用複合材料和3D列印技術製造科技風渦輪結構
【據Windtech網站10月2日報道】由纖維結構製成的風渦輪機艙?一座由複合材料製成的風塔? 剛性結構的金屬網狀葉片?他們可能離我們並不遙遠。風渦輪葉片的結構設計和製造工程師實現空氣動力學工程的性能理想化和抑制雜訊設計是如今面臨的最大挑戰。前幾代製造技術的局限性以及對低成本材料的依賴已經限制了使用梁或剪切網結構類型的可能性。
隨著添加製造業和3D列印技術的快速發展，如同科幻小說構想的複合材料扇葉的性能和結構特性似乎將在未來兩年內成為現實。
使用複合材料的背後意義是為了盡量減少重量，同時優化結構的完整性為特定點的槳葉材料密度的變化。例如, 梁、腹板或整個根部都可以用較高負載的高模量的玻璃或碳製成;同時為了節省成本而利用更為傳統的E型玻璃外板，並且憑藉製造業資本投資建設的基礎設施已經完工。
但是隨著渦輪機繼續推動並保持包絡線功率比例以及額定功率密度來提供具有競爭力的產品，轉子尺寸必須對應增長到以前對於陸上渦輪機聞所未聞的比例。
Totaro 和研究協會的MKT稜鏡已經被用於分析IEC II和III類風渦輪的轉向趨勢以及額定功率的增長情況。研究結果表明4 - 4.5MW的陸上轉子直徑對具備競爭性的II級和III級渦輪機來說需要為135 - 160米。這與當前新一代海洋槳葉相媲美，這些漿葉用大量的碳強化結構構造，其根部直徑要求通常比陸上運輸極限多出約4.2米。
顯然，新一代的技術將將渦輪機推向更高的水平，複合材料的組合將會發揮重要作用。正如ZOLTEK在分析碳與玻璃利弊時所注意到與玻璃槳葉相比可以減輕尤其是槳葉長度遠遠超過50米臨界值的碳槳葉質量。
完成這項研究的挑戰之一就是成本，只有最長的槳葉(通常是國外的)才能使用碳。如今隨著越來越多先進的製造技術如真空輔助樹脂傳遞模塑(VARTM)的出現，較長的陸上槳葉可以更輕易地實現含碳預浸料。
根據IP Prism的分析，目前混合材料和3D列印技術的發展仍處於初級階段，大多數創新仍處於技術準備水平(TRL)3 - 5的範圍內。但這些先進的製造技術將可以對結構、空氣動力和減少噪音的特性進行整合。
航空航天領域已經廣泛使用複合金屬材料很多年了，它代表著一個利用風力科技和風力製造技術的機會，更何況現在成本已經降低到可以被人們接受的水平。
這類技術的快速發展將對未來兩年內推出的新產品具有巨大的影響。
文章來自windtech-international，原文題目為Hybrid Materials and 3D Printing Enabling SciFi Wind Turbine Structures-Windtech International ，由材料科技在線匯總整理。
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