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La stampa 3D di pale termoplastiche consente la saldatura termica e migliora la riciclabilità, offrendo il potenziale di ridurre il peso e i costi delle pale della turbina di almeno il 10% e il tempo del ciclo di produzione del 15%.

Un team di ricercatori del National Renewable Energy Laboratory (NREL, Golden, Colorado, USA), guidato dall'ingegnere senior di tecnologia eolica Derek Berry, sta continuando a far avanzare le loro nuove tecniche per produrre pale eoliche avanzate mediantefavorendo la loro combinazionedei materiali termoplastici riciclabili e della produzione additiva (AM). Il progresso è stato reso possibile dai finanziamenti dell’Advanced Manufacturing Office del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti: premi ideati per stimolare l’innovazione tecnologica, migliorare la produttività energetica del settore manifatturiero statunitense e consentire la realizzazione di prodotti all’avanguardia.

Oggi, la maggior parte delle pale delle turbine eoliche di grandi dimensioni hanno lo stesso design a conchiglia: due rivestimenti delle pale in fibra di vetro sono incollati insieme con adesivo e utilizzano uno o più componenti compositi di irrigidimento chiamati nastri di taglio, un processo ottimizzato per l'efficienza negli ultimi 25 anni. Tuttavia, per rendere le pale delle turbine eoliche più leggere, più lunghe, meno costose e più efficienti nel catturare l’energia eolica – miglioramenti fondamentali per l’obiettivo di ridurre in parte le emissioni di gas serra aumentando la produzione di energia eolica – i ricercatori devono ripensare completamente la convenzionale conchiglia, qualcosa che è l'obiettivo principale del team NREL.

Per iniziare, il team NREL si sta concentrando sul materiale della matrice in resina. I progetti attuali si basano su sistemi di resine termoindurenti come resine epossidiche, poliesteri ed esteri vinilici, polimeri che, una volta polimerizzati, si reticolano come i rovi.

"Una volta prodotta una lama con un sistema di resina termoindurente, non è possibile invertire il processo", afferma Berry. “Questo [anche] fa la lamadifficile da riciclare.”

Lavorare con ilIstituto per l'innovazione nella produzione di compositi avanzati(IACMI, Knoxville, Tennessee, USA) presso la struttura Composites Manufacturing Education and Technology (CoMET) di NREL, il team multi-istituzionale ha sviluppato sistemi che utilizzano materiali termoplastici che, a differenza dei materiali termoindurenti, possono essere riscaldati per separare i polimeri originali, consentendo la fine riciclabilità del ciclo di vita (EOL).

Le parti termoplastiche delle pale possono anche essere unite utilizzando un processo di saldatura termica che potrebbe eliminare la necessità di adesivi, spesso materiali pesanti e costosi, migliorando ulteriormente la riciclabilità delle pale.

"Con due componenti termoplastici della pala, hai la possibilità di unirli e, attraverso l'applicazione di calore e pressione, unirli", afferma Berry. "Non è possibile farlo con i materiali termoindurenti."

Andando avanti, NREL, insieme ai partner del progettoCompositi TPI(Scottsdale, Arizona, Stati Uniti), Additive Engineering Solutions (Akron, Ohio, Stati Uniti),Macchine utensili Ingersoll(Rockford, Illinois, USA), Vanderbilt University (Knoxville) e IACMI, svilupperanno strutture innovative per il nucleo delle pale per consentire la produzione economicamente efficiente di pale molto lunghe e ad alte prestazioni - ben oltre i 100 metri di lunghezza - che sono relativamente basse peso.

Utilizzando la stampa 3D, il gruppo di ricerca afferma di poter produrre i tipi di progetti necessari per modernizzare le pale delle turbine con nuclei strutturali altamente ingegnerizzati a forma di rete di diverse densità e geometrie tra i rivestimenti strutturali della pala della turbina. Le pelli delle pale verranno infuse utilizzando un sistema di resina termoplastica.

Se ci riusciranno, il team ridurrà il peso e i costi delle pale della turbina del 10% (o più) e il tempo del ciclo di produzione di almeno il 15%.

In aggiunta alil primo premio AMO FOAper le strutture delle pale delle turbine eoliche termoplastiche per l’AM, due progetti di sovvenzione esploreranno anche tecniche avanzate di produzione di turbine eoliche. La Colorado State University (Fort Collins) sta guidando un progetto che utilizza anche la stampa 3D per realizzare compositi rinforzati con fibre per nuove strutture interne di pale eoliche, conOwens Corning(Toledo, Ohio, Stati Uniti), NREL,Arkema Inc.(King of Prussa, Pennsylvania, Stati Uniti) e Vestas Blades America (Brighton, Colorado, Stati Uniti) come partner. Il secondo progetto, guidato da GE Research (Niskayuna, NY, USA), è denominato AMERICA: Additive and Modular-Enabled Rotor Blades and Integrated Composites Assembly. La collaborazione con GE Research èLaboratorio nazionale di Oak Ridge(ORNL, Oak Ridge, Tennessee, Stati Uniti), NREL, LM Wind Power (Kolding, Danimarca) e GE Renewable Energy (Parigi, Francia).

Da: compositiworld