如何打造增材制造金属粉末生产的绿色未来？

导读：在不断发展的金属粉末生产领域，原材料回收的重要性已成为焦点。随着地缘政治变化，减少碳足迹和可持续实践的必要性推动了这一转变。截至 2022 年，全球金属粉末市场估值约为 48 亿美元，预计 2023 年至2028 年复合年增长率为 3.5%。用于增材制造的金属材料（包括粉末）到 2022 年估值为 5.92 亿美元，同比增长25%（Wohlers 报告 2023）。Continuum Powder 预计增材制造金属粉末 2024 年的销售额可能接近 10 亿美元。

然而，金属粉末的传统生产过程涉及到大量的能源消耗，预计在未来规模上实现可持续发展具有挑战性。本文描述了增材制造行业未来可持续发展面临的挑战，并为其更具经济效益和更高质量的发展提供了方向。

能源强度挑战

金属粉末生产传统上涉及合金元素熔化、锭/金属棒成形、然后进一步加工以生产粉末的能源密集型过程。这些流程的复杂性和大量的碳排放凸显了对更可持续方法的需求。传统金属生产中的能源消耗占该行业碳排放的很大一部分，这为探索更可持续的替代品创造了强大的环境和经济动力。

废料和回收材料的演变

重新利用工程耗材、工艺废物和报废金属零件并不是什么新鲜事。然而，近年来，由地缘政治变化和全球对可持续发展的强调推动，这一领域的受重视程度出现了激增。截至 2022 年，全球金属回收市场预计到 2028 年将达到 4345.5 亿美元，这表明回收在更广泛的金属行业中日益重要。“废料”一词已演变为“二次材料”，强调了隔离、分级和认证材料对于有效再利用的重要性。多年来建立的标准和实践确保了材料的质量和来源。

Continuum Powders 的Greyhound 3.0 粉末生产系统即是材料可持续回收的一个典型代表（Continuum推出新款再生金属3D打印粉末系统，产生的碳排放更低-南极熊3D打印网 - 平台(nanjixiong.com)）。随着增材制造的发展，将金属单元回收或升级改造为粉末成为焦点。从冗长、昂贵、碳含量高的铸锭生产过渡到更直接转化为粉末，既环保又经济。到2023年，全球增材制造市场预计价值200亿美元，2020年至2025年复合年增长率超过20%。

△Continuum推出升级版Greyhound M2P 3.0雾化器

100% 材料回收的障碍

达到所需的材料规格需要精细的工艺、处理和广泛的表征。合金偏析、涂层去除和氧还原成为金属粉末生产回收成“二次材料”不可或缺的一部分。

在使用再生金属和合金时，一个常见的误解是关于其质量。通过极其严谨的流程把控，保持再生材料按合金进行分离。在金属回收过程中，避免在收集、储存和运输过程中发生污染是至关重要的。化学成分是通过行业标准的分析技术进行控制的。通过升级再利用这类经过认证的金属合金材料生产的粉末将满足严格的行业标准。对所得粉末质量和符合标准进行认证是至关重要的，并且已经明确定义。

从经济角度来看，由于涉及步骤数量和多个能源密集型熔化过程，回收金属的成本通常超过提取原始元素的成本。这种经济失衡对现有资源的回收利用提出了重大挑战。然而，通过开发更少生产步骤的颠覆性技术，这些挑战得到缓解。

典型材料

迈向 100% 回收材料的旅程已经开始，优先考虑反应性较低的合金，例如不锈钢和镍基或钴基合金。虽然这些合金更容易回收，但人们对高反应性合金的回收产生了极大的兴趣，这对于国防和高性能应用至关重要。战略考虑因素包括产量、金属单位价值和粉末需求，其中镍高温合金、钛和铝是几种有前途的典型材料。

碳强度降低

与传统方法相比，向回收原料的转变有望显著降低碳强度和有害排放。新技术提供了一种可分配的替代方案，可以直接将金属单元转化为粉末，绕过能源密集型流程。即使是基本的二氧化碳分析也能显示出明显的环境效益。

成本节约和供应安全

使用回收原料不仅可以减少碳足迹，还可以节省成本。生产商和粉末加工商之间的高效闭环系统可确保安全的供应链，有助于环境和经济的可持续发展。随着战略生产商及其供应链之间建立闭环（或循环金属经济），可承受性效益将最大化。

未来展望

在不影响质量或成本的情况下实现供应链脱碳不仅仅是一个标题，这更是制造行业的未来。金属粉末生产行业处于绿色革命的前沿，将回收原料作为可持续、高效和经济可行实践的基石。全球对可持续发展和绿色技术的推动预计将进一步推动金属粉末市场，到2030年潜在市场价值将超过70亿美元。

总之，将传统金属粉末生产方法转变为直接原料回收标志着向更绿色、更可持续的未来的范式转变。随着行业的不断发展，整合回收材料可以解决环境问题，并带来经济优势和安全的供应链。迈向 100% 回收材料的征程正在进行中，预示着金属粉末生产的新时代。