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3D打印的可持续性:神话还是现实?

时间:2020-06-12 07:41 来源:中国3D打印网 作者:中国3D打印网 阅读:
极光尔沃
       中国3D打印网6月12日讯,从历史上看,质量,成本和交付一直是制造决策的主要动力。今天,高管们想到了另一个词:可持续发展。可持续发展在消费者决策中越来越重要,年轻的消费者涌向比竞争对手“更绿色”的品牌。可持续性倡议可以使能源价格波动和物质资源可获得性的影响变钝,可持续发展都必须成为您业务的核心部分。
       一个普遍的主张是3D打印可以实现更可持续的供应链:通过在使用时进行制造,3D打印可以减少由于零件运输而自然产生的碳排放。 3D打印是一种低浪费的过程,与减法制造方法相比,它需要的原材料更少。对文献的搜索仅产生了数量有限的研究,这些研究占了3D打印零件的整个生命周期。因此,我们实际验证了这一理论:我们比较了中国生产的批量生产的注塑成型零件和本地3D打印的零件的使用寿命。
  实验方法
   我们以通用汽车手机座为案例,开发了一种方法,可以比较集中生产和分布式生产廉价大量生产产品的碳足迹。我们通过亚马逊从中国一家供应商那里购买了一个电话支架,并分析了整个供应链,从在注塑机中加工聚合物颗粒到到达我们家门口的零件。我们还检查了在消费型3D打印机上生产的3D打印副本的整个过程链。

图1:最终产品(左),注塑组件(中)和3D打印平台(右)。
  由总碳足迹定义的结果如下:

      尽管3D打印在运输中所需的能源更少,但在生产中却消耗了更多的能源。这种结果是典型的:与注塑成型相比,3D打印机通常需要10倍的能量来处理1KG的材料,而与CNC加工相比则需要100倍的能量。随便的观察者可能会从上面的图像中注意到,3D打印的零件需要打印其他最终零件中没有的材料。这些“支撑结构”通常是3D打印过程的必要部分。构建错误也很常见(尤其是在消费者级别的3D打印机中),我们的分析考虑了这一点。凭借3D打印方面的经验,可以减少但不完全消除支撑结构和构建风险。
      在运输阶段检查碳足迹的结果后,批量生产的零件从中国的港口运到我们的所在地,而3D打印的零件的旅行则很少(即从工厂到办公室的ABS),造成了显着差异。最后,两者之间的实际寿命碳足迹比较相似(分别为50克和54克),只是因为每个零件的重量都在误差范围之内。
  那么,3D打印不可持续吗?

      显然,广为接受的说法是3D打印本质上比传统制造更具可持续性。正如我们在手机支架上所展示的那样,批量生产通常在经济上和可持续性上都更可行,尤其是对于需要大量生产且可以通过传统制造方式生产的零件。我们的示例暴露了工程师和组织如何考虑采用新技术的更大问题。在我们的实验中,我们采用了一个通用的,批量生产的零件,该零件专为注塑成型而设计,可以“点击印刷”并分析结果。为了展示相关的用例,我们做了太多简化,但是这样做是为了展示更大,更重要的一点:3D打印并不是传统制造的直接替代品,但我们通常会这样对待,因为我们再好不过了。我们还要说的是,如果您不打算利用3D打印的特定功能,就不要打扰; 3D打印很少有优势可以替代传统制造。

     如果3D打印不是临时替代品,我们如何以有意义的方式开始使用它?使用3D打印来提高可持续性要求了解这些工具可以做什么,如何最好地部署它们以及它们可以在哪里填补业务模型中的漏洞。我们需要开始思考AdditivelyTM。

