Исследователи монреальского университета Конкордия (Concordia University) разработали способ изготовления лопастей для малых ветровых турбин, который делает их примерно на 80 % легче алюминиевых аналогов и обходится без дорогостоящих форм. Этот прорыв может изменить подход к использованию возобновляемой энергии в городских условиях.
Что такое 4D-печать и почему это важно
4D-печать — это технология, при которой объекты, созданные по принципам 3D-печати, дополнительно программируются на изменение формы со временем под воздействием внешних условий. В новом методе эта способность используется для формирования криволинейных лопастей из плоских композитных заготовок.
Обратный подход: сначала форма, потом структура
Аспирант Эмад Факхими (Emad Fakhimi) и профессор Суонг Ван Хоа (Suong Van Hoa) из Центра композитных материалов Конкордии (Concordia Centre for Composites) разработали первую в своём роде «обратную» процедуру проектирования. Исходя из заданной геометрии лопасти, они вычисляют, как следует ориентировать и укладывать слои углеродного волокна или эпоксидных ламинатов, чтобы при охлаждении после отверждения плоская заготовка самопроизвольно деформировалась в нужную форму.
Результаты лабораторных испытаний
Полученные композитные лопасти почти полностью совпали по форме с алюминиевыми промышленными аналогами при примерно на 80 % меньшей массе. В лабораторных тестах турбины с новыми лопастями вращались быстрее, чем те же установки с алюминиевыми, что может повысить выработку электроэнергии.
Перспективы применения
Разработанный метод способен снизить производственные затраты и расширить использование лёгких композитных конструкций в системах возобновляемой энергетики и других инженерных приложениях. Результаты исследования опубликованы в журнале Polymer Composites.
