Continuous Composites und Siemens Energy demonstrieren fortschrittliche Composite-Materialien für nächste Generation Kraftwerksgeneratoren

Continuous Composites (Coeur d'Alene, Idaho, USA) und Siemens Energy (München, Deutschland), ein Spin-off der ehemaligen Gas- und Power-Sparte der Siemens Group, kündigten die erfolgreiche Demonstration der Continuous Fiber 3D Printing (CF3D) Technologie für Siemens Energy Generator-Komponenten an. Durch diese mehrjährige Zusammenarbeit entwickelten die Unternehmen ein thermoset-basiertes glasfaserverstärktes Polymer (GFRP) Material, das bessere mechanische Leistung bei höheren Temperaturen, topologieoptimierte Designs und dynamische Fasersteuerung zur Ausrichtung anisotroper Fasern in Lastrichtung für kundenspezifische Anwendungen bietet.

Technologische Durchbrüche

„Der Einsatz von CF3D für die Fertigung von Generator-Komponenten ist ein Beispiel, wo unsere Technologie aktuelle Fertigungsprozesse disruptiert und metallische Teile durch Hochleistungs-Composite-Materialien ersetzt“, sagt Tyler Alvarado, CEO von Continuous Composites. „Unsere Zusammenarbeit mit Siemens Energy demonstriert unsere Fähigkeit, Materiallösungen mit strengen mechanischen Eigenschaftsanforderungen zu entwickeln und anzupassen, die weit über den Energiesektor hinausgehen.“

Continuous Composites und dessen Materialpartner Arkema (Köln, Deutschland) über dessen Sartomer-Geschäft entwickelten gemeinsam ein hochtemperaturbeständiges CF3D-Thermoset-Polymer, das den Druck großer, komplexer Teile ermöglicht, die mit traditionellen Composite-Techniken nicht herstellbar wären. Laut Continuous Composites erreichte das Material eine Glasübergangstemperatur (T_g) von 227 °C und wies minimalen Festigkeitsverlust bei Temperaturen über T_g auf. Zudem erreichten die CF3D-gedruckten Composites angeblich Faser-Volumenanteile (FVF) über 50 % bei weniger als 1,5 % Porengehalt.

Wirtschaftliche Vorteile

Mehrere Generator-Komponenten werden derzeit im Metallgussverfahren gefertigt, was teuer ist und lange Lieferzeiten hat. Die Entwicklung dieser neuen Materialien in Kombination mit dem CF3D-Prozess soll die Material-Temperaturanforderungen von Generatoren und anderen Siemens Energy Anwendungen übertreffen. Demonstrationsergebnisse für den Energiesektor umfassen Fertigungskosten, die fünfmal niedriger sind als bei herkömmlichen Generatoren, und Lieferzeitverkürzung von 8–10 Monaten auf drei Wochen. Zudem werden 1 Million $ langfristige Ausfall-Energieeinsparungen sowie signifikante Gewichts- und Materialabfallreduktion berichtet.

„Die überlegene mechanische Leistung von CF3D, kombiniert mit signifikanter Kosten- und Lieferzeitreduktion, führte zu unserer Auswahl von Continuous Composites“, sagt Dr. Joel Alfano, Principal Technology Development Engineer bei Siemens Energy. „Die Möglichkeit, eine metallische Generator-Komponente durch Composite-Materialien mittels AM zu ersetzen, ist ein mächtiger Durchbruch für die Lösung der Constraints in der Energieindustrie, und CF3D-Technologie macht es möglich.“