AMGTAは金属バインダージェットの持続可能性を確認し、従来の鋳造と比較して温室効果ガスの排出量を30％削減しました。

2023 年 8 月 8 日、Antarctic Bear は、Additive Manufacturers Green Trade Association (AMGTA) が「ライフサイクルアセスメントの比較: 工業部品の鋳造とバインダージェッティング」と題したライフサイクル分析研究の予備結果を発表したことを知りました。この研究では、持続可能な付加製造 (AM) 業界の実践を推進する世界的なグループが、従来の金属鋳造に対する金属バインダージェッティングの利点に焦点を当てました。

この研究はAMGTAの委託を受け、大規模積層造形技術の世界的リーダーであるDesktop Metal（NYSE: DM）およびTrane Technologies（NYSE: TT）と共同でイェール大学環境大学院（YSE）が実施した。協力組織は、Trane HVAC システムのスチールスクロールチラーを分析し、砂型鋳造バインダージェット 3D プリントが従来の金属砂型鋳造よりも環境への影響が大きいかどうかを判断しました。初期結果では、バインダージェッティングプロセスにより、主に製造段階でのエネルギー要件の削減により、温室効果ガス (GHG) 排出量が 38% 大幅に削減されることが確認されました。
「このプロジェクト以前は、従来の製造方法と比較したバインダージェッティング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 Trane Technologies の主任積層造形エンジニアである Kevin Klug 氏は述べています。「この研究結果に基づき、Trane Technologies は、リスクが最も低く、潜在的なメリット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、環境への影響を十分に検討できる立場にいます。」

この研究の主な結論は次のとおりです。

温室効果ガスの排出量が大幅に削減されました。バインダージェッティングベースの添加剤プロセスでは、研究対象となった部品の従来の鋳造に比べて、温室効果ガスの排出量が 38% 削減されます。
エネルギー構造の重要性。これまでの研究結果と同様に、この調査では、発電場所にある生産施設のエネルギーミックスと、エネルギーグリッドが持続可能な方法で生産されているかどうかが、温室効果ガスの排出に大きな影響を与えることが判明しました。
軽量な再設計の価値はごくわずかです。調査の結果、格子型構造を使用して軽量化を実現するためにスクロールチラーを再設計することによる潜在的な利点は、温室効果ガスの排出という点ではごくわずかであることが判明しました。軽量化よりも、製造される部品の全体的なサイズと印刷体積の効率的な使用の方が重要です。軽量化は使用段階では環境上の利点をもたらす可能性がありますが、この調査には含まれていません。
材料生産の影響。研究では、原料粉末の生産は鋼鋳造の約 2 倍の環境影響をもたらすことが示されましたが、この増加は温室効果ガスの総排出量のごく一部を占めるに過ぎず、全体的な研究結果に大きな影響を与えるものではありません。

全体的に、バインダージェッティングにより、より持続可能な部品が生産されます。これまでの YSE 研究で最も重要な発見は、バインダージェッティングでは従来の製造方法に比べてエネルギー要件により温室効果ガスの排出を大幅に削減できるということです。

「これらの研究結果の発表は、より持続可能な生産方法を模索している積層造形業界の企業、および製造業界全体にとって重要です」と、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述べています。「この研究を通じて、従来の鋳造と比較してバインダージェッティングのエネルギー要件がどれだけ削減されるかを定量化することができました。また、この特定の使用例における軽量化の影響が無視できるほど小さいという驚くべき結果も提供できる可能性があります。」
過去 10 年間の付加製造における 2 桁の年間成長の原動力の 1 つは、コスト上の利点、大規模生産、持続可能性の可能性によって、複数の業界でバインダージェッティング技術が導入されたことです。
「バインダージェッティングが金属部品を製造するより環境に優しい方法であることを立証する独立した第三者による新たな調査が得られたことを嬉しく思います」と、デスクトップメタルの最高技術責任者、ジョナマイヤーバーグは述べています。「従来の金属製造による有害物質の排出は革新的な技術アプローチによって削減する必要がありますが、金属製品の製造方法について適切な選択を行うには、メーカーは環境に優しいパッケージではなく、信頼できるデータが必要です。エール大学、トレインテクノロジーズ、AMGTA によるこの新しい調査は、デスクトップメタルチームが長年、現場経験に基づいて信じてきたことを立証しています。バインダージェッティングは、金属部品を製造するより環境に優しい方法です。」
2 年間にわたる YSE 調査では、HVAC システムの一部として固定スクロールと軌道スクロールで構成される Trane Technologies 社製のスクロールアセンブリの製造ライフサイクルを、初期プロトタイプから本格的な生産まで分析しました。 AMGTAは、従来の砂型鋳造に代わる、より持続可能な生産方法としての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ために、2021年にこの調査を委託しました。この研究では、メキシコの伝統的な鋳造工程とそれに続く機械加工、メッキ、仕上げの工程を評価しました。同じ渦流装置の設計は、3D プリント、硬化、焼結の付加製造バインダージェッティングプロセスを経て評価され、その後メキシコの同じ場所で同じ電気メッキと仕上げの手順が続きました。
研究の結果、付加製造プロセスでは従来の鋳造方法に比べて温室効果ガスの排出量が 38% 削減されることが示されました。 YSE の研究者は、バインダージェッティングの性質上、格子型構造による軽量化の再設計は、主に印刷、硬化、焼結の各ステップに関連する電力消費量が大幅に削減されるため、必ずしも温室効果ガス排出量のさらなる削減につながるわけではないと結論付けました。グリッド構造の影響を受けません。分析の結果、渦流装置の質量を10%削減すると、温室効果ガスの排出量が1%削減されることが示されました。
ライフサイクルにおける GHG 排出量は、生産現場の地域エネルギーミックスによって大きく影響されます。この研究では、従来製造された部品グループと付加製造された部品グループの両方を、同じ場所で同じエネルギーミックスを使用して評価しました。研究者らは、他の潜在的な生産拠点とそれに対応するエネルギーミックスも評価した。この調査結果は、有効な結論を導き出すためには、積層造形と従来のプロセスを比較する際にメッシュの「清潔さ」に対する感度を考慮する必要があることを示唆しています。より持続可能なエネルギーの場所で生産すると、両方の生産プロセスに環境上の利点がもたらされますが、エネルギーミックスがより「グリーン」になるにつれて、2 つの方法間の環境への影響の差は減少します。
ケビン・クルーグ氏は次のように付け加えました。「トレイン・テクノロジーズは、より持続可能な世界で何ができるかに果敢に挑戦することに注力しており、これには環境への影響を抑えながら製造および運用できる高度な気候制御ソリューションの設計も含まれます。金属積層造形 (AM) は、この目標を達成するためのますます現実的なツールになるでしょう。また、AM 技術の中でもバインダージェッティングは比較的高速で低コストであるため、HVAC コンポーネントを相当量製造するのに特に有望です。」
最後に、シェリー・モンローは次のように述べました。「デスクトップメタルとのこの研究協力は、より持続可能な製造オプションを模索している Trane のようなメーカーにとって明らかな勝利です。バインダージェッティングは、従来の方法に比べて明確で定量化可能な利点を提供する実証済みの技術です。より持続可能な方法の追求における Trane のリーダーシップ、この研究への参加、プロセスとデータを共有する意欲、そしてこの情報をより広範な製造コミュニティと共有することへの関心を称賛します。」