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)團隊認(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-柯林斯在宣布獲獎時說："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領(lǐng)域的專業(yè)知識，我們很高興能源部繼續(xù)投資于UMaine的尖端研究。"

△UMaine團隊的大型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

在橡樹嶺國家實驗和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。團隊的研究主要集中在研發(fā)一種新型的木質(zhì)原料，并通過進行多尺度建模和可持續(xù)性生命周期分析，評估對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)團隊已經(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)建的定制大型機器，緬因大學(xué)的研究人員已經(jīng)能夠生產(chǎn)出一個創(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)計和制造渦輪葉片所需的模具和工具成本可能高達1000萬美元以上，而這一耗時的過程往往需要16-20個月才能完成。因此，當(dāng)新穎的設(shè)計進入市場時，它們可能已經(jīng)過時，阻礙了這個不斷發(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280萬美元的項目中，緬因大學(xué)團隊打算使用超大尺寸聚合物3D打印機，同時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，他們的新工藝可以節(jié)省25-50%的成本，同時將渦輪葉片的交貨時間縮短6個月。緬因大學(xué)還將與橡樹嶺國家實驗合作，試驗用機器人將連續(xù)的增強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，橡樹嶺國家實驗預(yù)測加熱元件將起到進一步減少時間和成本的作用。


編譯自：3dprintingindustry