3D打印江南平江南平台版台版行业访谈系列江南平江南平台版台版3D打印和可再生能源转向风能领域的增材制造。
在这一领域率先采用3D打印的公司是江南平台版江南平台版通用电气可再生能源。通用电气可再生先进制造技术负责人Matteo Bellucci说:“增材制造有可能在风能行业的成本和性能竞争力方面带来逐步变化。”
贝鲁奇分享了通用电气正在努力通过3D打印提高风力涡轮机效率和性能的最新进展，并讨论了该技术对风能行业的好处。江南平台版江南平台版
美国看到了2020年，风能将以创纪录的速度增长美国陆上风力发电装机数年来首次超过太阳能发电装机。这个国家的2020年，海上风电管道增长了24%与前一年相比。另一个值得注意的新兴趋势是，人们对利用海上风能发电的兴趣日益浓厚清洁的氢。
欧盟(EU)要在2026年实现其40%可再生能源的目标，从现在到那时，每年需要安装32吉瓦的新风电厂。在欧洲安装风力设备到2021年仅为17.4吉瓦由于全球供应链问题和瓶颈，3D打印是否有一个黄金机会来增加其在该领域的应用?江南平台版江南平台版
利用3D打印技术提升风能的竞争力江南平台版江南平台版
2021年2月，GE获得了一个670万美元的项目美国能源部(DoE)的设计与制造探索3D打印风力涡轮机叶片。一起工作橡树岭国家实验室(ORNL)和国家可再生能源实验室(NREL)， GE寻求通过利用3D打印来降低制造成本，提高供应链的灵活性，提高陆上和海上风能的竞争力。江南平台版江南平台版
贝鲁奇说:“我们已经筛选了几种设计和工艺概念，以及新的热塑性材料，为我们如何实现在叶片制造中使用3D打印以及其他先进工艺和高度自动化的目标提供了更好的清晰度。”江南平台版江南平台版
他解释说，使用3D打印和热塑性复合材料制造的涡轮叶片尖端将有几个好处，包括比传统制造的同类产品更轻。江南平台版江南平台版轻量化使得涡轮机上更大的转子能够产生更多的动力，同时也减轻了整个涡轮机的压力，减少了齿轮箱、传动系统、轴承和基础的磨损，并减少了涡轮机运营商的生命周期成本。
3D打印的热塑性刀片尖端也可以熔化并在寿命结束时回收，这是通用电气可再生能源项目的一个重要方面。该团队还在探索涡轮叶片的其他部件可以从3D打印技术和热塑性材料中受益，以提高部件的上市时间、质量和可持续性。江南平台版江南平台版
贝鲁奇表示，3D打印不仅将为风能行业带来成本和性能竞争力的优势，而江南平江南平台版台版且该技术还将“帮助GE可再生能源公司支持我们的客户，推动能源转型更远、更快。”
今年9月,弗劳恩霍夫IGCV和粘合剂喷射系统制造商voxeljet宣布他们将建造“世界上最大的”风力涡轮机3D打印机到目前为止。该系统被称为“先进铸造单元”(ACC)，专门用于打印通用电气海上钻井平台铸造部件所需的模具Haliade-X每台涡轮机的重量可达60吨。
贝鲁奇说:“这个项目几个月前才开始，我们还处于概念开发的早期阶段。”“正如我们在去年年底项目被授予时所讨论的那样，该项目旨在加速和优化GE Haliade-X海上涡轮机关键铸造部件的生产。具体来说，3D打印提供了在海江南平江南平台版台版上风电项目附近生产大型涡轮机部件的灵活性，降低了运输成本，带来了环境效益。”
贝鲁奇说，项目团队目前正在编制打印机的规格细节，然后voxeljet将开始项目的设计阶段，包括新打印机的机制。
AM对风能的好处
符合雄心壮志减少温室气体排放的目标在美国，风能已成为应对全球气候危机的日益关注的主题。为此，大量的研究投入到使风力涡轮机本身更环保。
例如，NREL开发了一种方法用3D打印技术制造风力涡轮机叶片江南平台版江南平台版这提高了它们的性能和寿命结束时的可回收性，而缅因大学工作是环保的吗涡轮叶片模具3D打印工艺江南平台版江南平台版有280万美元的联邦资金支持。在其他地方，来自麦吉尔大学和瑞尔森大学正在研究将风力涡轮机叶片废料转化为新型3D打印PLA纤维增强部件用材料。
