耶魯環境學院執行的研究顯示，相較於傳統鑄造方法，黏著劑噴射3D列印技術可大幅降低溫室氣體排放量
康乃狄克州，紐海文--(美國商業資訊)--以促進永續積層製造 (additive manufacturing, AM) 產業實務為宗旨的全球性宣導團體「積層製造綠色交易協會」(Additive Manufacturer Green Trade Association，以下簡稱「AMGTA」)今天公布了一項名為「生命週期比較評估：以鑄造與黏著劑噴射技術製作工業零件為例」的生命週期分析研究初步結果。是項研究由AMGTA委託耶魯環境學院 (Yale School of the Environment, YSE) 協同積層製造量產技術的全球先驅Desktop Metal(紐約證券交易所代號：DM)及全球溫控系統創新者Trane Technologies(紐約證券交易所代號：TT)執行，分析Trane供暖/通風/空調 (HVAC) 系統中的不銹鋼渦漩式冷水機，以評估運用黏著劑噴射3D技術與傳統金屬鑄造技術製造產品帶來的相對環境衝擊。研究初步結果證實，黏著劑噴射製程排放的溫室氣體 (GHG) 大幅減少了38%，主因是生產階段對能源的需求較低。
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「在這項研究之前，我們對黏著劑噴射技術與傳統製造法的生命週期排放量沒有充分瞭解，因而有礙積層製造的推廣應用。」Trane Technologies的積層製造首席工程師Kevin Klug說，「這項研究結果為Trane Technologies提供了一個較有利的發展空間，可以在產品設計週期之始便全面評估積層製造的成本、產能和環境衝擊。這個時間點的風險最低，而潛在效益最高。」
該研究的重點包括：大幅降低溫室氣體排放量。該研究指出，用黏著劑噴射技術與傳統鑄造法製造同一零件，積層製程的溫室氣體排放量少了38%。 能源組合的重要性。和先前的研究相似，該研究發現生產設施所在地的能源組合，以及電網來源是否永續，對溫室氣體排放量有重大影響。 為達到輕量化而重新設計的效益微不足道。本研究發現，就降低溫室氣體排放量這方面來看，為達到輕量化而用晶格型結構重新設計渦旋式冷水機的潛在效益可說是微不足道。相對地，生產零件的整體尺寸和有效利用列印量都比輕量化更重要。輕量化也許能在使用階段提供環境效益，但本研究並未評估這一點。 生產原料帶來的衝擊。雖然這項研究表明生產列印所需粉末對環境的衝擊大約是鑄鋼的兩倍，但這類排放量的增加僅佔溫室氣體排放總量的一小部分，並且對總體研究結果影響不大。 綜合來說，用黏著劑噴射技術生產零件較具永續性。耶魯環境學院研究截止目前為止最重要的發現是：與傳統製程相比，黏著劑噴射技術因其對能源的需求較低，可大幅減少溫室氣體排放量。
「公布這些發現不僅對積層製造產業來說非常重要，各類製造業中正在尋找永續性生產方法的公司也能受惠，」AMGTA常務董事Sherri Monroe說，「這項研究讓我們得以量化黏著劑噴射技術相對於傳統鑄造減少的能源需求。同時，這個特定案例指出輕量化的效益可忽略不計，這一點或能為我們帶來一些意外的發展。」
在過去十年間，積層製造每年以兩位數的速度成長，帶動這個亮麗表現的因素之一，是多種產業受成本優勢、大量生產和永續發展潛力的吸引，採用黏著劑噴射技術。
「我們樂見另一項獨立第三方研究出爐，證實黏著劑噴射技術是更為環保的金屬零件生產方法。」Desktop Metal技術長Jonah Myerberg說，「我們必須使用創新技術來降低傳統金屬製造排放的有害物質。但如要金屬產品製造商選擇優良的生產方式，必須提供可靠的數據，而不是『漂綠』(greenwashing)。耶魯大學、Trane Technologies和AMGTA的這項新研究驗證了Desktop Metal團隊長期以來根據實務經驗而得、且信守不渝的觀點：黏著劑噴射技術是一種更環保的金屬零件製造方式。」
