AMGTA證實金屬粘合劑噴射的可持續(xù)性，比傳統(tǒng)鑄造減少30%溫室氣體排放

2023年8月8日，南極熊獲悉，增材制造商綠色貿(mào)易協(xié)會（簡稱 AMGTA）發(fā)布了一項名為“生命周期評估比較：工業(yè)零件鑄造與粘合劑噴射”的生命周期分析研究的初步結(jié)果。在這項研究中，倡導(dǎo)可持續(xù)增材制造 (AM) 行業(yè)實踐的全球小組重點關(guān)注金屬粘合劑噴射相較于傳統(tǒng)金屬鑄造的優(yōu)勢。

這項研究受 AMGTA 委托，由耶魯環(huán)境學(xué)院 (YSE) 與大規(guī)模生產(chǎn)增材制造技術(shù)的全球領(lǐng)導(dǎo)者Desktop Metal(NYSE: DM)和特靈科技 (Trane Technologies) (NYSE: TT) 合作進(jìn)行。這些合作組織分析了特靈 HVAC 系統(tǒng)中的鋼制渦旋制冷機(jī)，以確定砂型鑄造粘合劑噴射 3D 打印對比傳統(tǒng)金屬砂型鑄造之下究竟哪一種對環(huán)境的影響更大。初步結(jié)果證實，通過粘合劑噴射工藝，溫室氣體 (GHG) 排放量大幅減少了 38%，這主要是由于生產(chǎn)階段能源需求的減少。

特靈科技首席增材制造工程師 Kevin Klug 說道：“在這個項目之前，粘合劑噴射與傳統(tǒng)制造方法相比，其生命周期排放的不確定性是增材制造采用的障礙。根據(jù)這項研究的結(jié)果，特靈科技能夠更好地在產(chǎn)品設(shè)計周期的早期階段全面考慮增材制造的成本、生產(chǎn)率和環(huán)境影響，此時風(fēng)險最低，潛在效益最高�！�

該研究的主要結(jié)論包括：

• 溫室氣體排放量顯著減少。與所研究零件的傳統(tǒng)鑄造相比，基于粘合劑噴射的增材工藝可減少38% 的溫室氣體排放。
• 能源結(jié)構(gòu)的重要性。與之前的研究結(jié)果類似，該研究發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)設(shè)施在發(fā)電地點的能源結(jié)構(gòu)，以及能源網(wǎng)是否采用可持續(xù)方式生產(chǎn)，對溫室氣體排放有重大影響。
• 輕量化重新設(shè)計的價值可以忽略不計。研究發(fā)現(xiàn)，使用網(wǎng)格型結(jié)構(gòu)重新設(shè)計渦旋式冷水機(jī)以實現(xiàn)輕量化的潛在好處對于溫室氣體排放而言微不足道。所生產(chǎn)零件的整體尺寸以及打印量的有效利用比輕量化更重要。輕量化可能會在使用階段提供環(huán)境效益，但本研究未包括在內(nèi)。
• 材料生產(chǎn)的影響。雖然這項研究表明源粉末生產(chǎn)對環(huán)境的影響大約是鑄鋼的兩倍，但這種增加只占溫室氣體排放總量的一小部分，并且在總體研究結(jié)果中并沒有發(fā)揮重大作用。
  

總體而言，粘合劑噴射生產(chǎn)出了更具可持續(xù)性的零件。迄今為止，YSE 研究最重要的發(fā)現(xiàn)是，與傳統(tǒng)制造相比，粘合劑噴射技術(shù)可大幅減少因能源需求而產(chǎn)生的溫室氣體排放。

AMGTA 執(zhí)行董事 SherriMonroe 表示：“這些研究結(jié)果的發(fā)布對于增材制造行業(yè)以及更廣泛的制造業(yè)中正在尋求更可持續(xù)生產(chǎn)方法的公司來說具有重要意義。通過這項研究，我們能夠量化粘合劑噴射相對于傳統(tǒng)鑄造減少的能源需求，同時可能在這個特定用例中輕量化帶來的微不足道的影響中提供一些驚喜。”

在過去十年中，增材制造年均兩位數(shù)增長的驅(qū)動因素之一是粘結(jié)劑噴射技術(shù)在多個行業(yè)中的采用，這是由于成本優(yōu)勢、大規(guī)模生產(chǎn)和可持續(xù)性潛力的推動。

