Er 3D-utskrift den bærekraftige produksjonsløsningen?

3D-printing, eller additive manufacturing (AM) som det kalles i industrielle applikasjoner, er i ferd med å få fotfeste i fabrikker og butikkgulv over hele landet. Sammenlignet med tradisjonell produksjon kan den være raskere, billigere og mer fleksibel, men hvor bærekraftig er den? Kan det hjelpe selskaper som GE, Siemens og Volkswagen – selskaper som både har tatt i bruk AM og lovet å redusere karbonfotavtrykket – med å nå sine bærekraftsmål?

Et nytt verktøy ut denne uken fra Ampower, en EU-basert tankesmie og konsulentvirksomhet for additiv produksjon, er utviklet for å hjelpe bedrifter med å måle energiforbruket og CO2-utslippet til 3D-utskrift av metall.

Selskapets nye bærekraftskalkulator er et verktøy for produsenter til å legge inn og sammenligne ulike metallmaterialevalg og AM-teknologikombinasjoner for å bestemme de resulterende CO2-utslippene. Tilpasningsalternativer og overstyringer kan gjøre rede for valg som er gjort gjennom en globalt distribuert prosesskjede.

"Det er ikke noe generelt svar på hvilken produksjonsteknologi som har det laveste karbonavtrykket," sier Ampower i sin nye rapport Bærekraftig produksjon av metalladditiv, siden det totale fotavtrykket er sterkt påvirket av typen metall og delens geometri. Men ved å sammenligne to like deler: 1,000 braketter designet for å freses mot 1,000 lignende braketter designet for å bli 3D-printet, fant kalkulatoren at sandstøping hadde de laveste CO2-utslippene når delene er laget i aluminium. Men endre materialet, og ligningen skifter. De samme brakettene som tradisjonelt er frest i titan resulterer i CO2-nivåer dobbelt så høye som AM-teknologier, som f.eks. laser pulverbed fusjon og perm jetting.

Å sammenligne bærekraften til AM og tradisjonell produksjon slutter ikke når delen er produsert, hevder mange i 3D-utskriftsindustrien. Det er en effekt med additivproduserte deler som muliggjør konservering langt ned i verdikjeden. Tenk på brakettene nevnt ovenfor, som brukes til romfartsapplikasjoner.

Med flydeler er vekten ofte direkte knyttet til drivstofforbruk og dermed CO2-utslipp. 3D-utskriftsteknologi kan skape former som ikke er mulig med annen teknologi, noe som muliggjør deler som bruker mindre materiale og veier mindre, men er like i styrke. AMpowers eksempelbrakett designet for AM på bildet nedenfor bruker mindre materiale enn den konvensjonelt produserte versjonen.

"Vi håper at bedrifter vil bruke verktøyet til å optimalisere prosessene og delene mot lavt karbonavtrykk," sier Matthias Schmidt-Lehr, Ampowers administrerende partner. "Det bør også bringe klarhet i spørsmålet om hvor additiv produksjon kan bidra til et lavere fotavtrykk, og hvor tradisjonelle teknologier er mer effektive."

Ifølge Ampower gir en vektbesparelse på 1 kg i et fly en årlig besparelse på 2,500 liter parafin, og forutsatt en 20-års levetid på et fly, gir dette en besparelse på opptil 126,000 2 kg COXNUMX. "Lignende besparelser kan gjøres for mange andre bruksområder, for eksempel motorer, pumper eller turbiner, der vektreduksjon eller ytelsesøkning har stor innvirkning på utslipp under bruk," sier Schmidt-Lehr.

Når man vurderer additiv produksjon som en bærekraftig gevinst for produksjon, er det her, i sluttbruksapplikasjonene, hvor teknologien virkelig kan skinne. "Besparelser av vekt eller effektivitetsoptimaliserte AM-design under bruk kan være mange større enn utslippet fra selve delproduksjonen," sier Ampower i sin siste rapport. "Men besparelser i bruk, hvis noen eksisterer, er sterkt avhengig av applikasjonen."

I tillegg til deres lettere vektdesign og delkonsolidering, som øker effektiviteten, er det faktum at de fleste additivproduserte delene produseres lokalt, og eliminerer frakt og tilhørende utslipp, et annet datapunkt i AMs favør. Det er også den nye praksisen med å holde reservedelslager i digitalt format klare til å bli 3D-printet på forespørsel etter behov, i stedet for som fysiske deler på lager.

Når vi ser fremover, sier Ampower at økende resirkuleringsrater i råvareproduksjon og nye produksjonsteknologier for metallpulver fra 100 % resirkulert materiale vil ha en betydelig innvirkning på å redusere 3D-utskrifts CO2-avtrykk ytterligere.