AMGTA委托的研究發(fā)(fā)現(xiàn)，3D打印支架對比傳統(tǒng)制造更具可持續(xù)
魔猴君 行業(yè)(yè)資訊 643天前
2023年4月12日，魔猴網(wǎng)(wǎng)了解到，根據(jù)全球貿(mào)易團體增材制造商綠色貿(mào)易協(xié)(xié)會(huì )(AMGTA)發(fā)(fā)布的第一份委托研究論文表明，使用3D打印替代傳統(tǒng)制造的金屬支架，可以降低能源和材料成本，并減少碳足跡，從而為制造商提供了更可持續(xù)的選擇。
該報告由羅切斯特理工學(xué)院的Golisano可持續(xù)發(fā)(fā)展研究所撰寫(xiě)，研究題目為“通過(guò)兩種制造方法比較低壓渦輪(LPT)支架的生命周期評價(jià)”。該報告使用生命周期評估（LCA）分析了商用航空航天低壓渦輪支架，比較了激光粉末床熔合（LPBF）3D打印制造和傳統(tǒng)制造方式對比，并評估了支架在飛機使用壽命期間減重50%以上的影響。雖然比較的最終結果尚未確定哪種制造方法會(huì )消耗更多的能源，但AMGTA表示，結果證實(shí)了輕量化商用飛機發(fā)(fā)動(dòng)機和機身對碳排放的“巨大影響”。
△3D打印設計的支架（左）和傳統(tǒng)設計（右）的比較
LCA的主要收獲包括以下幾點(diǎn)
制造方法尚無(wú)定論： 在使用三種不同的方法進(jìn)行比較后，LCA無(wú)法確定哪種制造方法（傳統(tǒng)或增材制造）誰(shuí)會(huì )使用更多能源。但總的來(lái)說(shuō)，這一中立的發(fā)(fā)現(xiàn)代表了對先前研究的改進(jìn)，但需要進(jìn)一步探究LPBF制造中使用的能量更高的原因。
能源組合的重要性： 該研究發(fā)(fā)現(xiàn)，到目前為止，決定生產(chǎn)(chǎn)可持續(xù)性的最大因素是制造設施所在地的能源組合，以及該能源網(wǎng)(wǎng)是否采用可持續(xù)方式生產(chǎn)(chǎn)。因此，需要考慮能源的來(lái)源和生產(chǎn)(chǎn)方式，以確保制造過(guò)程的可持續(xù)性。
對飛機輕量化的巨大影響： 該研究非常清楚地表明，通過(guò)3D打印制造設計對飛機部件進(jìn)行輕量化，每減輕1公斤重量，飛機總重量就會(huì )減少13376公斤。這意味著(zhù)，輕量化設計可以顯著(zhù)降低飛機的燃料消耗和碳排放，對于飛機行業(yè)(yè)的可持續(xù)性具有重要意義。
總的來(lái)說(shuō)，3D打印生產(chǎn)(chǎn)了一個(gè)更具可持續(xù)性的部件： 輕量化的影響是決定該技術(shù)生產(chǎn)(chǎn)的部件，比傳統(tǒng)設計和制造的部件更具可持續(xù)性。因此，在制造過(guò)程中使用3D打印技術(shù)可以顯著(zhù)提高部件的可持續(xù)性，減少碳排放和資源浪費。AMGTA的執(zhí)行董事Sherri Monroe表示：“這份經(jīng)(jīng)過(guò)同行評審的LCA發(fā)(fā)布，標志著(zhù)AMGTA的一個(gè)重要里程碑。這項研究明確展示了該技術(shù)在飛機和發(fā)(fā)動(dòng)機設計方面的實(shí)際影響，并為在其它行業(yè)(yè)和項目中采用類(lèi)似策略打下了良好的基礎?！?/span>
△GE為美國陸軍測試T901旋翼發(fā)(fā)動(dòng)機，金屬3D打印零件減重20%
使用3D打印技術(shù)開(kāi)發(fā)(fā)和優(yōu)(yōu)化組件的重要性
這項為期兩年的研究使用了三種 LCA 方法來(lái)分析兩個(gè)支架，包括ReCiPe 2016版本1.1以中點(diǎn)指標為基礎的評估方法、累積能源需求 v1.11和政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì )的IPCC 2021 GWP100方法。其中，有兩種方法表明嚴格從制造的角度來(lái)看，傳統(tǒng)支架生產(chǎn)(chǎn)所需的能量更少，而另一種方法則表明增材制造版本產(chǎn)(chǎn)生的二氧化碳更少。然而，在所有情況下，結果都表明，電網(wǎng)(wǎng)的能源組合對制造過(guò)程的可持續(xù)性有著(zhù)巨大的影響。此外，這項LCA研究符合ISO 14040:2006(E) 標準，并由EarthShift Global進(jìn)行了同行評審。
盡管LPT支架的選擇僅僅是展示了輕量化對飛機發(fā)(fā)動(dòng)機的影響，但AMGTA認為，當前LCA所得出的經(jīng)(jīng)驗教訓，可以被機身制造商和發(fā)(fā)動(dòng)機制造商在多個(gè)機械系統(tǒng)中更廣泛地應用。此外，使用增材設計技術(shù)的運輸輕量化方法不僅限于激光粉床熔合技術(shù)，因為其它3D打印技術(shù)（如粘合劑噴射、定向能量沉積和聚合物印刷）同樣可以消除車(chē)輛、飛機和船舶的多余重量。
來(lái)源：南極熊
