪費，并消除有害物質(zhì)的使用,。新材料的可回收性意味著，一旦渦輪葉片的生命周期結(jié)束或損壞,，它們就可以被分解,、再加工，并重新印制成新的葉片,。這不僅增強了材料的可持續(xù)性,，還大大減少了葉片生產(chǎn)和處置所需的能源和資源。

△Tadeusz Kosaml（左）和 Isaac Rogers（右）分析機器人3D打印的多軸運動路徑

跨學科合作

該項目還充分利用了弗吉尼亞理工大學航空航天與海洋工程系Kevin T. Crofton的專業(yè)知識,，利用該校的風洞來評估打印葉片的空氣動力學特性,。這種跨學科合作還延伸到了美國國家可再生能源實驗室（NREL）和TPI復合材料公司，后者提供了行業(yè)洞察力和測試能力,，以確保該項目的研究成果具有行業(yè)相關(guān)性和可擴展性,。

增材制造系統(tǒng)設(shè)計、研究和教育（DREAMS）實驗室主任Chris Williams強調(diào),，該項目是新技術(shù)和材料研究的融合,。通過將獨特的設(shè)計優(yōu)化技術(shù)與機器人打印和新型材料使用相結(jié)合，該團隊有望改變風力渦輪機葉片的生產(chǎn)方式,，使其更具可持續(xù)性,、成本效益和現(xiàn)場制造適應(yīng)性。