耶魯環境學院這項為期兩年的研究分析了一組渦旋設備「從搖籃到大門」(cradle-to-gate) 的製造生命週期，該渦旋裝置由Trane Technologies製造的固定渦旋件和旋繞渦旋件組成，用於一組HVAC系統。AMGTA於2021年委託這項研究，以期進一步瞭解運用黏著劑噴射技術這種更具永續性的生產方法取代傳統砂模鑄造的潛力。該研究在墨西哥評估一項傳統鑄造製程及後續的機械加工、電鍍和最後加工步驟。同一款渦漩設備又在墨西哥同一地點用來評估積層製造黏著劑噴射3D列印、固化和燒結製程及相同的後續電鍍和最後加工步驟。
這項研究的結果顯示，與傳統鑄造方法相比，積層製程的溫室氣體排放量減少了38%。有鑑於黏著劑噴射技術的性質，耶魯環境學院的研究人員得出結論，用晶格型結構進行輕量化重新設計未必能夠進一步減少溫室氣體排放量，主要是因為印刷、固化和燒結步驟所消耗的大部分電力不受晶格型結構影響，也不會因而減少。這項分析指出，渦旋設備的質量減少10%，可減少的溫室氣體排放量為1%。
生產地點的當地能源組合可顯著影響生命週期中的溫室氣體排放量。在這項研究中，以傳統方式製造的零件組和積層製造的零件組都在同一地點、使用相同的能源組合進行評估。研究人員還評估了其他有潛力的生產地點及其相對的能源組合。研究結果表明，比較積層製造和傳統製程時，必須考慮這類對電網「清潔度」的敏感性，才能確保得出結論的有效性。在能源來源更永續的地點進行生產，可為兩種製程都帶來環境效益，且能源組合越是環保，兩種製程產生的環境衝擊差異就會越小。產量對積層製造排放的溫室氣體有顯著影響，特別是低效製造量和少量操作這兩種情況。
「Trane Technologies不畏挑戰永續世界的極限，」Kevin Klug補充道，「這包括設計先進的溫控解決方案，減少它們的生產和運作對環境的衝擊。為追求這一目標，以積層方式製造金屬的可行性將越來越高。與其他積層製造技術相比，黏著劑噴射技術的速度相對較高，成本相對較低，應用它來生產HVAC組件的前景看好。」
「對Trane這樣正在探索永續製造選擇的製造商來說，與Desktop Metal合作進行的這項研究無疑為我們帶來了利基。黏著劑噴射技術經過驗證，具有較傳統方法明顯且可量化的優勢。」Sherri Monroe說，「我們感謝Trane的領導層。他們追求更永續的業務，參與這項研究、樂於分享其製程和資料，並有興趣與更多製造界同行分享這些資訊。」
您可以在AMGTA官網上找到這項研究的摘要;完整的研究成果預計將在通過同儕審查後於2024年初發布。AMGTA預計將在2023年內發布更多獨立研究成果。您可以前往AMGTA官網：www.AMGTA.org取得這項研究及其他AMGTA研究的進一步相關資訊。
關於 AMGTA
AMGTA成立於2019年，以深入瞭解和促進積層製造 (additive manufacturing) 在全球經濟中的環境效益為宗旨。AMGTA成員代表了整個製造業的各個環節，從設計、原料到最終產品和使用者，專事研發最佳積層製造實務來進行創新，打造更好、更具永續性和經濟優勢的產品。若要了解更多資訊，請與Sherri Monroe聯絡，或是造訪：www.amgta.org。
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Desktop Metal的黏著劑噴射3D列印技術(照片來源：Desktop Metal)
