普渡大學的工程師正在研究利用3D打印混凝土樁基，來固定海上的風力渦輪發(fā)電機。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)陸上和海上的風能。
海上風力發(fā)電
普渡大學土木工程學院教授Pablo Zavattieri表示：“目前用于制造浮動式風力渦輪機錨點的材料是鋼材，但混凝土則來得更便宜。”
美國沿海的風能如果能夠全部用來發(fā)電，那么將實現(xiàn)美目前全部發(fā)電廠總發(fā)電量的兩倍以上。但是，現(xiàn)代海上風力渦輪機的風車高塔和地基太大，以致無法在公路或鐵路上運輸?，F(xiàn)有的一次性現(xiàn)場施工方法過于昂貴，并且對于大量制造樁基和塔架而言太慢，尤其是港口堆場的空間又非常緊張。
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期的形狀塑形，這增加了成本并限制了設(shè)計的可能性，而3D打印將免除模具的費用。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混凝土，可將樁基和塔架的制造、運輸和安裝成本降低80％之多，并通過自動化工序?qū)⑸a(chǎn)速度提高多達20倍。
普渡大學研究團隊正在開發(fā)一種方法，將機械臂與混凝土泵集成在一起以制造風力渦輪機的下部底座和樁基。當前的研究重點是通過配制特殊的混凝土來擴大3D打印的規(guī)模，使用水泥、沙子和骨料的混合物以及化學添加劑，來控制混凝土仍處于未凝固狀態(tài)時的形狀穩(wěn)定性。
普渡大學官網(wǎng)透露這項研究的進展
普渡大學材料工程學教授Jeffrey Youngblood說：“海上風力發(fā)電是測試3D打印的近乎完美的平臺。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)模遠遠超過之前在實驗室中的研究?！?
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。
普渡大學的土木工程教授James H.和Carol H. Cure的Jan Olek說：“在特定結(jié)構(gòu)中3D打印幾何形狀，并借助鋼筋骨架來強化，都可能帶來良好的優(yōu)化和增強結(jié)構(gòu)的效果?！?
這項研究正在大型土木工程研究實驗室中進行。普渡大學的土木工程學教授兼博文實驗室主任Amit Varma，以及土木工程學助理教授Christopher Williams正在協(xié)助部署3D打印機器人，作為萊爾土木工程學院材料工程和結(jié)構(gòu)工程專業(yè)組內(nèi)部項目的一部分。
