Ist 3D-Druck die nachhaltige Fertigungslösung?

3D-Druck oder additive Fertigung (AM), wie es in industriellen Anwendungen genannt wird, fasst in Fabriken und Werkstätten im ganzen Land Fuß. Im Vergleich zur traditionellen Fertigung kann es schneller, billiger und flexibler sein, aber wie nachhaltig ist es? Kann es Unternehmen wie GE, Siemens und Volkswagen – Unternehmen, die beide AM eingeführt und sich verpflichtet haben, ihren COXNUMX-Fußabdruck zu verringern – dabei helfen, ihre Nachhaltigkeitsziele zu erreichen?

Ein neues Tool erscheint diese Woche aus Ampower, ein in der EU ansässiger Think Tank und Beratungsunternehmen für additive Fertigung, soll Unternehmen dabei helfen, den Energieverbrauch und die CO2-Emissionen des 3D-Metalldrucks zu messen.

Der neue Sustainability Calculator des Unternehmens ist ein Tool für Hersteller, um verschiedene Metallmaterialauswahlen und AM-Technologiekombinationen einzugeben und zu vergleichen, um die resultierenden CO2-Emissionen zu bestimmen. Anpassungsoptionen und Außerkraftsetzungen können Entscheidungen berücksichtigen, die in einer global verteilten Prozesskette getroffen werden.

„Es gibt keine allgemeine Antwort darauf, welche Fertigungstechnologie den niedrigsten COXNUMX-Fußabdruck hat“, sagt Ampower in seinem neuen Bericht Nachhaltigkeit der additiven Metallfertigung, da die Gesamtaufstandsfläche stark von der Art des Metalls und der Teilegeometrie beeinflusst wird. Beim Vergleich zweier ähnlicher Teile: 1,000 Halterungen zum Fräsen mit 1,000 ähnlichen Halterungen zum 3D-Drucken stellte der Rechner fest, dass der Sandguss die niedrigsten CO2-Emissionen aufwies, wenn die Teile aus Aluminium hergestellt wurden. Aber ändern Sie das Material, und die Gleichung verschiebt sich. Dieselben Brackets, die traditionell in Titan gefräst werden, führen zu doppelt so hohen CO2-Werten wie AM-Technologien, wie z Laser-Pulverbettschmelzen und Binder-Jetting.

Der Vergleich der Nachhaltigkeit von AM und traditioneller Fertigung endet nicht mit der Herstellung des Teils, argumentieren viele in der 3D-Druckindustrie. Es gibt einen Dominoeffekt bei additiv gefertigten Teilen, der eine Einsparung weit nach unten in der Wertschöpfungskette ermöglicht. Betrachten Sie die oben erwähnten Halterungen, die für Luft- und Raumfahrtanwendungen verwendet werden.

Bei Flugzeugteilen hängt das Gewicht oft direkt mit dem Treibstoffverbrauch und damit dem CO2-Ausstoß zusammen. Die 3D-Drucktechnologie kann Formen erzeugen, die mit anderen Technologien nicht möglich sind, was Teile ermöglicht, die weniger Material verbrauchen und weniger wiegen, aber die gleiche Festigkeit haben. Die unten abgebildete Beispielhalterung von AMpower, die für AM entwickelt wurde, verwendet weniger Material als die herkömmlich hergestellte Version.

„Wir hoffen, dass Unternehmen das Tool nutzen, um ihre Prozesse und Teile in Richtung einer geringen COXNUMX-Bilanz zu optimieren“, sagt Matthias Schmidt-Lehr, geschäftsführender Gesellschafter von Ampower. „Außerdem soll es Klarheit über die Frage bringen, wo die additive Fertigung zu einem geringeren Fußabdruck beitragen kann und wo traditionelle Technologien effizienter sind.“

Laut Ampower bedeutet 1 kg Gewichtseinsparung in einem Flugzeug eine jährliche Einsparung von 2,500 Litern Kerosin und bei einer angenommenen Lebensdauer von 20 Jahren eines Flugzeugs eine Einsparung von bis zu 126,000 kg CO2. „Ähnliche Einsparungen können für viele andere Anwendungen wie Motoren, Pumpen oder Turbinen erzielt werden, bei denen Gewichtsreduzierung oder Leistungssteigerung einen großen Einfluss auf die Emissionen während des Betriebs haben“, sagt Schmidt-Lehr.

Wenn man die additive Fertigung als nachhaltigen Gewinn für die Fertigung bewertet, ist es hier, in den Endanwendungen, wo die Technologie wirklich glänzen kann. „Einsparungen im Einsatz durch gewichts- oder effizienzoptimierte AM-Designs können um ein Vielfaches größer sein als die Emissionen aus der Teileproduktion selbst“, sagt Ampower in seinem neuesten Bericht. „Einsparungen während der Nutzung, falls vorhanden, hängen jedoch stark von der Anwendung ab.“

Neben dem leichteren Design und der Teilekonsolidierung, die die Effizienz steigern, ist die Tatsache, dass die meisten additiv gefertigten Teile lokal produziert werden, wodurch der Versand und die damit verbundenen Emissionen entfallen, ein weiterer Pluspunkt für AM. Es gibt auch die aufkommende Praxis, Ersatzteilbestände in digitalem Format bereitzuhalten, damit sie bei Bedarf in 3D gedruckt werden können, anstatt als physische Teile in Lagern zu lagern.

Mit Blick auf die Zukunft sagt Ampower, dass steigende Recyclingquoten in der Rohstoffproduktion und neue Metallpulver-Produktionstechnologien aus 100 % recyceltem Material einen erheblichen Einfluss auf die weitere Reduzierung des CO3-Fußabdrucks des 2D-Drucks haben werden.