AMGTA委托的研究發(fā)現(xiàn)，3D打印支架對比傳統(tǒng)制造更具可持續(xù)

2023年4月12日，南極熊獲悉，根據(jù)全球貿(mào)易團(tuán)體增材制造商綠色貿(mào)易協(xié)會(AMGTA)發(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。

△通過兩種制造方法比較低壓渦輪(LPT)支架的生命周期評估(LCA)報告（傳送門）

該報告由羅切斯特理工學(xué)院的Golisano可持續(xù)發(fā)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(tǒng)制造方式對比，并評估了支架在飛機(jī)使用壽命期間減重50%以上的影響。雖然比較的最終結(jié)果尚未確定哪種制造方法會消耗更多的能源，但AMGTA表示，結(jié)果證實了輕量化商用飛機(jī)發(fā)動機(jī)和機(jī)身對碳排放的“巨大影響”。

△3D打印設(shè)計的支架（左）和傳統(tǒng)設(shè)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(jìn)行比較后，LCA無法確定哪種制造方法（傳統(tǒng)或增材制造）誰會使用更多能源。但總的來說，這一中立的發(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)現(xiàn)，到目前為止，決定生產(chǎn)可持續(xù)性的最大因素是制造設(shè)施所在地的能源組合，以及該能源網(wǎng)是否采用可持續(xù)方式生產(chǎn)。因此，需要考慮能源的來源和生產(chǎn)方式，以確保制造過程的可持續(xù)性。

對飛機(jī)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(shè)計對飛機(jī)部件進(jìn)行輕量化，每減輕1公斤重量，飛機(jī)總重量就會減少13376公斤。這意味著，輕量化設(shè)計可以顯著降低飛機(jī)的燃料消耗和碳排放，對于飛機(jī)行業(yè)的可持續(xù)性具有重要意義。

總的來說，3D打印生產(chǎn)了一個更具可持續(xù)性的部件： 輕量化的影響是決定該技術(shù)生產(chǎn)的部件，比傳統(tǒng)設(shè)計和制造的部件更具可持續(xù)性。因此，在制造過程中使用3D打印技術(shù)可以顯著提高部件的可持續(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)過同行評審的LCA發(fā)布，標(biāo)志著AMGTA的一個重要里程碑。這項研究明確展示了該技術(shù)在飛機(jī)和發(fā)動機(jī)設(shè)計方面的實際影響，并為在其它行業(yè)和項目中采用類似策略打下了良好的基礎(chǔ)。”

△GE為美國陸軍測試T901旋翼發(fā)動機(jī)，金屬3D打印零件減重20%

使用3D打印技術(shù)開發(fā)和優(yōu)化組件的重要性

這項為期兩年的研究使用了三種 LCA 方法來分析兩個支架，包括ReCiPe 2016版本1.1以中點指標(biāo)為基礎(chǔ)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(yán)格從制造的角度來看，傳統(tǒng)支架生產(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)生的二氧化碳更少。然而，在所有情況下，結(jié)果都表明，電網(wǎng)的能源組合對制造過程的可持續(xù)性有著巨大的影響。此外，這項LCA研究符合ISO 14040:2006(E) 標(biāo)準(zhǔn)，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(jī)發(fā)動機(jī)的影響，但AMGTA認(rèn)為，當(dāng)前LCA所得出的經(jīng)驗教訓(xùn)，可以被機(jī)身制造商和發(fā)動機(jī)制造商在多個機(jī)械系統(tǒng)中更廣泛地應(yīng)用。此外，使用增材設(shè)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）同樣可以消除車輛、飛機(jī)和船舶的多余重量。