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可持续3D打印的挑战、现实和潜力

文章和图片来源:        时间:2020.11.25        点击率:

    "如果我们能为节约能源设计出更好、更高效的产品。"






  "谈到气候变化这个话题,撇开政治范围,落实到个体,我们也都应尽自己的一份力量。例如,当我带着一个可重复使用的杯子去咖啡馆时,我就会觉得很有成就感。直到我在Anthropocene Magazine上读到了一篇Pierre-Oliver Roy的文章,其中写道:


  "要抵消一次性杯子所排放的温室气体,需要使用至少20到100次可重复使用的杯子才行。就生态系统质量指标而言,可能需要使用1,000次以上"。


  考虑到种植园、石油喷气燃料、烘焙咖啡豆的能量、制作咖啡的能量,被我们称为环保杀手的一次性纸杯只占一杯咖啡总碳足迹的5%。


  这里有个关于对增材制造(AM)可持续性的比较。虽然从表面上看,利用较少的原材料制造零件似乎是完全合理的,但需要考虑到增材制造零件的整个生命周期。例如,一台增材制造设备要用多少电?


  Phil Reeves博士说:"26是个神奇的数字,"。在2013年他与制造业贸易协会GTMA一起进行了一项关于这个问题的研究。"一台SLM设备加工一公斤钛的耗电量是一台数控机床的26倍。"


  Reeves博士的研究主要集中在金属粉末床融合技术上,在探究增材制造是否可以可持续发展之前,他提出了许多问题。以一个飞机支架为例:在挪威生产的支架,他们99%的电力来自可再生资源,即制造过程中没有二氧化碳。但是在印度,81%的电力来自化石燃料,由于他们的电网效率很低,制造过程中会产生35公斤二氧化碳。


  Reeves博士解释道:"由于增材制造对环境有利,将制造业回流的想法在实践中非常好,但实际上,当地的发电效率比分配效率更重要。虽然每个人都因航运对全球变暖的影响耿耿于怀,但如果按每英里排放的货物运输重量来看,它是迄今为止最环保的运输方式。"


  研究结果明显表明,增材制造对环境的潜在影响有一些令人难以置信的好处。特别是当涉及到利用钛和铝粉末来制造拓扑优化的航空航天部件时。


  该报告表明以下碳足迹分析要素:原材料、制造、分销、使用和处置。它从这几个方面比较了在CNC上制造的铝合金部件、增材制造的网格状零件和拓扑优化的增材制造零件。特别是考虑到减轻航空领域的消耗燃料优势时的结果是令人惊讶。 网状增材制造零件的生命周期中,二氧化碳排放量为16,260千克,与CNC加工部件的43,886千克相比,几乎减少了三倍。


  "增材制造还有另一个环境效益,那就是设计功能和性能的提高。"Reeves博士说。"几年前我参与的一个加工厂项目,成功地将一个热交换器的效率提高了5%,这主要是通过降低电耗,每年节省了几百万英镑。如果我们能设计出更好、更高效的产品,能源会更节约。"



  一些行业领军人物对增材制造的可持续发展发表了自己的看法。


  Ellen Kullman | Carbon CEO


  "减少、再利用、再循环这句古老的格言在今天和几十年前一样具有现实意义,希望今天在这方面做得更好.机器设备每进行一次打印都会有树脂残留,所以我们尽可能地回收树脂,并在下一次打印中重复使用。这是第一代打印机的一个变化,因为我们明白,这不仅是我们客户的经济问题,也是我们客户的可持续性问题。"





  Avi Reichental | Nexa3D首席执行官


  "弃物不一定是废物,这句谚语在增材制造领域极为正确。包括ProtoCycler和Filabot Reclaimer在内的许多3D打印机将分解一次性使用的塑料,比如塑料水瓶,转化为打造的增材制造打印品的原材料。但是,尽管增材制造正在检验可持续发展的三个R(减少、重复使用、回收),但仍有工作要做。仅因为该领域正在进步,但这并不意味着我们可以高枕无忧。"


  Fried Vancraen|Materialise创始人兼CEO


  “我感到自豪的是,从Materialise的成立招待会开始,我们就定义了我们的使命宣言,那就是使用我们的3D打印技术,创造一个更美好、更健康的世界……我们认为这只是我们已经经历了很长一段时间的进化的延伸,因为可持续性现在是定义一个更美好、更健康世界的代名词。”


  Marie Langer | EOS CEO


  "对我而言,真正重要的是更好地传达这项技术在传统制造方面的优势。例如,新资源效率、轻量化设计、更长的产品寿命、减少库存浪费等等。我想让大家意识到,增材制造可以成为一种绿色技术。当然,我们还在研究,可生物降解的材料是否确保减少机器的能源浪费。"


  Aaron Bent博士| 6K CEO


  "与传统制造相比,增材制造更具可持续性,对供应链的深入研究表明,增材制造还可以做出重大改进。金属粉末生产最常见的方法是高能耗、低产量的气体雾化工艺,这对我们的地球是有害的。他严重影响环境,并造成75%的浪费,仅以LPBF(选择性激光熔化)生产了25%的材料。


  "巨大的环境改善潜力是6K转向生产增材制造粉末的关键驱动力。与气体雾化相比,6K的UniMelt微波等离子体工艺利用了大量来自可持续来源的原料,如经过认证的废旧CNC车削件、超大尺寸的GA,甚至是增材制造支架或不合格的材料,否则它们将被填埋。


  此外,UniMelt使用的气体明显较少,我们的产量接近所需粉末尺寸的100%,并且可以根据不同的增材制造技术进行调整。


  "更好的碳足印 (Carbon footprint)、极高的产量和使用可持续资源的组合,确实引起了各行业大型增材制造超级用户的关注,因为他们认识到6K有助于推动循环经济的发展。"


  Max Lobovsky | Formlabs CEO


  "我认为,增材制造能够带来的长期影响是围绕着这种分布式制造的理念。这与我们在某些COVID-19期间生产中所看到的略有不同,不是在几个地方集中生产,而是把东西运到世界各地,在当地现场生产,这样可以减少这些运输对环境的影响,并通过减少浪费来提高效率。"


  Xavier Martínez Faneca | BCN3D CEO


  "从传统制造转向FFF技术中使用热塑性塑料的增材制造是一种更可持续的生产方式,因为它消除了与运输塑料零件的二氧化碳排放。我们在BCN3D巴塞罗那总部进行生产,从而减少了3D打印机的大量进口零件,并且还在自己的3D打印工厂的机器上生产自己的零件。


  通过在本地生产,我们可以回收并延长产品的使用寿命,从而更有效地使用燃料,减少温室气体排放和资源消耗。在BCN3D,我们喜欢谈论3D打印技术来有效的使用不同的塑料丝。显然,我们对产生的废弃物进行了适当的管理,但我们倡导的是一个循环回收的过程,以便可以更合理地使用这些材料,以回报社会。"


  Vicki Holt | ProtolabsCEO


  "我对可持续性充满期待。我相信气候变化问题的答案将来自增材制造技术,也将来自公司间合作寻找解决方案。各公司在这场疫情中团结一致的做法让我深受启发,我们可以解决气候变化的问题并关注可持续发展。"


  Dan Sawyer |NatureWorks(一家国际公司,生产生物塑料) 3D业务发展官


  "增材制造如此有用的相同方面:分布式制造、小批量生产以及定制化/复杂的设计,材料种类繁多且不断增加,这使得收集、再利用和回收更具挑战性。协作使用可持续来源的可再生原材料,并为回收材料创造后用市场,可以推动我们朝着正确的方向发展。"