האם הדפסת תלת מימד היא פתרון ייצור בר קיימא?

הדפסת תלת מימד, או ייצור תוסף (AM) כפי שהיא מכונה ביישומים תעשייתיים, תופסת דריסת רגל במפעלים ובקומות חנויות ברחבי הארץ. בהשוואה לייצור מסורתי, זה יכול להיות מהיר יותר, זול יותר וגמיש יותר, אבל עד כמה זה בר קיימא? האם זה יכול לעזור לחברות כמו GE, סימנס ופולקסווגן - חברות שגם אימצו AM והתחייבו להוריד את טביעת הרגל הפחמנית שלהן - להשיג את יעדי הקיימות שלהן?

כלי חדש שיצא השבוע מ כוח, צוות חשיבה וייעוץ לייצור תוספים מבוסס האיחוד האירופי, נועד לעזור לחברות למדוד את צריכת האנרגיה ופליטת ה-CO2 של הדפסת תלת מימד מתכת.

מחשבון הקיימות החדש של החברה הוא כלי ליצרנים להזין ולהשוות בין אפשרויות שונות של חומרי מתכת ושילובי טכנולוגיות AM כדי לקבוע את פליטת ה-CO2 המתקבלת. אפשרויות התאמה אישית ועקיפות יכולות להסביר בחירות שנעשות לאורך שרשרת תהליכים מבוזרת גלובלית.

"אין תשובה כללית לאיזו טכנולוגיית ייצור יש את טביעת הרגל הפחמנית הנמוכה ביותר", אומרת Ampower בדו"ח החדש שלה. קיימות של ייצור תוספי מתכת, שכן טביעת הרגל הכוללת מושפעת במידה רבה מסוג המתכת וגיאומטריית החלק. עם זאת, בהשוואה בין שני חלקים דומים: 1,000 סוגריים שתוכננו לכרסום לעומת 1,000 סוגריים דומים שנועדו להיות מודפסים בתלת מימד, המחשבון מצא שליציקת חול הייתה פליטת CO3 הנמוכה ביותר כאשר החלקים עשויים מאלומיניום. אבל שנה את החומר, והמשוואה משתנה. אותן סוגריים שנטחנו באופן מסורתי בטיטניום מביאות לרמות CO2 גבוהות פי שניים מטכנולוגיות AM, כגון היתוך מיטת אבקת לייזר ו סילון קלסר.

השוואת הקיימות של AM לבין ייצור מסורתי לא מסתיימת כאשר החלק מיוצר, טוענים רבים בתעשיית ההדפסה התלת-ממדית. יש אפקט דפיקה עם חלקים מיוצרים תוספים המאפשרים שימור רחוק בשרשרת הערך. שקול את הסוגריים שהוזכרו לעיל, המשמשים ליישומי תעופה וחלל.

עם חלקי מטוסים, המשקל לרוב מקושר ישירות לצריכת הדלק, ולכן לפליטת CO2. טכנולוגיית הדפסת תלת מימד יכולה ליצור צורות שאינן אפשריות עם טכנולוגיה אחרת המאפשרת חלקים המשתמשים בפחות חומר ושוקלים פחות אך שווים בחוזקם. התושבת לדוגמה של AMpower שתוכננה עבור AM בתמונה למטה משתמשת בפחות חומר מהגרסה המיוצרת באופן קונבנציונלי.

"אנו מקווים שחברות ישתמשו בכלי כדי לייעל את התהליכים והחלקים שלהן לקראת טביעת רגל פחמנית נמוכה", אומר מתיאס שמידט-להר, השותף המנהל של Ampower. "כמו כן, זה צריך להביא בהירות לגבי השאלה, היכן ייצור תוסף יכול לתרום לטביעת רגל נמוכה יותר, והיכן הטכנולוגיות המסורתיות יעילות יותר."

לפי Ampower, חיסכון של 1 ק"ג במשקל במטוס מתורגם לחיסכון שנתי של 2,500 ליטר נפט, ובהנחה של 20 שנות חיים של מטוס, הדבר מביא לחיסכון של עד 126,000 ק"ג של CO2. "ניתן לחסוך חיסכון דומה עבור יישומים רבים אחרים, כגון מנועים, משאבות או טורבינות, שבהם להפחתת משקל או לעלייה בביצועים יש השפעה גדולה על פליטת פליטות בשימוש", אומר שמידט-להר.

כאשר מעריכים ייצור תוסף כניצחון בר-קיימא לייצור, זה כאן, ביישומי השימוש הסופי, שבו הטכנולוגיה באמת יכולה לזרוח. "חיסכון בשימוש במשקל או ביעילות אופטימלית של תכנוני AM יכולים להיות גדולים בהרבה מהפליטה מייצור החלקים עצמו", אומרת Ampower בדו"ח האחרון שלה. "עם זאת, חיסכון בשימוש, אם קיים, תלוי מאוד באפליקציה."

בנוסף לעיצובם הקל יותר ואיחוד החלקים, אשר מגבירים את היעילות, העובדה שרוב החלקים המיוצרים באופן תוסף מיוצרים באופן מקומי, ומבטלים את המשלוח והפליטות הנלוות לכך, היא נקודת מידע נוספת לטובת AM. יש גם את הנוהג המתפתח של שמירה על מלאי חלקי חילוף בפורמט דיגיטלי מוכן להדפסה בתלת מימד לפי דרישה לפי הצורך, במקום כחלקים פיזיים במחסנים.

במבט קדימה, Ampower אומרת להגדלת שיעורי המיחזור בייצור חומרי גלם ולטכנולוגיות חדשות לייצור אבקת מתכת מ-100% חומר ממוחזר תהיה השפעה משמעותית על הפחתת טביעת הרגל ה-CO3 של הדפסת תלת מימד עוד יותר.