Vores læser Nicolai Allerup spørger:

Hvorfor er man ikke begyndt at 3D-printe vindmøller?

Jeg mindes en artikel for år tilbage, der beskrev, at man var begyndt at lave specielle (nærmest organiske) styrkeberegninger for bærende konstruktioner og derefter 3D-printe dem.

Kan det ikke lade sig gøre for vindmøllevinger?

Ali Sarhadi, forsker på DTU Vindenergi, svarer:

3D-print har mange fordele i industrien. En af dem er, at man slipper for støbeforme, hvilket giver mulighed for rigtig mange typer design uden det store materialespild.

Udfordringen, når det kommer til vindmøllevinger, er imidlertid, at de er lavet af en meget stiv og fiberforstærket letvægtskomposit, som skal opfylde nogle designkrav vedrørende masse og afbøjning.

Ud over de begrænsninger, der har med størrelse og hurtighed af 3D-printere at gøre, så er den mekaniske ydeevne ved 3D-printede fiberkompositdele en kæmpe udfordring, hvis de skal bruges til vindmøller.

I gang med at undersøge

3D-print i metaller og polymerer har været i kraftig udvikling de seneste ti års tid, mens print af større fiberkompositstrukturer, såsom vindmøllevinger, der opfylder kravene til styrke og stivhed, stadigvæk er meget i sin vorden.

For at få bugt med disse udfordringer skal der mere forskning og udvikling til, både når det kommer til materialer og printere. På DTU Vindenergi er vi i gang med at undersøge, hvordan man kan forbedre de mekaniske egenskaber af 3D-printede fiberkompositkomponenter.

I dag er de fleste termohærdende materialer såsom polyester og epoxy, forstærket med glas og kulfiber, det mest almindelige valg til produktion af vindmøllevinger.

Her kan man sige, at stivheden af kompositterne hovedsageligt afhænger af fibrenes volumen. På den anden side, så afhænger styrken af kompositten både af fiberindholdet volumen og bindingerne mellem fibrene og den valgte resin.

Svært at opnå robusthed uden tryk

Opsummeret spiller fibervolumen og fiberbindingerne en vigtig rolle, når det kommer til stivhed og styrke af de producerede vindmøllevinger. Og det kan være svært at opnå med de klassiske 3D-printmetoder.

Ved almindelig 3D-print lægger man ikke tryk på materialerne under printningen, og derfor er det svært at få det massive fiberindhold og de stærke bindinger mellem fibrene og det øvrige materiale.

Desuden er termoplast i dag mest populært, når det kommer til printbare kompositter. Det er mere enkelt og fleksibelt at arbejde med end de termohærdende materialer, der normalt bruges til vindmøllevingerne.

Termoplast giver ikke de her kemiske bindinger med fibrene, og det gør det samlede materiale svagere.

Man 3D-printer støbeformene

På den anden side så har temoplast den fordel, at det er nemmere at genbruge, det knækker ikke så nemt, det kan repareres, man kan justere formen efter print, og så er produktionsomkostningerne lavere.

Når man tager denne mulighed for genbrug i betragtning, er det oplagt – og forventet – at printteknologien og materialerne hertil vil udvikle sig i en retning, hvor vindindustrien så småt vil kunne begynde at printe komponenter i mindre skala. Og så tror jeg, det vil vokse herfra.

Et eksempel på, at 3D-print bliver brugt i vindindustrien, er produktionen af selve støbeformene til vindmøllevingerne.

Det amerikanske energiministerium er f.eks. gået sammen med den amerikanske vingeproducent TPI Composites, som fornylig har åbnet kontor i Danmark, samt forskningslaboratorierne Oak Ridge and Sandia National Laboratories for at printe støbeforme til møllevinger, der er 13 meter lange. Det gav en 35 procents tidsbesparelse, har de selv meldt ud.