普渡大學(xué)的工程師正在研究利用3D打印混凝土樁基，來(lái)固定海上的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)。研究人員正在與RCAM Technologies合作，后者致力于借助混凝土3D打印技術(shù)開發(fā)陸上和海上的風(fēng)能。
海上風(fēng)力發(fā)電
普渡大學(xué)土木工程學(xué)院教授Pablo Zavattieri表示：“目前用于制造浮動(dòng)式風(fēng)力渦輪機(jī)錨點(diǎn)的材料是鋼材，但混凝土則來(lái)得更便宜?！?
美國(guó)沿海的風(fēng)能如果能夠全部用來(lái)發(fā)電，那么將實(shí)現(xiàn)美目前全部發(fā)電廠總發(fā)電量的兩倍以上。但是，現(xiàn)代海上風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)車高塔和地基太大，以致無(wú)法在公路或鐵路上運(yùn)輸?，F(xiàn)有的一次性現(xiàn)場(chǎng)施工方法過(guò)于昂貴，并且對(duì)于大量制造樁基和塔架而言太慢，尤其是港口堆場(chǎng)的空間又非常緊張。
3D打印樁基
另外，常規(guī)的混凝土制造方法還需要模具以將混凝土按照預(yù)期的形狀塑形，這增加了成本并限制了設(shè)計(jì)的可能性，而3D打印將免除模具的費(fèi)用。RCAM基于混凝土增材制造的創(chuàng)新工藝與傳統(tǒng)方法相比，使用低成本的本地采購(gòu)混凝土，可將樁基和塔架的制造、運(yùn)輸和安裝成本降低80％之多，并通過(guò)自動(dòng)化工序?qū)⑸a(chǎn)速度提高多達(dá)20倍。
普渡大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)一種方法，將機(jī)械臂與混凝土泵集成在一起以制造風(fēng)力渦輪機(jī)的下部底座和樁基。當(dāng)前的研究重點(diǎn)是通過(guò)配制特殊的混凝土來(lái)擴(kuò)大3D打印的規(guī)模，使用水泥、沙子和骨料的混合物以及化學(xué)添加劑，來(lái)控制混凝土仍處于未凝固狀態(tài)時(shí)的形狀穩(wěn)定性。
普渡大學(xué)官網(wǎng)透露這項(xiàng)研究的進(jìn)展
普渡大學(xué)材料工程學(xué)教授Jeffrey Youngblood說(shuō)：“海上風(fēng)力發(fā)電是測(cè)試3D打印的近乎完美的平臺(tái)。我們的目的是了解3D打印混凝土的可行性和結(jié)構(gòu)行為，這種規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)之前在實(shí)驗(yàn)室中的研究?！?
研究人員將確定重力如何影響大型3D打印結(jié)構(gòu)的耐久性。一般而言，按比例放大的研究也可以用于結(jié)構(gòu)優(yōu)化和加固。
普渡大學(xué)的土木工程教授James H.和Carol H. Cure的Jan Olek說(shuō)：“在特定結(jié)構(gòu)中3D打印幾何形狀，并借助鋼筋骨架來(lái)強(qiáng)化，都可能帶來(lái)良好的優(yōu)化和增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的效果。”
這項(xiàng)研究正在大型土木工程研究實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。普渡大學(xué)的土木工程學(xué)教授兼博文實(shí)驗(yàn)室主任Amit Varma，以及土木工程學(xué)助理教授Christopher Williams正在協(xié)助部署3D打印機(jī)器人，作為萊爾土木工程學(xué)院材料工程和結(jié)構(gòu)工程專業(yè)組內(nèi)部項(xiàng)目的一部分。
