添加剂制造:重新思考我们如何在循环经济中使用材料

如材料循环度指标(MCI)和生命周期评估(LCA)等方法确保制造商可以设计这些优点的AM,并方便地传达给客户之后。

作者:Jim Goddin博士,thinkstep-anz循环经济技术总监。

循环经济呈现出更具经济的可持续和更低的风险替代,对高度浪费,线性的,造成的经济性。

循环经济提出的再生模型表明,当我们制造的东西持续时,他们的经济价值可以恢复为本业务的利益。

如果实施得当,循环经济还可以提供显著的环境和社会效益。

循环经济为依赖于增材制造等先进制造工艺的产品提供了关键机遇。增材制造(AM)——有时被称为3D打印或近净形状制造——是使用激光或电子束通过选择性熔合(或烧结)材料一层一层地建造一个部件的过程。

该层面的过程提供了更传统的制造技术不可用的设计自由。

世界领先的AM合作正在制定AM过程和零件时纳入生命周期评估原则,包括1800万欧元(NZD $ 30M)惊人的项目 - 欧洲最大,最雄心勃勃的金属添加剂制造研究项目。

许多项目也强烈关注资源效率。指标,如材料圆形指示器(MCI),使我们能够衡量资源效率,然后量化圆形产品的方式。那么,如何基于圆形促进如何促进?

恢复循环经济中的制造价值

循环经济估计代表全球经济机会的$ 7.5。

这种大规模的经济价值源于减少供应风险和恢复目前通过设计的产品损失,这些产品效率低下,否则以否则浪费。

通过回收回收材料是循环经济的突出部分,在减少废物方面提供重要目的。

然而,恢复原材料价值仅占循环经济的经济潜力的小部分。大多数产品的重大价值是通过制造添加到材料中的价值。

对于依赖于增材制造(AM)等先进制造工艺的产品来说,情况尤其如此。

回收并不能恢复制造价值。这就是为什么循环经济更加强调:

  • 首先要减少材料的使用
  • 重复使用或再制造产品和零件
  • 创造经久耐用的产品,提供更长时间的价值。

AM可以是这些所谓的“内部循环”循环经济的关键促成者。

使用AM减少材料使用

作为一种技术,我专注于最小化材料和产品的优化。

在快速原型设计中,AM可以一次性完成所有组件的生产,而在此之前,每一次迭代都需要制造昂贵的专业工具。

这种方法已经广泛在汽车领域被宝马所广泛采用。新西兰空气同时使用这种技术与基于奥克兰的Zenith Tecnica合作,以迅速为他们的商业总理舱进行原型金属框架。

在生产中,AM可以产生高度优化的设计,该设计只包含促进所需功能所需的材料量。

这是通过使用材料模拟和拓扑优化来实现的,拓扑优化是一种数学过程,可以针对给定的负载在一定体积内优化材料布局。

提供优化、轻量化设计的能力一直是AM在航空航天和汽车行业的一个重要卖点,在这些行业,减重可以提供大量的燃料节约和额外的性能。

燃料储蓄也是循环经济的一部分,该经济包括转向可再生能源使用,远离化石燃料的线性燃烧。

初始使用AM通常导致所用材料粉末的大量浪费,这在从机器的惰性环境中取出时倾向于氧化。

现在,大多数领先的AM机器将“在机器中”重复使用和回收粉末,而没有去除它从惰性气体。该开发旨在通过回收高价值原料来实现额外的经济节约。

消耗较少的物质和生产较少的废物是循环经济的基本原则。

重用粉末的材料节省,避免工具,优化设计和减少燃料燃烧是巨大的循环经济发展。新利18体育官方网站

支持单打的方法

从制造的角度来看,低效率可能是由多材料和多部件产品造成的。

具有多个部件意味着引入无目的的材料,而不是将组件保持在一起。

它不仅增加了重量,增加了组装和拆卸的时间,还引入了额外的故障点。

AM已经通过集成构建实现了显著的部件计数减少,其中一个印刷部件取代了许多组件。

例如,通过加入内部冷却通道,作为来自陶兰加的AM冰淇淋模具Ram3d.表明,AM也可以减少对复杂的多材料冷却系统的需求。

从循环经济的角度来看,包含多种材料或材料等级的产品往往回收较少。

将产品拆解成不同材料的成本与回收材料的价值之间存在着经济平衡。

如果拆卸产品的成本大于回收的材料的价值,则可能更大的机会将无法分离。然后是最可能的结果 - 由于交叉污染,材料以较低的质量和经济价值回收。

虽然仍然有很多讨论多材料的讨论,但现实是大多数制造商更愿意将机器专用于单一材料以避免与粉末污染相关的保证风险。

这种趋势的AM利用单一等级的材料和减少拆卸要求提高了产品的最终可回收性。它适合使用高质量的可回收材料,从而对循环经济的两个方面都有贡献。

绿色印刷未来

越来越多的,AM是使打印零件的需求为各种应用程序。

按需打印意味着不再需要维护可能永远不会使用的组件的重要库存。

这也意味着股票永远不会用完,这意味着遗留产品可以继续运行,再次实现循环经济的核心要求之一。

对于多种产品的多个组件,AM所需的粉末或灯丝可以相同,因此最大限度地减少了业务内材料的总体需求。AM的库存可以持有局部印刷的任何地方,如在国际空间站安装AM机器所证明。

将新零件送入太空是出了名的昂贵,但如果你有材料和一台打印机,你就可以制造任何你需要的东西。

当然,我不是每个产品的最佳解决方案。然而,选择AM作为制造路线的策略应包括圆形和环境绩效。

如材料循环度指标(MCI)和生命周期评估(LCA)等方法确保制造商可以设计这些优点的AM,并方便地传达给客户之后。

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