3D打印技术在模具及叶片生产中的应用及展望

　　TPI复合材料公司革新及技术高级总监Stephen C. Nolet在技术工艺创新专场做了题为《3D打印技术在模具及叶片生产中的应用及展望》的演讲。以下为演讲内容实录：

TPI复合材料公司革新及技术高级总监Stephen C.Nolet
 

　　一、TPI公司简介 

　　TPI是美资风能叶片制造商，并在全球范围内致力于推动风能产业发展，并使用的技术做很多的行业应用。我们在全球范围内有13个工厂，我也在管理这些工厂，客户需要我们降低成本，是运输成本，可以很好的利用技术人才。 

　　我们在中国有两个工厂，一个是太仓叶片工厂，另外一个是江苏大丰。我们将在扬州建立第三个工厂。我们会和很多厂家进行合作，我们会用TPI的技术和管理系统满足的需求。从事我们还有精密模具和工装系统，在太仓就有模具工装工厂，可以满足30-50米的长度要求。我们觉得叶片长度会不断的增加，所以会不断的贴合要求。 

　　（PPT图示）这就是我们的供应范围。 

　　二、数字化3D打印以及如何应用在工装 

　　这是一个公司研究项目，和美国能源局合作共同研究发展的。美国能源部华盛顿高级制造局机构和我们通力合作。 

　　什么是数字3D打印呢？3D打印就是增材制造，把材料层层叠加之后变成三维。我们有100米以上的叶片，至少3D打印不会替代生产连续叶片所需的材料。而且到目前为止材料的成本并不具备竞争力，但3D打印已经不是新概念了。复合材料有很多的添加剂、胶粘剂，这都是我们做的，只是大家不会用3D打印的思维进行思考。 

　　3D打印对工装有什么思考呢？我们的想法是更短的叶片，更短的交付时间，交付时间非常重要。还有就是用疲劳测试进行装配，希望缩短时间。3D打印就具有很好的好处。我们是首件产品最短的周期需要36周就可以装配完成。 

　　数字化制作模具可以大大降低时间。我们可以利用3D打印将叶片特征打印出来，而且相对简单。这个设计里包含了导热率以及热容，都可以定制，热膨胀以及使用温度范围都可以在模具上制造出来，这样一来可以大大缩短上市时间，也可以降低加热的复杂性。 

　　我们做的项目是和美国能源部合作，主要分为三个阶段：第一阶段，降低风险，证明3D打印技术制作风力发电叶片模具的可行性，就可以使用25%的碳纤维满足能量需求，达到精益性，还可以做连接件；第二阶段，模具制造，建造能实现制作多组的3D打印；第三阶段，叶片生产阶段。 

　　TPI会负责模具设计，从外模线、粘接法兰、抗剪腹板和五金构建，可以通过计算机辅助设计制造。我们桑迪亚国家实验室为我们提供了数据，检验生产的可靠性。 

　　三、3D打印风电叶片 

　　第一阶段，可行性测试。利用数字打印为桑抵押一国家转子实验台制作13米的叶片。因为它只是显示技术，所以不用找最长的叶片。否则成本很高，所以13米是比较合适的叶片长度。它有三套叶片和两个测试叶片。 

　　另外，我们会看一下表面公差，也会看后缘公差，还看扭曲组、厚面平率，还要关注其他的参数，包括模具温度、变形，做真空跌落测试验证不同的零部件是否达标。3D打印的表面也会有传统的涂层，这玻璃纤维的层板共同加工。我们会使制作工艺和材料标准化。 

　　我们会用玻璃纤维压制印刷机板，提供足够强的粘合强度，我们会用整合化的加热效果，希望能够在45度环境下达到预期要求。当然我们的要求不是非常高的，表面和目标温度是45组，而且允许上下游5度误差。我们会用挡板控制流速和热风度。 

　　我们还会做真空试验结果。这个测试肯定要做。我们在3英尺×3英尺的面板上进行了真空减压测试，60分钟下降了2.6mbar，超过司预期目标，ABS可以很好的进行运行在叶片表面，也证明了3D打印的真空实验结果非常成功。 

　　我们还进行了分项演示工具的制作，对于法兰会整合到工件当中。加工还包括了层压。 

　　第二阶段，是NRT制造长13米模具。我们会打印如果高压片和低压片模具，分为八段，长1.6-1.8米。然后，我们会做框架结构一体化，这是一个传统框架结构，它会遵循叶片外壳的轮廓。另外，这个打印模具的框架可以储存在相似的结构中，可以进行很好的管理，另外可以防止向外部延伸。我们也会让模具翻转及固定。我们打印模具界面，这是13米长的模具进行组装。（PPT图示）这是工作处理当中的钢框架的结构。这是最后工具的连接、装配，我们会将材料封装，将层面表面制成最终形状，修饰及手工打磨使模具表面达到要求。我们会安装内部管道加热设备，最后对工具进行测量，证明它在工差范围之内。 

　　第三阶段，NRT叶片制造。其实这里面用的是非常传统的材料，我们的料是碳纤维，在这里可。我们把这个叶片封闭的时候会有很多传感器，便于后续叶片仪器装配、粘接和根部不加工，我们有一些工具测试。这是叶片最后的收尾工作。整个形状不会受到任何影响，因为它是完全3D打印出来。我们为桑迪亚国家实验室提供了NRT的叶片数据，还有一个是美国的风电发电中心进行检测评估。 

　　未来我们会有什么目标呢？我们不仅要显示3D打印叶片工艺的经济效益，还是希望看到它在未来有一些方向。我们可以通过3D打印方式使它可以更高、更快，同时降低成本。只要一个工艺上就可以完成13米叶片的生产，我觉得未来是非常光明的，这将会成为我们未来的方向。我不想告诉大家我们可以解决很多问题，但有些东西可以通过传统的方式解决。但是，如果我们能降低交付时间，比如说可以使用3D打印，能够使产品快速上市。（内容来自现场速记，未经本人审核）