Miten hyödyntää additiivisen valmistuksen koko ympäristöpotentiaali?
Benjamin Haller, AMEXCI:n innovaatiopäällikkö
Kestävä kehitys on yksi2000-luvun tärkeimmistä tekijöistä, ja se määrittää kaikkien toimialojen asialistaa. Kunnianhimoisemmat tavoitteet ja määräykset, kuten Pariisin ilmastosopimus, edellyttävät OEM-valmistajilta ja kaikilta yrityksiltä innovaatioita, joilla voidaan pienentää hiilijalanjälkeä entisestään.
Additive Manufacturing (AM) nähdään usein yritysten keinona vähentää ympäristö- ja energiavaikutuksiaan. Vaikka teknologialla on suuri potentiaali täyttää nämä toiveet, mielestämme on tarpeen katsoa askelta lähemmäs, jotta ymmärretään sen todelliset vaikutukset ja se, miten niihin voidaan vaikuttaa.
Nopea katsaus tekniikan nykytilaan
Kestävän kehityksen ja additiivisen valmistuksen risteyskohtia koskeva tutkimus oli joitakin vuosia sitten vähäistä, mutta viime aikoina yhä useammat tahot ovat yrittäneet valottaa tätä alaa. Joitakin meidän näkökulmastamme merkittäviä tutkimuksia ovat mm. seuraavat:
- Maailmanlaajuinen teknologian edelläkävijä Siemens, joka käyttää AM:ää kaasuturbiinipolttimiensa korjaamiseen, teki AM:stä kokonaisvaltaisen vertailevan elinkaarianalyysin perinteiseen valmistukseen verrattuna. Löydät artikkelin täältä.
- Additive Manufacturer Green Trade Association (AMGTA) käynnisti metallien AM:n ympäristövaikutuksia koskevan tietämyksen tilannekatsauksen. Löydät artikkelin täältä.
- Saksalainen Fraunhofer EMI ja VDI Zentrum Ressourceneffizienz tekivät taloudellisen ja ekologisen arvioinnin teollisen additiivisen valmistuksen resursseista. Löydät artikkelin täältä.
Additiivisen valmistuksen suorat ja epäsuorat ympäristövaikutukset
Siihen, vähentääkö additiivinen valmistus osien ympäristöjalanjälkeä, ei voida vastata yleisesti. Tätä kysymystä on aina tarkasteltava sovelluskohtaisesti, jolloin on analysoitava kahta erillistä aluetta:
- Suora vaikutus: Millaisia ympäristövaikutuksia AM-menetelmällä on kappaleiden valmistuksen aikana (pääasiassa raaka-aineiden louhinta ja valmistus) verrattuna perinteiseen valmistukseen. Eri tutkimukset viittaavat siihen, että AM vaatii usein enemmän energiaa samanlaisen osan valmistamiseen, kun se korvaa perinteisen valmistuksen.
- Välillinen vaikutus: Mikä on AM-menetelmällä valmistetun osan elinkaarivaikutus verrattuna tavanomaisesti valmistettuun osaan. Tutkimukset osoittavat, että kun valitaan ja suunnitellaan oikea komponentti, AM:n positiivinen epäsuora vaikutus voi korvata negatiivisen suoran vaikutuksen.
Sen sijaan, että yrittäisimme vastata siihen, onko AM ympäristöystävällisempää kuin perinteinen valmistus, haluaisimme jakaa neljä tapaa, joilla AM-käyttäjät voivat vähentää ympäristövaikutuksiaan.
1. Valitse oikeat komponentit
Ensimmäinen tapa pienentää ympäristöjalanjälkeäsi on varmistaa, että AM:ää käytetään oikeisiin komponentteihin. Vaikka tämä saattaa tuntua helpolta ilmailu- ja avaruusteollisuuden yritykselle, jossa lentokoneen painon säästäminen tuottaa helposti positiivisen vaikutuksen, se on haastavampaa eri alojen, kuten autoteollisuuden, yrityksille.
