GE完成2.5MW風電輪轂3D打印全面模型

來源： 3D科學谷

GE的可再生能源部門正在努力了解3D打印技術(shù)對可再生能源領(lǐng)域帶來的作用。其最新的一個案例就是幾周前，在西班牙的一家鑄造廠，GE的可再生能源部門成功地為Haliade-X海上風力發(fā)電機組3D打印了一個55％的比例模型的風電葉片原型鑄造用模具！該模具大幅縮短了從概念到完成的時間，與傳統(tǒng)方法相比，該技術(shù)顯著縮短交付周期的能力，同時還降低了模具成本！

與GE Additive團隊一起，GE的可再生能源部門正在努力了解3D打印技術(shù)對可再生能源領(lǐng)域帶來的作用。3D科學谷了解到通過若干個案例，GE的可再生能源部門發(fā)現(xiàn)3D打印有機會降低產(chǎn)品成本并最終降低平均能耗成本（LCOE）。

GE的可再生能源部門與GE Additive增材制造部門合作，已經(jīng)取得了一些令人振奮的成果：

幾周前，在西班牙的一家鑄造廠，GE的可再生能源部門成功地為Haliade-X海上風力發(fā)電機組3D打印了一個55％的比例模型的風電葉片原型鑄造用模具。這樣的模具大幅縮短了從概念到完成的時間，與傳統(tǒng)方法相比，該項目顯示了顯著的縮短交付周期的能力，同時還降低了模具成本，并保持了設(shè)計變更的開放性和靈活性。

接下來的步驟涉及對鑄造尺寸的全面分析，并探索使用增材制造鑄造用模具的方法，以及澆注全尺寸版本風電葉片原型的可能性。

除了這個案例，去年，GE的可再生能源部門還交付了GE迄今為止最大的3D打印2.5 MW風電輪轂的全面模型。這個風電輪轂模型直接交付給GE的彭薩科拉工廠，用于驗證一些關(guān)鍵設(shè)計功能，從而獲得必要的信心，以便決定訂購相關(guān)的生產(chǎn)用模具。

GE的彭薩科拉工廠已經(jīng)將3D打印原型作為生產(chǎn)準備的一個環(huán)節(jié)，在進入到鑄造環(huán)節(jié)之前，早期的流水線設(shè)置和培訓，安全評估以及探索額外成本，3D打印原型可以幫助到生產(chǎn)準備的方方面面。

3D打印使得GE的可再生能源部門將設(shè)計到生產(chǎn)時間縮短了大約5個月，當然，其中還節(jié)省了大量的成本。

此外，GE的可再生能源部門的水力發(fā)電業(yè)務(wù)中，還通過3D打印鑄造模具的方式獲得了第一個直徑約1米弗朗西斯葉輪，這是水輪機的旋轉(zhuǎn)部分，葉輪將水的動能轉(zhuǎn)化為扭矩。通過3D打印技術(shù)意味著模具精度和鑄件精度遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)方法。

GE的水力發(fā)電業(yè)務(wù)單元發(fā)現(xiàn)這種方式意味著更少和更簡單的制造步驟，不僅是成本和時間的節(jié)約，由于這種增材制造技術(shù)，可以創(chuàng)造一些迄今為止見過的最大的3D打印模具，并且從概念到完成概念驗證的鑄造時間僅需幾個月，這些項目表明，與傳統(tǒng)方法相比，3D打印可以顯著縮短交付周期，同時還可以降低工具成本，并保持設(shè)計變更的開放性和靈活性。

--葉片鑄造
關(guān)于風電葉片的鑄造，根據(jù)3D科學谷的了解，風電葉片最新發(fā)展的成型方法是RTM，即樹脂轉(zhuǎn)移模塑成型法。將纖維預成型體置于模腔中，然后注進樹脂，加溫加壓成形。RTM是目前世界上公認的低本錢制造方法，發(fā)展迅速，應用廣泛。

要獲得優(yōu)良的葉片幾何形狀，除了材料技術(shù)，鑄造模具是關(guān)鍵。
在這方面，美國先進制造國家項目辦公室（AMO）與橡樹嶺國家實驗室下設(shè)的風能水能技術(shù)辦公室WWPTO合作于2016年通過橡樹嶺國家實驗室的BAAM系統(tǒng)開發(fā)出大型的風電葉片模具。

葉片模具長達13米，被切割成適合3D打印的尺寸大小，并設(shè)計了完整的裝配孔和內(nèi)部輕量化結(jié)構(gòu)。隨后葉片的結(jié)構(gòu)部分被送去BAAM系統(tǒng)進行3D打印。

3D打印工作完成后，上面被覆蓋了一層玻璃纖維層壓板以獲得平滑的表面。隨后模具被組裝好并安裝在框架上，并配備了暖風機、溫度控制器和熱電偶。在隨后的葉片鑄造過程中，創(chuàng)新的空氣加熱技術(shù)可以節(jié)約能源，并消除手工鋪設(shè)加熱線的麻煩，減少了模具中的勞動密集的一個步驟。

根據(jù)3D科學谷的了解，這可以說開創(chuàng)了通過3D打印來降低中等長度的葉片鑄造成本的先河。3D打印正發(fā)揮有價值的意義：減少浪費，減少交貨時間，并提供更靈活的設(shè)計自由度。重要的是3D打印的模具比傳統(tǒng)模具更經(jīng)濟，這使得風能這種清潔能源更加低成本了。

--葉輪鑄造
關(guān)于弗朗西斯葉輪的鑄造，與傳統(tǒng)的先制造木模再生產(chǎn)砂型的方法不同的是，3D打印帶來了設(shè)計的自由度。傳統(tǒng)方式制造葉輪，由于葉輪設(shè)計弧度的問題，常常不得將葉輪分為幾塊來生產(chǎn)，以解決干涉問題，而通過3D打印，這些復雜的設(shè)計可以被完整的制造出來。

在這方面，voxeljet-維捷就完成過弗朗西斯型水輪機葉輪的快速迭代，并完整制造復雜的葉輪弧度，voxeljet維捷在收到設(shè)計模型的數(shù)據(jù)后會做一個檢查，隨后這些數(shù)據(jù)處理并被3D打印設(shè)備讀取，短短的幾個小時內(nèi)，葉輪的砂型就被設(shè)備打印出來。

打印工作完成后，多余的沙子被去除，然后通過壓縮空氣來清洗砂型，隨后運到鑄造廠。在鑄造廠，這些砂型模具被涂黑，組裝完成好的砂模被送至1650°C的鑄造環(huán)境下，來鑄造耐腐蝕不銹鋼材料的葉輪。

根據(jù)了解，當前這個過程主要用于葉輪原型的生產(chǎn)，因為3D打印砂型不需要使用傳統(tǒng)的方法來生產(chǎn)昂貴的砂型模具，這節(jié)省了大量的成本，而且當新的設(shè)計迭代要求做出改變的時候，只需要點擊鼠標，新的砂型又可以開始生產(chǎn)了。

與傳統(tǒng)的先制造木模再生產(chǎn)砂型的方法不同的是，3D打印還帶來了設(shè)計的自由度。傳統(tǒng)方式制造葉輪，由于葉輪設(shè)計弧度的問題，常常不得將葉輪分為幾塊來生產(chǎn)，以解決干涉問題，而通過3D打印，這些復雜的設(shè)計可以被完整的制造出來。