Είναι η 3D εκτύπωση η βιώσιμη λύση παραγωγής;

Η τρισδιάστατη εκτύπωση ή η κατασκευή προσθέτων (AM) όπως αποκαλείται στις βιομηχανικές εφαρμογές, κερδίζει έδαφος σε εργοστάσια και ορόφους καταστημάτων σε όλη τη χώρα. Σε σύγκριση με την παραδοσιακή κατασκευή, μπορεί να είναι ταχύτερη, φθηνότερη και πιο ευέλικτη, αλλά πόσο βιώσιμη είναι; Μπορεί να βοηθήσει εταιρείες όπως η GE, η Siemens και η Volkswagen - εταιρείες που έχουν υιοθετήσει την AM και έχουν δεσμευτεί να μειώσουν το αποτύπωμά τους άνθρακα - να επιτύχουν τους στόχους βιωσιμότητας;

Ένα νέο εργαλείο κυκλοφορεί αυτή την εβδομάδα από Ενδυνάμωση, μια δεξαμενή σκέψης και συμβουλευτικής εταιρείας κατασκευής προσθέτων με έδρα την ΕΕ, έχει σχεδιαστεί για να βοηθά τις εταιρείες να μετρούν την κατανάλωση ενέργειας και τις εκπομπές CO2 της μεταλλικής τρισδιάστατης εκτύπωσης.

Ο νέος Υπολογιστής Βιωσιμότητας της εταιρείας είναι ένα εργαλείο για τους κατασκευαστές να εισάγουν και να συγκρίνουν διάφορες επιλογές μεταλλικών υλικών και συνδυασμούς τεχνολογίας AM για τον προσδιορισμό των εκπομπών CO2 που προκύπτουν. Οι επιλογές προσαρμογής και οι παρακάμψεις μπορούν να λάβουν υπόψη τις επιλογές που έγιναν σε μια παγκόσμια διανεμημένη αλυσίδα διαδικασιών.

«Δεν υπάρχει γενική απάντηση στο ποια τεχνολογία κατασκευής έχει το χαμηλότερο αποτύπωμα άνθρακα», λέει η Ampower στη νέα της έκθεση. Βιωσιμότητα της Βιομηχανίας Μεταλλικών Πρόσθετων, αφού το συνολικό αποτύπωμα επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τον τύπο του μετάλλου και τη γεωμετρία του εξαρτήματος. Ωστόσο, συγκρίνοντας δύο παρόμοια μέρη: 1,000 στηρίγματα σχεδιασμένα για άλεση έναντι 1,000 παρόμοια στηρίγματα σχεδιασμένα για εκτύπωση 3D, η αριθμομηχανή διαπίστωσε ότι η χύτευση με άμμο είχε τις χαμηλότερες εκπομπές CO2 όταν τα εξαρτήματα είναι κατασκευασμένα από αλουμίνιο. Αλλάξτε όμως το υλικό και η εξίσωση αλλάζει. Οι ίδιοι βραχίονες που αλέθονται παραδοσιακά σε τιτάνιο έχουν ως αποτέλεσμα επίπεδα CO2 δύο φορές υψηλότερα από τις τεχνολογίες AM, όπως π.χ. σύντηξη κρεβατιού πούδρας λέιζερ και εκτόξευση συνδετικού υλικού.

Η σύγκριση της βιωσιμότητας της AM και της παραδοσιακής κατασκευής δεν τελειώνει όταν κατασκευάζεται το εξάρτημα, υποστηρίζουν πολλοί στη βιομηχανία της τρισδιάστατης εκτύπωσης. Τα ανταλλακτικά που κατασκευάζονται από πρόσθετα έχουν ένα αντίστροφο αποτέλεσμα που επιτρέπει τη διατήρηση πολύ κάτω από την αλυσίδα αξίας. Εξετάστε τις αγκύλες που αναφέρθηκαν παραπάνω, οι οποίες χρησιμοποιούνται για αεροδιαστημικές εφαρμογές.

