דפוס FDed Deposition Modeling (FDM) 3D הדפסה הופיע ככלי חיוני בתחום של הנדסה אנרגיה מתחדשת, המאפשר יצירת מהירה של רכיבי אבטיפוס להאיץ חדשנות ולהפחית מחזורי פיתוח המוצר. על ידי כך לאפשר למהנדסים במהירות על עיצובים, טופס מבחן ותפקוד, ולאמת ביצועים בתנאים של תעשיית המציאות, FDM מביא בתוך המטרה של הבאת טכנולוגיות אחסון בר קיימא לשוק מהיר יותר ובאופן כללי יותר, לבחון את היתרונות החומריים של תכונות מפתח, עיצוב, עיצוב, עיצוב, תכונות אנרגיה, עיצוב, עיצוב, ואפקטים עתידיים, תכונות אנרגיה בעתיד, ואפקטים, עיצוב, תכונות אנרגיה, עיצוב, עיצוב, מודלים של תכונות אנרגיה מתחדשת, מודלים, מודלים של תכונות אנרגיה מתחדשת, תכונות אנרגיה, מודלים של תכונות אנרגיה, מודלים עתידיים, מודלים של תכונות אנרגיה מתחדשת, מודלים של תכונות אנרגיה, ואפקטים, מודלים של תכונות אנרגיה מתחדשת, מודלים של מערכות אנרגיה מתחדשת, ואפקטים, מודלים, אשר יהפכו את תכונות אנרגיה מתחדשת, מודלים, מודלים עתידיים, מודלים של תכונות אנרגיה מתחדשת, מודלים של תכונות אנרגיה מתחדשת, מודלים של תכונות אנרגיה מתחדשת, מודלים של תכונות אנרגיה, מודלים של תכונות אנרגיה, מודלים, אשר יוצרות, מודלים של מערכות אנרגיה מתחדשת, מודלים של מערכות אנרגיה מתחדשת, מודלים, מודלים, מודלים, מודלים, מודלים

היתרונות של הדפסה FDM 3D באנרגיה מתחדשת

טכנולוגיית FDM מציעה מספר יתרונות נפרדים התואמים היטב את הצרכים של הנדסה אנרגיה מתחדשת.היכולת שלה לייצר גיאוגרפיות מורכבות ללא עלויות הכלים של ייצור מסורתי עושה את זה אידיאלי עבור ייצור פרוטוטיפינג ונמוך של רכיבים מיוחדים.

  • (FLT:0)Rapid Prototyping:FLT:1 FDM יכול לרוקן חלקים בשעות ולא שבועות, דחיסת לולאות משוב עיצוב.מהנדסים יכולים לבחון מספר רב של שינויים עיצוב עבור עדשות לב רוח, פאנל סולארי הרים חזיונות, או סוללות גיאומטריה ביום אחד.
  • (ב) הפחתה:0 (החזקות: ⁇ ) שפכים חומריים (ב) מצטמצם משום ש-FDM משתמש רק ב-Filament הנדרשת עבור החלק ותומכת בו.עבור אבטיפוס בשלבים המוקדמים, הדבר מבטל עלויות עובש יקרות.
  • (FLT:0)Customization: FLT:1 עיצובים ניתן לשנות בקלות ב CAD ו reprinted ללא retooling.זה קריטי עבור אופטימיזציה של רכיבים עבור תנאים ספציפיים באתר, כגון טורבינות להב אוויר עבור אזורים דלת רוח או concentrator אופטי עבור מערכות סולאריות תרמיות.
  • (FLT:0)Material Flexibility: FLT:1 FDM תומך מגוון רחב של thermoplastics - מ סטנדרטי PLA ועד חומרים הנדסיים כמו פוליקרבונט (PC), ניילון ו- PEKK. זה מאפשר התאמה של תכונות חומריות ליישום, כגון התנגדות UV עבור רכיבים סולאריים בחוץ או עמידות עתירי גבוה ליד מיכלי אחסון מים חמים.
  • (FLT:0) על-Demand Manufacturing:FLT:1 מיזמים חדשים של אנרגיה דורשים לעתים קרובות חלקי חילוף עבור מתקנים מרוחקים (למשל, בחוות רוח offshore או מערכי השמש המדבריים) ניתן לפרוס באתר עם רול של פשציה, המאפשר ייצור חלקי חילוף ללא עיכובים שרשרת אספקה.

