3D-printen van grote onderdelen bereikt offshore windindustrie

Grote onderdelen, zoals voor windturbines of vliegtuigen, zijn vaak duur in productie, omwille van hun unieke karakter. Met additive manufacturing kunnen steeds grotere stukken worden verwezenlijkt, waaraan bovendien extra functionaliteiten zijn toegevoegd. Prototyping en productie worden hierdoor eenvoudiger en goedkoper. 

Onlangs publiceerden we een artikel over additive manufacturing in de bouwsector, waarbij het printen van steeds grotere structuren stilaan niet meer uitzonderlijk is. Ook andere sectoren kunnen profiteren van deze trend en de voordelen die ermee gepaard gaan. De automotive, lucht- en ruimtevaart bijvoorbeeld, en ook binnen de hernieuwbare energiesector zoals voor de (offshore) windindustrie en getijdenindustrie ('tidal') zijn de testen veelbelovend. 

Demo's wijzen uit dat met additive manufacturing kostenbesparingen kunnen worden gerealiseerd en dat het eenvoudiger (en goedkoper) wordt om functionaliteiten aan onderdelen toe te voegen. Op die manier kan de meerkost van 3D-printen gecompenseerd worden en wordt het totaalplaatje goedkoper. 

Het 3D-printen van de mal voor een turbinewiek is hiervan een eerste voorbeeld. De uniciteit van dergelijke onderdelen maakt ze immers duur om te produceren. Alternatieve energiebronnen hebben klassiek te kampen met hoge kosten, waardoor ze vaak minder interessant zijn dan hun fossiele tegenhangers. Met additive manufacturing zouden de prototyping- en ontwikkelingskosten van windturbines naar beneden kunnen gehaald worden, zo blijkt volgens het Advanced Manufacturing Office (AMO), onderdeel van het US Department of Energy. 

Lagere kost voor ontwikkeling en prototype

Windturbinewieken bedoeld voor onderzoek kunnen makkelijk meer dan 12 m lang zijn. Daarom startte het AMO, samen met enkele partners uit onderzoek en industrie, met de bouw van mallen, vervaardigd uit bijna 2 m lange, 3D-geprinte secties, die kunnen worden ingezet om volledige wieken te vervaardigen. 

De overschakeling naar 3D-printen moet een reductie mogelijk maken in de kosten en energie die nodig zijn voor prototyping en productie van de windturbines. 3D-technieken moeten bovendien toegang geven tot een productie met minder afval, kortere doorlooptijden en meer flexibiliteit in ontwerp. Bovendien worden de printers steeds groter en zijn de mogelijkheden ervan verbeterd. 

Dergelijke projecten vragen uiteraard om een grotere 3D-printer en die vond het team in het Manufacturing Demonstration Facility (MDF) van het Oak Ridge National Laboratory (Tennessee, VS), waar zich een Big Area Additive Manufacturing (BAAM)-3D-printer bevindt. Dit toestel is 500 tot 1.000 keer sneller dan de meeste andere industriële 3D-printers en heeft een bouwvolume dat meerdere keren groter is. 

Terwijl zelfs dit formaat 3D-printer nog niet volstaat om op de vereiste grootte te werken, geeft het wel een realistisch beeld van hoe zulke projecten praktisch aan te pakken. Eerst werd een CAD-model ontwikkeld van de wiek: in principe een typisch ontwerp van een wiek dat werd omgezet naar een mal en versneden in 3D-printbare secties, compleet met assemblagegaten en afvoerkanalen voor de hete lucht. De secties met afmetingen van bijna 2 m werden vervolgens geprint. 

Vervolgens werden deze secties bekleed met een laag glasvezellaminaat en glad gemaakt. Elk malsegment werd in een raamwerk geplaatst en voorzien van een heteluchtblazer, temperatuursturing en thermokoppels. De innovatieve techniek met hete lucht spaart energie en maakt de arbeidsintensieve stap overbodig van handmatige plaatsing van de verwarmingsbedrading, die klassiek is ingebed in de vorm. De luchtblazers kunnen bovendien opnieuw gebruikt worden voor nieuwe mallen in de toekomst. Eens geassembleerd, beschikt de gigantische 3D-geprinte mal over een zeer egaal oppervlak, perfect om windturbinebladen mee te produceren aan een veel lagere prijs dan wat met de klassieke productiemethode mogelijk is. Ondertussen zijn binnen het onderzoek al verschillende wieken vervaardigd met deze 3D-geprinte mal.

(Bron: 3ders) 

Lees verder op Techniline

Offshore en Sirris

De offshore energiesector kan op verschillende expertises bij Sirris een beroep doen. Uiteraard is er het OWI-Lab, het R&D&Innovatie-platform dat bedrijven (en onderzoekers) samenbrengt en concrete acties opzet in de vorm van projecten en infrastructuur. Met de steun van Vlaio wordt momenteel een Innovatief BedrijfsNetwerk (IBN) Offshore Energie opgestart. Dit betekent een intensivering van de ondersteuning en een thematische verbreding tot 'blauwe energie' (wind en wave & tidal - integratie met Gen4Wave - UGent). Meer informatie vindt u hier

Ook naar productie van onderdelen, zoals wieken, kan een beroep gedaan worden op verschillende expertises. Terwijl het AM-team ondersteuning kan bieden bij de ontwikkeling en realisatie van mallen, kan men bij het SLC-Lab terecht voor innovaties in en met composietmaterialen. 

(bron foto bovenaan: Meygen-tidal-project, in samenwerking met het Belgische DEME)