Desktop Metal 首席技術(shù)官喬納·邁爾伯格 (Jonah Myerberg) 表示：“我們很高興獲得另一項獨立的第三方研究，該研究驗證了粘合劑噴射是一種更環(huán)保的金屬零件生產(chǎn)方法。傳統(tǒng)金屬制造的有害排放需要通過創(chuàng)新技術(shù)方法來降低，但制造商需要可靠的數(shù)據(jù)而非綠色包裝，來對金屬產(chǎn)品的生產(chǎn)方式做出良好的選擇。耶魯大學(xué)、特靈科技和 AMGTA 的這項新研究證明了 Desktop Metal 團(tuán)隊長期以來根據(jù)我們的實踐經(jīng)驗所堅信的觀點：粘合劑噴射是一種更環(huán)保的金屬零件制造方式�！�

這項為期兩年的YSE研究分析了由特靈科技制造的一個滾動套件的從初始模型到成熟生產(chǎn)的制造生命周期，其中包括一個固定渦旋件和繞動渦旋件，作為HVAC系統(tǒng)的一部分。AMGTA 于2021 年委托開展這項研究，以更好地了解粘合劑噴射作為一種更可持續(xù)的生產(chǎn)方法取代傳統(tǒng)砂型鑄造的潛力。該研究評估了墨西哥的傳統(tǒng)鑄造工藝，然后進(jìn)行機(jī)械加工、電鍍和精加工步驟。通過 3D 打印、固化和燒結(jié)的增材制造粘合劑噴射工藝，然后在墨西哥同一地點進(jìn)行相同的電鍍和精加工步驟，對相同的渦旋裝置設(shè)計進(jìn)行了評估。

研究結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)的鑄造方法相比，增材制造工藝的溫室氣體排放量減少了 38%。由于粘合劑噴射的性質(zhì)，YSE 的研究人員得出結(jié)論，通過網(wǎng)格型結(jié)構(gòu)進(jìn)行輕量化重新設(shè)計可能不一定會進(jìn)一步減少溫室氣體排放，主要是因為與打印、固化和燒結(jié)步驟相關(guān)的大部分電力消耗將減少。不受網(wǎng)格型結(jié)構(gòu)的影響。分析表明，渦旋裝置質(zhì)量減少 10% 將導(dǎo)致溫室氣體排放量減少 1%。

生命周期溫室氣體排放受到生產(chǎn)現(xiàn)場當(dāng)?shù)啬茉唇Y(jié)構(gòu)的顯著影響。在這項研究中，傳統(tǒng)制造的零件組和增材制造的零件組都在同一地點使用相同的能源組合進(jìn)行了評估。研究人員還評估了其他潛在的生產(chǎn)地點及其相應(yīng)的能源結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明，在將增材制造與傳統(tǒng)工藝進(jìn)行比較時，需要考慮對網(wǎng)格“清潔度”的敏感性，以確保得出有效的結(jié)論。雖然在更可持續(xù)的能源地點進(jìn)行生產(chǎn)可為兩種生產(chǎn)過程帶來環(huán)境效益，但隨著能源結(jié)構(gòu)變得更加“綠色”，兩種方法之間的環(huán)境影響差異就會縮小。

Kevin Klug 補(bǔ)充道：“特靈科技致力于大膽挑戰(zhàn)可持續(xù)發(fā)展世界的可能性，這包括設(shè)計先進(jìn)的氣候控制解決方案，這些解決方案的制造和運(yùn)行可以減少對環(huán)境的影響。金屬增材制造 (AM) 將成為實現(xiàn)這一目標(biāo)的越來越可行的工具，而粘合劑噴射在增材制造技術(shù)中相對較高的速度和較低的成本使其在相關(guān)產(chǎn)量的 HVAC 組件制造方面特別有前景�！�

最后，Sherri Monroe 說道：“這項與 Desktop Metal 合作的研究對于像特靈這樣正在探索更可持續(xù)制造選擇的制造商來說是一個明顯的勝利。粘合劑噴射是一項經(jīng)過驗證的技術(shù)，與傳統(tǒng)方法相比具有明顯且可量化的優(yōu)勢。我們贊賞特靈在追求更可持續(xù)實踐方面的領(lǐng)導(dǎo)力、他們對這項研究的參與、他們愿意分享他們的流程和數(shù)據(jù)，以及他們有興趣與更廣泛的制造界分享這些信息�！