Naukowcy z Uniwersytetu Concordia opracowali całkowicie nową metodę produkcji, która może uczynić małe turbiny wiatrowe lżejszymi, tańszymi i bardziej wydajnymi.
Dzięki technologii zwanej drukiem 4D udało im się stworzyć zakrzywione łopaty turbin wiatrowych z płaskich arkuszy kompozytu węglowego – bez użycia drogich i czasochłonnych form. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Polymer Composites.
Małe turbiny rosnące w górę
Małe turbiny wiatrowe o pionowej osi stają się coraz powszechniejsze w krajobrazie miasta – montowane na dachach i w obszarach miejskich. W przeciwieństwie do gigantycznych turbin w farmach wiatrowych, te obracają się wokół pionowego słupa. Są szczególnie odpowiednie do miast, ponieważ wytrzymują zmieniające się kierunki wiatru i mieszczą się w mniejszych obszarach.
Przeczytaj: Pierwszy zwiastun nowego dokumentu o Oasis jest tutaj
Jednak jedna rzecz spowolniła jej rozwój: tworzenie zakrzywionych liści. Tradycyjne metody wymagają dużych, specjalnie zaprojektowanych kształtów, aby materiał przybrał odpowiedni kształt. Te formy są drogie, czasochłonne w wykonaniu – a do tego dodają zarówno wagi, jak i kosztu końcowemu produktu.
Tak właśnie wyszło rozwiązanie
Zespół badawczy z Concordii znalazł elegancki objazd: zamiast bezpośrednio kształtować ostrza, zaczęli od płaskich arkuszy składających się z warstw włókna węglowego i żywicy epoksydowej. Dzięki precyzyjnemu ustawianiu kierunku i kolejności włókien udało się samodzielnie wygiąć płaskie arkusze w odpowiedni, zakrzywiony kształt podczas produkcji.
Technika ta nazywana jest drukiem 4D, ponieważ materiał zmienia kształt po wykonaniu – jak czwarty wymiar – czas.
Gdy płaskie panele stygną po podgrzaniu i utwardzeniu, różnice w wewnętrznej strukturze materiału sprawiają, że automatycznie wyginają się do starannie wyliczonej krzywizny – bez użycia form czy nacisku.
Zaprojektowane odwrotnie
Aby to osiągnąć, badacze opracowali nową metodę projektowania. Zamiast zgadywać, jak różne warstwy włókna węglowego będą się wyginać, zaczęli od dokładnego określenia, jaki kształt ostrza chcieli mieć. Następnie przeliczyli to od tyłu – i znaleźli optymalne rozmieszczenie warstw materiału potrzebnych do automatycznego stworzenia kształtu.
A wyniki mówią same za siebie:
- Ostrza były bardzo podobne do kształtu komercyjnych tarcz aluminiowych
- Ważyły o 80 procent mniej
- Turbiny z nowymi łopatami obracały się szybciej niż tradycyjne łopaty w testach laboratoryjnych – co sugeruje lepszą sprawność i wyższą produkcję mocy
Przyszłość: lżejsza, tańsza – i to nie tylko dla turbin wiatrowych
Naukowcy uważają, że metoda ta może obniżyć koszty produkcji, a jednocześnie poprawić wydajność małych turbin wiatrowych. Eliminując potrzebę drogich form, produkcja staje się zarówno szybsza, jak i bardziej elasyczna.
Ale możliwości nie kończą się na turbinach wiatrowych. Technologia ta może mieć ogromny wpływ na wiele innych obszarów – gdzie lekkie materiały kompozytowe, które same kształtują się w złożone geometrie, mogą zrewolucjonizować branże takie jak:
- Lotnictwo
- Stocznia
- Projekty inżynieryjne, gdzie redukcja masy ciała i łatwiejsza produkcja są niezbędne
Jedno jest pewne: przyszłość jest łatwiejsza – i sama się kształtuje.
Kanada po raz pierwszy zadebiutuje na Eurowizji w 2027 roku