     首先,考虑3D打印可用的设计自由度。利用添加剂的设计自由度来优化零件,同时保持结构要求并达到可接受的成本。通过累加思考,设计师可以释放出三个主要优点:
.更少的材料–制造零件和建立支撑结构所需的原材料更少。所需的材料越少,化石燃料消耗和相关能源越低。
.更少的处理–更少的材料处理和后处理直接关系到打印零件所需的能源更少。
.重量更轻–重量更轻的零件可以直接减少运输和使用过程中的温室气体排放。
    在我们的案例中,重新设计了手机支架后,我们发现可以将重量从54g减少到32g,从而使碳足迹减少40%,比注塑成型减少15%。
   其次,探索添加剂对您设计和开发产品的作用。将添加剂视为直接替代品可以得到我们的原型,但真正的“添加剂思维”为在内部进行更快的迭代以及将客户带入设计过程提供了更多的可能性。在传统制造中,一旦完成设计,创建工具,开始大规模生产,迭代变得非常昂贵。任何变化都可能意味着报废和重新创建工具,丢弃成千上万已生产的零件或在全球重新库存仓库。早期采用者的客户通常是产品上最关键的,也是投入最多的产品,但是使用传统制造方法意味着,更改固有的浪费会在您获得有关产品的最真实反馈之前呈指数增长。添加剂不是这种情况。因为较低的经济生产量意味着您可以迅速开展业务,减少浪费。
     最后,开始对您的业务模型进行加性思考。添加剂可以提高产品整个生命周期的可持续性。 3D打印的其他一些绿色方面可能包括:
.减少库存:尽管我们已经解释了备件的财务优势,但由于没有足够的库存仓库,可以节省原材料使用,存储能量,并且可以说在货架上搁置多年后可以节省零件。
.材料加工:由于规模经济,全球材料制造商进入3D打印领域(例如Solvay,BASF)可能会提高材料加工的效率。
.产品效率:一旦零件制造,收益就不会停止。效率的提高可以使流程更具可持续性(例如,改进的燃油喷嘴设计等同于提高的燃油效率)。此外,由于设计自由度,可以用相同材料的单个零件制造组件,从而使产品更具可回收性。
.维修和翻新:由于3D打印通过在层顶上添加材料而起作用,因此非常适合维修组件。可以通过在需要的地方添加材料来固定零件;以前的一次性部件可以经济地维修。
.浪费到生产材料中:由于3D打印可以比传统制造更容易地使用回收材料,因此为循环经济打开了潜力,在回收中可以将废物重新加工成全新的产品,例如将3D打印的原型回收回用于新原型的原料中。
      总而言之,3D打印可以是一种绿色的制造方法,但是要真正释放其作为企业可持续发展推动力的潜力,则需要“加深思考”。作为用户,您不仅必须在产品设计中,而且在产品的整个生命周期中,都必须了解何时,何地以及如何部署该工具。 3D打印的商业价值很少在于简单地生产便宜的零件,而在于减少交货时间,降低风险和提高供应链效率。同样,由于3D打印具有可持续性,因此在小批量生产,减少库存和减少材料浪费方面具有3D打印的环境价值。
         具有最大讽刺意味的是,3D打印机OEM可以了解很多有关他们创建的工具如何推动自身业务可持续发展的知识。这些公司在许多方面都将自己视为传统的工业机械制造商,因此不愿改变。如果3D打印机OEM厂商以可持续性为核心战略并将其业务推向可持续性KPI,则3D打印机OEM自身可能会推动使用3D打印作为可持续性推动因素的最大飞跃。促成变革的最佳方法通常是通过树立榜样。

LoïcLe Merlus(经理)
      Loïc专注于解决客户问题。他与客户紧密合作,使用数据分析,他专有的软件和算法或阅读研究论文,确定了可能的解决方案,并了解3D打印和增材制造对其业务可能产生的经济影响。 Loïc与增材制造行业的用户和供应商合作,拥有10年的领先项目来量化技术的影响。
Kunal Mehta(董事总经理)
      Kunal负责领导Blueprint的全球业务,并致力于推动初创企业,《财富》 500强企业和政府机构采用3D打印。凭借在部署众多新兴技术方面的丰富经验,Kunal在设计和执行可重塑制造流程的附加策略方面帮助组织提高绩效的独特视角–始终如一地为客户提供与众不同,更有利可图,更令人满意的体验。

中国3D打印网编译文章!

(责任编辑:中国3D打印网)

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