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La impresión 3D de las cuchillas termoplásticas permite la soldadura térmica y mejora la reciclabilidad, ofreciendo el potencial para reducir el peso y el costo de la cuchilla de la turbina en al menos un 10%, y el tiempo del ciclo de producción en un 15%.

Un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL, Golden, Colorado, EE. UU.), Dirigidos por el ingeniero de tecnología de eólica senior de NREL, Derek Berry, continúan avanzando sus técnicas novedosas para fabricar cuchillas avanzadas de turbinas eólicas porProfundizando su combinaciónde termoplásticos reciclables y fabricación aditiva (AM). El avance fue posible gracias a la financiación de la oficina de fabricación avanzada del Departamento de Energía de los Estados Unidos, premios diseñados para estimular la innovación tecnológica, mejorar la productividad energética de la fabricación de los Estados Unidos y permitir la fabricación de productos de vanguardia.

Hoy en día, la mayoría de las cuchillas de turbina eólica a escala de servicios públicos tienen el mismo diseño de clamhell: dos pieles de cuchilla de fibra de vidrio están unidas con adhesivo y usan uno o varios componentes de rigidez compuesto llamados redes de corte, un proceso optimizado para la eficiencia en los últimos 25 años. Sin embargo, para hacer que las cuchillas de las turbinas eólicas sean más ligeras, más largas, menos costosas y más eficientes para capturar la energía eólica, mejoras críticas para el objetivo de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en parte al aumentar la producción de energía eólica, los investigadores deben repensar por completo el almeja convencional, algo que es El enfoque principal del equipo NREL.

Para comenzar, el equipo NREL se está centrando en el material de la matriz de resina. Los diseños actuales se basan en sistemas de resina termoestable como epoxies, poliésteres y ésteres de vinilo, polímeros que, una vez curados, se entrelazan como zarzas.

"Una vez que produce una cuchilla con un sistema de resina termoset, no puede revertir el proceso", dice Berry. "Eso [también] hace la cuchillaDifícil de reciclar. "

Trabajando con elInstituto de Innovación de Fabricación de Compuestos Avanzados(IACMI, Knoxville, Tennessee, EE. UU.) En la Instalación de Educación y Tecnología de fabricación de compuestos de NREL (Comet), el equipo de múltiples instituciones desarrolló sistemas que utilizan termoplásticos, que, a diferencia de los materiales de termoset -Eflibro de la vida (EOL).

Las piezas de la cuchilla termoplástica también se pueden unir utilizando un proceso de soldadura térmica que podría eliminar la necesidad de adhesivos, a menudo materiales pesados ​​y caros, mejorando aún más la reciclabilidad de la cuchilla.

"Con dos componentes de la cuchilla termoplástica, tiene la capacidad de unirlos y, a través de la aplicación del calor y la presión, unirse a ellos", dice Berry. "No puedes hacer eso con materiales termoséticos".

En el futuro, NREL, junto con los socios del proyectoCompuestos de TPI(Scottsdale, Ariz., EE. UU.), Soluciones de ingeniería aditiva (Akron, Ohio, EE. UU.),Ingersoll Machine Herramientas(Rockford, Ill., EE. UU.), Vanderbilt University (Knoxville) e IACMI, desarrollarán estructuras de núcleo de cuchillas innovadoras para permitir la producción rentable de hojas de alto rendimiento y muy largas, más de 100 metros de longitud, que son relativamente bajas peso.

Al usar la impresión 3D, el equipo de investigación dice que puede producir los tipos de diseños necesarios para modernizar las cuchillas de la turbina con núcleos estructurales altamente diseñados y en forma de red de diferentes densidades y geometrías entre las pieles estructurales de la cuchilla de la turbina. Las pieles de cuchilla se infundirán utilizando un sistema de resina termoplástica.

Si tienen éxito, el equipo reducirá el peso de la cuchilla de la turbina y el costo en un 10% (o más) y el tiempo del ciclo de producción en al menos un 15%.

Además delPremio Prime AMO FOAPara las estructuras de cuchillas de turbina eólica termoplástica AM, dos proyectos subgrimentes también explorarán técnicas avanzadas de fabricación de turbinas eólicas. La Universidad Estatal de Colorado (Fort Collins) lidera un proyecto que también utiliza la impresión 3D para hacer compuestos reforzados con fibra para nuevas estructuras de cuchillas de viento internas, conOwens Corning(Toledo, Ohio, EE. UU.), Nrel,Arkema Inc.(Rey de Prussa, Pa., EE. UU.), Y Vestas Blades America (Brighton, Colo., Estados Unidos) como socios. El segundo proyecto, dirigido por GE Research (Niskayuna, NY, EE. UU.), Se llama América: cuchillas de rotor con aditivos y modulares y ensamblaje de compuestos integrados. Asociarse con GE Research esLaboratorio Nacional de Oak Ridge(Ornl, Oak Ridge, Tenn., EE. UU.), Nrel, LM Wind Power (Kolding, Dinamarca) y GE Renewable Energy (París, Francia).

De: Compositesworld