3d打印混凝土幫助建設(shè)海上風(fēng)能基礎(chǔ)設(shè)施

有報(bào)道稱，美國(guó)海岸的風(fēng)力發(fā)電能力可以達(dá)到全國(guó)所有發(fā)電廠總裝機(jī)容量的兩倍以上。

但是，在海上建造風(fēng)力渦輪機(jī)是昂貴的，需要部件運(yùn)到至少30英里以外的海岸。

普渡大學(xué)(Purdue University)的工程師們正在研究一種用3d打印混凝土制造這些部件的方法，這種較便宜的材料還能讓部件從岸上工廠浮到現(xiàn)場(chǎng)。

普渡大學(xué)萊爾斯土木工程學(xué)院的Pablo Zavattieri教授說(shuō):“目前用于制造浮動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)錨的材料之一是鋼材?！薄叭欢?，成品鋼結(jié)構(gòu)比混凝土昂貴得多?！?/p>

傳統(tǒng)的混凝土制造方法也需要一個(gè)模具將混凝土塑成所需的結(jié)構(gòu)，這增加了成本并限制了設(shè)計(jì)的可能性。3d打印可以消除這個(gè)模具的費(fèi)用。

研究人員正在與RCAM技術(shù)公司合作，RCAM技術(shù)公司是一家初創(chuàng)公司，專門為陸上和海上風(fēng)能技術(shù)開(kāi)發(fā)混凝土添加劑。RCAM技術(shù)公司對(duì)建造3d打印混凝土結(jié)構(gòu)感興趣，包括風(fēng)力渦輪機(jī)塔和錨。

RCAM技術(shù)公司首席執(zhí)行官Jason Cotrell說(shuō):“普渡大學(xué)世界級(jí)的能力和設(shè)施將幫助我們?yōu)槊绹?guó)五大湖、沿海和國(guó)際市場(chǎng)的離岸產(chǎn)品開(kāi)發(fā)這些產(chǎn)品?！薄拔覀兊漠a(chǎn)業(yè)也需要像普渡大學(xué)這樣的大學(xué)，為我們尖端技術(shù)的勞動(dòng)力需求提供一流的大學(xué)生?！?/p>

這項(xiàng)工作也得到了國(guó)家科學(xué)基金實(shí)習(xí)生項(xiàng)目的資助。

該團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)發(fā)一種方法，將機(jī)器人手臂與混凝土泵集成在一起，來(lái)制造風(fēng)力渦輪機(jī)的子結(jié)構(gòu)和錨。

這個(gè)項(xiàng)目是該團(tuán)隊(duì)在3d打印水泥基材料到生物靈感設(shè)計(jì)的研究的延續(xù)，例如使用結(jié)構(gòu)模擬節(jié)肢動(dòng)物外殼的承受壓力的能力。

該小組目前的研究包括通過(guò)配制一種特殊的混凝土來(lái)擴(kuò)大3d打印的規(guī)?！褂盟唷⑸匙雍凸橇系幕旌衔?，以及化學(xué)外加劑來(lái)控制混凝土處于新鮮狀態(tài)時(shí)的形狀穩(wěn)定性。

“海上風(fēng)力發(fā)電是測(cè)試3d打印的一個(gè)近乎完美的平臺(tái)，”普渡大學(xué)材料工程教授杰弗里·楊伯德(Jeffrey Youngblood)說(shuō)。

他們的目標(biāo)是了解3d打印混凝土的可行性和結(jié)構(gòu)性能，這種混凝土比團(tuán)隊(duì)之前在實(shí)驗(yàn)室研究的更大規(guī)模生產(chǎn)。

“我們對(duì)這個(gè)項(xiàng)目的想法是擴(kuò)大bioinspired設(shè)計(jì)的一些概念,我們已經(jīng)證明了規(guī)模較小的三維印刷水泥漿,并檢查他們?cè)诟蟮姆秶鷥?nèi),“說(shuō)Mohamadreza Reza Moini,土木工程在普渡大學(xué)的博士生。

研究人員將確定重力如何影響大規(guī)模3d打印結(jié)構(gòu)的耐久性。這種放大研究也可用于一般結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和加固。

“在結(jié)構(gòu)內(nèi)部打印幾何圖案，并能夠通過(guò)排列燈絲或擺弄鋼的分布是我們考慮的優(yōu)化和加固結(jié)構(gòu)的兩種可能性，”Jan Olek說(shuō)，他是普渡大學(xué)土木工程的James H.和Carol H. Cure教授。