3D打印风力发电机叶片，NREL开发新型热塑性树脂系统实现叶片可回收

2021年11月9日，南极熊获悉，美国国家可再生能源实验室（NREL）的一个研究小组正在测试利用高度工程化的3D打印设计生产现代化的风力涡轮机叶片，该设计使用了热塑性树脂系统。一直以来，风力涡轮发电机因其能够减少人类的总体碳排放和环境负面影响而在全球各地得到推广。

近年来，能源行业的相关部门一直在探索增材制造在能源领域的应用可能性，因为当涉及到可再生能源时，浪费性生产的悖论仍然是一个不断研究和创新的领域。它已经成为一个令人感兴趣的话题，今年早些时候，美国能源部甚至向大学和行业领导者提供资金，以开发3D打印的复合风轮叶片模具和最终使用的叶片部件。

△风力发电机

NREL团队负责人、高级风能技术工程师德里克-贝里解释说：现有的风力涡轮机设计依赖于热固性树脂系统，如环氧树脂、聚酯和乙烯基酯，聚合物等制造。一旦你用热固性树脂系统生产发电机叶片，你就不能逆转这个过程，这也使得叶片难以回收。"

为了解决这一问题，NREL团队与几个机构合作开发了热塑性塑料的再循环利用系统。相对于热固性材料，热塑性塑料可以通过加热来分离原始聚合物，实现所谓的使用寿命终结（EOL）后的可回收性。

△由NREL研究团队在复合材料制造教育和技术设施（CoMET）3D打印的13米长的热塑性塑料叶片。(图片来源：Ryan Beach，NREL)

3D打印的风力涡轮机叶片

根据美国环境保护局（EPA）的研究，风力涡轮机的平均寿命大约为20年。通过使用3D打印技术来制造热塑性塑料叶片，这大大提高了叶片的可回收性。此外，3D打印技术大大减少了涡轮机叶片的重量和成本至少10%，生产周期减少15%。

为了进一步提高叶片的可回收性，这些热塑性叶片部件可以使用热焊接工艺连接在一起，这将从根本上消除对环境有害的粘合剂的需求。

团队负责人贝里解释道："针对两个热塑性叶片部件，你可以通过应用热和压力把它们连接起来，但是你不能用热固性材料来做这个。"

最终，该团队希望创造出更轻、更长、更便宜和更有效的叶片，这些都是增加美国风能的关键项目开发方向，也是迈向减少温室气体排放目标的重要一步。你可以在下面的视频中或在这里的新闻稿中了解更多。