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CWPC2018技术工艺创新:TPI复合材料公司革新及技术高级总监Stephen C. Nolet——《3D打印技术在模具及叶片生产中的应用及展望》

2018-04-02 来源:东方风力发电网作者:御风者 浏览数:1239

第四届中国国际风电复合材料高峰论坛(CWPC2018)于2018年3月30日上午在江苏省阜宁县天鹅湖大酒店隆重召开,来自海内外的200多个企业、600多余位风电行业、复材行业的精英参加了本届盛会。上午的开幕式结束之后,高峰论坛分别设置了新材料、新技术专场,设计运维优化专场,新产品发布会专场,技术工艺创新专场,产业链对话专场等多个专场,将呈现大量精彩内容。

   第四届中国国际风电复合材料高峰论坛(CWPC2018)于2018年3月30日上午在江苏省阜宁县天鹅湖大酒店隆重召开,来自海内外的200多个企业、600多余位风电行业、复材行业的精英参加了本届盛会。上午的开幕式结束之后,高峰论坛分别设置了新材料、新技术专场,设计运维优化专场,新产品发布会专场,技术工艺创新专场,产业链对话专场等多个专场,将呈现大量精彩内容。
  TPI复合材料公司革新及技术高级总监Stephen C. Nolet在技术工艺创新专场做了题为《3D打印技术在模具及叶片生产中的应用及展望》的演讲。以下为演讲内容实录:



TPI复合材料公司革新及技术高级总监Stephen C.Nolet
 
  一、TPI公司简介 
  TPI是美资风能叶片制造商,并在全球范围内致力于推动风能产业发展,并使用的技术做很多的行业应用。我们在全球范围内有13个工厂,我也在管理这些工厂,客户需要我们降低成本,是运输成本,可以很好的利用技术人才。 
  我们在中国有两个工厂,一个是太仓叶片工厂,另外一个是江苏大丰。我们将在扬州建立第三个工厂。我们会和很多厂家进行合作,我们会用TPI的技术和管理系统满足的需求。从事我们还有精密模具和工装系统,在太仓就有模具工装工厂,可以满足30-50米的长度要求。我们觉得叶片长度会不断的增加,所以会不断的贴合要求。 
  (PPT图示)这就是我们的供应范围。 
  二、数字化3D打印以及如何应用在工装 
  这是一个公司研究项目,和美国能源局合作共同研究发展的。美国能源部华盛顿高级制造局机构和我们通力合作。 
  什么是数字3D打印呢?3D打印就是增材制造,把材料层层叠加之后变成三维。我们有100米以上的叶片,至少3D打印不会替代生产连续叶片所需的材料。而且到目前为止材料的成本并不具备竞争力,但3D打印已经不是新概念了。复合材料有很多的添加剂、胶粘剂,这都是我们做的,只是大家不会用3D打印的思维进行思考。 
  3D打印对工装有什么思考呢?我们的想法是更短的叶片,更短的交付时间,交付时间非常重要。还有就是用疲劳测试进行装配,希望缩短时间。3D打印就具有很好的好处。我们是首件产品最短的周期需要36周就可以装配完成。 
  数字化制作模具可以大大降低时间。我们可以利用3D打印将叶片特征打印出来,而且相对简单。这个设计里包含了导热率以及热容,都可以定制,热膨胀以及使用温度范围都可以在模具上制造出来,这样一来可以大大缩短上市时间,也可以降低加热的复杂性。 
  我们做的项目是和美国能源部合作,主要分为三个阶段:第一阶段,降低风险,证明3D打印技术制作风力发电叶片模具的可行性,就可以使用25%的碳纤维满足能量需求,达到精益性,还可以做连接件;第二阶段,模具制造,建造能实现制作多组的3D打印;第三阶段,叶片生产阶段。 
  TPI会负责模具设计,从外模线、粘接法兰、抗剪腹板和五金构建,可以通过计算机辅助设计制造。我们桑迪亚国家实验室为我们提供了数据,检验生产的可靠性。 
  三、3D打印风电叶片 
  第一阶段,可行性测试。利用数字打印为桑抵押一国家转子实验台制作13米的叶片。因为它只是显示技术,所以不用找最长的叶片。否则成本很高,所以13米是比较合适的叶片长度。它有三套叶片和两个测试叶片。 
  另外,我们会看一下表面公差,也会看后缘公差,还看扭曲组、厚面平率,还要关注其他的参数,包括模具温度、变形,做真空跌落测试验证不同的零部件是否达标。3D打印的表面也会有传统的涂层,这玻璃纤维的层板共同加工。我们会使制作工艺和材料标准化。 
  我们会用玻璃纤维压制印刷机板,提供足够强的粘合强度,我们会用整合化的加热效果,希望能够在45度环境下达到预期要求。当然我们的要求不是非常高的,表面和目标温度是45组,而且允许上下游5度误差。我们会用挡板控制流速和热风度。 
  我们还会做真空试验结果。这个测试肯定要做。我们在3英尺×3英尺的面板上进行了真空减压测试,60分钟下降了2.6mbar,超过司预期目标,ABS可以很好的进行运行在叶片表面,也证明了3D打印的真空实验结果非常成功。 
  我们还进行了分项演示工具的制作,对于法兰会整合到工件当中。加工还包括了层压。 
  第二阶段,是NRT制造长13米模具。我们会打印如果高压片和低压片模具,分为八段,长1.6-1.8米。然后,我们会做框架结构一体化,这是一个传统框架结构,它会遵循叶片外壳的轮廓。另外,这个打印模具的框架可以储存在相似的结构中,可以进行很好的管理,另外可以防止向外部延伸。我们也会让模具翻转及固定。我们打印模具界面,这是13米长的模具进行组装。(PPT图示)这是工作处理当中的钢框架的结构。这是最后工具的连接、装配,我们会将材料封装,将层面表面制成最终形状,修饰及手工打磨使模具表面达到要求。我们会安装内部管道加热设备,最后对工具进行测量,证明它在工差范围之内。 
  第三阶段,NRT叶片制造。其实这里面用的是非常传统的材料,我们的料是碳纤维,在这里可。我们把这个叶片封闭的时候会有很多传感器,便于后续叶片仪器装配、粘接和根部不加工,我们有一些工具测试。这是叶片最后的收尾工作。整个形状不会受到任何影响,因为它是完全3D打印出来。我们为桑迪亚国家实验室提供了NRT的叶片数据,还有一个是美国的风电发电中心进行检测评估。 
  未来我们会有什么目标呢?我们不仅要显示3D打印叶片工艺的经济效益,还是希望看到它在未来有一些方向。我们可以通过3D打印方式使它可以更高、更快,同时降低成本。只要一个工艺上就可以完成13米叶片的生产,我觉得未来是非常光明的,这将会成为我们未来的方向。我不想告诉大家我们可以解决很多问题,但有些东西可以通过传统的方式解决。但是,如果我们能降低交付时间,比如说可以使用3D打印,能够使产品快速上市。(内容来自现场速记,未经本人审核)

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