Is 3D-printen de oplossing voor duurzaam produceren?

3D-printen, of additive manufacturing (AM) zoals het in industriële toepassingen wordt genoemd, krijgt voet aan de grond in fabrieken en winkelvloeren in het hele land. Vergeleken met traditionele productie kan het sneller, goedkoper en flexibeler, maar hoe duurzaam is het? Kan het bedrijven als GE, Siemens en Volkswagen – bedrijven die zowel AM hebben geadopteerd als hebben beloofd hun ecologische voetafdruk te verkleinen – helpen hun duurzaamheidsdoelen te bereiken?

Deze week een nieuwe tool uit versterken, een in de EU gevestigde denktank en adviesbureau voor additieve productie, is ontworpen om bedrijven te helpen het energieverbruik en de CO2-uitstoot van 3D-metaalprinten te meten.

De nieuwe Sustainability Calculator van het bedrijf is een hulpmiddel voor fabrikanten om verschillende metaalmateriaalkeuzes en AM-technologiecombinaties in te voeren en te vergelijken om de resulterende CO2-emissies te bepalen. Aanpassingsopties en -overschrijvingen kunnen rekening houden met keuzes die zijn gemaakt in een wereldwijd gedistribueerde procesketen.

"Er is geen algemeen antwoord op welke productietechnologie de laagste ecologische voetafdruk heeft", zegt Ampower in haar nieuwe rapport Duurzaamheid van de productie van metaaladditieven, aangezien de totale voetafdruk sterk wordt beïnvloed door het type metaal en de onderdeelgeometrie. Bij het vergelijken van twee vergelijkbare onderdelen: 1,000 beugels die zijn ontworpen om te worden gefreesd versus 1,000 vergelijkbare beugels die zijn ontworpen om 3D-geprint te worden, ontdekte de rekenmachine dat zandgieten de laagste CO2-uitstoot had wanneer de onderdelen van aluminium zijn gemaakt. Maar verander het materiaal en de vergelijking verschuift. Dezelfde beugels die traditioneel in titanium zijn gefreesd, resulteren in CO2-niveaus die twee keer zo hoog zijn als AM-technologieën, zoals: laserpoederbedfusie en bindmiddel spuiten.

Het vergelijken van duurzaamheid van AM en traditionele productie houdt niet op wanneer het onderdeel is vervaardigd, beweren velen in de 3D-printindustrie. Er is een domino-effect met additief vervaardigde onderdelen die conservering tot ver in de waardeketen mogelijk maken. Denk aan de hierboven genoemde beugels, die worden gebruikt voor ruimtevaarttoepassingen.

Bij vliegtuigonderdelen is het gewicht vaak direct gekoppeld aan het brandstofverbruik en dus de CO2-uitstoot. 3D-printtechnologie kan vormen creëren die niet mogelijk zijn met andere technologie, waardoor onderdelen mogelijk zijn die minder materiaal gebruiken en minder wegen, maar even sterk zijn. De voorbeeldbeugel van AMpower, ontworpen voor AM, hieronder afgebeeld, gebruikt minder materiaal dan de conventioneel vervaardigde versie.

"We hopen dat bedrijven de tool zullen gebruiken om hun processen en onderdelen te optimaliseren voor een lage COXNUMX-voetafdruk", zegt Matthias Schmidt-Lehr, managing partner van Ampower. “Ook moet het duidelijkheid scheppen over de vraag waar additive manufacturing kan bijdragen aan een lagere footprint en waar traditionele technologieën efficiënter zijn.”

Volgens Ampower vertaalt een gewichtsbesparing van 1 kg in een vliegtuig zich in een jaarlijkse besparing van 2,500 liter kerosine en, uitgaande van een levensduur van 20 jaar van een vliegtuig, resulteert dit in een besparing tot 126,000 kg CO2. "Vergelijkbare besparingen kunnen worden gemaakt voor veel andere toepassingen, zoals motoren, pompen of turbines, waar gewichtsvermindering of prestatieverhoging een grote impact hebben op de emissie tijdens gebruik", zegt Schmidt-Lehr.

Bij het beoordelen van additieve productie als een duurzame winst voor productie, is het hier, in de eindgebruikstoepassingen, waar de technologie echt kan schitteren. "Besparingen op gewicht tijdens gebruik of geoptimaliseerde efficiëntie van AM-ontwerpen kunnen vele malen groter zijn dan de uitstoot van de productie van onderdelen zelf", zegt Ampower in haar laatste rapport. "Echter, eventuele besparingen tijdens het gebruik zijn sterk afhankelijk van de toepassing."

Naast het lichtere ontwerp en de consolidatie van onderdelen, wat de efficiëntie verhoogt, is het feit dat de meeste additief vervaardigde onderdelen lokaal worden geproduceerd, waardoor transport en de bijbehorende emissies worden geëlimineerd, een ander gegevenspunt in het voordeel van AM. Er is ook de opkomende praktijk om voorraden van reserveonderdelen in digitaal formaat klaar te houden om indien nodig on-demand in 3D te worden geprint, in plaats van als fysieke onderdelen in magazijnen.

Vooruitblikkend, zegt Ampower dat het verhogen van de recyclingpercentages bij de productie van grondstoffen en nieuwe metaalpoederproductietechnologieën van 100% gerecycled materiaal een aanzienlijke impact zullen hebben op het nog verder verkleinen van de CO3-voetafdruk van 2D-printen.