berita

Pencetakan 3D pada bilah termoplastik memungkinkan pengelasan termal dan meningkatkan kemampuan daur ulang, menawarkan potensi untuk mengurangi berat dan biaya bilah turbin setidaknya 10%, dan waktu siklus produksi sebesar 15%.

Sebuah tim peneliti Laboratorium Energi Terbarukan Nasional (NREL, Golden, Colorado, AS), yang dipimpin oleh insinyur teknologi angin senior NREL Derek Berry, terus mengembangkan teknik baru mereka untuk memproduksi bilah turbin angin canggih denganmelanjutkan kombinasi merekatermoplastik yang dapat didaur ulang dan manufaktur aditif (AM). Kemajuan ini dimungkinkan berkat pendanaan dari Kantor Manufaktur Lanjutan Departemen Energi AS – penghargaan yang dirancang untuk merangsang inovasi teknologi, meningkatkan produktivitas energi manufaktur AS, dan memungkinkan pembuatan produk-produk mutakhir.

Saat ini, sebagian besar bilah turbin angin skala utilitas memiliki desain kulit kerang yang sama: Dua kulit bilah fiberglass direkatkan dengan perekat dan menggunakan satu atau beberapa komponen pengeras komposit yang disebut jaring geser, sebuah proses yang dioptimalkan untuk efisiensi selama 25 tahun terakhir. Namun, untuk membuat bilah turbin angin lebih ringan, lebih panjang, lebih murah, dan lebih efisien dalam menangkap energi angin – perbaikan yang sangat penting untuk mengurangi emisi gas rumah kaca dengan meningkatkan produksi energi angin – para peneliti harus sepenuhnya memikirkan kembali kulit kerang konvensional, sesuatu yang fokus utama tim NREL.

Untuk memulai, tim NREL berfokus pada material matriks resin. Desain saat ini mengandalkan sistem resin termoset seperti epoksi, poliester, dan vinil ester, polimer yang, setelah diawetkan, akan berikatan silang seperti semak duri.

“Setelah Anda memproduksi pisau dengan sistem resin termoset, Anda tidak dapat membalikkan prosesnya,” kata Berry. “Itu [juga] membuat bilahnyasulit untuk didaur ulang.”

Bekerja denganInstitut Inovasi Manufaktur Komposit Tingkat Lanjut(IACMI, Knoxville, Tenn., US) di Fasilitas Pendidikan dan Teknologi Manufaktur Komposit (CoMET) NREL, tim multi-lembaga mengembangkan sistem yang menggunakan termoplastik, yang, tidak seperti bahan termoset, dapat dipanaskan untuk memisahkan polimer asli, sehingga memungkinkan hasil akhir daur ulang -of-life (EOL).

Bagian pisau termoplastik juga dapat disambung menggunakan proses pengelasan termal yang dapat menghilangkan kebutuhan akan perekat – seringkali merupakan bahan yang berat dan mahal – sehingga semakin meningkatkan kemampuan daur ulang pisau.

“Dengan dua komponen bilah termoplastik, Anda memiliki kemampuan untuk menyatukannya dan, melalui penerapan panas dan tekanan, menggabungkannya,” kata Berry. “Anda tidak dapat melakukan hal tersebut dengan bahan termoset.”

Ke depan, NREL, bersama dengan mitra proyekKomposit TPI(Scottsdale, Arizona, AS), Solusi Rekayasa Aditif (Akron, Ohio, AS),Peralatan Mesin Ingersoll(Rockford, Ill., US), Vanderbilt University (Knoxville) dan IACMI, akan mengembangkan struktur inti pisau yang inovatif untuk memungkinkan produksi pisau berkinerja tinggi dan sangat panjang yang hemat biaya — panjangnya lebih dari 100 meter — yang relatif rendah berat.

Dengan menggunakan pencetakan 3D, tim peneliti mengatakan mereka dapat menghasilkan jenis desain yang diperlukan untuk memodernisasi bilah turbin dengan inti struktural berbentuk jaring yang sangat direkayasa dengan berbagai kepadatan dan geometri di antara kulit struktural bilah turbin. Kulit bilahnya akan diinfus menggunakan sistem resin termoplastik.

Jika berhasil, tim akan mengurangi bobot dan biaya bilah turbin sebesar 10% (atau lebih) dan waktu siklus produksi setidaknya 15%.

Selain itupenghargaan utama AMO FOAuntuk struktur bilah turbin angin termoplastik AM, dua proyek subhibah juga akan mengeksplorasi teknik manufaktur turbin angin tingkat lanjut. Colorado State University (Fort Collins) memimpin proyek yang juga menggunakan pencetakan 3D untuk membuat komposit yang diperkuat serat untuk struktur bilah angin internal baru, denganOwens Corning(Toledo, Ohio, AS), NREL,Arkema Inc.(King of Prussa, Pa., US), dan Vestas Blades America (Brighton, Colo., US) sebagai mitra. Proyek kedua, dipimpin oleh GE Research (Niskayuna, NY, US), diberi nama AMERICA: Bilah Rotor Berkemampuan Aditif dan Modular serta Rakitan Komposit Terintegrasi. Bermitra dengan GE Research adalahLaboratorium Nasional Oak Ridge(ORNL, Oak Ridge, Tenn., US), NREL, LM Wind Power (Kolding, Denmark) dan GE Renewable Energy (Paris, Perancis).

Dari: dunia komposit