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L'impression 3D d'aubes thermoplastiques permet le soudage thermique et améliore la recyclabilité, offrant la possibilité de réduire le poids et le coût des aubes de turbine d'au moins 10 %, ainsi que le temps de cycle de production de 15 %.

Une équipe de chercheurs du National Renewable Energy Laboratory (NREL, Golden, Colorado, États-Unis), dirigée par Derek Berry, ingénieur principal en technologie éolienne du NREL, continue de faire progresser ses nouvelles techniques pour fabriquer des pales d'éoliennes avancées enfavoriser leur combinaisonde thermoplastiques recyclables et de fabrication additive (FA). Cette avancée a été rendue possible grâce au financement de l'Advanced Manufacturing Office du Département américain de l'Énergie – des récompenses conçues pour stimuler l'innovation technologique, améliorer la productivité énergétique de l'industrie manufacturière américaine et permettre la fabrication de produits de pointe.

Aujourd'hui, la plupart des pales d'éoliennes à grande échelle ont la même conception à clapet : deux peaux de pale en fibre de verre sont liées ensemble avec un adhésif et utilisent un ou plusieurs composants de raidissement composites appelés toiles de cisaillement, un processus optimisé pour l'efficacité au cours des 25 dernières années. Cependant, pour rendre les pales d'éoliennes plus légères, plus longues, moins coûteuses et plus efficaces pour capter l'énergie éolienne – améliorations essentielles à l'objectif de réduction des émissions de gaz à effet de serre en augmentant la production d'énergie éolienne – les chercheurs doivent entièrement repenser la coque conventionnelle, quelque chose qui est l'objectif principal de l'équipe NREL.

Pour commencer, l’équipe NREL se concentre sur le matériau de la matrice résine. Les conceptions actuelles reposent sur des systèmes de résines thermodurcies comme les époxy, les polyesters et les esters vinyliques, des polymères qui, une fois durcis, se réticulent comme les ronces.

« Une fois que vous avez produit une lame avec un système de résine thermodurcie, vous ne pouvez pas inverser le processus », explique Berry. «Cela rend la lamedifficile à recycler.»

Travailler avec leInstitut pour l'innovation dans la fabrication de composites avancés(IACMI, Knoxville, Tennessee, États-Unis) dans l'installation CoMET (Composites Manufacturing Education and Technology) du NREL, l'équipe multi-institutionnelle a développé des systèmes qui utilisent des thermoplastiques qui, contrairement aux matériaux thermodurcis, peuvent être chauffés pour séparer les polymères d'origine, permettant ainsi la fin recyclabilité de la durée de vie (EOL).

Les pièces de lame en thermoplastique peuvent également être assemblées à l'aide d'un processus de soudage thermique qui pourrait éliminer le besoin d'adhésifs (des matériaux souvent lourds et coûteux), améliorant ainsi la recyclabilité des lames.

"Avec deux composants de lame thermoplastiques, vous avez la possibilité de les rassembler et, grâce à l'application de chaleur et de pression, de les joindre", explique Berry. « Vous ne pouvez pas faire cela avec des matériaux thermodurcis. »

Aller de l’avant, NREL, avec les partenaires du projetComposites TPI(Scottsdale, Arizona, États-Unis), Additive Engineering Solutions (Akron, Ohio, États-Unis),Machines-outils Ingersoll(Rockford, Illinois, États-Unis), l'Université Vanderbilt (Knoxville) et l'IACMI développeront des structures de noyau de pale innovantes pour permettre la production rentable de pales très longues, hautes performances (bien plus de 100 mètres de longueur) et relativement basses. poids.

En utilisant l’impression 3D, l’équipe de recherche affirme pouvoir produire les types de conceptions nécessaires pour moderniser les aubes de turbine avec des noyaux structurels hautement techniques en forme de filet de densités et de géométries variables entre les peaux structurelles de l’aube de turbine. Les peaux des pales seront infusées à l’aide d’un système de résine thermoplastique.

En cas de succès, l'équipe réduira le poids et le coût des aubes de turbine de 10 % (ou plus) et la durée du cycle de production d'au moins 15 %.

En plus dupremier prix AMO FOApour les structures de pales d'éoliennes thermoplastiques AM, deux projets de subventions exploratoires exploreront également les techniques avancées de fabrication d'éoliennes. L'Université d'État du Colorado (Fort Collins) dirige un projet qui utilise également l'impression 3D pour fabriquer des composites renforcés de fibres pour de nouvelles structures internes de pales d'éolienne, avecOwens Corning(Toledo, Ohio, États-Unis), NREL,Arkéma Inc.(King of Prussa, Pennsylvanie, États-Unis) et Vestas Blades America (Brighton, Colorado, États-Unis) en tant que partenaires. Le deuxième projet, dirigé par GE Research (Niskayuna, NY, États-Unis), s'intitule AMERICA : Additive and Modular-Enabled Rotor Blades and Integrated Composites Assembly. Les partenariats avec GE Research sontLaboratoire national d'Oak Ridge(ORNL, Oak Ridge, Tennessee, États-Unis), NREL, LM Wind Power (Kolding, Danemark) et GE Renewable Energy (Paris, France).

De : compositesworld