هل يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد تغيير وضع إنتاج صناعة الطاقة؟

تطوير Leapfrog: تقدم تكنولوجي من المختبرات إلى المواقع الصناعية
قدرةالطباعة المعدنية ثلاثية الأبعادالجمع بين التصميم والتصنيع هو ميزةها الرئيسية. في حين أن الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد تعمل فورًا على تحويل النماذج الرقمية ثلاثية الأبعاد إلى أجزاء مادية عن طريق تكديس مساحيق معدنية أو طبقة الأسلاك حسب الطبقة ، فإن إنتاج معدات الطاقة التقليدية يستلزم إجراءات معقدة بما في ذلك تطوير العفن ومعالجة المعالجة المتعددة والتجميع واللحام. على سبيل المثال ، في صناعة الطاقة النووية ، أظهر مختبر Oak Ridge الوطني في الولايات المتحدة ميزة الكفاءة لتكنولوجيا ترسب الطاقة الموجهة (DED) في إنتاج المكونات في البيئات القاسية من خلال إكمال النموذج الأولي للمفاعل في ثلاثة أشهر من شأنه أن يستغرق عامين لتصنيع الأساليب التقليدية.
التكرار التكنولوجي قد تغلب على القيود المبكرة من حيث القدرة على التكيف المادي. طبعت عملية نفاثة وكيل الترابط (BJT) بنجاح شفرات سبيكة عالية درجة الحرارة القائمة على النيكل بكثافة بنسبة 99.5 ٪ من خلال تحسين المعلمات التلبد ، وتلبية متطلبات بيئة درجات الحرارة العالية لتوربينات الغاز عند 1200 درجة. يمكن تقنية ذوبان شعاع الإلكترون (EBM) معالجة المعادن الحرارية مثل التنغستن والموليبدينوم ، مما يقلل من دورة تصنيع أنابيب الكسوة في الوقود النووي بنسبة 60 ٪. والأهم من ذلك هو نظام الطباعة المعدني ثلاثي الأبعاد بالليزر الأخضر الذي أنشأته XIHE Additive ، والذي يصنع بشكل فعال أجزاء أساسية مثل الموصلات الكهربائية وهياكل تبديد الحرارة المحرك ، والتغلب على الحاجز التقني للانعكاس العالي للمواد النحاسية النقية وتقديم حل رائد للإدارة الحرارية لأنظمة القيادة الكهربائية في مركبات الطاقة الجديدة.
نهاية تحول النموذج في إنتاج الطاقة
تقوم الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد بحل قضية "المثلث المستحيل" والتي أعدت منذ فترة طويلة قطاع الطاقة التقليدي: تحقيق توازن بين التكلفة والكفاءة والجودة. استخدمت شركة الطاقة النووية التشيكية š Koda JS طابعة ثلاثية الأبعاد معدنية كبيرة لإنتاج رأس أوعية مفاعل نووي 600 كجم في 48 ساعة ، مما يوفر 72 ٪ من الوقت مقارنة بعملية الصب التقليدية ، خلال تعطيل سلسلة التوريد الناتجة عن صراع روسيا أوكراني. قد تحل شركات الطاقة محل المكونات الهامة بسرعة في الموقع وتزيل اعتمادها على المصانع المركزية بفضل مفهوم "التصنيع الموزع".
التطورات الجديدة في تكنولوجيا الطاقة المتجددة هي أكثر إزعاجًا. مع إنشاء أول مكتبة رقمية ثلاثية الأبعاد لتوربينات الرياح في التاريخ ، أتاحت Vestas Wind Systems أن تستخدم جميع المصانع طابعة ألياف الكربون X7 Markforged لإنشاء موصلات شفرة موحدة. من خلال إنتاج أكثر من 100000 قطعة سنويًا ، انخفض معدل الفشل من 3.2 ٪ إلى 0.5 ٪. الهيكل المسطح للألواح الشمسية السيليكون البلورية التقليدية هو أحد حدود تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد في مجال الطاقة الشمسية. يتم رفع كفاءة التقاط الضوء لكل وحدة مساحة بنسبة 23 ٪ باستخدام تصميم الدعم الذي يشبه شجرة المحاكاة الحيوية. عند استخدامها بالاقتران مع تقنية الزجاج المطبوعة فائقة الرقيقة ، فإنه يشجع على انخفاض بنسبة 40 ٪ في وزن الوحدة الشمسية.
