缅因大学开发更环保的3D打印涡轮叶片模具

近日，缅因大学(UMaine)从美国能源部(DoE)获得了280万美元的资金，用于3D打印一种更环保的风力涡轮叶片模具。 

通过在纳米纤维素(CNF)打印过程中引入生物基原料，缅因大学团队认为有可能将生产大型部件的成本降低50%。

美国参议员苏珊-柯林斯在宣布获奖时说："缅因大学仍然是增材制造和风能技术的领导者，这笔资金将利用研究人员在这两个领域的专业知识，我们很高兴能源部继续投资于UMaine的尖端研究。"

UMaine的CNF 3D打印过程 

在橡树岭国家实验和DoE的支持下，缅因大学的研究人员自2019年5月以来一直在开发CNF工艺。团队的研究主要集中在研发一种新型的木质原料，并通过进行多尺度建模和可持续性生命周期分析，评估对3D打印的适用性。

材料本身基于纳米纤维素，是绿色植物中细胞的变种，具有与铝相同的抗拉强度以及无毒品质。虽然可再生纤维经常被用于在医疗保健应用中制造智能敷料，但缅因大学团队已经越来越多地将它部署到创建更大的结构中，例如一艘25英尺的3D打印船。

利用Ingersoll Machine Tools 创建的定制大型机器，缅因大学的研究人员已经能够生产出一个创纪录的5000磅重的车辆，他们称之为'3Dirigo'。这套系统还被美国陆军的CCDC士兵中心部署，用于3D打印12英尺长的掩体，现在研究人员又选择与英格索尔合作，制造可观的风力涡轮叶片部件。

制造环保型涡轮叶片 

目前，设计和制造涡轮叶片所需的模具和工具成本可能高达1000万美元以上，而这一耗时的过程往往需要16-20个月才能完成。因此，当新颖的设计进入市场时，它们可能已经过时，阻碍了这个不断发展的行业的创新。

这就是为什么缅因大学的先进结构和复合材料中心正在开发一种成本更低、更快速的3D打印模具的方法来代替。在他们的280万美元的项目中，缅因大学团队打算使用超大尺寸聚合物3D打印机，同时使用可回收的原料和木头，来制造大型塑料模具。

研究人员估计，他们的新工艺可以节省25-50%的成本，同时将涡轮叶片的交货时间缩短6个月。缅因大学还将与橡树岭国家实验合作，试验用机器人将连续的增强纤维沉积到增材制造叶片中。

鉴于在生产过程中控制模具表面温度至关重要，橡树岭国家实验预测加热元件将起到进一步减少时间和成本的作用。