nieuws

Het 3D-printen van thermoplastische bladen maakt thermisch lassen mogelijk en verbetert de recycleerbaarheid, wat het potentieel biedt om het gewicht en de kosten van turbinebladen met minstens 10% te verminderen, en de productiecyclustijd met 15%.

Een team van onderzoekers van het National Renewable Energy Laboratory (NREL, Golden, Colo., VS), onder leiding van NREL senior windtechnologie-ingenieur Derek Berry, blijft hun nieuwe technieken verbeteren om geavanceerde windturbinebladen te vervaardigen doorhet bevorderen van hun combinatievan recycleerbare thermoplastische materialen en additive manufacturing (AM). Deze vooruitgang werd mogelijk gemaakt door financiering van het Advanced Manufacturing Office van het Amerikaanse ministerie van Energie; prijzen die bedoeld zijn om technologische innovatie te stimuleren, de energieproductiviteit van de Amerikaanse industrie te verbeteren en de productie van geavanceerde producten mogelijk te maken.

Tegenwoordig hebben de meeste windturbinebladen op grote schaal hetzelfde clamshell-ontwerp: twee glasvezelbladhuiden zijn aan elkaar gebonden met lijm en gebruiken een of meer samengestelde verstijvingscomponenten, schuifweefsels genaamd, een proces dat de afgelopen 25 jaar is geoptimaliseerd voor efficiëntie. Om de bladen van windturbines echter lichter, langer, goedkoper en efficiënter te maken in het opvangen van windenergie – verbeteringen die cruciaal zijn voor het doel om de uitstoot van broeikasgassen gedeeltelijk terug te dringen door de productie van windenergie te verhogen – moeten onderzoekers de conventionele clamshell volledig heroverwegen, iets dat de primaire focus van het NREL-team.

Om te beginnen concentreert het NREL-team zich op het harsmatrixmateriaal. De huidige ontwerpen zijn gebaseerd op thermohardende harssystemen zoals epoxy's, polyesters en vinylesters, polymeren die, eenmaal uitgehard, als braamstruiken verknopen.

“Als je eenmaal een mes met een thermohardend harssysteem hebt geproduceerd, kun je het proces niet meer terugdraaien”, zegt Berry. “Dat maakt [ook] het mesmoeilijk te recyclen.”

Werken met deInstituut voor geavanceerde composietproductie-innovatie(IACMI, Knoxville, Tennessee, VS) in de Composites Manufacturing Education and Technology (CoMET) Facility van NREL heeft het team van meerdere instellingen systemen ontwikkeld die gebruik maken van thermoplastische materialen, die, in tegenstelling tot thermohardende materialen, kunnen worden verwarmd om de oorspronkelijke polymeren te scheiden, -of-life (EOL) recycleerbaarheid.

Thermoplastische mesonderdelen kunnen ook worden samengevoegd met behulp van een thermisch lasproces, waardoor de noodzaak voor lijmen (vaak zware en dure materialen) overbodig zou kunnen worden gemaakt, wat de recycleerbaarheid van de mesjes nog verder verbetert.

“Met twee thermoplastische bladcomponenten heb je de mogelijkheid om ze samen te brengen en, door toepassing van hitte en druk, samen te voegen”, zegt Berry. “Dat kun je niet doen met thermohardende materialen.”

In de toekomst, NREL, samen met projectpartnersTPI-composieten(Scottsdale, Ariz., VS), Additive Engineering Solutions (Akron, Ohio, VS),Ingersoll-werktuigmachines(Rockford, Illinois, VS), Vanderbilt University (Knoxville) en IACMI zullen innovatieve bladkernstructuren ontwikkelen om de kostenefficiënte productie mogelijk te maken van hoogwaardige, zeer lange bladen – ruim 100 meter lang – die relatief laag zijn gewicht.

Door gebruik te maken van 3D-printen zegt het onderzoeksteam dat het de soorten ontwerpen kan produceren die nodig zijn om turbinebladen te moderniseren met hoogontwikkelde, netvormige structurele kernen met verschillende dichtheden en geometrieën tussen de structurele huiden van de turbinebladen. De huiden van de messen worden geïnjecteerd met behulp van een thermoplastisch harssysteem.

Als ze daarin slagen, zal het team het gewicht en de kosten van de turbinebladen met 10% (of meer) en de productiecyclustijd met minstens 15% verminderen.

Naast deeerste AMO FOA-onderscheidingVoor AM thermoplastische windturbinebladconstructies zullen twee subsubsidieprojecten ook geavanceerde productietechnieken voor windturbines onderzoeken. Colorado State University (Fort Collins) leidt een project dat ook 3D-printen gebruikt om vezelversterkte composieten te maken voor nieuwe interne windbladstructuren, metOwens Corning(Toledo, Ohio, VS), NREL,Arkema Inc.(King of Prussa, Pennsylvania, VS) en Vestas Blades America (Brighton, Colorado, VS) als partners. Het tweede project, geleid door GE Research (Niskayuna, NY, VS), heet AMERICA: Additive and Modular-Enabled Rotor Blades and Integrated Composites Assembly. Er wordt samengewerkt met GE ResearchOak Ridge Nationaal Laboratorium(ORNL, Oak Ridge, Tennessee, VS), NREL, LM Wind Power (Kolding, Denemarken) en GE Renewable Energy (Parijs, Frankrijk).

Van: composietenwereld