第四屆中國國際風(fēng)電復(fù)合材料高峰論壇(CWPC2018)于2018年3月30日上午在江蘇省阜寧縣天鵝湖大酒店隆重召開,來自海內(nèi)外的200多個(gè)企業(yè)、600多余位風(fēng)電行業(yè)、復(fù)材行業(yè)的精英參加了本屆盛會(huì)。上午的開幕式結(jié)束之后,高峰論壇分別設(shè)置了新材料、新技術(shù)專場,設(shè)計(jì)運(yùn)維優(yōu)化專場,新產(chǎn)品發(fā)布會(huì)專場,技術(shù)工藝創(chuàng)新專場,產(chǎn)業(yè)鏈對話專場等多個(gè)專場,將呈現(xiàn)大量精彩內(nèi)容。
TPI復(fù)合材料公司革新及技術(shù)高級總監(jiān)Stephen C. Nolet在技術(shù)工藝創(chuàng)新專場做了題為《3D打印技術(shù)在模具及葉片生產(chǎn)中的應(yīng)用及展望》的演講。以下為演講內(nèi)容實(shí)錄:
TPI復(fù)合材料公司革新及技術(shù)高級總監(jiān)Stephen C.Nolet
一、TPI公司簡介
TPI是美資風(fēng)能葉片制造商,并在全球范圍內(nèi)致力于推動(dòng)風(fēng)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展,并使用的技術(shù)做很多的行業(yè)應(yīng)用。我們在全球范圍內(nèi)有13個(gè)工廠,我也在管理這些工廠,客戶需要我們降低成本,是運(yùn)輸成本,可以很好的利用技術(shù)人才。
我們在中國有兩個(gè)工廠,一個(gè)是太倉葉片工廠,另外一個(gè)是江蘇大豐。我們將在揚(yáng)州建立第三個(gè)工廠。我們會(huì)和很多廠家進(jìn)行合作,我們會(huì)用TPI的技術(shù)和管理系統(tǒng)滿足的需求。從事我們還有精密模具和工裝系統(tǒng),在太倉就有模具工裝工廠,可以滿足30-50米的長度要求。我們覺得葉片長度會(huì)不斷的增加,所以會(huì)不斷的貼合要求。
(PPT圖示)這就是我們的供應(yīng)范圍。
二、數(shù)字化3D打印以及如何應(yīng)用在工裝
這是一個(gè)公司研究項(xiàng)目,和美國能源局合作共同研究發(fā)展的。美國能源部華盛頓高級制造局機(jī)構(gòu)和我們通力合作。
什么是數(shù)字3D打印呢?3D打印就是增材制造,把材料層層疊加之后變成三維。我們有100米以上的葉片,至少3D打印不會(huì)替代生產(chǎn)連續(xù)葉片所需的材料。而且到目前為止材料的成本并不具備競爭力,但3D打印已經(jīng)不是新概念了。復(fù)合材料有很多的添加劑、膠粘劑,這都是我們做的,只是大家不會(huì)用3D打印的思維進(jìn)行思考。
3D打印對工裝有什么思考呢?我們的想法是更短的葉片,更短的交付時(shí)間,交付時(shí)間非常重要。還有就是用疲勞測試進(jìn)行裝配,希望縮短時(shí)間。3D打印就具有很好的好處。我們是首件產(chǎn)品最短的周期需要36周就可以裝配完成。
數(shù)字化制作模具可以大大降低時(shí)間。我們可以利用3D打印將葉片特征打印出來,而且相對簡單。這個(gè)設(shè)計(jì)里包含了導(dǎo)熱率以及熱容,都可以定制,熱膨脹以及使用溫度范圍都可以在模具上制造出來,這樣一來可以大大縮短上市時(shí)間,也可以降低加熱的復(fù)雜性。
我們做的項(xiàng)目是和美國能源部合作,主要分為三個(gè)階段:第一階段,降低風(fēng)險(xiǎn),證明3D打印技術(shù)制作風(fēng)力發(fā)電葉片模具的可行性,就可以使用25%的碳纖維滿足能量需求,達(dá)到精益性,還可以做連接件;第二階段,模具制造,建造能實(shí)現(xiàn)制作多組的3D打印;第三階段,葉片生產(chǎn)階段。
TPI會(huì)負(fù)責(zé)模具設(shè)計(jì),從外模線、粘接法蘭、抗剪腹板和五金構(gòu)建,可以通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造。我們桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室為我們提供了數(shù)據(jù),檢驗(yàn)生產(chǎn)的可靠性。
