Die Energiebranche wächst weiter, und die additive Fertigung, auch bekannt als 3D-Druck, wird zu einer beliebten Lösung für viele Herausforderungen der Branche. Doch wie kann diese Technologie dazu beitragen, nachhaltigere Verfahren für die Energieerzeugung und -speicherung zu entwickeln?
Additive Fertigung: ein starker Treiber für die Energiewende
Wie der 3D-Druck die Herausforderungen der Energiewende meistert
Henri VAAST | 
3D-Druck im Bereich Energie
Die additive Fertigung kann zu einem echten Treiber der Energiewende werden. Denn sie birgt nicht nur großes Potenzial für die Herstellung von Energiespeichern, Energieerzeugern und erneuerbarer Energien. Auch kann sie einen wertvollen Beitrag leisten zur Optimierung bestehender Produktionssysteme im Energiesektor sowie zur effizienteren Wartung und Reparatur dieser Systeme. Dazu gehören z. B. Energieerzeugungstechnologien wie Windturbinen oder Solaranlagen sowie Energiespeicher bzw. -erzeuger wie Batterien und Generatoren. Eine Vielzahl anderer Bauteile kann mit dem 3D-Druck für den Energiebereich hergestellt werden, wie z. B. Modelle und Prototypen in verkleinertem Maßstab, die zur Verbesserung und Umwandlung von Produkten in ihre endgültige, vollständige Form verwendet werden.
Wir sehen also, dass die additive Fertigung bei vielen Projekten und in verschiedenen Anwendungsfällen eingesetzt werden kann. Aber was sind nun die Vorteile und der Nutzen, die sie zu einer aufstrebenden Technologie im Energiesektor machen?
Welche Vorteile bietet die additive Fertigung im Energiesektor?
Bei allen Komponenten, die für die Herstellung von Windturbinen, Solarzellen, Batterien und Generatoren benötigt werden, kann man vom 3D-Druck profitieren. Die additive Fertigung kann zum Beispiel eingesetzt werden für:
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Schnelles Prototyping
Mithilfe des 3D-Drucks können Sie schnell Prototypen bauen und zuverlässigere Tests durchführen, was den Produktentwicklungsprozess beschleunigen kann. In nur wenigen Tagen erhalten Sie einen funktionsfähigen Prototyp und können auf der Grundlage von Simulationsergebnissen mit Iterationen fortfahren. Diese schnellere Prototyping-Methode kann Kosten und Entwicklungszeit reduzieren und die Markteinführung beschleunigen. -
Verbesserte Leistung und Materialeinsparungen
Mit additiver Fertigung können zum Beispiel Solarzellen mit höherer Präzision hergestellt werden, was die Kosten für den Verlust teurer Materialien reduziert. Nach Angaben des Massachusetts Institute of Technology (MIT) können diese Einsparungen zu einer Senkung der Herstellungskosten von Solarmodulen um 50 % beitragen. Darüber hinaus kann die Präzision des 3D-Drucks laut MIT die Effizienz von Solarmodulen bei der Nutzung von Solarenergie um 20 % erhöhen. -
Spezifische Teilereparatur
Der Einsatz des 3D-Drucks für die Wartung von Infrastrukturen und Anlagen zur Energieerzeugung und -umwandlung kann Ausfallzeiten und Unterbrechungen der Energieproduktion erheblich reduzieren. Additive Fertigung ermöglicht die Vor-Ort-Reparatur komplexer Teile in nur wenigen Stunden oder Tagen, während dies früher mehrere Wochen dauern und die Produktion lahmlegen konnte. Dieser Ansatz gewährleistet eine höhere Rentabilität und geringere Verluste, da kürzere Ausfallzeiten zu einer effizienteren Produktion führen. -
Flexibilität durch Reverse Engineering
Wenn Anlagenhersteller die Produktion veralteter Teile einstellen, wird die mechanische Fehlersuche für Energieerzeuger schwierig. Ohne die Möglichkeit, Teile nachzubestellen, und ohne Zugang zu den ursprünglichen CAD-Dateien ist es oft notwendig, die gesamte Anlage zu ersetzen. Der 3D-Druck kann diese Herausforderungen jedoch überwinden, indem er einen Reverse-Engineering-Prozess mit Siemens NX implementiert, um notwendige Ersatzteile zu produzieren oder zu reparieren. Dieser neue Produktions- und/oder Reparaturansatz, der auf einem vorhandenen physischen Modell basiert, ermöglicht es Ihnen, Teile nach Bedarf zu produzieren, anstatt Ihr Lager mit Ersatzteilen zu überladen, weil Sie befürchten, dass der Lieferant die Produktion der Ersatzteile einstellt. -
Anpassung an den Bedarf
Bei herkömmlichen Fertigungsverfahren gibt es oft Designbeschränkungen, die z. B. auf die Formen oder die Bearbeitungsmöglichkeiten des Herstellers zurückzuführen sind, aber der 3D-Druck bietet eine viel größere Designfreiheit. Additive Fertigung ermöglicht es, das Design an die spezifischen Bedürfnisse jedes Energieprojekts anzupassen, was die Schaffung komplexer und maßgeschneiderter Energieerzeugungssysteme erleichtert.
