3d打印混凝土帮助建设海上风能基础设施

有报道称，美国海岸的风力发电能力可以达到全国所有发电厂总装机容量的两倍以上。

但是，在海上建造风力涡轮机是昂贵的，需要部件运到至少30英里以外的海岸。

普渡大学(Purdue University)的工程师们正在研究一种用3d打印混凝土制造这些部件的方法，这种较便宜的材料还能让部件从岸上工厂浮到现场。

普渡大学莱尔斯土木工程学院的Pablo Zavattieri教授说:“目前用于制造浮动风力涡轮机锚的材料之一是钢材。”“然而，成品钢结构比混凝土昂贵得多。”

传统的混凝土制造方法也需要一个模具将混凝土塑成所需的结构，这增加了成本并限制了设计的可能性。3d打印可以消除这个模具的费用。

研究人员正在与RCAM技术公司合作，RCAM技术公司是一家初创公司，专门为陆上和海上风能技术开发混凝土添加剂。RCAM技术公司对建造3d打印混凝土结构感兴趣，包括风力涡轮机塔和锚。

RCAM技术公司首席执行官Jason Cotrell说:“普渡大学世界级的能力和设施将帮助我们为美国五大湖、沿海和国际市场的离岸产品开发这些产品。”“我们的产业也需要像普渡大学这样的大学，为我们尖端技术的劳动力需求提供一流的大学生。”

这项工作也得到了国家科学基金实习生项目的资助。

该团队正在开发一种方法，将机器人手臂与混凝土泵集成在一起，来制造风力涡轮机的子结构和锚。

这个项目是该团队在3d打印水泥基材料到生物灵感设计的研究的延续，例如使用结构模拟节肢动物外壳的承受压力的能力。

该小组目前的研究包括通过配制一种特殊的混凝土来扩大3d打印的规模——使用水泥、沙子和骨料的混合物，以及化学外加剂来控制混凝土处于新鲜状态时的形状稳定性。

“海上风力发电是测试3d打印的一个近乎完美的平台，”普渡大学材料工程教授杰弗里·杨伯德(Jeffrey Youngblood)说。

他们的目标是了解3d打印混凝土的可行性和结构性能，这种混凝土比团队之前在实验室研究的更大规模生产。

“我们对这个项目的想法是扩大bioinspired设计的一些概念,我们已经证明了规模较小的三维印刷水泥浆,并检查他们在更大的范围内,“说Mohamadreza Reza Moini,土木工程在普渡大学的博士生。

研究人员将确定重力如何影响大规模3d打印结构的耐久性。这种放大研究也可用于一般结构的优化和加固。

“在结构内部打印几何图案，并能够通过排列灯丝或摆弄钢的分布是我们考虑的优化和加固结构的两种可能性，”Jan Olek说，他是普渡大学土木工程的James H.和Carol H. Cure教授。