GE完成2.5MW風(fēng)電輪轂3D打印全面模型

來源： 3D科學(xué)谷

GE的可再生能源部門正在努力了解3D打印技術(shù)對(duì)可再生能源領(lǐng)域帶來的作用,。其最新的一個(gè)案例就是幾周前,，在西班牙的一家鑄造廠,，GE的可再生能源部門成功地為Haliade-X海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組3D打印了一個(gè)55％的比例模型的風(fēng)電葉片原型鑄造用模具,！該模具大幅縮短了從概念到完成的時(shí)間,，與傳統(tǒng)方法相比,，該技術(shù)顯著縮短交付周期的能力,，同時(shí)還降低了模具成本！

與GE Additive團(tuán)隊(duì)一起,，GE的可再生能源部門正在努力了解3D打印技術(shù)對(duì)可再生能源領(lǐng)域帶來的作用,。3D科學(xué)谷了解到通過若干個(gè)案例，GE的可再生能源部門發(fā)現(xiàn)3D打印有機(jī)會(huì)降低產(chǎn)品成本并最終降低平均能耗成本（LCOE）,。

GE的可再生能源部門與GE Additive增材制造部門合作,，已經(jīng)取得了一些令人振奮的成果：

幾周前，在西班牙的一家鑄造廠,，GE的可再生能源部門成功地為Haliade-X海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組3D打印了一個(gè)55％的比例模型的風(fēng)電葉片原型鑄造用模具,。這樣的模具大幅縮短了從概念到完成的時(shí)間，與傳統(tǒng)方法相比,，該項(xiàng)目顯示了顯著的縮短交付周期的能力,，同時(shí)還降低了模具成本,，并保持了設(shè)計(jì)變更的開放性和靈活性。

接下來的步驟涉及對(duì)鑄造尺寸的全面分析,，并探索使用增材制造鑄造用模具的方法,，以及澆注全尺寸版本風(fēng)電葉片原型的可能性。

除了這個(gè)案例,，去年,，GE的可再生能源部門還交付了GE迄今為止最大的3D打印2.5 MW風(fēng)電輪轂的全面模型。這個(gè)風(fēng)電輪轂?zāi)Ｐ椭苯咏桓督oGE的彭薩科拉工廠,，用于驗(yàn)證一些關(guān)鍵設(shè)計(jì)功能,，從而獲得必要的信心，以便決定訂購相關(guān)的生產(chǎn)用模具,。

GE的彭薩科拉工廠已經(jīng)將3D打印原型作為生產(chǎn)準(zhǔn)備的一個(gè)環(huán)節(jié),，在進(jìn)入到鑄造環(huán)節(jié)之前，早期的流水線設(shè)置和培訓(xùn),，安全評(píng)估以及探索額外成本,，3D打印原型可以幫助到生產(chǎn)準(zhǔn)備的方方面面。

3D打印使得GE的可再生能源部門將設(shè)計(jì)到生產(chǎn)時(shí)間縮短了大約5個(gè)月,，當(dāng)然,，其中還節(jié)省了大量的成本。

此外,，GE的可再生能源部門的水力發(fā)電業(yè)務(wù)中,，還通過3D打印鑄造模具的方式獲得了第一個(gè)直徑約1米弗朗西斯葉輪，這是水輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分,，葉輪將水的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為扭矩,。通過3D打印技術(shù)意味著模具精度和鑄件精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)方法。

GE的水力發(fā)電業(yè)務(wù)單元發(fā)現(xiàn)這種方式意味著更少和更簡單的制造步驟,，不僅是成本和時(shí)間的節(jié)約,，由于這種增材制造技術(shù)，可以創(chuàng)造一些迄今為止見過的最大的3D打印模具,，并且從概念到完成概念驗(yàn)證的鑄造時(shí)間僅需幾個(gè)月,，這些項(xiàng)目表明，與傳統(tǒng)方法相比,，3D打印可以顯著縮短交付周期,，同時(shí)還可以降低工具成本，并保持設(shè)計(jì)變更的開放性和靈活性,。

