Wspornik silnika samolotu powstały w technologii druku 3D jest bardziej ekologiczny niż jego tradycyjnie produkowany odpowiednik

Stowarzyszenie Producentów Dodatków Ekologicznych (AMGTA) opublikowało swoje pierwsze niezależne badanie naukowe, w którym dokonano analizy porównawczej całego cyklu życia wspornika turbiny niskiego ciśnienia (LPT) montowanego w silnikach turbinowych GE Aviation CF6-80C2B6F, napędzających samolot Boeing 767. Na potrzeby badania, wspornik został wyprodukowany przy pomocy dwóch różnych metod produkcji – druku 3D z proszków metali na drukarce 3D firmy EOS oraz w tradycyjny sposób.

Badanie zostało zrealizowane przez Golisano Institute of Sustainability z Rochester Institute of Technology w USA. W jego ramach, przeanalizowano komercyjny, niskociśnieniowy wspornik turbiny lotniczej przez pryzmat tzw. oceny cyklu życia, porównując technologię selektywnego spiekania metali wiązką lasera z tradycyjną metodą produkcji oraz oceniono wpływ zmniejszenia masy wspornika o ponad 50% w całym okresie eksploatacji samolotu. AMGTA twierdzi, że chociaż wynik końcowy badań był „niejednoznaczny w określeniu, która metoda produkcji zużywa więcej energii”, równocześnie potwierdzono „dramatyczny wpływ”, jaki lżejsze silniki samolotów mają na zmniejszenie emisji dwutlenku węgla.

Mimo użycia trzech oddzielnych metod nie udało się jednoznacznie określić, która metoda produkcji (tradycyjna czy addytywna) zużywała więcej energii. To odkrycie stanowi istotną poprawę w stosunku do poprzednich badań, wykazujących wyższe zużycie energii w produkcji przyrostowej w porównaniu z tradycyjnymi metodami. Równocześnie badanie bardzo wyraźnie wykazało, że odciążenie komponentów samolotu za pomocą części wyprodukowanej w technologii druku 3D, spowodowało zmniejszenie masy o 13.376 kg na każdy 1 kg redukcji masy. Ogólnie rzecz biorąc, druk 3D pozwolił na wyprodukowanie bardziej zrównoważonej części – wpływ zmniejszenia masy był decydującym o tym, że komponenty wyprodukowane w technologii addytywnej są bardziej zrównoważone niż te tradycyjnie zaprojektowane i wyprodukowane.

Badanie trwało dwa lata. W tym czasie części przeanalizowano przy użyciu trzech metod analizy porównawczej całego cyklu (LCA), w tym metody punktu środkowego ReCiPe 2016 w wersji 1.1, skumulowanego zapotrzebowania na energię v1.11 oraz metody IPCC 2021 GWP100 Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu. Dwie z trzech metod wykazały, że z czysto produkcyjnego punktu widzenia tradycyjny wspornik wymagał mniej energii do wyprodukowania, podczas gdy jedna metoda wykazała, że technologia druku 3D z metalu wytwarzała mniej dwutlenku węgla. Jednak we wszystkich przypadkach wyniki wskazywały, że miks energetyczny leżący u podstaw sieci elektrycznej miał ogromny wpływ na zrównoważony rozwój procesu produkcyjnego. LCA została przeprowadzona zgodnie z normą ISO 14040:2006(E) i została zweryfikowana przez EarthShift Global.

Dolny wspornik, który jest jednym z 12 montowanych w każdym z dwóch silników turbinowych GE Aviation CF6-80C2B6F napędzających samolot Boeing 767, mocuje kolektor paliwowy do zewnętrznej obudowy modułu turbiny niskiego ciśnienia silnika. Część została wybrana przez AMGTA, ponieważ była stosunkowo prosta w produkcji i łatwo dostępna. Projekt i produkcja w oparciu o technologię druku 3D została przeprowadzona przez firmę Sintavia, LLC w Hollywood na Florydzie i wydrukowana na drukarce 3D do metalu EOS GmbH M290 przy użyciu proszku Höganäs AB Inconel 718. Tradycyjna część została wyprodukowana przez warsztat z siedzibą w Tennessee przy użyciu procesu CNC. Zoptymalizowany i wydrukowany w 3D wspornik był o ponad 50% (-0,063 kg) lżejszy od wersji oryginalnej. Zdaniem firmy Sintavia, wydrukowana część przewyższała tradycyjną pod względem właściwości mechanicznych i trwałości zmęczeniowej – mimo zmniejszonej wagi własnej.

Podczas gdy wybór wspornika stanowił prostą demonstrację tego, jak lekka konstrukcja może działać w silniku lotniczym, AMGTA uważa, że wnioski z badania mogą zostać znacznie szerzej zastosowane przez konstruktorów samolotów i producentów silników w wielu systemach mechanicznych. Co więcej, metody zmniejszania masy w transporcie przy użyciu technologii druku 3D nie ograniczają się tylko do proszków metali, ponieważ inne technologie addytywne mogą w podobny sposób usuwać nadwagę w pojazdach, samolotach i statkach.

„Badanie to podkreśla znaczenie wykorzystania druku 3D do opracowywania zoptymalizowanych części i komponentów, które zostały dzięki niemu odciążone” — powiedział Brian Neff, dyrektor generalny Sintavia i przewodniczący AMGTA. „Żadna inna opłacalna technologia komercyjna nie ma tak natychmiastowego wpływu na emisję dwutlenku węgla, jak lekkie części samolotów, a teraz mamy niezależnie zweryfikowane dane, które to potwierdzają”.

Chociaż badanie ma bezpośrednie implikacje dla produkcji silników lotniczych, ustalenia w fazie użytkowania obejmują każdą część samolotu, która potencjalnie może być lekka – układy mechaniczne, siedzenia, wózki serwisowe, kuchnie – do dowolnego wyposażenia poruszane przez silnik lub silnik – pojazdy, statki, pociągi, roboty.

Źródło: www.businesswire.com (materiały prasowe / wszystkie prawa zastrzeżone)