バインダージェッティングにより、AMGTA 寿命に基づき炭素排出量を 38% 削減

世界的な業界団体である添加剤製造業者グリーントレード協会 (AMGTA) は、「比較ライフサイクル評価: 工業用部品の鋳造とバインダーの噴射の比較」と題したライフサイクル分析研究の暫定結果を発表しました。 この分析では、従来の金属鋳造技術に比べてバインダージェッティングを使用することの環境上の重要な利点が強調されています。

持続可能な積層造形産業の慣行の促進に重点を置いている AMGTA がこの調査を委託しました。 LCAは、エール大学環境大学院（YSE）が産業用3Dプリンターメーカーのデスクトップメタルと提携して実施した。 米国に本拠を置く「気候イノベーター」であるTrane Technologiesもプロジェクトの一環として協力した。

バインダー ジェット 3D プリンティングと金属鋳造の環境への影響を比較するために、チームは Trane の HVAC システムでのスチール スクロール チラーの製造を分析しました。

予備的な結果では、バインダー噴射プロセスを通じて温室効果ガス (GHG) 排出量が 38% 削減されることが示されました。 この削減は主に、生産段階でのエネルギー需要の減少によって引き起こされました。

Trane Technologies の主任積層造形エンジニアである Kevin Klug 氏は、「このプロジェクトが始まるまでは、バインダー ジェッティングと従来の製造アプローチのライフサイクル排出量に関する不確実性が AM 導入の障壁となっていました。」とコメントしました。 「この研究の結果により、Trane Technologies は、リスクが最も低く、潜在的な利益が最も高い製品設計サイクルの早い段階で、AM のコスト、生産性、環境への影響を包括的に検討できる有利な立場に立つことができました。」

AMGTAのエグゼクティブディレクターであるシェリー・モンロー氏は、「これらの調査結果の発表は、AM業界と、より持続可能な生産方法を模索している広範な製造部門の企業にとって重要である」と付け加えた。 この研究により、従来の鋳造と比較してバインダーの噴射によるエネルギー需要の削減を定量化することができ、同時に、この特定の使用例における軽量化によってもたらされる影響が無視できるという点でいくつかの驚きをもたらす可能性があります。」

LCAはどのように実施されましたか?

AMGTA は 2021 年に LCA に、より持続可能な生産方法として従来の砂型鋳造に代わるバインダージェッティングの可能性をより深く理解するよう依頼しました。

この研究は 2 年間にわたって実施され、スクロール セットのクレードルからゲートまでの製造ライフ サイクルを分析しました。 固定スクロールと周回スクロールで構成されるこのスクロール セットは、HVAC (暖房、換気、空調) システムの一部として Trane Technologies によって製造されました。

Trane のニューメキシコ施設で行われたこの研究では、機械加工、めっき、仕上げに続く伝統的な鋳造プロセスが評価されました。 次に、添加剤バインダー ジェッティングを使用して、同じスクロール セット設計を 3D プリント、硬化、焼結しました。 両方の製造プロセスで同じめっきと仕上げのステップが利用されました。

分析から得られた重要なポイント

これら 2 つの製造方法を比較したところ、チームは、従来の鋳造ベースのプロセスと比較して、積層造形による GHG 排出量が 38% 削減されることを発見しました。

しかし、研究では、格子型構造による軽量化のための再設計は、最終的にはGHG排出量の制限に「無視できる」影響しか与えなかったと指摘した。 これは、電力の大部分が、格子型構造の影響を受けない 3D プリンティング、硬化、焼結のステップに費やされたためです。 部品の全体的な寸法と 3D プリントのボリュームの効率的な使用が、軽量化よりも重要な役割を果たしたと言われています。

全体として、この研究は、スクロールセットの質量を 10% 削減すると GHG 排出量が 1% 削減されることを示唆しています。 しかし、LCAは、軽量化が使用段階で環境上の利点を提供する可能性があると主張していますが、これはこの研究では評価されていません。 さらに、生産量が 3D プリンティングプロセスの GHG 排出に重要な役割を果たしていることが強調されました。 これは特に、ビルド ボリュームの使用効率の低下と小規模なバッチ操作に関係します。