緬因大學(xué)獲美國能源部280萬美元資助，開發(fā)更環(huán)保的3D打印渦輪葉片模具

2021年2月1日，南極熊獲悉，緬因大學(xué)(UMaine)從美國能源部(DoE)獲得了280萬美元的資金，用于3D打印一種更環(huán)保的風(fēng)力渦輪葉片模具。

通過在納米纖維素(CNF)打印過程中引入生物基原料，緬因大學(xué)團(tuán)隊(duì)認(rèn)為有可能將生產(chǎn)大型部件的成本降低50%。

美國參議員蘇珊-柯林斯在宣布獲獎(jiǎng)時(shí)說："緬因大學(xué)仍然是增材制造和風(fēng)能技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，這筆資金將利用研究人員在這兩個(gè)領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，我們很高興能源部繼續(xù)投資于UMaine的尖端研究。"

△UMaine團(tuán)隊(duì)的大型3D打印渦輪葉片模具的一部分，圖片來自UMaine

UMaine的CNF 3D打印過程

在橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)和DoE的支持下，緬因大學(xué)的研究人員自2019年5月以來一直在開發(fā)CNF工藝。團(tuán)隊(duì)的研究主要集中在研發(fā)一種新型的木質(zhì)原料，并通過進(jìn)行多尺度建模和可持續(xù)性生命周期分析，評(píng)估對(duì)3D打印的適用性。

材料本身基于納米纖維素，是綠色植物中細(xì)胞的變種，具有與鋁相同的抗拉強(qiáng)度以及無毒品質(zhì)。雖然可再生纖維經(jīng)常被用于在醫(yī)療保健應(yīng)用中制造智能敷料，但緬因大學(xué)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)越來越多地將它部署到創(chuàng)建更大的結(jié)構(gòu)中，例如一艘25英尺的3D打印船。

利用Ingersoll Machine Tools 創(chuàng)建的定制大型機(jī)器，緬因大學(xué)的研究人員已經(jīng)能夠生產(chǎn)出一個(gè)創(chuàng)紀(jì)錄的5000磅重的車輛，他們稱之為'3Dirigo'。這套系統(tǒng)還被美國陸軍的CCDC士兵中心部署，用于3D打印12英尺長的掩體，現(xiàn)在研究人員又選擇與英格索爾合作，制造可觀的風(fēng)力渦輪葉片部件。

△UMaine的研究人員之前已經(jīng)部署了他們的CNF 3D打印工藝來制造一艘5000磅的船，圖片來自UMaine

制造環(huán)保型渦輪葉片

目前，設(shè)計(jì)和制造渦輪葉片所需的模具和工具成本可能高達(dá)1000萬美元以上，而這一耗時(shí)的過程往往需要16-20個(gè)月才能完成。因此，當(dāng)新穎的設(shè)計(jì)進(jìn)入市場(chǎng)時(shí)，它們可能已經(jīng)過時(shí)，阻礙了這個(gè)不斷發(fā)展的行業(yè)的創(chuàng)新。

這就是為什么緬因大學(xué)的先進(jìn)結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料中心正在開發(fā)一種成本更低、更快速的3D打印模具的方法來代替。在他們的280萬美元的項(xiàng)目中，緬因大學(xué)團(tuán)隊(duì)打算使用超大尺寸聚合物3D打印機(jī)，同時(shí)使用可回收的原料和木頭，來制造大型塑料模具。

研究人員估計(jì)，他們的新工藝可以節(jié)省25-50%的成本，同時(shí)將渦輪葉片的交貨時(shí)間縮短6個(gè)月。緬因大學(xué)還將與橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)合作，試驗(yàn)用機(jī)器人將連續(xù)的增強(qiáng)纖維沉積到增材制造葉片中。

鑒于在生產(chǎn)過程中控制模具表面溫度至關(guān)重要，橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)加熱元件將起到進(jìn)一步減少時(shí)間和成本的作用。


編譯自：3dprintingindustry