AMGTA委托的研究发现，3D打印支架对比传统制造更具可持续

2023年4月12日，南极熊获悉，根据全球贸易团体增材制造商绿色贸易协会(AMGTA)发布的第一份委托研究论文表明，使用3D打印替代传统制造的金属支架，可以降低能源和材料成本，并减少碳足迹，从而为制造商提供了更可持续的选择。

△通过两种制造方法比较低压涡轮(LPT)支架的生命周期评估(LCA)报告（传送门）

该报告由罗切斯特理工学院的Golisano可持续发展研究所撰写，研究题目为“通过两种制造方法比较低压涡轮(LPT)支架的生命周期评价”。

该报告使用生命周期评估（LCA）分析了商用航空航天低压涡轮支架，比较了激光粉末床熔合（LPBF）3D打印制造和传统制造方式对比，并评估了支架在飞机使用寿命期间减重50%以上的影响。虽然比较的最终结果尚未确定哪种制造方法会消耗更多的能源，但AMGTA表示，结果证实了轻量化商用飞机发动机和机身对碳排放的“巨大影响”。

△3D打印设计的支架（左）和传统设计（右）的比较

LCA的主要收获包括以下几点

制造方法尚无定论： 在使用三种不同的方法进行比较后，LCA无法确定哪种制造方法（传统或增材制造）谁会使用更多能源。但总的来说，这一中立的发现代表了对先前研究的改进，但需要进一步探究LPBF制造中使用的能量更高的原因。

能源组合的重要性： 该研究发现，到目前为止，决定生产可持续性的最大因素是制造设施所在地的能源组合，以及该能源网是否采用可持续方式生产。因此，需要考虑能源的来源和生产方式，以确保制造过程的可持续性。

对飞机轻量化的巨大影响： 该研究非常清楚地表明，通过3D打印制造设计对飞机部件进行轻量化，每减轻1公斤重量，飞机总重量就会减少13376公斤。这意味着，轻量化设计可以显著降低飞机的燃料消耗和碳排放，对于飞机行业的可持续性具有重要意义。

总的来说，3D打印生产了一个更具可持续性的部件： 轻量化的影响是决定该技术生产的部件，比传统设计和制造的部件更具可持续性。因此，在制造过程中使用3D打印技术可以显著提高部件的可持续性，减少碳排放和资源浪费。

AMGTA的执行董事Sherri Monroe表示：“这份经过同行评审的LCA发布，标志着AMGTA的一个重要里程碑。这项研究明确展示了该技术在飞机和发动机设计方面的实际影响，并为在其它行业和项目中采用类似策略打下了良好的基础。”

△GE为美国陆军测试T901旋翼发动机，金属3D打印零件减重20%

使用3D打印技术开发和优化组件的重要性

这项为期两年的研究使用了三种 LCA 方法来分析两个支架，包括ReCiPe 2016版本1.1以中点指标为基础的评估方法、累积能源需求 v1.11和政府间气候变化专门委员会的IPCC 2021 GWP100方法。其中，有两种方法表明严格从制造的角度来看，传统支架生产所需的能量更少，而另一种方法则表明增材制造版本产生的二氧化碳更少。然而，在所有情况下，结果都表明，电网的能源组合对制造过程的可持续性有着巨大的影响。此外，这项LCA研究符合ISO 14040:2006(E) 标准，并由EarthShift Global进行了同行评审。

尽管LPT支架的选择仅仅是展示了轻量化对飞机发动机的影响，但AMGTA认为，当前LCA所得出的经验教训，可以被机身制造商和发动机制造商在多个机械系统中更广泛地应用。此外，使用增材设计技术的运输轻量化方法不仅限于激光粉床熔合技术，因为其它3D打印技术（如粘合剂喷射、定向能量沉积和聚合物印刷）同样可以消除车辆、飞机和船舶的多余重量。