Innovative Projekte im Energiesektor – ermöglicht durch die Additive Fertigung
Herstellung von Solarzellen mit 3D-Druck
Herkömmliche Solarzellen bringen verschiedene Herausforderungen mit sich, wie z. B. die Notwendigkeit der Herstellung bei hohen Temperaturen, die Auswirkungen auf die Umwelt und die hohen Kosten trotz ihrer Zerbrechlichkeit. Ein Start-up namens T3DP hat jedoch ein 3D-Druckverfahren zur Herstellung von Solarzellen entwickelt, das die Leistung herkömmlicher flacher Paneele übertrifft. Diese Technologie verwendet Perowskit, ein kostengünstiges, titanhaltiges Halbleitermaterial, das die Herstellung von Solarzellen bei niedrigen Temperaturen ermöglicht. Mit Hilfe des volumetrischen 3D-Drucks werden solide und stabile hexagonale Gestricke mit dem Solarmaterial hergestellt.
IBM hat 3D-gedruckte Batterien entwickelt
In Zusammenarbeit mit der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich hat IBM erfolgreich die erste Flüssigbatterie im 3D-Druck hergestellt, die gleichzeitig kühlen und Energie erzeugen kann. Um dies zu erreichen, wurden Elektrolyte verwendet, um Mini-Kanäle zu schaffen, die das Gerät speisen. Diese Technologie birgt ein vielversprechendes Potenzial, da sie das Risiko einer Überhitzung und den Energiebedarf der Batterie verringert.
3D-gedruckte Windturbinenblätter, die vollständig recycelbar sind
Forscher:innen des National Renewable Energy Laboratory (NREL) haben ein additives Fertigungsverfahren entwickelt, das die Herstellung von leicht recycelbaren Windturbinenflügeln ermöglicht. Und: Während herkömmliche Windturbinenblätter nach 20 Jahren veraltet sind und die Fasern und das Harz nicht getrennt werden können, entwickelt die Vereinigung "From Waste to Wind" ein 3D-gedrucktes Windturbinenmodell aus rPET, einem recycelten und wiederverwertbaren Kunststoff, der für Wasserflaschen verwendet wird. Dies zeigt, dass die Additive Fertigung maßgebliche Fortschritte in der Energieerzeugungsbranche ermöglicht.
Additive Fertigung: großes Potenzial für den Energiesektor
Der 3D-Druck bietet großes Potenzial für den Energiesektor, da er die Produktionskosten senkt, die Energieeffizienz verbessert und eine stärkere Individualisierung der Teile ermöglicht. Die Zukunft der Additiven Fertigung im Energiesektor ist sehr vielversprechend. Die 3D-Drucktechnologie hat ihr Potenzial bereits bei der Herstellung von maßgeschneiderten Teilen für Windturbinen sowie für Gasturbinen und Anlagen zur Solarenergieerzeugung unter Beweis gestellt.
Hersteller:innen können heute mit dem 3D-Druck komplexe Teile mit hoher Präzision herstellen, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nur schwer oder gar nicht zu realisieren sind. Die Konstruktionssoftware NX von Siemens unterstützt diese Art von Projekten bereits.
Darüber hinaus kann der 3D-Druck auch zum Übergang zu nachhaltigeren Energiequellen beitragen, indem er eine kostengünstigere und effizientere Herstellung von Teilen für erneuerbare Energien wie Windturbinen und Solarzellen ermöglicht. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Additive Fertigung das Potenzial hat, den Energiesektor zu revolutionieren, indem sie Kosteneinsparungen und Leistungsverbesserungen ermöglicht.
Durch die Weiterentwicklung der Additiven Fertigung ist zu erwarten, dass es immer mehr Anwendungen für die Erzeugung erneuerbarer Energien und für die Optimierung der herkömmlichen Energieerzeugung geben wird. Die Hersteller:innen müssen mit den neuesten technologischen Entwicklungen Schritt halten und die Integration des 3D-Drucks in ihre Fertigungsprozesse abwägen, um in diesem sich ständig weiterentwickelnden Markt langfristig wettbewerbsfähig zu bleiben.
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Henri VAASTMarketing & Communication Manager
E-Mail: Henri.Vaast@janus-engineering.fr
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