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CWPC2018技術工藝創(chuàng)新：TPI復合材料公司革新及技術高級總監(jiān)Stephen C. Nolet——《3D打印技術在模具及葉片生產(chǎn)中的應用及展望》

2018-04-02 來源：東方風力發(fā)電網(wǎng)作者：御風者瀏覽數(shù)：3285

第四屆中國國際風電復合材料高峰論壇（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多個企業(yè)、600多余位風電行業(yè)、復材行業(yè)的精英參加了本屆盛會。上午的開幕式結束之后，高峰論壇分別設置了新材料、新技術專場，設計運維優(yōu)化專場，新產(chǎn)品發(fā)布會專場，技術工藝創(chuàng)新專場，產(chǎn)業(yè)鏈對話專場等多個專場，將呈現(xiàn)大量精彩內(nèi)容。

　　TPI復合材料公司革新及技術高級總監(jiān)Stephen C. Nolet在技術工藝創(chuàng)新專場做了題為《3D打印技術在模具及葉片生產(chǎn)中的應用及展望》的演講。以下為演講內(nèi)容實錄：

TPI復合材料公司革新及技術高級總監(jiān)Stephen C.Nolet

　　一、TPI公司簡介

　　TPI是美資風能葉片制造商，并在全球范圍內(nèi)致力于推動風能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并使用的技術做很多的行業(yè)應用。我們在全球范圍內(nèi)有13個工廠，我也在管理這些工廠，客戶需要我們降低成本，是運輸成本，可以很好的利用技術人才。

　　我們在中國有兩個工廠，一個是太倉葉片工廠，另外一個是江蘇大豐。我們將在揚州建立第三個工廠。我們會和很多廠家進行合作，我們會用TPI的技術和管理系統(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不斷的增加，所以會不斷的貼合要求。

　　（PPT圖示）這就是我們的供應范圍。

　　二、數(shù)字化3D打印以及如何應用在工裝

　　這是一個公司研究項目，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構和我們通力合作。

　　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，只是大家不會用3D打印的思維進行思考。

　　3D打印對工裝有什么思考呢？我們的想法是更短的葉片，更短的交付時間，交付時間非常重要。還有就是用疲勞測試進行裝配，希望縮短時間。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。這個設計里包含了導熱率以及熱容，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間，也可以降低加熱的復雜性。

　　我們做的項目是和美國能源部合作，主要分為三個階段：第一階段，降低風險，證明3D打印技術制作風力發(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，達到精益性，還可以做連接件；第二階段，模具制造，建造能實現(xiàn)制作多組的3D打印；第三階段，葉片生產(chǎn)階段。

　　TPI會負責模具設計，從外模線、粘接法蘭、抗剪腹板和五金構建，可以通過計算機輔助設計制造。我們桑迪亞國家實驗室為我們提供了數(shù)據(jù)，檢驗生產(chǎn)的可靠性。

　　三、3D打印風電葉片

　　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)子實驗臺制作13米的葉片。因為它只是顯示技術，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測試葉片。

　　另外，我們會看一下表面公差，也會看后緣公差，還看扭曲組、厚面平率，還要關注其他的參數(shù)，包括模具溫度、變形，做真空跌落測試驗證不同的零部件是否達標。3D打印的表面也會有傳統(tǒng)的涂層，這玻璃纖維的層板共同加工。我們會使制作工藝和材料標準化。

　　我們會用玻璃纖維壓制印刷機板，提供足夠強的粘合強度，我們會用整合化的加熱效果，希望能夠在45度環(huán)境下達到預期要求。當然我們的要求不是非常高的，表面和目標溫度是45組，而且允許上下游5度誤差。我們會用擋板控制流速和熱風度。

　　我們還會做真空試驗結果。這個測試肯定要做。我們在3英尺×3英尺的面板上進行了真空減壓測試，60分鐘下降了2.6mbar，超過司預期目標，ABS可以很好的進行運行在葉片表面，也證明了3D打印的真空實驗結果非常成功。

　　我們還進行了分項演示工具的制作，對于法蘭會整合到工件當中。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，我們會做框架結構一體化，這是一個傳統(tǒng)框架結構，它會遵循葉片外殼的輪廓。另外，這個打印模具的框架可以儲存在相似的結構中，可以進行很好的管理，另外可以防止向外部延伸。我們也會讓模具翻轉(zhuǎn)及固定。我們打印模具界面，這是13米長的模具進行組裝。（PPT圖示）這是工作處理當中的鋼框架的結構。這是最后工具的連接、裝配，我們會將材料封裝，將層面表面制成最終形狀，修飾及手工打磨使模具表面達到要求。我們會安裝內(nèi)部管道加熱設備，最后對工具進行測量，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。我們把這個葉片封閉的時候會有很多傳感器，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。整個形狀不會受到任何影響，因為它是完全3D打印出來。我們?yōu)樯５蟻唶覍嶒炇姨峁┝薔RT的葉片數(shù)據(jù)，還有一個是美國的風電發(fā)電中心進行檢測評估。

　　未來我們會有什么目標呢？我們不僅要顯示3D打印葉片工藝的經(jīng)濟效益，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，同時降低成本。只要一個工藝上就可以完成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）

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