AMGTA ha dimostrato la sostenibilità del binder jetting metallico

L’ Additive Manufacturer Green Trade Association, nota anche con l’acronimo AMGTA, ha pubblicato i risultati preliminari di uno studio di analisi del ciclo di vita intitolato “Comparative Life-Cycle Assessment: Comparison of Casting vs Binder Jetting for an Industrial Part”. Per questo studio, il gruppo di difesa globale che promuove pratiche industriali di produzione additiva sostenibile si è concentrato sui vantaggi del binder jetting metallico rispetto alla tradizionale fusione di metallo.

Lo studio, commissionato dall’AMGTA, è stato condotto dalla Yale School of the Environment (YSE) in collaborazione con Desktop Metal (NYSE: DM), leader globale nelle tecnologie AM per la produzione di massa, e Trane Technologies (NYSE: TT), un innovatore climatico globale. Le organizzazioni hanno analizzato un refrigeratore scroll in acciaio in un sistema HVAC di Trane per determinare l’impatto di produzione comparativo della stampa 3D a binder jetting per la colata in sabbia rispetto alla tradizionale colata in sabbia del metallo. I risultati preliminari hanno confermato una drastica riduzione del 38% delle emissioni di gas a effetto serra (GHG) attraverso il processo di binder jetting guidato principalmente dalla riduzione della domanda di energia durante la fase di produzione.

“Prima di questo progetto, l’incertezza sulle emissioni del ciclo di vita del binder jetting rispetto agli approcci di produzione convenzionali costituiva un ostacolo all’adozione di AM”, ha affermato Kevin Klug, ingegnere capo della produzione additiva per Trane Technologies. “Con i risultati di questo studio, Trane Technologies è in una posizione migliore per considerare in modo completo il costo, la produttività e l’impatto ambientale di AM nelle prime fasi del ciclo di progettazione di un prodotto, quando il rischio è minimo e i potenziali benefici sono massimi”.

I punti chiave dello studio includono:

Riduzione significativa delle emissioni di gas serra. Il processo additivo ha mostrato una riduzione del 38% delle emissioni di gas serra basata sul binder jetting rispetto alla colata tradizionale per le parti studiate.

Importanza del mix energetico. Analogamente ai risultati precedenti, lo studio ha rilevato che il mix energetico dell’impianto di produzione nel luogo di generazione e se tale rete energetica è stata prodotta utilizzando mezzi sostenibili ha avuto un impatto significativo sulle emissioni di gas serra.

Valore trascurabile della riprogettazione per l’alleggerimento. Lo studio ha rilevato che i potenziali vantaggi della riprogettazione del refrigeratore scroll per l’alleggerimento utilizzando una struttura a traliccio erano insignificanti rispetto alle emissioni di gas serra. Le dimensioni complessive delle parti prodotte e l’uso efficiente dei volumi di stampa hanno giocato un fattore molto più importante dell’alleggerimento. L’alleggerimento può fornire vantaggi ambientali nella fase di utilizzo che non sono inclusi in questo studio.

Impatti sulla produzione materiale. Mentre questo studio ha mostrato che gli impatti ambientali della produzione di polvere di origine erano circa il doppio di quelli per la fusione dell’acciaio, tale aumento rappresentava una piccola parte delle emissioni complessive di gas serra e non giocava un ruolo significativo nei risultati complessivi.

Nel complesso, il binder jetting ha prodotto una parte più sostenibile. La drastica riduzione delle emissioni di gas serra derivanti dalla domanda di energia grazie a questo processo rispetto alla produzione tradizionale è stata di gran lunga la scoperta più importante dello studio YSE.

“Il rilascio di questi risultati è significativo per l’industria additiva e per le aziende del settore manifatturiero più ampio che sono alla ricerca di metodi di produzione più sostenibili”, ha affermato Sherri Monroe, direttore esecutivo di AMGTA. «Con questo studio, siamo in grado di quantificare la ridotta richiesta di energia del binder jetting rispetto alla colata tradizionale, fornendo forse alcune sorprese nell’impatto trascurabile offerto dall’alleggerimento in questo specifico caso d’uso».

Uno dei fattori alla base della crescita annuale a due cifre della produzione additiva nell’ultimo decennio è stata l’adozione del binder jetting in più settori, guidata dai vantaggi in termini di costi, dalla produzione di grandi volumi e dal potenziale di guadagni in termini di sostenibilità.

