AMGTA证实金属粘合剂喷射的可持续性，比传统铸造减少30%温室气体排放

2023年8月8日，南极熊获悉，增材制造商绿色贸易协会（简称 AMGTA）发布了一项名为“生命周期评估比较：工业零件铸造与粘合剂喷射”的生命周期分析研究的初步结果。在这项研究中，倡导可持续增材制造 (AM) 行业实践的全球小组重点关注金属粘合剂喷射相较于传统金属铸造的优势。

这项研究受 AMGTA 委托，由耶鲁环境学院 (YSE) 与大规模生产增材制造技术的全球领导者Desktop Metal(NYSE: DM)和特灵科技 (Trane Technologies) (NYSE: TT) 合作进行。这些合作组织分析了特灵 HVAC 系统中的钢制涡旋制冷机，以确定砂型铸造粘合剂喷射 3D 打印对比传统金属砂型铸造之下究竟哪一种对环境的影响更大。初步结果证实，通过粘合剂喷射工艺，温室气体 (GHG) 排放量大幅减少了 38%，这主要是由于生产阶段能源需求的减少。

特灵科技首席增材制造工程师 Kevin Klug 说道：“在这个项目之前，粘合剂喷射与传统制造方法相比，其生命周期排放的不确定性是增材制造采用的障碍。根据这项研究的结果，特灵科技能够更好地在产品设计周期的早期阶段全面考虑增材制造的成本、生产率和环境影响，此时风险最低，潜在效益最高。”

该研究的主要结论包括：

• 温室气体排放量显著减少。与所研究零件的传统铸造相比，基于粘合剂喷射的增材工艺可减少38% 的温室气体排放。
• 能源结构的重要性。与之前的研究结果类似，该研究发现，生产设施在发电地点的能源结构，以及能源网是否采用可持续方式生产，对温室气体排放有重大影响。
• 轻量化重新设计的价值可以忽略不计。研究发现，使用网格型结构重新设计涡旋式冷水机以实现轻量化的潜在好处对于温室气体排放而言微不足道。所生产零件的整体尺寸以及打印量的有效利用比轻量化更重要。轻量化可能会在使用阶段提供环境效益，但本研究未包括在内。
• 材料生产的影响。虽然这项研究表明源粉末生产对环境的影响大约是铸钢的两倍，但这种增加只占温室气体排放总量的一小部分，并且在总体研究结果中并没有发挥重大作用。
  

总体而言，粘合剂喷射生产出了更具可持续性的零件。迄今为止，YSE 研究最重要的发现是，与传统制造相比，粘合剂喷射技术可大幅减少因能源需求而产生的温室气体排放。

AMGTA 执行董事 SherriMonroe 表示：“这些研究结果的发布对于增材制造行业以及更广泛的制造业中正在寻求更可持续生产方法的公司来说具有重要意义。通过这项研究，我们能够量化粘合剂喷射相对于传统铸造减少的能源需求，同时可能在这个特定用例中轻量化带来的微不足道的影响中提供一些惊喜。”

在过去十年中，增材制造年均两位数增长的驱动因素之一是粘结剂喷射技术在多个行业中的采用，这是由于成本优势、大规模生产和可持续性潜力的推动。

Desktop Metal 首席技术官乔纳·迈尔伯格 (Jonah Myerberg) 表示：“我们很高兴获得另一项独立的第三方研究，该研究验证了粘合剂喷射是一种更环保的金属零件生产方法。传统金属制造的有害排放需要通过创新技术方法来降低，但制造商需要可靠的数据而非绿色包装，来对金属产品的生产方式做出良好的选择。耶鲁大学、特灵科技和 AMGTA 的这项新研究证明了 Desktop Metal 团队长期以来根据我们的实践经验所坚信的观点：粘合剂喷射是一种更环保的金属零件制造方式。”

这项为期两年的YSE研究分析了由特灵科技制造的一个滚动套件的从初始模型到成熟生产的制造生命周期，其中包括一个固定涡旋件和绕动涡旋件，作为HVAC系统的一部分。AMGTA 于2021 年委托开展这项研究，以更好地了解粘合剂喷射作为一种更可持续的生产方法取代传统砂型铸造的潜力。该研究评估了墨西哥的传统铸造工艺，然后进行机械加工、电镀和精加工步骤。通过 3D 打印、固化和烧结的增材制造粘合剂喷射工艺，然后在墨西哥同一地点进行相同的电镀和精加工步骤，对相同的涡旋装置设计进行了评估。

研究结果显示，与传统的铸造方法相比，增材制造工艺的温室气体排放量减少了 38%。由于粘合剂喷射的性质，YSE 的研究人员得出结论，通过网格型结构进行轻量化重新设计可能不一定会进一步减少温室气体排放，主要是因为与打印、固化和烧结步骤相关的大部分电力消耗将减少。不受网格型结构的影响。分析表明，涡旋装置质量减少 10% 将导致温室气体排放量减少 1%。

生命周期温室气体排放受到生产现场当地能源结构的显著影响。在这项研究中，传统制造的零件组和增材制造的零件组都在同一地点使用相同的能源组合进行了评估。研究人员还评估了其他潜在的生产地点及其相应的能源结构。研究结果表明，在将增材制造与传统工艺进行比较时，需要考虑对网格“清洁度”的敏感性，以确保得出有效的结论。虽然在更可持续的能源地点进行生产可为两种生产过程带来环境效益，但随着能源结构变得更加“绿色”，两种方法之间的环境影响差异就会缩小。

Kevin Klug 补充道：“特灵科技致力于大胆挑战可持续发展世界的可能性，这包括设计先进的气候控制解决方案，这些解决方案的制造和运行可以减少对环境的影响。金属增材制造 (AM) 将成为实现这一目标的越来越可行的工具，而粘合剂喷射在增材制造技术中相对较高的速度和较低的成本使其在相关产量的 HVAC 组件制造方面特别有前景。”

最后，Sherri Monroe 说道：“这项与 Desktop Metal 合作的研究对于像特灵这样正在探索更可持续制造选择的制造商来说是一个明显的胜利。粘合剂喷射是一项经过验证的技术，与传统方法相比具有明显且可量化的优势。我们赞赏特灵在追求更可持续实践方面的领导力、他们对这项研究的参与、他们愿意分享他们的流程和数据，以及他们有兴趣与更广泛的制造界分享这些信息。”