風力エネルギー業界における積層造形の 5 つの機会

レスリー・ラングナウ著 | 2019年1月30日

Inês Castro、材料科学者兼エンジニア

積層造形 (AM) テクノロジーは、風力産業にさまざまな利点をもたらします。 以下の例は、より市場競争力のあるエネルギー供給者にとって導入が可能であり、さらには推奨されることを示しています。 技術がさらに開発され、信頼性が高く、標準化されれば、サプライヤーチェーンが削減され、生産がより現地化され、輸送時間とコストが削減され、風力産業での AM の導入が可能になります。

一般に、AM は部品およびコンポーネントの開発時間を最大 75% 短縮し、材料資源を最大 65% 削減し、ガス排出量を最大 30% 削減できます。 さらに、単一の部品を 1 つのステップで製造できるため、二次接合プロセスが必要ありません。

さらに、積層造形はコンポーネントの修理にも使用できます。

風力タービンに適用される積層造形世界風力エネルギー評議会は、洋上風力タービン市場の助けにより、風力産業は近年急激な成長を遂げていると述べています。 したがって、風力産業が繁栄し、年間エネルギー生産量を増加し続けるためには、材料および製造技術による開発と革新が不可欠です[7]。

風力タービンのブレードは風の作用によって回転および移動し、ローターを回転させます。 ギアボックスは低速シャフトと高速シャフトの間を接続し、毎分回転数を 30 ～ 60 rpm から約 1000 ～ 1800 rpm に増加させます。付属の発電機は、この回転を変換して電力を生成します。 タワーはタービンの構造を支持し、ナセルはタワー上部のコンポーネントを収容して保護します [9]。

AM 技術は、特定の場所の資源の固有のニーズに合わせて設計されたタービン コンポーネントの現場製造を可能にする可能性があるため、風力発電産業に関しては大きな可能性を示しています。 これにより、たとえば、出荷、輸送、および取り扱いのコストが削減され、新しいブレードのプロトタイプをテストできる速度が向上します [6]。

積層造形金型米国エネルギー省の先進製造局 (AMO) は、AM 技術を使用してブレードの金型を印刷し始めました (図 2)。 従来のルートは全体を完成させるまでに数週間から数か月かかる可能性があるプロセスであるため、金型業界でこの用途が拡大すると、金型製造のステップ、コスト、時間が削減されるでしょう[6、10]。

図 2 の金型は、オークリッジ国立研究所の Big Area Additive Manufacturing (BAAM) 3D プリンタで複数のセクションとして印刷されました。

図 4: 印刷されたモールド上に作成されたブレード部分

小型オフグリッドタービンの積層造形カイル・バセット氏が始めた「大きな違いを生む小さなタービン」と呼ばれるプロジェクトは、電気へのアクセスが最小限の遠隔地にプラスチックベースの3Dプリント製小型風力タービンを設置することを目標としている。 このプロジェクトの創設者は、個人使用のために生成されたエネルギーをバッテリーに保存できるタービンを設計することから始めました [11]。

タービンのスケール モデルは、Printerbot Simple Metal 3D プリンターを使用して開発されました。 これには、ブレード、ハブ、ローターコネクタ、フレーム、ブレード端が含まれており、これらは従来の製造方法で作られた場合、最も高価な部品となります[13]。

プリントナセル他の用途には、ナセルの作成が含まれる可能性があります。 このような構造に AM を組み込む利点は、金型製造に対する経済的インセンティブなど同様ですが、耐候性、受動的冷却、および高い幾何学的複雑性を提供する必要性などの課題にも直面しています。

しかし、積層造形統合エネルギー (AMIE) プロジェクトはナセル構造の製造に成功しました。

部品の修理と交換新しいコンポーネントの製造にほとんどの注意が向けられていますが、磨耗により改善や交換が必要な部品の修理も考慮する必要があります。 この用途では、指向性エネルギー堆積法とサブトラクティブ機械加工などのプロセスを組み込んだハイブリッド システムにより、最終的には適切な公差が得られ、交換されたコンポーネントの設計が模倣される可能性があります [14]。

大型部品の印刷大規模金属 AM またはワイヤおよびアーク積層造形は、大規模部品の印刷を容易にする可能性がある新興技術です。 これにより、狭い手術室を必要とせず、ナセルやブレードの金型の積層造形も可能になり、その名が示すとおり、大規模な用途が可能になります。