AMGTA委托的研究發現，3D打印支架對比傳統制造更具可持續
時間：2023-04-13 10:34 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
2023年4月12日，根據全球貿易團體增材制造商綠色貿易協會(AMGTA)發布的第一份委托研究論文表明，使用3D打印替代傳統制造的金屬支架，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的選擇。
該報告由羅切斯特理工學院的Golisano可持續發展研究所撰寫，研究題目為“通過兩種制造方法比較低壓渦輪(LPT)支架的生命周期評價”。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消耗更多的能源，但AMGTA表示，結果證實了輕量化商用飛機發動機和機身對碳排放的“巨大影響”。
LCA的主要收獲包括以下幾點
制造方法尚無定論： 在使用三種不同的方法進行比較后，LCA無法確定哪種制造方法（傳統或增材制造）誰會使用更多能源。但總的來說，這一中立的發現代表了對先前研究的改進，但需要進一步探究LPBF制造中使用的能量更高的原因。
能源組合的重要性： 該研究發現，到目前為止，決定生產可持續性的最大因素是制造設施所在地的能源組合，以及該能源網是否采用可持續方式生產。因此，需要考慮能源的來源和生產方式，以確保制造過程的可持續性。
對飛機輕量化的巨大影響： 該研究非常清楚地表明，通過3D打印制造設計對飛機部件進行輕量化，每減輕1公斤重量，飛機總重量就會減少13376公斤。這意味著，輕量化設計可以顯著降低飛機的燃料消耗和碳排放，對于飛機行業的可持續性具有重要意義。
總的來說，3D打印生產了一個更具可持續性的部件： 輕量化的影響是決定該技術生產的部件，比傳統設計和制造的部件更具可持續性。因此，在制造過程中使用3D打印技術可以顯著提高部件的可持續性，減少碳排放和資源浪費。AMGTA的執行董事Sherri Monroe表示：“這份經過同行評審的LCA發布，標志著AMGTA的一個重要里程碑。這項研究明確展示了該技術在飛機和發動機設計方面的實際影響，并為在其它行業和項目中采用類似策略打下了良好的基礎。”
使用3D打印技術開發和優化組件的重要性
這項為期兩年的研究使用了三種 LCA 方法來分析兩個支架，包括ReCiPe 2016版本1.1以中點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門委員會的IPCC 2021 GWP100方法。其中，有兩種方法表明嚴格從制造的角度來看，傳統支架生產所需的能量更少，而另一種方法則表明增材制造版本產生的二氧化碳更少。然而，在所有情況下，結果都表明，電網的能源組合對制造過程的可持續性有著巨大的影響。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動機的影響，但AMGTA認為，當前LCA所得出的經驗教訓，可以被機身制造商和發動機制造商在多個機械系統中更廣泛地應用。此外，使用增材設計技術的運輸輕量化方法不僅限于激光粉床熔合技術，因為其它3D打印技術（如粘合劑噴射、定向能量沉積和聚合物印刷）同樣可以消除車輛、飛機和船舶的多余重量。
△3D打印設計的支架（左）和傳統設計（右）的比較
LCA的主要收獲包括以下幾點
制造方法尚無定論： 在使用三種不同的方法進行比較后，LCA無法確定哪種制造方法（傳統或增材制造）誰會使用更多能源。但總的來說，這一中立的發現代表了對先前研究的改進，但需要進一步探究LPBF制造中使用的能量更高的原因。
能源組合的重要性： 該研究發現，到目前為止，決定生產可持續性的最大因素是制造設施所在地的能源組合，以及該能源網是否采用可持續方式生產。因此，需要考慮能源的來源和生產方式，以確保制造過程的可持續性。
對飛機輕量化的巨大影響： 該研究非常清楚地表明，通過3D打印制造設計對飛機部件進行輕量化，每減輕1公斤重量，飛機總重量就會減少13376公斤。這意味著，輕量化設計可以顯著降低飛機的燃料消耗和碳排放，對于飛機行業的可持續性具有重要意義。
總的來說，3D打印生產了一個更具可持續性的部件： 輕量化的影響是決定該技術生產的部件，比傳統設計和制造的部件更具可持續性。因此，在制造過程中使用3D打印技術可以顯著提高部件的可持續性，減少碳排放和資源浪費。AMGTA的執行董事Sherri Monroe表示：“這份經過同行評審的LCA發布，標志著AMGTA的一個重要里程碑。這項研究明確展示了該技術在飛機和發動機設計方面的實際影響，并為在其它行業和項目中采用類似策略打下了良好的基礎。”
△GE為美國陸軍測試T901旋翼發動機，金屬3D打印零件減重20%
使用3D打印技術開發和優化組件的重要性
這項為期兩年的研究使用了三種 LCA 方法來分析兩個支架，包括ReCiPe 2016版本1.1以中點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門委員會的IPCC 2021 GWP100方法。其中，有兩種方法表明嚴格從制造的角度來看，傳統支架生產所需的能量更少，而另一種方法則表明增材制造版本產生的二氧化碳更少。然而，在所有情況下，結果都表明，電網的能源組合對制造過程的可持續性有著巨大的影響。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動機的影響，但AMGTA認為，當前LCA所得出的經驗教訓，可以被機身制造商和發動機制造商在多個機械系統中更廣泛地應用。此外，使用增材設計技術的運輸輕量化方法不僅限于激光粉床熔合技術，因為其它3D打印技術（如粘合劑噴射、定向能量沉積和聚合物印刷）同樣可以消除車輛、飛機和船舶的多余重量。
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