通用电气可再生能源（GE Renewable Energy）、弗劳恩霍夫IGCV研究所（Fraunhofer IGCV ）和voxeljet-维捷公司近日宣布建立研究伙伴关系，开发大型铸造砂模3D打印机。该设备将用来优化 GE Haliade-X 海上风力发电机关键零部件的生产。
据悉，这是一种先进的大型铸造砂模3D打印机，被称为ACC 3D打印机（Advance Casting Cell-ACC 3D Printer）。这一设备的研发将得到德国联邦经济事务和能源部的财政支持，它将能够打印单个重量超过60公吨的砂模，为GE Haliade-X的机舱[1]提供铸件，并将砂模的生产时间从10周以上减少到仅需2周。此外，由于不再需要将大型部件从一个集中制造点运输到应用地点，这一3D打印机预计减少产品的碳足迹。
合作伙伴们预计将在2021年第三季度启动该项目，并在2022年第一季度开始进行初始打印机试验。
图1 – 粘结剂喷射的原理，在一个成型平台上先铺设一层粉末，随后打印头将粘结剂有选择性的喷射到所要打印的零件上。然后再铺设一层粉末，不断重复上述过程直到打印出最终的零件或模具。
大幅减少全套模具组件数量
该项目涉及开发一款全新的大幅面3D打印机，能够生产砂模用于铸造构成海上风力发电机舱的不同形状和尺寸的高度复杂金属部件。基于voxeljet-维捷公司核心的 “粘结剂喷射 “技术模块化3D打印工艺，将能打印直径为9.5米、重达60吨多的铸造用砂模。
图2 – ACC打印机将被设计用来打印风力发电机关键零部件的模具，最大直径为9.5米，重量为30至60吨。
通用电气可再生能源公司的高级增材设计工程师Juan Pablo Cilia说：”3D打印模具将带来许多好处，提高铸件质量，包括改善铸件表面光洁度、提高零件精度和一致性。此外，由于优化的设计，砂型粘结剂喷射模型或增材模型可通过减少加工时间和其他材料成本来节约成本。这种前所未有的生产技术将改变生产效率，允许在高成本国家进行本地化生产，这对于希望最大限度地发挥海上风电进而带来地方经济发展效益的客户来说是一个关键的好处。”
弗劳恩霍夫铸造、复合材料和加工技术研究所IGCV负责铸造和材料技术问题，以及工艺过程数字化监控。”我们正在密切关注铸造过程中的热管理，我们将评估打印材料的理想比例，”弗劳恩霍夫 IGCV 的成型工艺和成型材料部门主管 Daniel Günther 博士说。“此外，作为项目的一部分，我们还将开发和测试新的工艺监测方法”。根据以往的经验，该团队预计Haliade-X型风力发电机生产过程中的环境足迹将大大改善。可持续性是弗劳恩霍夫研究所工作的一个坚定的指导原则。该研究所所长Wolfram Volk教授/博士补充说：”我们的目标是优化模具打印，以避免成本极高的误打印甚至误浇铸，节省粘合剂和固化剂，并改善铸造过程中的机械和热行为。通过开发一种尽可能节约资源的工艺，我们希望帮助改善风力发电机制造中的环境平衡和成本平衡。”
voxeljet-维捷市场和销售总监Christian Traeger说：”2019年我们为通用电气打印的测试模具由几十个单独的零件组成。有了ACC打印机，我们将致力于大幅减少全套模具的零件数量。除此之外，模具还可以在功能和材料消耗方面进行优化。这种优化使得全新的铸造设计成为可能，可以进一步提高风力发电机的效率”。
“虽然场外按需3D打印服务为小批量铸件制造提供了许多好处，但在现场运行3D打印设备可以最大限度地利用该技术的潜能。鉴于海上风力发电机的持续增长的市场，这将对按时完成项目进度和满足需求有很大帮助，”voxeljet-维捷首席执行官Ingo Ederer博士补充说。”凭借富有成效的粘结剂喷射技术并结合在大幅面工业3D打印方面的经验，我们为铸造行业客户提供服务已逾20年。将3D打印带入真正的工业制造领域是我们的使命，因此我们非常高兴能成为这个开创性项目的成员。”
国际能源署预计，由于成本下降、政府的支持政策和诸如GE Haliade-X海上风力发电机项目的技术进步，到2040年，全球海上风能容量将提高15倍，成为一个1万亿美元的产业[2]。GE可再生能源公司已中标欧洲和美国5.7GW的项目，为其提供Haliade-X风力发电机。该公司是海上风能工业委员会（OWIC）的成员，作为该委员会的一部分，该委员会支持旨在提高可持续风能生产的各种举措。
[1] 机舱是风力发电机塔顶的一个外壳单元，包含其机械部件。
[2] 来源Source: https://www.iea.org/reports/offshore-wind-outlook-2019
来源：https://www.iea.org/reports/offshore-wind-outlook-2019
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