יצירת Components for Key Renewable Energy

האתגרים ההנדסיים באנרגיה מתחדשת - יעילות, עמידות ועלויות - דרישה יסודית של תת-מערכות קריטיות.דפסת FDM 3D משמשת לרכיבי אב-טיפוס על פני תחומים מרובים:

מערכות אנרגיה סולארית

ב photovoltaic (PV) ומערכות תרמיות סולאריות, מהנדסים משתמשים FDM כדי אבטיפוס מבנים, צומת בתיבות, ורכיבי מנגנון מעקב.לדוגמה, נקודות קצה מפלסטיק עבור צינור מקלט של אספנים יכול להיות מואץ במהירות כדי להבטיח חותם חזק תוך כדי הרחבה תרמית. FDM גם לאפשר בדיקות של ערוצי אוויר בחשמל מרוכז (C) עבור צינורות מתכת נמוך יותר או בדיקות חום מתאים.

Wind Turbine Components

FDM הוא בעל ערך במיוחד עבור להבים טורבינות רוח, תרכובות nacelle, ורכיבי Yaw-drive. להבים טורבינות בקנה מידה קטן (1-3m אורך) ניתן להדפיס באמצעות ניילון מונע פחמן-מבקרוב-מקלע כדי לדמות נוקשות וביצועים אוויריים אוויריים מורכבים (כגון GE Renewable Energy) השתמשו FDM כדי להרחיב אבטיפוס ו-vortex, לאפשר לדגמייתיקים יקרים (Fupable) לדגמי תאים חדשים:

מערכות אחסון אנרגיה

מערכות אחסון סוללות ומימן דורשות מתחמים מדויקים, ערוצי קירור, ושסתום בטיחות. FDM אבטיפוס של סוללות חבילות סוללות מאפשרות למהנדסים לאמת צואה תאים, ניהול תרמי, ואיזון של חיבורי מערכת.עבור סוללות זרימה, מהנדסים הדפסים תיקונים לבדיקת בדיקות עבור membrane ו אלקטרודה כדי להעריך עמידות תחת רכיבה על אופניים.

כוח הידרואלקטרי ואנרגיה באוקיינוס

Prototypes עבור טורבינות בריצה או מערכות אנרגיה tidal ליהנות מיכולת הייצור של FDM נמוך כרכים של ייצור.פרנצי טורבינות רצים בקנה מידה עבור בדיקות מעבדה ניתן להדפיס ב ABS ולאחר מכן משמש עבור הדמיה. עבור ממירי אנרגיה גל, רכיבים צפים כמו buoys ו hings הם אבטיפוס ב Fments עמיד השפעה כגון פוליפרולן (PP) לפני ייצור מלא.

חישובים עבור FDM באנרגיה מתחדשת

כדי להבטיח כי אבטיפוס מודפס FDM מייצג באופן מדויק את הביצועים של החלק הסופי, מהנדסים חייבים לקחת בחשבון מספר פרמטרים עיצוב ותהליך:

המונחים: Anisotropy

חלקי FDM מציגים תכונות מכניות אנזוטרופיות כי האג"ח שכבת-ל-שכבה חלש יותר מאשר בתוך שכבה. עבור רכיבי אבטיפוס שחווים עומסים - כגון blade Spar caps או הרות-הכיס - תוך מתן נטייה עם כיוון העומס העיקרי הוא קריטי.שימוש אוריינטציה 45 מעלות או הוספת מבני ליבה יכול לשפר את כוח.