对于通用电气来说，“3D打印技江南平江南平台版台版术已经成熟，可以帮助我们制作小型和大型部件的模具，以及对我们工厂运营效率产生直接和即时影响的快速原型，”贝鲁奇说。“要将3D打印直江南平江南平台版台版接应用到我们的产品中，仍然需要一些时间，但其潜力是非常具有颠覆性的，我们正在积极探索不同的用例。”
贝鲁奇表示，从风能以外的整个可再生能源组合来看，通用电气认为3D打印的所有传统好处都与用例相关。江南平台版江南平台版这些好处包括上市时间、铸造模具的3D打印、更具弹性、本地化和敏捷的供应链，以及江南平江南平台版台版主要由该技术的自动化和数字化特性提高的质量一致性。
“此外，3D打印为更高效的设江南平江南平台版台版计打开了大门，可以根据特定的位置和应用进行定制，”他继续说道。“例如，在一个特定的地点，风力涡轮机的标准设计可能要求塔高90米，现场更详细的分析可能表明，在一个特定的风电场区域，塔高120米更有意义。
“在这种情况下，我们可以在现场3D打印30米的塔组件，添加到现有的标准90米底座上，以获得最佳性能。”
根据贝鲁奇的说法，这种方法在两个方面比现有的做法更具可持续性。它不仅可以最大限度地提高清洁可再生能源的总量，而且还可以通过减少需要制造和长途运输的部件数量来降低项目的碳足迹。
用3D打印技术帮助可再生能源转型江南平台版江南平台版
贝鲁奇认为3D打印技术可以帮江南平江南平台版台版助通用电气可再生能源公司和更广泛的能源部门在许多方面加速向清洁能源发电的过渡。
他说:“这通常是一个能源密集度较低的制造过程，产生的废物也较少。”“例如，3D打印将允许探索新江南平江南平台版台版的设计实践，使用拓扑优化等工具，这是一种设计方法，使我们的工程师能够试验多种设计，以找到针对给定挑战的最有效和最具成本效益的解决方案。因此，我们的团队可以使用消耗更少能源的部件来生产，并产生更少的浪费。”
贝鲁奇还指出，该技术有潜力简化制造装配过程和物流，这有助于减少公司的碳足迹。
他江南平江南平台版台版解释说:“3D打印可以让我们通过将几个不同的组件整合为一个部件来探索改进给定组件设计的方法。”“一个机械组件通常是由许多部件作为单独的部件制造，然后组合在一起，可以作为一个单独的单元进行加法制造，即使组合单元的几何形状非常复杂，但这些部件都是打印和组合的。”
增材制造技术使GE能够减少需要设计和制造的部件数量，从而简化了组装过程，提高了产品的耐用性和可靠性。合并有助于更有效的报废拆卸过程，提高公司的材料可回收性和循环性。
贝江南平江南平台版台版鲁奇补充说:“3D打印还将使回收材料和二次材料流更容易融入我们的设计中。”“例如，当我们为新涡轮机打印3D打印塔时，我们正在探索如何使用回收退役风力涡轮机叶片所产生的材料，有效地交叉授粉我们与豪瑞(Holcim)的两个有前途的合作伙伴关系。
“同样，我们正在探索将3D打印与热塑性材料结合使用的方法，用于新的先进风力涡轮江南平江南平台版台版机叶片，由美国国防部支持。”
结合起来，这些3D打印创新可以显著减少生产新江南平江南平台版台版的风力涡轮机所需的材料数量。根据贝鲁奇的说法，最近的生命周期评估(LCA)分析表明，在塔顶大型铸件的制造过程中，这种先进的制造工艺可能会减少高达15%的温室气体排放。LCA还表明，先进的制造技术可以在制造叶片尖端时减少高达10%的温室气体排放，在制造高大的涡轮塔时减少25%。
Bellucci总结道:“展望未来，我们将继续与客户和其他行业合作伙伴合作，开发创新技术，帮助加速能源转型，这与我们专注于使用可持续的循环设计，为所有利益相关者实现环境效益最大化的方式是一致的。”
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特色图片显示涡轮叶片运往布洛克岛海上风电场。图片来自LM Wind Power。
