Yeni 4D üretim tekniğiyle rüzgar türbini kanat ağırlığı yüzde 80 azaldı

Yenilenebilir enerji yatırımları ve kentsel ölçekte temiz enerji üretimi projeleri hız kazanırken, rüzgar türbinlerinde daha hafif ve düşük maliyetli kanat üretimi kritik başlıklardan biri haline geliyor. Concordia Kompozit Merkezi’nden Prof. Suong Van Hoa ve doktora adayı Emad Fakhimi, “4D kompozit baskı” olarak adlandırılan yeni bir üretim yöntemiyle düz panellerden kavisli rüzgar türbini kanatları üretmeyi başardı. Yöntem, karmaşık kalıplara ihtiyaç duymadan aerodinamik kanat geometrisi elde edilmesini sağlıyor. Araştırmacılar, bu yaklaşımın özellikle kentsel alanlarda kullanılabilecek dikey eksenli rüzgar türbinleri için üretim maliyetlerini ve parça ağırlığını azaltabileceğini belirtiyor.

 

KALIPSIZ ÜRETİM YÖNTEMİ GELİŞTİRİLDİ
Akıllı şehir uygulamaları ve binalarda yerinde temiz enerji üretimi yaygınlaşırken, dikey eksenli rüzgar türbinleri değişken rüzgar koşullarına uyum kabiliyetleriyle öne çıkıyor. Ancak bu türbinlerde kullanılan kavisli kanatların geleneksel yöntemlerle üretilmesi, pahalı kalıplar, uzun üretim süreçleri ve ağır parça yapıları nedeniyle maliyetleri artırıyor. Concordia Üniversitesi araştırmacıları, bu soruna karşı kalıp bazlı şekillendirme süreçlerini devre dışı bırakan bir üretim yaklaşımı geliştirdi.

 

TERS TASARIM PROSEDÜRÜ KULLANILDI
Kompozit parça üretiminde geleneksel yöntemler, karbon fiber katmanlarının belirli yönlerde dizilmesiyle ortaya çıkan nihai şeklin gözlemlenmesine dayanıyor. Concordia ekibi ise bu süreci tersine çevirdi. Araştırmacılar önce ulaşmak istedikleri kavisli kanat geometrisini belirledi, ardından bu şeklin kalıpsız elde edilebilmesi için karbon fiber katmanlarının nasıl hizalanması gerektiğini hesapladı. Bu amaçla geriye doğru çalışan matematiksel bir model kullanıldı.

 

MALZEME SOĞURKEN KENDİ ŞEKLİNİ ALIYOR
4D kompozit baskı sürecinde düz karbon veya epoksi laminatlar üretim aşamasında kürleniyor. Katmanlar arasındaki termal genleşme özellikleri kontrollü biçimde farklılaştırıldığı için, malzeme soğuma aşamasına geçtiğinde dışarıdan mekanik baskı uygulanmadan hedeflenen kavisli geometriye dönüşüyor. Zaman faktörünün üretim sürecine dahil edilmesi nedeniyle yöntem 4D üretim olarak tanımlanıyor. Bu yaklaşım, pahalı kalıplara ve hidrolik pres gibi ek şekillendirme ekipmanlarına olan ihtiyacı azaltıyor.

 

ALÜMİNYUMA GÖRE YÜZDE 80 DAHA HAFİF
Laboratuvar ve rüzgar tüneli testlerinde, 4D baskı teknolojisiyle üretilen karbon fiber kompozit kanatların mevcut ticari alüminyum türbin kanatlarının aerodinamik hatlarını yakalayabildiği görüldü. Buna karşın yeni kanatlar, alüminyum muadillerine kıyasla yüzde 80 daha hafif üretildi. Düşük ağırlık, türbinin dönmeye başlaması için gereken başlangıç ataleti üzerinde doğrudan etkili oldu.

 

DAHA DÜŞÜK RÜZGARDA DÖNMEYE BAŞLADI
Testlerde, kompozit kanatlarla donatılmış rüzgar türbinlerinin geleneksel alüminyum kanatlı sistemlere göre daha düşük rüzgar hızlarında dönmeye başladığı belirlendi. Hafif yapı sayesinde türbinlerin daha yüksek dönüş frekanslarına ulaşabildiği de kaydedildi. Bu sonuç, özellikle düşük ve değişken rüzgar koşullarının görüldüğü kentsel alanlarda dikey eksenli rüzgar türbinlerinin performansını artırabilecek bir avantaj olarak değerlendiriliyor.

 

FARKLI SEKTÖRLERE UYARLANABİLİR
Kalıpsız 4D kompozit imalat tekniğinin yalnızca rüzgar türbini kanatlarıyla sınırlı kalmayabileceği belirtiliyor. Araştırmacılar, yöntemin havacılık gövde bileşenleri, otonom teslimat dronları ve otomotivde hafifletme uygulamaları gibi farklı alanlarda da kullanılabileceğini ifade ediyor. Üretim süresini kısaltan, malzeme israfını azaltan ve parça başına maliyeti düşürebilecek bu yaklaşım, kompozit malzemelerin daha geniş ölçekte kullanılmasının önünü açabilecek yeni bir üretim yöntemi olarak öne çıkıyor.