Une collaboration entre GE Renewable Energy, Fraunhofer IGCV et voxeljet AG.
Si les éoliennes terrestres semblent être attrayantes pour l’impression 3D de construction, les éoliennes offshore semblent avoir trouvé dans l’impression 3D par injection de liant la technologie de fabrication idéale. Jusqu’à présent, les facteurs environnementaux ont souvent influencé la conception des éoliennes offshore et fait de l’efficacité de la production en pleine mer une perspective difficile.
Heureusement, les productions technologiques s’améliorent. En fait, une récente collaboration entre GE Renewable Energy, Fraunhofer IGCV et voxeljet AG pourrait nous aider à voir de nouvelles améliorations, car les trois entreprises ont l’ambition de développer ce qu’elles décrivent comme « la plus grande imprimante 3D à jet de sable au monde pour les éoliennes offshore« . L’objectif principal de ce développement est de rationaliser la production de composants clés de l’éolienne offshore Haliade-X de GE.
L’un des premiers avantages que je vois directement est qu’au niveau de la fabrication, GE Renewable Energy sera en mesure d’apprécier les capacités des différentes techniques de fabrication des turbines éoliennes. Rappelez-vous, la société avait signé un partenariat avec COBOD et LafargeHolcim pour établir un nouveau record en co-développant des éoliennes de 200 mètres de haut imprimées en 3D. Non pas que la comparaison puisse être importante pour COBOD et Holcim, mais elle pourrait être importante pour tirer des leçons pour l’industrie des énergies renouvelables.
Si vous êtes un lecteur régulier de 3D ADEPT Media, vous connaissez probablement l’institut de recherche Fraunhofer IGCV, qui encourage l’innovation en se concentrant sur l’ingénierie efficace, la production en réseau et les solutions multimatériaux intelligentes. Nous avons peut-être vu l’implication de l’organisation dans plusieurs projets liés à l’industrie du transport comme le POLYLINE, ou l’approbation de pièces imprimées en 3D pour l’industrie ferroviaire, mais l’organisation se concentre principalement sur les scénarios et les sujets futurs de l’industrie de la fonderie.
voxeljet, quant à lui, est un fabricant d’imprimantes 3D qui est présent dans ce secteur depuis plus de deux décennies. Les solutions de l’entreprise sont actuellement utilisées dans plusieurs industries, et l’ajout de l’énergie renouvelable à ce tableau ne fera que faire de voxeljet, un fabricant très en vue pour cette industrie.
Alors, que devons-nous savoir sur cette nouvelle imprimante 3D ?
Tout d’abord, d’un point de vue financier, notons que l’imprimante 3D Advance Casting Cell (ACC) en cours de développement bénéficiera du soutien financier du ministère fédéral allemand des affaires économiques et de l’énergie.
En ce qui concerne la fabrication, voxeljet apportera ici son expertise en matière de technologie « Binder-Jetting », puisque le processus d’impression 3D modulaire s’appuiera sur sa technologie.
La production sera basée sur le moulage, un processus de fabrication dans lequel un matériau liquide est généralement versé dans un moule, qui contient une cavité creuse de la forme souhaitée, puis laissé se solidifier. La pièce solidifiée, également appelée moulage, est éjectée ou cassée du moule pour achever le processus.
Cela dit, l’imprimante 3D pourrait imprimer des moules pour couler les composants de la nacelle* du GE Haliade-X qui peuvent peser chacun plus de 60 tonnes métriques, ce qui réduirait le temps nécessaire pour produire ce modèle et ce moule de dix semaines ou plus à seulement deux semaines. (Une nacelle est une unité de logement au sommet de la tour d’un aérogénérateur qui contient ses composants mécaniques).
Ainsi, la production de moules en sable pour le moulage des pièces métalliques très complexes de différentes formes et tailles qui composeront une nacelle d’éolienne offshore. Grâce au processus de fabrication modulaire, la machine peut être configurée pour imprimer des moules pour des pièces moulées dont les dimensions peuvent atteindre 9,5 mètres de diamètre et plus de 60 tonnes.