Useat yritykset ovat löytäneet innovatiivisia tapoja, joilla voidaan edelleen saavuttaa myönteisiä tuloksia, esimerkiksi vähentämällä kuorma-auton painoa ja pidentämällä sen käyttöikää tai käyttämällä AM:ää turbiinien siipien korjaamiseen ja uudelleenvalmistukseen. Valintavaiheessa ei pitäisi siis koskaan unohtaa kysymystä "Miten AM:n käyttö tässä komponentissa vaikuttaa lopputuotteen ympäristöjalanjälkeen".
2. Ympäristövaikutukset on otettava huomioon suunnitteluvaiheessa.
Toinen tapa vaikuttaa myönteisesti AM:n käyttöön on ottaa ympäristövaikutukset huomioon suunnitteluvaiheessa. Seuraavassa esimerkissä on titaaniosaa, jonka ympäristöjalanjälki on AM-valmistuksessa (EBM) suurempi kuin perinteisessä valmistuksessa, kun se on kiinteä, verrattavissa siihen, kun siihen porataan reikä, mutta alle puolet, kun se valmistetaan ohuilla seinämillä.
Painon vähentäminen on usein hyödyllistä kahdella tavalla. Ensinnäkin se vähentää käytetyn materiaalin määrää ja valmistusaikaa, mikä vähentää komponentin valmistamiseen tarvittavaa energiaa. Toiseksi painon vähentämisellä on usein myös myönteinen vaikutus osien elinkaareen, esimerkiksi lentokoneiden painon vähentäminen.
Lisäksi simulointiohjelmiston käyttö suunnitteluvaiheessa ja prosessin seuranta tulostuksen aikana alentavat vikojen määrää, parantavat ensivaiheen oikeellisuutta ja viime kädessä pienentävät ympäristöjalanjälkeä.
3. Ympäristövaikutusten huomioon ottaminen teknologiaa ja materiaalia valittaessa.
Kolmanneksi käyttäjien olisi otettava ympäristövaikutukset huomioon valittaessa tiettyä teknologiaa ja materiaalia tiettyä komponenttia varten. Teknologia määräytyy yleensä muiden tekijöiden, kuten osan laadun ja rakennekuoren, perusteella, mutta materiaali jättää usein enemmän valinnanvaraa. Yksi tapa saavuttaa myönteinen vaikutus on esimerkiksi korvata voimakkaasti vaikuttavia metalleja, kuten nikkeliseoksia ja ruostumatonta terästä, matalaseosteisella teräksellä aina kun se on mahdollista.
Toinen esimerkki osoittaa erilaisten alumiiniseosten käytön. Vaikka tietyillä seoksilla, kuten Scalmalloy, on paremmat ominaisuudet ja ne mahdollistavat suuremman painonpudotuksen verrattuna tavanomaiseen seokseen, kuten AlSi10Mg:hen, skandiumin käyttö, joka vaatii huomattavia resursseja louhintavaiheessa, vaikuttaa negatiivisesti ympäristöyhtälöön. Paras materiaali olisi valittava sen mukaan, kuinka paljon C02-päästöjä voidaan vähentää vähentämällä painoa paremman seoksen ansiosta.
4. Valitaan ympäristösertifioidut tavarantoimittajat
Yrityksille, jotka eivät tuota itse vaan käyttävät palveluntarjoajia, ISO 14001 -standardin kaltainen ympäristösertifiointi on hyvä tapa varmistaa, että toimittaja toimii parhaiden käytäntöjen mukaisesti. ISO 14001 sisältää useita ohjeita ja tarjoaa puitteet, joiden avulla voidaan varmistaa, että toiminnan ympäristövaikutuksia mitataan ja parannetaan. Kun valitset toimittajan, joka sijaitsee lähellä sinua tai loppuasiakasta, säästät päästöjä osien kuljetuksen aikana.
Jos haluat keskustella jostakin näistä seikoista tarkemmin tai tarvitset tukea tuotteiden ympäristövaikutusten arvioinnissa ja optimoinnissa, ota rohkeasti yhteyttä!
Viitteet
[hyödyllinen]