AMGTA委托的研究發(fā)現(xiàn),，3D打印支架對比傳統(tǒng)制造更具可持續(xù)

2023年4月12日,，南極熊獲悉,，根據(jù)全球貿(mào)易團體增材制造商綠色貿(mào)易協(xié)會(AMGTA)發(fā)布的第一份委托研究論文表明，使用3D打印替代傳統(tǒng)制造的金屬支架,，可以降低能源和材料成本,，并減少碳足跡，從而為制造商提供了更可持續(xù)的選擇,。

△通過兩種制造方法比較低壓渦輪(LPT)支架的生命周期評估(LCA)報告（傳送門）

該報告由羅切斯特理工學院的Golisano可持續(xù)發(fā)展研究所撰寫,，研究題目為“通過兩種制造方法比較低壓渦輪(LPT)支架的生命周期評價”。

該報告使用生命周期評估（LCA）分析了商用航空航天低壓渦輪支架,，比較了激光粉末床熔合（LPBF）3D打印制造和傳統(tǒng)制造方式對比,，并評估了支架在飛機使用壽命期間減重50%以上的影響。雖然比較的最終結(jié)果尚未確定哪種制造方法會消耗更多的能源,，但AMGTA表示,，結(jié)果證實了輕量化商用飛機發(fā)動機和機身對碳排放的“巨大影響”。

△3D打印設計的支架（左）和傳統(tǒng)設計（右）的比較

LCA的主要收獲包括以下幾點

制造方法尚無定論： 在使用三種不同的方法進行比較后,，LCA無法確定哪種制造方法（傳統(tǒng)或增材制造）誰會使用更多能源,。但總的來說，這一中立的發(fā)現(xiàn)代表了對先前研究的改進,，但需要進一步探究LPBF制造中使用的能量更高的原因,。

能源組合的重要性： 該研究發(fā)現(xiàn),，到目前為止，決定生產(chǎn)可持續(xù)性的最大因素是制造設施所在地的能源組合,，以及該能源網(wǎng)是否采用可持續(xù)方式生產(chǎn),。因此，需要考慮能源的來源和生產(chǎn)方式,，以確保制造過程的可持續(xù)性,。

對飛機輕量化的巨大影響： 該研究非常清楚地表明,，通過3D打印制造設計對飛機部件進行輕量化,，每減輕1公斤重量，飛機總重量就會減少13376公斤,。這意味著,，輕量化設計可以顯著降低飛機的燃料消耗和碳排放，對于飛機行業(yè)的可持續(xù)性具有重要意義,。

總的來說,，3D打印生產(chǎn)了一個更具可持續(xù)性的部件： 輕量化的影響是決定該技術生產(chǎn)的部件，比傳統(tǒng)設計和制造的部件更具可持續(xù)性,。因此,，在制造過程中使用3D打印技術可以顯著提高部件的可持續(xù)性，減少碳排放和資源浪費,。

AMGTA的執(zhí)行董事Sherri Monroe表示：“這份經(jīng)過同行評審的LCA發(fā)布,，標志著AMGTA的一個重要里程碑。這項研究明確展示了該技術在飛機和發(fā)動機設計方面的實際影響,，并為在其它行業(yè)和項目中采用類似策略打下了良好的基礎,。”

△GE為美國陸軍測試T901旋翼發(fā)動機,，金屬3D打印零件減重20%

使用3D打印技術開發(fā)和優(yōu)化組件的重要性

這項為期兩年的研究使用了三種 LCA 方法來分析兩個支架,，包括ReCiPe 2016版本1.1以中點指標為基礎的評估方法、累積能源需求 v1.11和政府間氣候變化專門委員會的IPCC 2021 GWP100方法,。其中,，有兩種方法表明嚴格從制造的角度來看，傳統(tǒng)支架生產(chǎn)所需的能量更少,，而另一種方法則表明增材制造版本產(chǎn)生的二氧化碳更少,。然而，在所有情況下,，結(jié)果都表明,，電網(wǎng)的能源組合對制造過程的可持續(xù)性有著巨大的影響。此外,，這項LCA研究符合ISO 14040:2006(E) 標準,，并由EarthShift Global進行了同行評審,。

盡管LPT支架的選擇僅僅是展示了輕量化對飛機發(fā)動機的影響，但AMGTA認為,，當前LCA所得出的經(jīng)驗教訓,，可以被機身制造商和發(fā)動機制造商在多個機械系統(tǒng)中更廣泛地應用。此外,，使用增材設計技術的運輸輕量化方法不僅限于激光粉床熔合技術,，因為其它3D打印技術（如粘合劑噴射、定向能量沉積和聚合物印刷）同樣可以消除車輛,、飛機和船舶的多余重量,。