三、3D打印風(fēng)電葉片
第一階段,可行性測試。利用數(shù)字打印為桑抵押一國家轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)制作13米的葉片。因?yàn)樗皇秋@示技術(shù),所以不用找最長的葉片。否則成本很高,所以13米是比較合適的葉片長度。它有三套葉片和兩個(gè)測試葉片。
另外,我們會(huì)看一下表面公差,也會(huì)看后緣公差,還看扭曲組、厚面平率,還要關(guān)注其他的參數(shù),包括模具溫度、變形,做真空跌落測試驗(yàn)證不同的零部件是否達(dá)標(biāo)。3D打印的表面也會(huì)有傳統(tǒng)的涂層,這玻璃纖維的層板共同加工。我們會(huì)使制作工藝和材料標(biāo)準(zhǔn)化。
我們會(huì)用玻璃纖維壓制印刷機(jī)板,提供足夠強(qiáng)的粘合強(qiáng)度,我們會(huì)用整合化的加熱效果,希望能夠在45度環(huán)境下達(dá)到預(yù)期要求。當(dāng)然我們的要求不是非常高的,表面和目標(biāo)溫度是45組,而且允許上下游5度誤差。我們會(huì)用擋板控制流速和熱風(fēng)度。
我們還會(huì)做真空試驗(yàn)結(jié)果。這個(gè)測試肯定要做。我們在3英尺×3英尺的面板上進(jìn)行了真空減壓測試,60分鐘下降了2.6mbar,超過司預(yù)期目標(biāo),ABS可以很好的進(jìn)行運(yùn)行在葉片表面,也證明了3D打印的真空實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常成功。
我們還進(jìn)行了分項(xiàng)演示工具的制作,對于法蘭會(huì)整合到工件當(dāng)中。加工還包括了層壓。
第二階段,是NRT制造長13米模具。我們會(huì)打印如果高壓片和低壓片模具,分為八段,長1.6-1.8米。然后,我們會(huì)做框架結(jié)構(gòu)一體化,這是一個(gè)傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu),它會(huì)遵循葉片外殼的輪廓。另外,這個(gè)打印模具的框架可以儲(chǔ)存在相似的結(jié)構(gòu)中,可以進(jìn)行很好的管理,另外可以防止向外部延伸。我們也會(huì)讓模具翻轉(zhuǎn)及固定。我們打印模具界面,這是13米長的模具進(jìn)行組裝。(PPT圖示)這是工作處理當(dāng)中的鋼框架的結(jié)構(gòu)。這是最后工具的連接、裝配,我們會(huì)將材料封裝,將層面表面制成最終形狀,修飾及手工打磨使模具表面達(dá)到要求。我們會(huì)安裝內(nèi)部管道加熱設(shè)備,最后對工具進(jìn)行測量,證明它在工差范圍之內(nèi)。
第三階段,NRT葉片制造。其實(shí)這里面用的是非常傳統(tǒng)的材料,我們的料是碳纖維,在這里可。我們把這個(gè)葉片封閉的時(shí)候會(huì)有很多傳感器,便于后續(xù)葉片儀器裝配、粘接和根部不加工,我們有一些工具測試。這是葉片最后的收尾工作。整個(gè)形狀不會(huì)受到任何影響,因?yàn)樗峭耆?D打印出來。我們?yōu)樯5蟻唶覍?shí)驗(yàn)室提供了NRT的葉片數(shù)據(jù),還有一個(gè)是美國的風(fēng)電發(fā)電中心進(jìn)行檢測評估。
未來我們會(huì)有什么目標(biāo)呢?我們不僅要顯示3D打印葉片工藝的經(jīng)濟(jì)效益,還是希望看到它在未來有一些方向。我們可以通過3D打印方式使它可以更高、更快,同時(shí)降低成本。只要一個(gè)工藝上就可以完成13米葉片的生產(chǎn),我覺得未來是非常光明的,這將會(huì)成為我們未來的方向。我不想告訴大家我們可以解決很多問題,但有些東西可以通過傳統(tǒng)的方式解決。但是,如果我們能降低交付時(shí)間,比如說可以使用3D打印,能夠使產(chǎn)品快速上市。(內(nèi)容來自現(xiàn)場速記,未經(jīng)本人審核)