Druk 3D z metalu w technologii Binder Jetting generuje dużo niższą emisję gazów cieplarnianych niż proces odlewania

AMGTA (Additive Manufacturer Green Trade Association) – globalna organizacja handlowa utworzona w celu promowania korzyści dla środowiska naturalnego, wynikających z produkcji addytywnej, ogłosiła wstępne wyniki analizy cyklu życia produktów wykonanych z metali w technologii Binder Jetting. Opracowanie zatytułowane „Porównawcza ocena cyklu życia: porównanie technologii odlewania z technologią Binder Jetting dla części przemysłowej” opisuje znaczące korzyści dla środowiska wynikające ze stosowania tej technologii druku 3D w porównaniu z tradycyjnymi technikami odlewania metali.

Badanie zlecone przez AMGTA zostało przeprowadzone przez Yale School of the Environment (YSE) we współpracy z Desktop Metal – producentem przemysłowych drukarek 3D typu Binder Jetting oraz Trane Technologies – amerykańskim „innowatorem klimatycznym”. Aby określić porównawczy wpływ na środowisko naturalne, zespół przeanalizował proces produkcji agregatu chłodniczego ze stalową spiralą w systemie HVAC firmy Trane, wykorzystując obydwie metody wytwórcze.

Technologia Binder Jetting w druku 3D z metali polega na łączeniu proszków metalowych za pomocą specjalnego spoiwa (binder) i późniejszego wypiekania części. Proces ten różni się znacząco od innych metod druku 3D metali, takich jak selektywne topienie laserowe (SLM / DMLS / DMP / PBF etc.). Na platformę roboczą jest nanoszona warstwa sproszkowanego metalu, na który natryskiwane jest spoiwo, „klejące” kształt pojedynczej warstwy. Potem proces się powtarza aż do uzyskania pożądanej geometrii części.

Po zakończeniu procesu druku 3D, blok z proszkiem i utwardzonym spoiwem jest suszony, aby usunąć nadmiar wilgoci. W celu uzyskania pełnej gęstości i odpowiednich właściwości mechanicznych, wydrukowany obiekt jest poddawany procesowi sinterowania. Podczas tego procesu, obiekt jest podgrzewany w piecu do temperatury tuż poniżej temperatury topnienia proszku. Spoiwo jest wypalane, a cząstki metalu łączą się ze sobą, tworząc pełny, gęsty obiekt. Po sinterowaniu, obiekt jest zazwyczaj poddawany dalszej obróbce, takiej jak szlifowanie czy obróbka cieplna, aby uzyskać ostateczne właściwości i wykończenie powierzchni.

Badanie, które odbyło się w zakładzie Trane w Nowym Meksyku, porównywało tradycyjny proces odlewania, po którym następuje obróbka skrawaniem, powlekanie galwaniczne i wykańczanie, z procesem Binder Jetting. W obu procesach produkcyjnych zastosowano te same etapy powlekania i wykańczania. Porównując te dwie metody produkcji, zespół odkrył, że emisje gazów cieplarnianych z produkcji addytywnej zostały zmniejszone o 38% w porównaniu z tradycyjnym procesem opartym na odlewaniu.

Równocześnie w badaniu zauważono, że przeprojektowanie części w celu uzyskania lekkiej struktury z konstrukcją kratową ostatecznie miało „nieistotny” wpływ na ograniczenie emisji gazów cieplarnianych. Dzieje się tak dlatego, że większość energii elektrycznej została zużyta na etap druku 3D, utwardzania i spiekania, na które nie miałyby wpływu struktury typu kratowego. Ogólne wymiary części i efektywne wykorzystanie objętości drukarki 3D odegrały ważniejszą rolę niż zmniejszenie masy części.

Badanie sugeruje także, że 10% redukcji masy zestawu spiralnego doprowadziłaby do 1% redukcji emisji gazów cieplarnianych. Jednak lekkość części może przynieść korzyści dla środowiska w fazie użytkowania, co nie zostało ocenione w tym badaniu. Dodatkowo podkreślono, że wielkość produkcji odgrywa znaczącą rolę w emisjach gazów cieplarnianych w procesie druku 3D. Dotyczy to w szczególności mniej wydajnego wykorzystania objętości kompilacji i operacji na małych partiach.

Miks energetyczny w zakładzie produkcyjnym oraz to, czy ta sieć energetyczna została wyprodukowana w sposób zrównoważony, miał „znaczący wpływ na emisje gazów cieplarnianych”. Zauważono, że produkcja w lokalizacji zrównoważonej energetycznie zapewnia korzyści środowiskowe dla obu procesów produkcyjnych. Jednak różnica w wpływie na środowisko między dwiema metodami „zmniejsza się”, gdy miks energetyczny staje się bardziej „zielony”.

W badaniu oceniono również wpływ produkcji materiałów wykazując, że wpływ produkcji proszku metalicznego na środowisko był około dwa razy większy niż w przypadku odlewania stali. Jednak wzrost ten stanowił niewielką część ogólnej emisji gazów cieplarnianych, a zatem odegrał „nieistotną” rolę w ogólnych ustaleniach.

Źródło: www.businesswire.com