移动机器人现场制造风电叶片，开启增材制造新可能

美国Orbital Composites 公司将与美国橡树岭国家实验室和美国缅因大学合作开展大尺寸连续纤维 风电叶片现场增材制造技术的研究。特别是利用集 装箱式3D打印机器人进行叶片增材制造的演示／潜 在验证。

此前， 两家合作过3D打印风电叶片模具，也与UMaine 联合研发过120 英尺长 3D 打印机。该公司一直在移动机器人增材制造领域开展持续创新， Orbital Composites 首创了使用十二轴机械臂实现非平面增材制造的模块化平台，在多个连续碳纤维和玻璃纤维增强热塑性／热固性复合材料增材制造的成功案例之后，该公司的愿景是最终实现长度超过
100 米的大型风电叶片的整体增材制造 。模块化平台系统的ORB OS 指令软件现已支持多机器人协作。
该项目希望帮助解决风能行业仍面临的诸多挑战，例如， 据Orbital 称， 低成本能源有望在 2050年达到全球能源需求的 35%( 受风电叶片成本的降低所驱动 ）。对更高陆上风电效能的追求，迫使运营商到更多人迹罕至地区建设风电场。此外， 受限千公路和铁路基础设施， 在美国仅能运输长度在 53- 62 米之间的风电叶片，从而限制了未来降低成本的潜力。法国国际能 源机构( IEA ) 的一项具有里程碑意义的研究表明，风电叶片的现场制造是未来继续降低风能成本所需的变革性颠覆技术之一。

因此，使用集装箱机器人可以令现场制造成为可能。”集装箱是全球物流运输中用途最广泛、成本最低的方法。” 相关人员说，“如果将3D 打印物料装载在集装箱中进行运输，则可以大大降低模具运输成本。模块化的移动机器人构成移动工厂， 可实现全球物流。”
移动工厂也可以解决起重机的使用难题，特别是当海上风机的 尺寸越来越大时。“海上风电安装船的庞大规模是陆地起重机所无法 比拟的。” 相关人员说，“如果可以将集装箱移动 工厂直接放置在塔架下方，则可以将叶片提升和维修系统整合到集装箱上部结构中。”
创新增材制造工艺提案与传统叶片制造工艺相比，可将制造和运输成本降低 25%以上，在提高生产速度并减少人工的同时，甚至能减少 50%以上的新型叶片设计周期，使 OEM 商 能够以更高的效率和更低的能源成本 ( COE ) 生产各种经过现场优化的风电叶片。
UMaine 还将联合其海上风电实验室，测试风电叶片的强度和增材制造风电叶片的疲劳老化性能， 以及它们对雷击的承受能力。
“我们将推动移动制造和嵌入式传感器的研发， 制造一种全新类型的可维修 风电叶片。” 相关人员表示，“数字挛生操作系统和可移动式工业4.0 机器人使风电系统能够被监测、评估、调整和修复。移动机器人是真正的颠覆性技术。”
这项联合任务的技术目标是使风电叶片的现场制造成为可能，据称颠覆当前的风电行业是很有可能的；一旦该技术成功，风电叶片的长度有可能会讽升。
不仅是风电行业，100米长的连续纤维结构甚至可能会在不久的将来对包括火箭在内的其他行业 领域产生重大影响。
（中国国际复材展组委会）