--葉片鑄造
關(guān)于風(fēng)電葉片的鑄造,，根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，風(fēng)電葉片最新發(fā)展的成型方法是RTM,，即樹脂轉(zhuǎn)移模塑成型法。將纖維預(yù)成型體置于模腔中，然后注進(jìn)樹脂,，加溫加壓成形,。RTM是目前世界上公認(rèn)的低本錢制造方法，發(fā)展迅速,，應(yīng)用廣泛,。

要獲得優(yōu)良的葉片幾何形狀，除了材料技術(shù),，鑄造模具是關(guān)鍵,。
在這方面，美國先進(jìn)制造國家項(xiàng)目辦公室（AMO）與橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室下設(shè)的風(fēng)能水能技術(shù)辦公室WWPTO合作于2016年通過橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的BAAM系統(tǒng)開發(fā)出大型的風(fēng)電葉片模具,。

葉片模具長達(dá)13米,，被切割成適合3D打印的尺寸大小，并設(shè)計(jì)了完整的裝配孔和內(nèi)部輕量化結(jié)構(gòu),。隨后葉片的結(jié)構(gòu)部分被送去BAAM系統(tǒng)進(jìn)行3D打印,。

3D打印工作完成后，上面被覆蓋了一層玻璃纖維層壓板以獲得平滑的表面,。隨后模具被組裝好并安裝在框架上,，并配備了暖風(fēng)機(jī)、溫度控制器和熱電偶,。在隨后的葉片鑄造過程中,，創(chuàng)新的空氣加熱技術(shù)可以節(jié)約能源，并消除手工鋪設(shè)加熱線的麻煩,，減少了模具中的勞動(dòng)密集的一個(gè)步驟,。

根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，這可以說開創(chuàng)了通過3D打印來降低中等長度的葉片鑄造成本的先河,。3D打印正發(fā)揮有價(jià)值的意義：減少浪費(fèi),，減少交貨時(shí)間，并提供更靈活的設(shè)計(jì)自由度,。重要的是3D打印的模具比傳統(tǒng)模具更經(jīng)濟(jì),，這使得風(fēng)能這種清潔能源更加低成本了。

--葉輪鑄造
關(guān)于弗朗西斯葉輪的鑄造,，與傳統(tǒng)的先制造木模再生產(chǎn)砂型的方法不同的是,，3D打印帶來了設(shè)計(jì)的自由度。傳統(tǒng)方式制造葉輪,，由于葉輪設(shè)計(jì)弧度的問題,，常常不得將葉輪分為幾塊來生產(chǎn)，以解決干涉問題,，而通過3D打印,，這些復(fù)雜的設(shè)計(jì)可以被完整的制造出來,。

在這方面，voxeljet-維捷就完成過弗朗西斯型水輪機(jī)葉輪的快速迭代,，并完整制造復(fù)雜的葉輪弧度,，voxeljet維捷在收到設(shè)計(jì)模型的數(shù)據(jù)后會(huì)做一個(gè)檢查，隨后這些數(shù)據(jù)處理并被3D打印設(shè)備讀取,，短短的幾個(gè)小時(shí)內(nèi),，葉輪的砂型就被設(shè)備打印出來。

打印工作完成后,，多余的沙子被去除,，然后通過壓縮空氣來清洗砂型，隨后運(yùn)到鑄造廠,。在鑄造廠,，這些砂型模具被涂黑，組裝完成好的砂模被送至1650°C的鑄造環(huán)境下,，來鑄造耐腐蝕不銹鋼材料的葉輪,。

根據(jù)了解，當(dāng)前這個(gè)過程主要用于葉輪原型的生產(chǎn),，因?yàn)?D打印砂型不需要使用傳統(tǒng)的方法來生產(chǎn)昂貴的砂型模具,，這節(jié)省了大量的成本，而且當(dāng)新的設(shè)計(jì)迭代要求做出改變的時(shí)候,，只需要點(diǎn)擊鼠標(biāo),，新的砂型又可以開始生產(chǎn)了。

與傳統(tǒng)的先制造木模再生產(chǎn)砂型的方法不同的是,，3D打印還帶來了設(shè)計(jì)的自由度,。傳統(tǒng)方式制造葉輪，由于葉輪設(shè)計(jì)弧度的問題,，常常不得將葉輪分為幾塊來生產(chǎn),，以解決干涉問題，而通過3D打印,，這些復(fù)雜的設(shè)計(jì)可以被完整的制造出來,。