חוסר נאמנות ותבנית

אחוז Infill ותבנית (למשל, רשת, דבש, gyroid) משפיעים על משקל, כוח, זמן הדפסה. עבור אבטיפוס פונקציונליים כי צריך להיות משוער ייצור נוקשות חלק, תותבות של 20-50% נפוצים. עם זאת, עבור רכיבים קשיחים נוזלי כגון קירור מפרי אדם, מלא באפי (100%) עשוי להיות נדרש כדי להשיג דליפות הפחתה של דפוסים בבדיקה של 30% יכול להניב משקל ללא לחץ כבד.

מבנה תמיכה ופוסט-Processing

יתר על המידה וקווי הרוח הפנימיים דורשים מבני תמיכה, אשר מוסיפים חומר וזמן לאחר עיבוד. מהנדסים יכולים למזער תמיכה על ידי אוורור חלקי כדי להימנע מעודף של יותר מ 45 מעלות או באמצעות חומרים כלולים כגון PVA עבור גיאוגרפיות מורכבות. פוסט-מעבדת צעדים כגון נשימה, חול, או ציפוי epoxy יכול לשפר את פני השטח של אב הטיפוס ותכונות מכניות, במיוחד עבור חלקים זה יהיה נבדק בחוץ.

כלכלה וסובלנות

FDM אינו מדויק כמו CNC machining (סובלנות סימטרית ±0.2-0.5 מ"מ), אבל עבור שלב מוקדם של כוונון זה מקובל לעתים קרובות.אם יש צורך בסובלנות הדוקה יותר (למשל, עבור נושאים מתאימים או משטחים ממצוננים), מהנדסים יכולים לעצב עבור גודל מכוון ולאחר מכן מכונה את התכונות הקריטיות לאחר הדפסה.

בחירת חומרים לחידוש אנרגיה Prototypes

בחירת הפשילה הנכונה היא חיונית לאבטיפוס כדי לחקות את ההתנהגות של חומר הייצור הסופי.חומרים הבאים משמשים בדרך כלל ביישומים אנרגיה מתחדשת:

  • (FLT:0)PETG (Polyethylene Terephthalate Glycol): irFLT 1 מציע התנגדות טובה UV, התנגדות כימית וכוח השפעה. אידיאלי עבור מסגרות סולריות בחוץ, חלקי טיפול במים במתקני השמש וההגנה.זה קל יותר להדפיס מאשר ABS אבל פחות עמיד בחום.
  • (FLT:0)ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene): FevolveLT:1 מספק עמידות השפעה גבוהה וטמפרטורת דה השתקפות חום סביב 100 מעלות צלזיוס, המשמש עבור אבטיפוס לרכזות טורבינות הדורשות סובלנות טמפרטורה מתונה.
  • (FLT:0)Polycarbonate (PC): FLT:1 עם טמפרטורות גבוהות יותר (עד 140 מעלות צלזיוס) ומציע כוח מצוין מתאים לאפרו-טיפוס של רכיבי מערכת אחסון במים חמים או חלקים ליד מנועי הבעירה במערכות מתחדשות היברידיות דורשות מתחם מחומם להדפסה עקבית.
  • (FLT:0)Nylon (PA6, PA12):IRLT:1 ; tough, בעלים עמידים, והתנגדות עייפות טובה.שימוש עבור הילוכים במערכות מעקב, מפרקי hinge, ונושא אבטיפוס. טבע הידרוסקופי דורש ייבוש זהיר; גרסאות מורכבות עם סיבים פחמן או סיבים זכוכית לשפר את הנוקשות.
  • (FLT:0)PLA (Polylactic Acid): ibph:1; Biodegradable ונמוך, PLA הוא מצוין עבור אבטיפוסים איכותיים מודלים חזותיים שאינם מתפקדים.לא מתאים לשימוש חיצוני בשל התנגדות נמוכה UV וטמפרטורה, אבל מושלם עבור מסלולים ראשוניים שבהם כוח נמוך מקובל.
  • (FLT:0) פילמנטים של טמפרל (PEEK, PEKK, Ultem): פיתוי 1 הם בשימוש ב prototyping מתקדם שבו המרכיב חייב לשרוד סביבות קיצוניות, כגון בתוך מגדל מקלט סולארי או עבור מערכות קירור חשמל גבוהות.

