Revoluce ve větrné energii: 4D tisk vyrobí lopatky turbín o 80 % lehčí z plochých panelů
InovaceVědci z Concordia University vyvinuli novou metodu výroby malých větrných turbín, která by je mohla učinit lehčími, levnějšími a snadnějšími na konstrukci.
Vědci z Concordia University vyvinuli novou metodu výroby malých větrných turbín, která by je mohla učinit lehčími, levnějšími a snadnějšími na konstrukci. Jejich nedávná studie popisuje technologii 4D tisku, která umožňuje přeměnit ploché panely z uhlíkových vláken na zakřivené lopatky pro vertikální větrné turbíny, a to bez nutnosti složitých forem.
Projekt vedli doktorand Emad Fakhimi a profesor Suong Van Hoa z Concordia Center for Composites. Jejich přístup by mohl zjednodušit výrobu lopatek pro střešní a městské větrné turbíny a zároveň zvýšit jejich výkon. Tradiční výroba zakřivených lopatek je náročná, protože vyžaduje specializované tvářecí procesy a zakázkové formy, což zvyšuje náklady, prodlužuje dobu výroby a přidává lopatkám na hmotnosti.
Tým z Concordie vyvinul „inverzní“ designový proces. Místo toho, aby začínali s rozvržením uhlíkových vláken a sledovali, jaký tvar vytvoří, nejprve definovali požadovaný tvar lopatky. Poté pracovali zpětně, aby přesně určili, jak uspořádat a umístit vrstvy uhlíkových vláken tak, aby lopatka během výroby sama zaujala správný tvar. Nová metoda využívá 4D tisk, což znamená, že materiály mohou po výrobě měnit svůj tvar. Tým začal s plochými kompozitními deskami z uhlíku nebo epoxidu. Po vytvrzení a ochlazení se tyto desky samy ohnuly do potřebného zakřiveného tvaru. Toho je dosaženo díky tomu, že různé vrstvy v kompozitu jsou navrženy s odlišnými vlastnostmi.
Zjednodušený výrobní proces eliminuje potřebu těžkých forem a zároveň zachovává přesný tvar lopatky nezbytný pro efektivní fungování turbín. Testy ukázaly, že hotové kompozitní lopatky byly tvarem velmi podobné komerčním hliníkovým lopatkám. Největší výhoda spočívá v jejich hmotnosti – kompozitní lopatky byly o 80 % lehčí než srovnatelné hliníkové, což usnadňuje jejich výrobu a instalaci. Laboratorní testy také prokázaly lepší výkon turbín. Turbíny s kompozitními lopatkami se otáčely rychleji než ty s hliníkovými, což naznačuje, že lehčí design by mohl za podobných podmínek generovat více energie.
Vědci věří, že tento výrobní přístup by mohl snížit výrobní náklady malých větrných turbín a pomoci širšímu využití lehké technologie obnovitelných zdrojů energie. Jelikož tato metoda využívá jednoduchou výrobu a kompozitní materiály, mohla by být uplatněna i v jiných strojírenských projektech, které vyžadují zakřivené, lehké díly. Kromě obnovitelné energie by tento inverzní designový přístup mohl inženýrům pomoci vytvářet složité kompozitní díly s menším počtem kroků, s použitím menšího množství materiálu a nižšími náklady. S rostoucí poptávkou po lehčích a účinnějších konstrukcích v různých průmyslových odvětvích by se tento nový proces mohl stát praktickou alternativou k tradičním metodám založeným na formách. Studie byla publikována v časopise Polymer Composites.