Bien qu’aucun chiffre exact n’ait été donné pour appuyer cette affirmation, les partenaires ont déclaré qu’on pouvait s’attendre à ce que l’imprimante 3D réduise l’empreinte carbone du produit puisqu’il ne sera plus nécessaire de transporter les grandes pièces depuis un lieu de fabrication central.
Juan Pablo Cilia, ingénieur principal en conception additive chez GE Renewable Energy, a déclaré : » Les moules imprimés en 3D apporteront de nombreux avantages, notamment une meilleure qualité de moulage grâce à une amélioration de la finition de surface, de la précision des pièces et de la cohérence. En outre, les moules à jet de liant de sable ou les moules additifs permettent de réaliser des économies en réduisant le temps d’usinage et les autres coûts de matériaux grâce à une conception optimisée. Cette technologie de production sans précédent changera la donne en matière d’efficacité de la production, permettant une fabrication localisée dans les pays à coûts élevés, un avantage clé pour nos clients qui cherchent à maximiser les avantages du développement économique local de l’éolien offshore. »
L’Institut Fraunhofer pour la technologie de la fonte, des composites et de la transformation IGCV est responsable des questions relatives à la technologie de la fonte et des matériaux ainsi que de la surveillance numérique des processus. « Nous examinons de près la gestion thermique pendant le moulage, et nous évaluerons les proportions idéales des matériaux d’impression« , a déclaré le Dr Daniel Günther, chef du département Processus de moulage et matériaux de moulage au Fraunhofer IGCV. « De plus, nous développerons et testerons de nouvelles approches de la surveillance des processus dans le cadre du projet. »
Sur la base d’expériences antérieures, l’équipe espère améliorer de manière significative l’empreinte environnementale des processus impliqués dans la production des éoliennes de type Haliade-X. Cet aspect de durabilité est un principe directeur fermement établi de la recherche à Fraunhofer-Gesellschaft, selon le directeur de l’institut, le professeur Dr Wolfram Volk, qui ajoute : « Nous cherchons à optimiser l’impression du moule pour éviter des erreurs d’impression extrêmement coûteuses, voire des erreurs de coulée, pour économiser le liant et l’activateur et pour améliorer le comportement mécanique et thermique pendant la coulée. En développant un procédé qui préserve au maximum les ressources, nous voulons contribuer à améliorer le bilan environnemental et financier de la fabrication des éoliennes. »
Christian Traeger, directeur du marketing et des ventes chez voxeljet, a déclaré : « Le moule de test que nous avons imprimé pour GE en 2019 était composé de dizaines de pièces individuelles. Avec l’ACC, nous visons à imprimer un nombre considérablement réduit de pièces pour l’ensemble complet. Ajouté à cela, le moule peut être optimisé en termes de fonctionnalité et de consommation de matériaux. Cette optimisation rend possible des conceptions de moulage totalement nouvelles qui peuvent encore améliorer l’efficacité des turbines. »
« Si l’impression 3D à la demande hors site présente de nombreux avantages pour les petites quantités de pièces moulées, l’exploitation d’un système d’impression 3D sur site permet d’exploiter la technologie au maximum de ses capacités. Compte tenu de la demande d’éoliennes offshore, cela aidera beaucoup à respecter les calendriers des projets et les demandes élevées du marché« , ajoute le Dr Ingo Ederer, CEO de voxeljet.
Les partenaires prévoient de lancer le projet au cours du troisième trimestre de 2021, les premiers essais d’imprimantes commençant au cours du premier trimestre de 2022.
L’Agence internationale de l’énergie3 a prévu que la capacité mondiale d’énergie éolienne en mer serait multipliée par 15 d’ici 2040, devenant ainsi une industrie de 1 000 milliards de dollars, grâce à la baisse des coûts, aux politiques gouvernementales favorables et aux progrès technologiques comme ceux qui sous-tendent la turbine offshore Haliade-X de GE Renewable Energy. GE Renewable Energy a été sélectionnée pour fournir sa turbine Haliade-X pour des projets d’une valeur de 5,7 GW en Europe et aux États-Unis. L’entreprise est membre de l’Offshore Wind Industry Council (OWIC) et, dans ce cadre, soutient diverses initiatives visant à accroître la production d’énergie éolienne durable.
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