בחירה חומרית צריכה גם לשקול הדפסה, עלות, וחשיפה סביבתית מסוימת (השמנה, רכיבה על טמפרטורה, UV) לצליל עמוק יותר לנכסים חומריים לייצור תוספים, FLT:0Additive Manufacturing MediairFLT:1 מציע הנחיות שימושיות.

מחקרים: FDM בחידוש אנרגיה

רוח קטנה Turbine Blade Development

צוות הנדסי באוניברסיטת קיימברידג' השתמש ב- FDM כדי לאלבטיפוס להב באורך של 2 מטר עבור טורבינת רוח קטנה המיועדת לקהילות מחוץ לבריונות.הם הודפסו 9 פיצוצים בפחמן-מב-מברס-מאור במשך שבועיים, בודקים כל אחד במנהרה רוח נמוכה.העיצוב הסופי השתפר ייצור אנרגיה שנתי ב-12% בהשוואה לקו הבסיס, במחיר של 500 דולר ל-FD אפשרו שינויים מהירים ודרומיים.

סולרי עוקב: Arm Prototyping

סטארט-אפ שפיתח עוקב סולארי כפול-אקסי עבור agrivoltaics השתמש FDM כדי לאבן-טיפוס מפרקי הזרוע המוארים.שימוש ב- PETG, הם הודפסו והקימו לעג בקנה מידה מלא שאיפשר להם לבחון טווח תנועה, התערבות עם גידול היבול, והתאמה של מחוללי-החלל ליניאריים.הטיפוס חשף צורך בעיצוב קישור בהיר יותר, אשר הם מודפסים ב-דבש, תוך כדי להפחית את התבנית של שלושה שבועות של פלדה, תוך כדי שמירה על ידי שימוש.

אחסון סוללות Cooling Manifold

בעיצוב של מודול סוללה נוזלי לאחסון רשת, אבטיפוס FDM של המהנדסים הקרוור המאניפל הורשה לבדוק את ההפצה הזרימה על פני 24 תאים.הם הדפסו את ה-Manifold ב- PETG ברור לבדוק באופן ויזואלי את כיסים אוויריים והשתמשו חיישנים לחץ כדי לאמת את שערי זרימת הדם.מודל FDM אישר כי עיצוב ערוץ נחשין פשוט גרם קירור לא אחיד, המוביל לעיצוב מחדש עם ערוצים מקבילים זה הציל זמן CNC הציל.

פרספקטיבה עתידית: קידום FDM לאנרגיה מתחדשת

התפקיד של FDM בהנדסה אנרגיה מתחדשת צפוי לגדול כמו הטכנולוגיה הבוגר.כמה התפתחויות ישפרו את התועלת שלה:

