成本直降40%：ORNL与Cadens联合验证3D打印水电构件

魔猴君  科技前沿   23天前

美国橡树岭国家实验室（ORNL）公开数据显示，美国境内有大约9万座水坝，目前投入发电的比例不足3%。ORNL的统计数据显示，美国有5.1万座水坝具备微型水电开发资质，单座发电上限为100KW。这些水坝蕴藏着高达29 GW的未开发水能。小规模水电设备定制流程十分复杂，生产单价长期居高不下。高昂的成本限制了行业发展，市场急需创新技术来打破僵局。

近日，魔猴网了解到，坐落于威斯康星州罗马市的初创企业Cadens，自主研发专用设计软件Turbine Builder，可以完成低水头水力站点的水电构件参数定制工作。由于Cadens缺少经济高效的构件加工方式，便携手美国能源部下属ORNL制造示范工厂（MDF）开展联合研究。双方团队共同验证增材制造技术对水电构件生产成本的优化能力，填补行业低成本制造空白。

核心研发思路

ORNL研究人员锁定成本管控核心逻辑，在标准化生产流程中融入个性化定制方案。整套发电设备选用大口径PVC管道搭建输水主结构，管道搭配定制化3D打印聚合物构件，打印配件严格贴合管道尺寸规格。

•研发团队采用含20%碳纤维的ABS聚合物材料制作导流管，构件拆分为两半独立打印后拼接密封，成品重量达到688磅。

•转轮外壳放弃直接打印的制作形式，工作人员先打印成型模具，依托模具浇筑制作玻璃纤维外壳。

•构件加工后期搭配数控加工与喷涂密封工艺，精准把控尺寸误差，强化设备防水能力。

打印设备与成品构件

研发流程依托大面积增材制造技术（BAAM），搭配CAD软件以及3D Platform Workbench 400 Series System设备完成全套加工工序。本次项目打印制造的构件种类丰富，包含导流管、墙体套管、转轮外壳模具、PVC终端接头、管道支架以及固定式卡普兰S型涡轮转轮组件。

测试成果

研发成型的发电原型机安置于Cadens专属测试场地，经测试，设备能够保持连续稳定运行状态，持续采集输出各类运行数据，为涡轮结构迭代、能量转化优化提供数据支撑。这座30英尺长度的测试平台，可为全行业提供材料检测、构件试验、模拟演算、储能研发的专业实验条件。根据ORNL出具的最新检测数据，新型加工工艺能够压缩水电设备造价，每KW生产成本相较传统制造工艺最高降幅达40%。

编译整理：3dnatives