嵌入式印刷传感器助力风机叶片智能制造与健康监测

随着美国风能产业的蓬勃发展，对高效、智能的风机叶片制造技术的需求也日益增长。为了满足这一需求，由GE Research领导的多学科团队正积极探索将嵌入式印刷传感器应用于风机叶片的制造与监测中。

美国风能协会（AWAE）数据显示，美国已安装的风力涡轮机数量庞大，且计划在未来几年内进一步增加。然而，当前的风机叶片制造过程耗时且劳动密集，成本高昂。为此，GE Research等研究机构正致力于开发一种将传感器嵌入到玻璃纤维增强复合材料（GFRP）风机叶片中的技术。

这一创新技术的核心在于使用NextFlex资助的柔性混合电子产品（FHE）。通过将集成电路和其他电子组件放置在柔性、可拉伸的基板上，FHE实现了电子产品的小型化、轻量化和多功能化。NextFlex是一个由美国政府资助的制造创新研究所，致力于推动FHE在美国制造业中的增长。

在GE Research的项目中，研究团队设计了一种具有特定共振频率的无源无线传感器。这些传感器被嵌入到风机叶片的复合材料中，用于监测温度、树脂流动和固化等关键过程。当询问器发出能量波时，传感器会反射能量波，从而提供有关复合材料内部状况的信息。这些传感器的优点在于它们无需外部电源，可在不干扰生产过程的情况下提供实时数据。

为了实现传感器的自动化和可扩展制造，研究团队采用了增材印刷工艺。气溶胶喷射打印机将导电金属油墨喷射到聚酰亚胺膜等基底上，制造出复杂的印刷电路和天线阵列。这些传感器的尺寸仅为2 x 3英寸，非常薄，可以轻松适应风机叶片的形状。

该项目的目标不仅仅是制造传感器本身，而是开发一种可扩展的过程，将FHE集成到复合结构中。研究人员希望通过这个项目证明，可以在不影响复合结构完整性的情况下，以可扩展的方式向复合材料中添加监控FHE。这对于缩短制造周期、减少劳动力成本和提高风机叶片的性能和可靠性具有重要意义。

此外，这项技术还可以应用于其他领域，如航空、石油和天然气等。除了风机叶片制造外，该项目还探索了嵌入式传感器在飞机结构健康监测、立管检测等领域的应用潜力。这些无源无线传感器可以嵌入到各种复合结构中，提供实时的健康监测和性能数据。总之，通过嵌入式印刷传感器技术，我们可以实现风机叶片的智能制造与健康监测，推动风能产业的进一步发展。这个技术的潜力不仅限于风能领域，还可以为其他行业带来革命性的变革。