  • (FLT:0) מרבי-מטציום הדפסה: אנדרל 1 (Gatepher) הדפסים המסוגלים להפקיד מספר רב של סדקים ביצירה יחידה יאפשרו לאבטיפוס עם תכונות מדורגות - חומרים רכים עבור חותמות ונוקשות לחלקים מבניים - כולם בבת אחת.זה יאפשר אבטיפוס פונקציונלי מורכב יותר של מכשירים אנרגיה משולבת.
  • (FLT:0)Stronger ו-functional Filaments:BuildFLT) 1 המשך מחקר בסיבים רצופים-reinforced FDM (למשל, סיבים פחמן, סיבים) יניב חלקי אבטיפוס עם כוח כבד-מטאלי, אידיאלי עבור טורבינות גבוהה ורכיבים מבניים.
  • (FLT:0)Large-Format FDM:cioFLT:1 Printers עם בניית כרכים של כמה מטרים מעוקבים הופכים נגישים יותר.זה יאפשר כוונון בקנה מידה מלא של תבניות להב טורבינות רוח, מסגרת פאנלים סולאריים ואפילו מגדלי טורבינות רוח קטנים, צמצום הצורך בהנחות מדרג.
  • (FLT:0) אינטגרציה עם תאומים דיגיטליים: ⁇ FDM יכול לייצר מקבילות פיזיות עבור מערכות תאום דיגיטליות.על ידי הדפסת העתקים של רכיבים קריטיים וכפוף אותם לבדיקות ההזדקנות מואצות, מהנדסים יכולים לאמת מודלים דיגיטליים של השפלה וכישלונות בנכסי אנרגיה מתחדשת.
  • (FLT:0 On-Site Manufacturing for Remote Installs: ההרחבה של FDM: ההרחבה של חברת FDM: ההרחבה העתידית של אנרגיה מתחדשת במקומות מרוחקים או בחו"ל עשויה להישען על מדפסת FDM כדי לייצר חלקים חלופיים בביקוש.זה מקטין את עלויות המלאי ומשפר את המערכת, במיוחד עבור חיישנים וחלקים מכניים קטנים שקשה למקור.

ככל שעלויות הפחתת והדפסה של המהירויות, FDM תעבור מייצור טהור של חלקים בשימוש קצה באנרגיה מתחדשת כבר, כמה חברות הן דפוסים מטבוליים, חללים, ורכיבי ניהול כבל עבור חוות סולאריות באמצעות ASA או פוליפרופילן פלשלים.

אתגרים ומייגים

למרות היתרונות שלה, FDM ניצב בפני אתגרים במהירויות הדפסה אנרגיה מתחדשות נשאר מוגבל בהשוואה לזריקת עובש עבור כרכים גבוהים.שכבת קו עודף יכול ליצור ריכוזים מתח בחלקים עייפות-prone. מהנדסים להפחית את אלה עם לאחר עיבוד (vapor חלקה, חולing) או על ידי בחירת חומרים עם עומס בין יותר טוב (למשל PE, I או PA), בנוסף לטווח ארוך של בדיקות UVA-A-relid; חומרים מ-A-relid) או לטווח קצר של חומרים עם חומרים עם חומרים עם חומרים עם חומרים עם עומס חיצוני של חומרים עם עומסים קצרים, כגון CV-ACTLV-ACTL.com; ARML.

רגישות לטמפרטורות היא דאגה נוספת.עבור אבטיפוס שדמיינו את פעולתם ליד משטחים חמים (למשל, מקלטים סולאריים), חומרים סטנדרטיים FDM עשויים לרכך. חומרים מתקדמים כמו Ultem או PEEK נדרשים אך מגיעים עם קשיים גבוהים יותר עלות הדפסה. גישה פרגמטית היא להשתמש אבטיפוס היברידי: FDM עבור חלקים לא-thermal ולשלב עם תוספות לממשקים תרמיים.

מסקנה

הדפסה FD 3D הפכה לטכנולוגיה קריטית המאפשרת הנדסת אנרגיה מתחדשת, המאפשרת למעצבים ולמהנדסים לפתח רכיבים אבטיפוס מהירים עבור השמש, הרוח, האחסון ומערכות בר-קיימא אחרות.החסכוניות, התאמה אישית, וגיוון חומרי להאיץ את מחזור הפיתוח ולהפחית את הסיכון הפיננסי.על ידי כך בזהירות בהתחשב בפרמטרים עיצוב ובחירת חומרים, מהנדסים יכולים ליצור אב-טיפוס שחיזוי מדויק של ביצועים של חלקים מייצור המונים.