積層造形による金属粉末生産のグリーンな未来を創造するにはどうすればよいでしょうか?

はじめに: 絶えず進化を続ける金属粉末製造の分野では、原材料のリサイクルの重要性が注目されるようになりました。この変化は、地政学的な変化に伴い、二酸化炭素排出量を削減し、持続可能な慣行を実施する必要性によって推進されています。世界の金属粉末市場は2022年時点で約48億米ドルの価値があり、2023年から2028年にかけて3.5%のCAGRで成長すると予想されています。積層造形用の金属材料（粉末を含む）の価値は、2022年までに5億9,200万ドルに達し、前年比25％増加します（Wohlers Report 2023）。 Continuum Powder 社は、積層造形用金属粉末の売上高が 2024 年までに 10 億ドルに近づく可能性があると予測しています。
しかし、従来の金属粉末の製造プロセスでは多大なエネルギー消費を伴い、将来規模での持続可能な開発を達成することは困難になると予想されます。この記事では、積層造形業界の将来の持続可能な発展が直面する課題について説明し、より経済的で高品質な発展に向けた方向性を示します。

エネルギー強度チャレンジ 金属粉末の製造には、伝統的に、合金元素を溶かし、インゴット/バーを形成し、さらに加工して粉末を製造するというエネルギー集約型のプロセスが含まれます。これらのプロセスの複雑さと大量の炭素排出は、より持続可能なアプローチの必要性を浮き彫りにしています。従来の金属生産におけるエネルギー消費は、業界の炭素排出量の大部分を占めており、より持続可能な代替手段を模索する強い環境的および経済的推進力を生み出しています。

廃棄物とリサイクル材料の進化 エンジニアリング資材、プロセス廃棄物、スクラップ金属部品の再利用は目新しいものではありません。しかし近年、地政学的変化や持続可能な開発への世界的な重点化により、この分野への注目が高まっています。 2022年現在、世界の金属リサイクル市場は2028年までに4,345.5億ドルに達すると予想されており、金属業界全体におけるリサイクルの重要性が高まっていることを示しています。「廃棄物」という用語は「二次資材」へと進化し、効果的な再利用のために資材を分類、等級付け、認証することの重要性を強調しています。長年にわたって確立された基準と実践により、材料の品質と原産地が保証されます。
Continuum Powders 社の Greyhound 3.0 粉末製造システムは、持続可能な材料リサイクルの典型的な例です (Continuum 社、炭素排出量の少ない新しいリサイクル金属 3D 印刷粉末システムを発表 - Nanjixiong 3D 印刷ネットワークプラットフォーム (nanjixiong.com))。付加製造が拡大するにつれ、金属ユニットを粉末にリサイクルまたはアップサイクルすることが焦点になります。時間がかかり、費用がかかり、炭素を多く含むインゴットの製造から、粉末へのより直接的な変換への移行は、環境に優しく、経済的です。世界の付加製造市場は、2020年から2025年の間に20％を超えるCAGRで成長し、2023年までに200億米ドルに達すると予想されています。
△ Continuum、アップグレードされたGreyhound M2P 3.0アトマイザーを発売
100% の材料リサイクルを阻む障壁 望ましい材料仕様を達成するには、高度な処理、取り扱い、および広範な特性評価が必要です。合金の分離、コーティングの除去、酸素の削減は、「二次材料」へのリサイクルのための金属粉末の製造に不可欠な要素となります。
リサイクルされた金属や合金を使用する際によくある誤解は、その品質に関するものです。極めて厳格な工程管理により、リサイクル材料は合金ごとに分離されます。金属のリサイクルプロセスでは、収集、保管、輸送中の汚染を避けることが重要です。化学組成は業界標準の分析技術を使用して管理されます。これらの認定された金属合金材料をアップサイクルして製造された粉末は、厳しい業界基準を満たします。結果として得られる粉末の品質と規格への準拠の認証は重要であり、明確に定義されています。
経済的な観点から見ると、金属の回収にかかるコストは、必要な手順の数とエネルギーを大量に消費する溶解プロセスが複数あるため、元の元素を抽出するコストを上回ることがよくあります。この経済的不均衡は、既存の資源のリサイクルに大きな課題をもたらします。しかし、生産工程が少ない破壊的技術の開発により、これらの課題は軽減されつつあります。
代表的な材料 100% リサイクル材料への取り組みはすでに始まっており、ステンレス鋼やニッケルまたはコバルトベースの合金など、反応性の低い合金が優先されています。これらの合金はリサイクルが容易ですが、防衛や高性能アプリケーションにとって重要な、反応性の高い合金のリサイクルに大きな関心が寄せられています。戦略的な考慮事項には、量、金属単価、粉末需要が含まれ、ニッケル超合金、チタン、アルミニウムは有望な代表的な材料です。

炭素強度の削減 リサイクル原料への移行は、従来の方法に比べて炭素強度と有害な排出を大幅に削減する可能性があります。この新しい技術は、エネルギーを大量に消費するプロセスを回避し、金属ユニットを直接粉末に変換できる、不要な代替手段を提供します。基本的な CO2 分析でも、明らかな環境上の利点が示されます。

コスト削減と供給の安全性 リサイクルされた原材料を使用すると、二酸化炭素排出量が削減されるだけでなく、お金も節約できます。生産者と粉末加工業者間の効率的な閉ループシステムにより、安全なサプライチェーンが確保され、環境と経済の持続可能性に貢献します。戦略的生産者とそのサプライチェーンの間に閉ループ（または循環型金属経済）が確立されるにつれて、手頃な価格のメリットが最大化されます。
今後の展望 品質やコストを犠牲にすることなくサプライチェーンを脱炭素化することは、単なる見出しではなく、製造業の未来です。金属粉末製造業界はグリーン革命の最前線にあり、持続可能で効率的かつ経済的に実行可能な実践の基礎としてリサイクル原料を使用しています。持続可能な開発とグリーンテクノロジーに向けた世界的な推進により、金属粉末市場はさらに拡大すると予想されており、2030年までにその市場価値は70億米ドルを超えると見込まれています。
要約すると、従来の金属粉末製造方法を原料の直接リサイクルに転換することは、より環境に優しく持続可能な未来に向けたパラダイムシフトを意味します。業界が成長を続けるにつれて、リサイクル材料を取り入れることで環境問題に対処し、経済的利点と安全なサプライチェーンを実現できます。 100% リサイクル材料への取り組みが進行中であり、金属粉末生産における新しい時代の到来を告げています。

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