Στα ανταλλακτικά του αεροσκάφους, το βάρος συχνά συνδέεται άμεσα με την κατανάλωση καυσίμου και, επομένως, τις εκπομπές CO2. Η τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης μπορεί να δημιουργήσει σχήματα που δεν είναι δυνατά με άλλες τεχνολογίες, επιτρέποντας εξαρτήματα που χρησιμοποιούν λιγότερο υλικό και ζυγίζουν λιγότερο, αλλά έχουν ίση αντοχή. Το παράδειγμα στήριγμα της AMpower που έχει σχεδιαστεί για AM που απεικονίζεται παρακάτω χρησιμοποιεί λιγότερο υλικό από τη συμβατικά κατασκευασμένη έκδοση.

«Ελπίζουμε ότι οι εταιρείες θα χρησιμοποιήσουν το εργαλείο για να βελτιστοποιήσουν τις διαδικασίες και τα εξαρτήματά τους προς χαμηλό αποτύπωμα άνθρακα», λέει ο Matthias Schmidt-Lehr, διευθύνων συνεργάτης της Ampower. «Επίσης, θα πρέπει να φέρει σαφήνεια σχετικά με το ερώτημα, πού η παραγωγή προσθέτων μπορεί να συμβάλει σε χαμηλότερο αποτύπωμα και πού οι παραδοσιακές τεχνολογίες είναι πιο αποτελεσματικές».

Σύμφωνα με την Ampower, μια εξοικονόμηση βάρους 1 κιλού σε ένα αεροπλάνο μεταφράζεται σε ετήσια εξοικονόμηση 2,500 λίτρων κηροζίνης και, υποθέτοντας 20 χρόνια διάρκεια ζωής ενός αεροσκάφους, αυτό οδηγεί σε εξοικονόμηση έως και 126,000 κιλών CO2. «Παρόμοια εξοικονόμηση μπορεί να γίνει για πολλές άλλες εφαρμογές, όπως κινητήρες, αντλίες ή τουρμπίνες, όπου η μείωση βάρους ή η αύξηση της απόδοσης έχει μεγάλο αντίκτυπο στις εκπομπές κατά τη χρήση», λέει ο Schmidt-Lehr.

Όταν αξιολογείται η παραγωγή προσθέτων ως βιώσιμη νίκη για την κατασκευή, είναι εδώ, στις εφαρμογές τελικής χρήσης, όπου η τεχνολογία μπορεί πραγματικά να λάμψει. «Η εξοικονόμηση βάρους ή βελτιστοποιημένης απόδοσης κατά τη χρήση σχεδίων AM μπορεί να είναι πολύ μεγαλύτερη από την εκπομπή από την ίδια την παραγωγή ανταλλακτικών», λέει η Ampower στην τελευταία της έκθεση. "Ωστόσο, οι εξοικονομήσεις κατά τη χρήση, εάν υπάρχουν, εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την εφαρμογή."

Εκτός από τον ελαφρύτερο σχεδιασμό τους και την ενοποίηση εξαρτημάτων, που αυξάνει την απόδοση, το γεγονός ότι τα περισσότερα εξαρτήματα που κατασκευάζονται με πρόσθετα παράγονται τοπικά, εξαλείφοντας τη ναυτιλία και τις σχετικές εκπομπές, είναι ένα άλλο σημείο δεδομένων υπέρ της AM. Υπάρχει επίσης η αναδυόμενη πρακτική της διατήρησης των αποθεμάτων ανταλλακτικών σε ψηφιακή μορφή έτοιμα για τρισδιάστατη εκτύπωση κατ' απαίτηση, αντί για φυσικά εξαρτήματα που βρίσκονται σε αποθήκες.

Προσβλέποντας στο μέλλον, η Ampower λέει ότι η αύξηση των ποσοστών ανακύκλωσης στην παραγωγή πρώτων υλών και οι νέες τεχνολογίες παραγωγής μεταλλικής σκόνης από 100% ανακυκλωμένο υλικό θα έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην περαιτέρω μείωση του αποτυπώματος CO3 της τρισδιάστατης εκτύπωσης.