Är 3D-utskrift den hållbara tillverkningslösningen?

3D-printing, eller additiv tillverkning (AM) som det kallas i industriella applikationer, får fotfäste i fabriker och butiksgolv över hela landet. Jämfört med traditionell tillverkning kan den vara snabbare, billigare och mer flexibel, men hur hållbar är den? Kan det hjälpa företag som GE, Siemens och Volkswagen – företag som både har antagit AM och lovat att minska sitt koldioxidavtryck – att uppnå sina hållbarhetsmål?

Ett nytt verktyg ut denna vecka från Ampower, en EU-baserad tankesmedja och konsultföretag för additiv tillverkning, är utformad för att hjälpa företag att mäta energiförbrukningen och CO2-utsläppen av 3D-utskrift av metall.

Företagets nya hållbarhetskalkylator är ett verktyg för tillverkare att mata in och jämföra olika metallmaterialval och AM-teknikkombinationer för att fastställa de resulterande CO2-utsläppen. Anpassningsalternativ och åsidosättanden kan ta hänsyn till val som görs genom en globalt distribuerad processkedja.

"Det finns inget generellt svar på vilken tillverkningsteknik som har det lägsta koldioxidavtrycket", säger Ampower i sin nya rapport Hållbarhet av metalltillsatstillverkning, eftersom det övergripande fotavtrycket är starkt påverkat av typen av metall och delens geometri. Men när man jämförde två liknande delar: 1,000 1,000 konsoler designade för fräsning mot 3 2 liknande konsoler designade för att 2D-utskrivas, fann kalkylatorn att sandgjutning hade de lägsta COXNUMX-utsläppen när delarna är tillverkade i aluminium. Men ändra materialet, och ekvationen skiftar. Samma konsoler som traditionellt mals i titan resulterar i COXNUMX-nivåer dubbelt så höga som AM-tekniker, som t.ex. laserpulverbäddfusion och bindemedelssprutning.

Att jämföra hållbarheten hos AM och traditionell tillverkning slutar inte när delen är tillverkad, hävdar många inom 3D-utskriftsindustrin. Det finns en genomslagseffekt med tillsatstillverkade delar som möjliggör konservering långt ner i värdekedjan. Tänk på fästena som nämns ovan, som används för flygtillämpningar.

Med flygplansdelar är vikten ofta direkt kopplad till bränsleförbrukningen och därmed CO2-utsläppen. 3D-utskriftsteknik kan skapa former som inte är möjliga med annan teknik, vilket möjliggör delar som använder mindre material och väger mindre men är lika starka. AMpowers exempelfäste designat för AM på bilden nedan använder mindre material än den konventionellt tillverkade versionen.

"Vi hoppas att företag kommer att använda verktyget för att optimera sina processer och delar mot lågt koldioxidavtryck", säger Matthias Schmidt-Lehr, Ampowers managing partner. "Det borde också skapa klarhet i frågan, var additiv tillverkning kan bidra till ett lägre fotavtryck och var traditionell teknik är mer effektiv."

Enligt Ampower innebär en viktbesparing på 1 kg i ett plan en årlig besparing på 2,500 20 liter fotogen, och om man antar en 126,000-årig livslängd för ett flygplan resulterar detta i besparingar på upp till 2 XNUMX kg COXNUMX. "Liknande besparingar kan göras för många andra applikationer, såsom motorer, pumpar eller turbiner, där viktminskning eller prestandaökning har stor inverkan på utsläppen under användning", säger Schmidt-Lehr.

När man bedömer additiv tillverkning som en hållbar vinst för tillverkning, är det här, i slutanvändningstillämpningarna, där tekniken verkligen kan lysa. "Viktbesparingar eller effektivitetsoptimerade AM-konstruktioner under användning kan vara många större än utsläppen från själva delproduktionen", säger Ampower i sin senaste rapport. "Men, besparingar under användning, om några finns, är starkt beroende av applikationen."

Förutom deras lättare design och delarnas konsolidering, vilket ökar effektiviteten, är det faktum att de flesta additivt tillverkade delarna produceras lokalt, vilket eliminerar frakt och de tillhörande utsläppen, en annan datapunkt till AM:s fördel. Det finns också den framväxande praxis att hålla reservdelslager i digitalt format redo att 3D-utskrivas på begäran vid behov, istället för som fysiska delar som sitter i lager.

När vi ser framåt säger Ampower att ökad återvinningsgrad i råvaruproduktion och ny teknik för produktion av metallpulver från 100 % återvunnet material kommer att ha en betydande inverkan på att minska 3D-utskrifts CO2-avtryck ytterligare.