新工藝打造出更輕且旋轉(zhuǎn)更快的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片
來源：科技日報(bào) 時間：2026-07-09 09:38
加拿大康考迪亞大學(xué)科學(xué)家開發(fā)出一種名為“復(fù)合材料4D打印”的新工藝，利用扁平的碳纖維復(fù)合面板，打造出更輕、旋轉(zhuǎn)更快的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。這一進(jìn)展可使垂直風(fēng)力渦輪機(jī)變得更輕、更便宜且更易生產(chǎn)。相關(guān)論文發(fā)表于新一期《聚合物復(fù)合材料》雜志。
葉片最終裝配成一臺垂直風(fēng)力渦輪機(jī)。圖片來源：《聚合物復(fù)合材料》雜志
垂直風(fēng)力渦輪機(jī)正廣泛應(yīng)用于建筑與城市環(huán)境，但其彎曲葉片通常需借助復(fù)雜模具和特殊成型工藝制成，這些模具增加了產(chǎn)品的成本、重量和制造周期。
為破解這一難題，團(tuán)隊(duì)獨(dú)創(chuàng)了一種“逆向”設(shè)計(jì)程序。他們并未從堆疊碳纖維層、觀察所獲形狀入手，而是從期望的葉片幾何形狀出發(fā)，逆向推導(dǎo)出碳纖維層的排列與取向，從而精準(zhǔn)獲得目標(biāo)形狀。
在制造過程中，得益于各層材料性能得到精心設(shè)計(jì)，扁平的碳纖維/環(huán)氧樹脂層壓板經(jīng)固化后，在冷卻時自然變形為所需的彎曲形狀。由此制成的葉片形狀與商用鋁制渦輪葉片高度吻合，重量卻銳減了80%。實(shí)驗(yàn)室測試顯示，裝配復(fù)合材料葉片的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速明顯快于鋁葉片渦輪機(jī)。
團(tuán)隊(duì)表示，最新方法不僅能有效降低制造成本，更有望推動輕質(zhì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在可再生能源系統(tǒng)及其他工程領(lǐng)域大放異彩。（劉霞）
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