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J. E. Kim(김주언),Y. H. Kim(김용현),B. S. Kim(김병수),H. I. Kim(김홍일),S. H. Park(박수호),S. J. Lee(이석준),David Paredes,N. Kim(김남훈) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
Additive manufacturing (AM) enables the fabrication of complex designs which are typically unobtainable from conventional manufacturing methods. Thanks to the advantage of design flexibility, AM has recently gained attentions from diverse industries with its developments. In energy generation fields, large-size wind turbine blades require complex features to improve efficiency which can highly benefit from utilization of AM technology. In this research, a design for additive manufacturing (DFAM) of fabricating wind turbine blade is investigated, which is conventionally produced by assembling panels with shear webs. Through DFAM process considering design requirements, a generative design is adopted in the inner portion of the wind turbine blade, which replace shear webs, and the assembling process between panels and webs is removed. Finite element analysis is conducted to examine the natural frequency and mechanical performance of the resulting blade. By designing suitable structure, the natural frequency of the wind turbine blade is optimized efficiently to the using environment, and the desirable mechanical performance is obtained with lower weight.
대형 적층 제조 방식을 이용한 복합소재 풍력발전기 블레이드 금형 출력 및 VARTM 공정으로 성형된 블레이드의 구조 안전성 연구
김용현(Y. H. Kim),김주언(J. E. Kim),김병수(B. S. Kim),김홍일(H. I. Kim),박수호(S. H. Park),이석준(S. J. Lee),David Paredes,김남훈(N. Kim) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
3D 프린팅은 유연한 디자인 자유도와 생산 유연성을 강점으로 맞춤형 제품이나 금형 제작 등의 분야에 활발히 적용되고 있다. 특히, 최근에는 신재생 에너지 분야에서도 그 활용 사례가 다양해지고 있으며, 대형 풍력발전기용 부품 제작을 위한 금형에도 적층 제조 기술이 적용되는 사례가 보고되고 있다. 본 연구는 풍력발전기 부품 중 블레이드 파트 제조를 위한 금형의 복합소재 적층 제조 기술을 구현하여 소재 비용과 제작 시간의 단축, 그리고 요구 조건에 따른 유연한 형상의 출력을 목표로 한다. 금형의 출력에는 대형 적층 제조 기술인 Big Area Additive Manufacturing (BAAM) 방식이 사용되었고, 복합소재 금형을 정격 출력 1 kW 미만의 초소형 풍력 터빈에 적용되는 약 1 m 길이의 블레이드 제조에 활용하고자 한다. 후처리 공정을 통해 표면 조도가 향상된 금형에 Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM) 방식으로 레진을 흡착시켜 블레이드 파트를 제작한다. 제조된 블레이드는 국내 풍속 분포를 기준으로 풍하중 및 피로시험 시뮬레이션을 통해 강성과 내구성이 예측되었다. 풍력 발전 단지 건설 시 지역 및 지형별로 달라지는 요구 조건에 따라 최적화된 블레이드의 형상 구현을 통해 효율적인 풍력발전기 설계 및 제작이 가능할 것으로 기대된다.