4D-nyomtatás forradalmasíthatja a városi szélenergia alkalmazását és az ívelt alkatrészek gyártását

A szélenergia városi környezetben történő hasznosítása előtt korábban komoly akadályt jelentett a berendezések túlságosan nagy súlya és bonyolult gyártási folyamata. A függőleges tengelyű szélturbinák ugyan kiválóan alkalmazkodnának a változó irányú városi légáramlatokhoz, de az ívelt lapátok előállítása eddig költséges és időigényes feladat volt, mivel a hagyományos technológiák során minden egyes görbülethez egyedi öntőformákra lenne szükség, ami nemcsak az árat növeli, hanem korlátozza a tervezői szabadságot is. A kanadai Concordia Kompozitközpont kutatói, Emad Fakhimi doktorandusz és Suong Van Hoa professzor áttörést értek el ezen a területen.

Kidolgoztak egy olyan 4D-nyomtatási technológiát, amely lehetővé teszi, hogy az alkatrészek sík lapokból indulva a gyártási folyamat végén maguktól vegyék fel a végleges, ívelt formájukat.

A szakemberek szerint az eljárás alapjaiban változtathatja meg a megújuló energiaforrásokhoz kapcsolódó alkatrészgyártást.

Sík lapokból ívelt panelek és városi szélenergia

A kutatás során alkalmazott „inverz” tervezési eljárás megfordítja a hagyományos mérnöki logikát. A szakemberek nem a rétegek elrendezésével kezdték a munkát, hanem először a lapát pontos, ideális alakját határozták meg. Ezt követően számították ki azt a speciális rétegelrendezést, amely a kikeményedés és a lehűlés hatására pontosan a kívánt ívbe kényszeríti az anyagot.

A folyamat során sík szénszálas és epoxigyanta-kompozit lapokat használtak, amelyek a 4D-nyomtatásnak köszönhetően külső mechanikai beavatkozás nélkül nyerték el végső alakjukat. Ez a módszer teljesen feleslegessé teszi a nehéz és drága öntőformák használatát, miközben a kompozitanyagok különböző tulajdonságú rétegei garantálják a matematikai pontosságú formát.

A laboratóriumi vizsgálatok megerősítették, hogy az új eljárással készült lapátok geometriája szinte teljesen megegyezik a kereskedelmi forgalomban kapható alumíniumlapátokéval. A legjelentősebb különbség azonban a tömegben mutatkozik meg: a szénszálas kompozit alkalmazásával 80 százalékos súlycsökkenést értek el.

Az alacsonyabb tömeg közvetlen hatással van a turbinák teljesítményére is. A tesztek során a kompozitlapátokkal felszerelt egységek gyorsabban forogtak, mint a hasonló méretű alumínium eszközök. Ez azt jelenti, hogy azonos szélviszonyok mellett a könnyebb szerkezet több elektromos energia előállítására képes.

A Polymer Compositesban publikált tanulmány szerint az új 4D-nyomtatott megoldás nemcsak a szélenergia területén, hanem minden olyan iparágban alkalmazható, ahol könnyű, de erős ívelt alkatrészekre van szükség alacsony gyártási költségek mellett.

Gábor János, NEW technology