AMGTA委託の研究により、3Dプリントステントは従来の製造方法よりも持続可能であることが判明

2023年4月12日、アンタークティックベアは、世界的な業界団体であるAdditive Manufacturers Green Trade Association（AMGTA）が発表した最初の委託研究論文によると、従来製造されていた金属ブラケットの代わりに3Dプリントを使用すると、エネルギーと材料のコストが削減され、二酸化炭素排出量も削減され、製造業者により持続可能な選択肢を提供できることを知りました。

△ 2 つの製造方法を使用した低圧タービン (LPT) ブラケットを比較したライフサイクルアセスメント (LCA) レポート (ポータル)
ロチェスター工科大学のゴリサノ・サステナビリティ研究所が作成したこの報告書のタイトルは、「2つの製造方法による低圧タービン（LPT）ブラケットのライフサイクル評価の比較」です。

このレポートでは、ライフサイクルアセスメント (LCA) を使用して商用航空宇宙低圧タービンブラケットを分析し、レーザー粉末床溶融結合 (LPBF) 3D プリント製造と従来の製造方法を比較し、航空機の耐用年数にわたってブラケットの重量を 50% 以上削減した場合の影響を評価します。比較の最終結果でどちらの製造方法がより多くのエネルギーを消費するかはまだ判明していないが、AMGTAは、この結果は民間航空機のエンジンと機体の軽量化が炭素排出量に「大きな影響」を与える可能性があることを裏付けていると述べた。

△3Dプリントブラケット（左）と従来のデザイン（右）の比較
LCA から得られる主な成果は次のとおりです。

製造方法が決定的ではない: 3 つの異なるアプローチを比較した後、LCA では、どちらの製造方法 (従来型または付加製造) がより多くのエネルギーを使用するかを判断できませんでした。しかし、全体的には、中立的な調査結果は以前の研究よりも改善されていますが、LPBF の製造に使用されるより高いエネルギーの理由については、さらに調査する必要があります。

エネルギーミックスの重要性:調査の結果、生産の持続可能性を決定する最大の要因は、製造施設が所在する場所のエネルギーミックスと、その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であることがわかりました。したがって、製造プロセスの持続可能性を確保するには、エネルギーの供給源と生産方法を考慮する必要があります。

航空機の軽量化に多大な影響: 3D プリント製造設計によって航空機部品を軽量化することで 1 kg の重量が削減されるごとに、航空機の総重量が 13,376 kg 削減されることが調査で明確に示されています。これは、軽量設計により航空機の燃料消費量と炭素排出量を大幅に削減できることを意味し、これは航空機産業の持続可能性にとって非常に重要です。

全体的に、3D プリントはより持続可能な部品を生産します。軽量化の影響により、この技術で生産された部品は従来の方法で設計および製造された部品よりも持続可能になります。したがって、製造プロセスで 3D プリント技術を使用すると、コンポーネントの持続可能性が大幅に向上し、炭素排出量と資源の無駄が削減されます。

「この査読済み LCA の発表は、AMGTA にとって重要な節目となります」と AMGTA のエグゼクティブディレクターである Sherri Monroe 氏は述べています。「この研究は、この技術が航空機とエンジンの設計に及ぼす実際的な影響を明確に示しており、他の業界やプログラムで同様の戦略を採用するための優れた基盤を築いています。」

△GEが米軍向けにT901ローターエンジンをテスト、金属3Dプリント部品で重量を20%削減
3Dプリント技術を用いた部品の開発と最適化の重要性

2年間にわたる研究では、ReCiPe 2016バージョン1.1中間点メトリックベースの評価方法、累積エネルギー需要v1.11、気候変動に関する政府間パネルのIPCC 2021 GWP100方法論を含む3つのLCA方法論を使用して2つの区分を分析しました。これらのうち 2 つの方法では、厳密な製造の観点から、従来のブラケット製造では必要なエネルギーが少なくなることが示され、もう 1 つの方法では、付加製造バージョンでは二酸化炭素排出量が少ないことが示されました。しかし、いずれの場合も、結果は、グリッドのエネルギーミックスが製造プロセスの持続可能性に大きな影響を与えることを示しています。さらに、この LCA 調査は ISO 14040:2006(E) 規格に準拠しており、EarthShift Global による査読を受けています。

LPT ブラケットの選択は、航空機エンジンの軽量化の影響を示すだけですが、AMGTA は、現在の LCA から得られた教訓は、航空機メーカーやエンジンメーカーによって複数の機械システムに広く適用できると考えています。さらに、付加設計技術を使用した輸送機器の軽量化アプローチはレーザー粉末床融合に限定されず、バインダージェッティング、指向性エネルギー堆積、ポリマー印刷などの他の 3D 印刷技術でも同様に車両、航空機、船舶から余分な重量を取り除くことができます。

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