新工艺打造出更轻且旋转更快的风力涡轮机叶片

加拿大康考迪亚大学科学家开发出一种名为“复合材料4D打印”的新工艺，利用扁平的碳纤维复合面板，打造出更轻、旋转更快的风力涡轮机叶片。这一进展可使垂直风力涡轮机变得更轻、更便宜且更易生产。相关论文发表于新一期《聚合物复合材料》杂志。

垂直风力涡轮机正广泛应用于建筑与城市环境，但其弯曲叶片通常需借助复杂模具和特殊成型工艺制成，这些模具增加了产品的成本、重量和制造周期。

为破解这一难题，团队独创了一种“逆向”设计程序。他们并未从堆叠碳纤维层、观察所获形状入手，而是从期望的叶片几何形状出发，逆向推导出碳纤维层的排列与取向，从而精准获得目标形状。

在制造过程中，得益于各层材料性能得到精心设计，扁平的碳纤维/环氧树脂层压板经固化后，在冷却时自然变形为所需的弯曲形状。由此制成的叶片形状与商用铝制涡轮叶片高度吻合，重量却锐减了80%。实验室测试显示，装配复合材料叶片的涡轮机转速明显快于铝叶片涡轮机。

团队表示，最新方法不仅能有效降低制造成本，更有望推动轻质复合材料结构在可再生能源系统及其他工程领域大放异彩。