牛奶和饼干。花生酱和果冻。通心粉和奶酪。都是令人愉快的完美组合。国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员发现了另一个有前途的组合:海洋能源和增材制造。
自2022年2月以来，NREL和太平洋西北国家实验室的研究人员一直在探索增材制造如何补充海洋能源技术。通常被称为3D打印的增材制造是一种使用薄层材料(如聚合物，金属，陶瓷或其他)从三维模型创建物理对象的过程。模型在数字文件中创建，然后传输到打印机。
“一开始，我们很快就发现，典型的塑料增材制造工艺无法生产出足够强大的部件来应对海洋力量，”NREL的机械工程师、海洋能源增材制造研究的首席研究员保罗·莫迪(Paul Murdy)说。“很明显，不使用金属就不可能设计出这种结构。”
在美国能源部水力发电技术办公室的支持下，推进蓝色经济计划的基础研究和开发，NREL团队一直在分析构成潮汐涡轮机叶片的部件的材料和打印方法。
通过他们的研究，专家们已经确定，不锈钢(一种耐腐蚀材料)和激光金属沉积(一种增材制造方法)是制造潮汐涡轮机桅杆最有前途的选择。
但涡轮梁到底是什么呢?梁作为涡轮叶片的支柱，将结构固定在适当的位置，这意味着它是一个关键的承重部件。这些部件需要在海洋环境中特别耐用。
“我们通过3D打印打开了一个真正独特的设计空间，”Murdy说。“这个项目已经证明，增材制造有潜力生产非常坚固、坚硬的结构，这将有利于海洋能源。”
增材制造还可以解决海洋能源面临的许多挑战，如制造时间长和成本高。例如，增材制造允许专家设计具有独特细节的组件-材料可以在不同的地方添加和提取，而不会增加制造步骤或影响时间表。因此，开发人员可以在更短的时间内以更低的投资测试几个独特的设计。
推进实用和可获得的技术
米格尔González-Montijo是NREL的一名研究生实习生，正在攻读土木工程博士学位，他设计了涡轮机的桅杆。
“我对梁的几何形状很感兴趣，并希望确保梁的形状、大小和几何复杂性与现有的船用涡轮叶片设计相匹配，”González-Montijo说。
通过设计一种可用于现有潮汐涡轮机技术的桅杆，该团队希望能够实现海洋能源设备的快速原型设计。拥有更多的原型将允许进行更多的测试和设计迭代，这将有助于研究人员确定蓝色经济部门最有前途的技术，例如水产养殖或沿海社区的微电网。
“对于特定地区的特定社区，海洋能源可能会改变游戏规则，”González-Montijo说。“例如，我的家，波多黎各，可以从升级的能源网络中受益，其中包括海洋水动能等可再生能源技术。这些技术可以帮助许多小城镇建立能源弹性和独立性，同时提供本地可再生能源。”
使用计算机辅助设计文件(或CAD文件)和最先进的3d打印软件的组合，部件可以针对不同的技术进行独特和专门的设计，然后打印以完美地适应系统。这项技术不仅允许研究人员即插即用，调查哪些部件最适合某些情况，而且还通过广泛使用的设计工具(如标准CAD软件)使海洋能源更容易获得。
例如，一个沿海社区安装了一个波浪能转换器来帮助微电网供电，但是一个组件磨损了。有了3D打印机，维护设备的当地团队就可以导入CAD文件，打印零件，然后更换零件。
换句话说，增材制造可以通过快速满足社区需求，帮助沿海地区建立弹性和能源安全。增材制造可以让社区更好地控制自己的能源基础设施，而不是依赖供应链或长途驾驶来获取替换零件。
到达测试点
NREL研究团队目前正在测试他们的3d打印梁，以验证设计和用于建模和制造梁的工具。
Murdy说:“结构验证对于确保梁能够以我们模型预测的方式对现实力量做出反应至关重要。”“这也有助于我们了解新型增材制造工艺与传统钢铁制造技术的不同之处，以及我们如何在未来的设计中考虑到这一点。”
该团队计划通过逐渐增加梁上的力和重量来进行负载测试，最大可达1900磅，这比梁的设计承受能力高出50%。研究人员还将进行疲劳测试(即重复应力和应变)，以了解梁能承受海洋环境的强度多长时间。
Murdy说:“这次测试是我们研究的最后一部分，将使这个项目圆满完成。”“我们已经能够在这个项目中采取全方位的方法:从理论建模到实际测试，我们已经行使了我们所有的能力。”
NREL团队依靠Ai-Build自己制造梁(花了大约一周的时间来打印)。然而，这个项目证明，拥有3d打印这些类型的组件的能力将有利于实验室的海洋能源和水力研究。不久，NREL的研究人员将有机会使用3D打印机，可以使用金属和其他创新材料制造类似的部件。
一旦测试完成，NREL团队将综合结果并继续对梁设计进行迭代。他们还将研究这种方法可以进一步发展海洋能源技术的其他领域。
Natio提供 nal可再生能源实验室 引用:增材制造可以改变海洋能源技术的潮流(2024,5月6日 作品受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。的有限公司 内容仅供参考之用。
