通用電氣可再生能源（GE Renewable Energy）、弗勞恩霍夫IGCV研究所（Fraunhofer IGCV ）和voxeljet-近日宣布建立研究伙伴關系，開發大型鑄造砂模3D打印機。該設備將用來優化 GE Haliade-X 海上風力發電機關鍵零部件的生產。

據悉，這是一種先進的大型鑄造砂模3D打印機，被稱為ACC 3D打印機（Advance Casting Cell-ACC 3D Printer）。這一設備的研發將得到德國聯邦經濟事務和能源部的財政支持，它將能夠打印單個重量超過60公噸的砂模，為GE Haliade-X的機艙[1]提供鑄件，并將砂模的生產時間從10周以上減少到僅需2周。此外，由于不再需要將大型部件從一個集中制造點運輸到應用地點，這一3D打印機預計減少產品的碳足跡。

合作伙伴們預計將在2021年第三季度啟動該項目，并在2022年第一季度開始進行初始打印機試驗。



▲圖1 粘結劑噴射的原理，在一個成型平臺上先鋪設一層粉末，隨后打印頭將粘結劑有選擇性的噴射到所要打印的零件上。然后再鋪設一層粉末，不斷重復上述過程直到打印出最終的零件或模具。

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大幅減少模具組件數量

該項目涉及開發一款全新的大幅面3D打印機，能夠生產砂模用于鑄造構成海上風力發電機艙的不同形狀和尺寸的高度復雜金屬部件。基于voxeljet-核心的 "粘結劑噴射 "技術模塊化3D打印工藝，將能打印直徑為9.5米、重達60噸多的鑄造用砂模。

▲圖2 - ACC打印機將被設計用來打印風力發電機關鍵零部件的模具，最大直徑為9.5米，重量為30至60噸。

通用電的高級增材設計工程師Juan Pablo Cilia說："3D打印模具將帶來許多好處，提高鑄件質量，包括改善鑄件表面光潔度、提高零件精度和一致性。此外，由于優化的設計，砂型粘結劑噴射模型或增材模型可通過減少加工時間和其他材料成本來節約成本。這種前所未有的生產技術將改變生產效率，允許在高成本國家進行本地化生產，這對于希望最大限度地發揮海上風電進而帶來地方經濟發展效益的客戶來說是一個關鍵的好處。"

弗勞恩霍夫鑄造、復合材料和加工技術研究所IGCV負責鑄造和材料技術問題，以及工藝過程數字化監控。"我們正在密切關注鑄造過程中的熱管理，我們將評估打印材料的理想比例，"弗勞恩霍夫 IGCV 的成型工藝和成型材料部門主管 Daniel Günther 博士說。“此外，作為項目的一部分，我們還將開發和新的工藝監測方法”。根據以往的經驗，該團隊預計Haliade-X型風力發電機生產過程中的環境足跡將大大改善。可持續性是弗勞恩霍夫研究所工作的一個堅定的指導原則。該研究所所長Wolfram Volk教授/博士補充說："我們的目標是優化模具打印，以避免成本極高的誤打印甚至誤澆鑄，節省粘合劑和固化劑，并改善鑄造過程中的機械和熱行為。通過開發一種盡可能節約資源的工藝，我們希望幫助改善風力發電機制造中的環境平衡和成本平衡。"

voxeljet-維捷市場和銷售總監Christian Traeger說："2019年我們為通用電氣打印的模具由幾十個單獨的零件組成。有了ACC打印機，我們將致力于大幅減少模具的零件數量。除此之外，模具還可以在功能和材料消耗方面進行優化。這種優化使得全新的鑄造設計成為可能，可以進一步提高風力發電機的效率"。

"雖然場外按需3D打印服務為小批量鑄件制造提供了許多好處，但在現場運行3D打印設備可以最大限度地利用該技術的潛能。鑒于海上風力發電機的持續增長的市場，這將對按時完成項目進度和滿足需求有很大幫助，"voxeljet-維捷首席執行官Ingo Ederer博士補充說。"憑借富有成效的粘結劑噴射技術并結合在大幅面工業3D打印方面的經驗，我們為鑄造行業客戶提供服務已逾20年。將3D打印帶入真正的工業制造領域是我們的使命，因此我們非常高興能成為這個開創性項目的成員。"

國際能源署預計，由于成本下降、政府的支持政策和諸如GE Haliade-X海上風力發電機項目的技術進步，到2040年，全球海上風能容量將提高15倍，成為一個1萬億美元的產業[2]。GE已中標歐洲和美國5.7GW的項目，為其提供Haliade-X風力發電機。是海上風能工業委員會（OWIC）的成員，作為該委員會的一部分，該委員會支持旨在提高可持續風能生產的各種舉措。

[1] 機艙是風力發電機塔頂的一個外殼單元，包含其機械部件。