推动实现碳中和,为3D打印创建全面的生命周期评估 (LCA),Fraunhofer ILT和 6K Additive 建立合作

根据ACAM亚琛增材制造中心,3D打印促进循环经济体现在几个方面:材料的可重复利用,材料健康,可再生能源及碳排放管理,水资源管理,社会公平。下一步,业界思考的是如何量化3D打印为循环经济带来的积极影响,这其中,专注于解决生产和使用周期中的材料使用问题是其中一个研究方向。近日,6K Additive宣布和Fraunhofer ILT建立合作,为3D打印创建全面的生命周期评估 (LCA)。

6K_ICAF航空疲劳与结构完整性国际委员会
© ICAF

block 量化对实现碳中和的积极影响

6K Additive专注于可持续生产的工程材料,而弗劳恩霍夫激光技术研究所Fraunhofer ILT 是世界领先的激光技术开发和应用的领导者,合作双方将使用由 6K Additive 生产的可持续制造的 Ni718 粉末,用于在激光粉末床熔融3D打印设备上制造工业部件,以更好地了解材料通过增材制造工艺和后处理产生的碳足迹。

6K——Ni7186K Additive 专有的微波等离子制粉系统
© 6K Additive

与传统制造相比,增材制造对环境的影响存在一些相互矛盾的观点,譬如有的观点认为虽然增材制造过程相比来说具有积极的减少碳排放的意义,然而在制造增材制造所需要的粉末过程中,则是一个高耗能、高排放的过程。那么事实一定如此吗?

Fraunhofer ILT和 6K Additive 建立的这项研究的目标是分析事实数据,以帮助业界了解使用 LPBF 打印金属零件的实际环境影响。根据Fraunhofer ILT 增材制造部门负责人 Jasmin Saewe 博士,评估包括粉末制造在内的整个过程非常重要,这就是Fraunhofer ILT与 6K Additive 合作的原因,6K Additive 拥有经过验证的可持续粉末制造方法。

3D科学谷了解到6K 的 UniMelt 平台提供了多方面的可持续性发展优势,这是目前世界上其他材料生产平台所无法比拟的。6K Additive之前发布了钛粉和镍粉的生命周期评估项目。这项研究由第三方公司Foresight Management 进行评估的,该公司量化了与可3D打印金属粉末生产相关的环境影响,并专门将雾化技术方法与 6K Additive 进行了比较。研究发现,对于 Ni718 粉末,6K Additive的UniMelt工艺至少比传统工艺减少了 91% 的能源和 92% 的碳排放。

根据6K Additive总裁Frank Roberts ,6K Additive之前的研究清楚地强调了 UniMelt® 技术相对于雾化技术的环境优势,与Fraunhofer ILT的这次合作将其带到了下一步,这项研究的结果将提供工具,让客户能够确定真正的解决方案并帮助组织推动实现碳中和。

6K Additive 是世界上第一家由可持续来源制成的增材制造粉末生产商,提供全套优质粉末,包括镍、钛、铜和难熔金属,如钨和铼。以可持续性为核心,6K Additive开发了 UniMelt®,是一种专有的微波等离子制粉系统,具有零污染和高产量的生产能力。使用微波能够非常精确地控制金属熔化成液滴的环境条件。通过调整时间,温度和流量大小, 可以利用金属的自然表面张力来产生大量近乎完美的球形金属颗粒。

此外,6K Additive使用可回收资源作为增材制造原料。可以使用的原材料包括经过CNC铣削的断屑,经过磨削的废粉,以及3D打印中被处理掉的支撑材料,都可以被充分利用。

block 3D打印对碳中和的积极影响

根据国际市场研究咨询公司AMPower,3D打印在整个产品的制造与使用生命周期内发挥着积极的可持续发展影响。这其中包括:

对材料的需求:增材制造技术的近净成形特点使得对原材料需求减少,考虑到例如铣削等传统加工过程中,对大量的冷却液这些石化资源的消耗以及产生的大量的金属碎片,增材制造的可持续特征十分明显。

valley_Case_156© 3D科学谷白皮书

本地化制造的碳足迹影响:考虑到物流是二氧化碳排放的另一个主要驱动因素,3D打印带来的离散化本地化制造特征极大的减少了对仓储和物流的需求,从而有助于实现更可持续的发展。

对零件制造路线的影响:就产品的制造本身来说,3D打印可以实现更高的设计自由度,例如将原来需要几十个零件组装在一起的零件通过一体化的方式一次性制造出来,这大量压缩了制造环节,减少了运输、检测、组装工作,通常除了减轻重量外,还可以减少更广义范围内的二氧化碳排放量。

按需制造:目前在全球范围内出现了诸多个按需制造平台,人类交易的产品不是以实物为直接的交易对象,而是以三维设计图为基础的按需制造方式。这减少了制造过多的带来浪费的产品,使得制造的数量与需求之间获得更匹配的平衡,减少浪费是3D打印对减少碳排放带来的一个额外的贡献。

提高产品效率:3D打印-增材制造独有的重量和性能优化设计可以提高当前涡轮机、液压系统、热交换器等系统的运行效率,从而在产品的整个使用生命周期内显著节约能源,减少二氧化碳排放。

这些节约效果可能比实际生产排放量大很多倍,这是3D打印改变世界的“四两拨千金”的妙处所在。

材料回收:当前的增材制造环节中,材料的可回收是另外一个典型特点。而6K Additive正是在材料回收方面打开了新的可能性。

可以预见的不久的将来,碳排放将被量化,为后代留存足够的可持续发展资源,为后代保留蓝天白云与绿水青山,碳税也将作为人类为后代子孙的可持续发展所要贡献的税费被量化计入到企业的营运成本,而3D打印在助力实现碳中和的道路上将发挥越来越重要的作用。

知之既深,行之则远。基于全球范围内精湛的制造业专家智囊网络,3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察。有关增材制造领域的更多分析,请关注3D科学谷发布的白皮书系列。

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