تخضع أنظمة تخزين الطاقة لثورة صغيرة
يمتد تأثير الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد على قطاع الطاقة إلى ما هو أبعد من إنتاج المكونات الكبيرة بسبب قدرته على تعديل الهياكل المجهرية ، مما يدفع حدود تكنولوجيا تخزين الطاقة. يمكن للباحثين تخصيص بنية مسام أقطاب بطارية الليثيوم أيون بدقة باستخدام تقنية انصهار ليزر انتقائية (SLM) ، والتي ستقوم بتضاعف سرعة الشحن ؛ يعزز تصميم قناة تدفق لوحة ثنائي القطب ثلاثي الأبعاد في بطاريات التدفق استخدام الإلكتروليت بنسبة 18 ٪ ويتجاوز 45WH/L في كثافة طاقة النظام.
الابتكار في تكنولوجيا بطارية الحالة الصلبة أكثر إثارة للدهشة. من خلال تنظيم حجم قنوات أيون الطبقة البينية ، ترفع طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد للدولة الصلبة التي تم إنشاؤها بالشراكة مع الأنظمة ثلاثية الأبعاد وتويوتا الموصلية الأيونية لدرجة حرارة الغرفة إلى 10 مللي ثانية/سم ، مما يتوافق مع طالبة الكهربات السائلة التجارية. تعد الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد أداة حيوية للتغلب على القيود المادية لتكنولوجيا تخزين الطاقة حيث يمكنها إدارة الهياكل من المستوى الذري إلى المستوى العياني.
إعادة بناء النظام البيئي وإعادة تشكيل السلسلة الصناعية
يتم دفع تحول قطاع الطاقة من "وفورات الحجم" إلى "وفورات النطاق" عن طريق الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد. تم إنتاج المكونات الهيكلية لسبائك التيتانيوم للطائرات المحلية الكبيرة بواسطة تكنولوجيا البلاتين. تم تقصير دورة التسليم من 18 شهرًا إلى 3 أشهر وتم تخفيض عدد القطع من 127 إلى 1 عن طريق تصميم تحسين الطوبولوجيا. يمكن أيضًا استخدام منطق تصنيع "الهيكل المعقد المبسط" لتصميم معدات الطاقة الخفيفة. تستخدم شركة General Electric دوارات الشاحن التوربيني المطبوع ثلاثية الأبعاد المعدنية في منصات النفط البحرية ، مما يعزز كفاءة ضواغط الغاز الطبيعي المسال بمقدار 5 نقاط مئوية وتقليل الوزن بنسبة 35 ٪ بالمقارنة مع الأجزاء المزورة النموذجية.
أصبحت التكنولوجيا أكثر شعبية بسبب ظهور أشكال جديدة مثل تصنيع السحابة وتأجير المعدات. يمكن لشركات الطاقة الصغيرة والمتوسطة الحجم الآن الوصول إلى إمكانات التصنيع المتطورة دون الحاجة إلى إجراء استثمارات كبيرة بفضل منصة "Metal 3D Printing كخدمة" من Chuangxiang. تعاونت Siemens و Platinum Technology لتطوير نظام من الدرجة الصناعية يعزز عائد الطباعة من 68 ٪ إلى 92 ٪ ، ويسمح بتحليل اقتران الميدان متعدد الفيزياء ، ويتضمن برنامج محاكاة العمليات المستقلة. يتم تقسيم القيود الرأسمالية لتصنيع المعدات التقليدية عن طريق هذا التحول الموجهة نحو الخدمة.