NREL创新增材制造技术推进可持续风机叶片生产
美国国家可再生能源实验室（NREL，科罗拉多州戈尔登）研究团队，在高级风能工程师Derek Berry带领下，持续推进新技术制造先进风机叶片，深化可回收热塑性与增材制造（AM）结合。得益于美国能源部先进制造办公室资助——旨在刺激技术创新、提升制造能源生产力、实现尖端产品制造。
当前大多数大型风机叶片采用相同双壳设计：两片玻纤叶片蒙皮用胶粘剂粘接，配一或多个复合加劲件称剪力腹板，工艺经25年优化求效。但为使叶片更轻、更长、更低成本、更高效捕风能——对减温室气体排放、增风电产出至关重要——研究者须彻底重新思考传统双壳，这是NREL团队核心聚焦。
起步聚焦树脂基体材料。现有设计依赖环氧、聚酯、乙烯基酯等热固性树脂体系，固化后像荆棘交联。
Berry说：“热固性树脂生产叶片后过程不可逆，也难回收。”
在NREL复材制造教育技术（CoMET）设施，与先进复材制造创新研究所（IACMI，田纳西州诺克斯维尔）合作，多机构团队开发热塑性体系。热塑性不同热固性，可加热分离原聚合物，实现寿命终结（EOL）可回收性。
热塑性叶片部件还可用热焊接工艺连接，可省去胶粘剂——常重且贵——进一步增强叶片可回收性。
Berry说：“两个热塑性叶片部件可通过热压结合，热固性材料做不到。”
未来NREL与项目合作伙伴TPI Composites（亚利桑那州斯科茨代尔）、Additive Engineering Solutions（俄亥俄州阿克伦）、Ingersoll Machine Tools（伊利诺伊州罗克福德）、范德比尔特大学（诺克斯维尔）及IACMI，将开发创新叶片芯结构，实现高性能超长叶片——远超100米——低成本、相对低重量生产。
利用3D打印，研究团队称可生产现代化叶片所需高工程化、净形、变密度几何的结构芯，叶片蒙皮将用热塑性树脂体系浸润。
若成功，团队将叶片重量成本降10%以上，生产周期缩短至少15%。
除AMO FOA主拨款支持AM热塑性风机叶片结构，两子项目也探索先进风机制造技术。科罗拉多州立大学（柯林斯堡）牵头项目同样用3D打印制纤维增强复材创新内部叶片结构，合作方含Owens Corning（俄亥俄托莱多）、NREL、Arkema Inc.（宾州King of Prussa）、Vestas Blades America（科罗拉多布莱顿）。第二项目由GE Research（纽约州Niskayuna）牵头，名AMERICA：增材与模块化赋能转子叶片及集成复材装配。合作方含橡树岭国家实验室（ORNL，田纳西橡树岭）、NREL、LM Wind Power（丹麦科灵）、GE Renewable Energy（法国巴黎）。
树脂