“Siamo lieti di avere un’altra ricerca indipendente di terze parti che convalida come il binder jetting sia un approccio più ecologico alla produzione di parti metalliche”, ha affermato Jonah Myerberg, Chief Technology Officer, Desktop Metal. “Le emissioni nocive derivanti dalla tradizionale produzione di metalli devono essere ridotte con approcci tecnologici innovativi, ma i produttori hanno bisogno di dati solidi, non di greenwashing, per fare buone scelte su come produrre i loro prodotti in metallo. Questo nuovo studio di Yale, Trane Technologies e AMGTA dimostra ciò che il nostro team di Desktop Metal ha creduto a lungo sulla base della nostra esperienza pratica: il binder jetting è un modo più ecologico per produrre parti metalliche.

Lo studio biennale di YSE ha analizzato il ciclo di vita della produzione di un set di coclee composto da una coclea fissa e una coclea orbitante prodotte da Trane Technologies come parte di un sistema HVAC. L’AMGTA ha commissionato lo studio nel 2021 per comprendere meglio il potenziale del binder jetting per sostituire la tradizionale colata in sabbia come metodo di produzione più sostenibile. Lo studio ha valutato un processo di fusione tradizionale seguito da fasi di lavorazione, placcatura e finitura in Messico. Lo stesso design del set di pergamene è stato valutato attraverso un processo di stampa 3D, indurimento e sinterizzazione a binder jetting additivo seguito dalle stesse fasi di placcatura e finitura nella stessa località in Messico.

I risultati dello studio hanno mostrato una riduzione del 38% delle emissioni di gas serra per il processo di produzione additiva rispetto al metodo tradizionale basato sulla colata. A causa della natura del binder jetting, i ricercatori di YSE hanno concluso che una riprogettazione per l’alleggerimento tramite una struttura di tipo reticolare potrebbe non portare necessariamente a ulteriori riduzioni delle emissioni di gas serra, principalmente perché la maggior parte dell’elettricità consumata correlata alle fasi di stampa, polimerizzazione e sinterizzazione non essere influenzato da strutture di tipo reticolare. L’analisi suggerisce che una riduzione della massa del 10% nel set di pergamene porterebbe a una riduzione dell’1% delle emissioni di gas serra.

Le emissioni di gas serra del ciclo di vita sono state significativamente influenzate dal mix energetico locale nel sito di produzione. Per questo studio, sia il set di parti prodotto tradizionalmente, sia il set di parti prodotto in modo additivo, sono stati valutati nella stessa posizione con lo stesso mix energetico. I ricercatori hanno anche valutato altri potenziali luoghi di produzione ei corrispondenti mix energetici. I risultati indicano che tale sensibilità alla “pulizia” della rete deve essere considerata quando si confronta AM con i processi tradizionali per garantire una conclusione valida. Mentre la produzione in un luogo energetico più sostenibile offre vantaggi ambientali per entrambi i processi di produzione, la differenza di impatto ambientale tra i metodi diminuisce man mano che il mix energetico diventa più “verde”.

“Trane Technologies si impegna a sfidare coraggiosamente ciò che è possibile per un mondo sostenibile”, ha aggiunto Kevin Klug. “Ciò include la progettazione di soluzioni avanzate di controllo del clima che possono essere prodotte e gestite con un impatto ambientale ridotto. La produzione additiva in metallo diventerà uno strumento sempre più praticabile in tale ricerca, e la velocità relativamente più elevata del binder jetting e il costo inferiore tra le tecnologie AM lo rendono particolarmente promettente per la produzione di componenti HVAC a volumi di produzione rilevanti.

“Questo studio in collaborazione con Desktop Metal è una chiara vittoria per produttori come Trane che stanno esplorando opzioni di produzione più sostenibili. Il binder jetting è una tecnologia collaudata con vantaggi chiari e quantificabili rispetto ai metodi tradizionali”, ha affermato Sherri Monroe. “Apprezziamo la leadership di Trane nel perseguire pratiche più sostenibili, la loro partecipazione a questo studio, la loro volontà di condividere i propri processi e dati insieme all’interesse a condividere queste informazioni con la più ampia comunità di produzione”.