AMGTA 發布首篇委託研究論文

by 新聞合作

飛機發動機支架的生命週期分析證明了增材製造輕量化的重要性

紐約州羅徹斯特–(BUSINESS WIRE)–(美國商業資訊)–增材製作商綠色交易協會 (「AMGTA」) 是一個專注於開發和促進可持續增材製造行業實踐的全球宣導組織,該組織今日宣布,他們已發布其首份獨立研究,題為《低壓渦輪 (LPT) 支架兩種製造方法的生命週期評估比較研究》。該報告由 AMGTA 委託羅切斯特理工學院的 Golisano 永續發展研究所撰寫,透過生命週期評估 (「LCA]」) 分析了商用航空低壓渦輪支架,評估了 (i) 鐳射粉末床熔融 (「LPBF」) 增材製造 (「AM」) 與傳統支架製造工藝相比較而言對製造效能的影響,以及 (ii) 支架重量減輕 50% 以上對飛機壽命的影響。雖然從比較的最終結果來看,哪種製造方法使用的能源更多還沒有定論,但證實了商業飛機發動機和機身輕量化對碳排放的影響巨大。

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LCA 的主要結論包括以下幾點。

  • 製造方法尚無定論。使用三種不同的方法,LCA 無法確定哪種製造方法 (傳統或增材製造) 使用的能源更多。總體來說,這一中立的發現比之前的研究有所改進,即與傳統方法相比,LPB 製造中使用的能源更多。
  • 能源組合的重要性。該研究發現,到目前為止,決定生產可持續性的最大因素是生產設施在發電地點的能源組合,以及該電網是否使用永續的方式生產。
  • 對飛機輕量化的巨大影響。該研究非常清楚地表明,透過增材製造設計減輕飛機部件的重量可顯著減少飛機使用壽命期間的碳排放量,每減重 1 公斤,碳排放量就可減少 13,376 公斤。
  • 總體而言,增材製造生產的零件更具永續性。到目前為止,輕量化的影響是決定增材製造生產的部件比以傳統方式設計和製造的部件更具永續性的最重要因素。

AMGTA 執行董事 Sherri Monroe 表示:「這篇經過同行評審的生命週期評估報告首開先河,是 AMGTA 的一個里程碑。這是我們第一次能夠發佈切實的結果,證明與傳統方法相比,設計在增材製造中的重要性。這項研究展示了增材製造在未來飛機和發動機設計中的真正影響,預示著在其他行業和計畫中使用類似的策略會取得不錯的效果。」

這項為期兩年的研究使用三種 LCA 方法分析了兩種支架,包括 ReCiPe 2016 版本 1.1 中點方法、累積能源需求 v1.11 方法和政府間氣候變化專門委員會 (IPCC) 2021 GWP100 方法。三種方法中的兩種表明,嚴格地從製造的角度來看,生產傳統支架所需的能源更少,而一種方法表明增材製造版本產生的二氧化碳更少。然而,在所有情況下結果都表明,基礎電網的能源組合對製造過程的永續性有著巨大的影響。該 LCA 根據 ISO 14040:2006(E) 執行,並由 EarthShift Global 進行同行評審。

底層支架是為波音 767 飛機提供動力的每台 GE Aviation CF6-80C2B6F 渦輪發動機 (共兩台) 上的 12 個支架之一,它將燃油歧管固定在發動機低壓渦輪模組的外殼上。AMGTA 之所以選擇該支架,是因為它是一個相對簡單的部件,易於檢修和定位。支架的增材設計和製造由位於佛羅里達州好萊塢的 Sintavia, LLC 完成,並使用 Höganäs AB Inconel 718 粉末在 EOS GmbH M290 印表機上列印。傳統部件由位於田納西州的一家機械廠使用 CNC 工藝製造。優化後的增材製造支架比原來的版本輕了 50% 以上 (即 0.063 公斤)。Sintavia 公司表示,優化後的支架在機械性能方面優於傳統支架,儘管其重量減輕,但疲勞壽命卻增加了。

雖然 LPT 支架的選擇簡單地展示了輕量化如何在飛機發動機上發揮作用,但 AMGTA 認為,當前 LCA 中體現的經驗教訓可供機身製造商和發動機製造商更廣泛地應用於多個機械系統。此外,使用增材設計技術的運輸輕量化方法不僅限於 LPBF AM,因為其他增材技術 (包括黏合劑噴射、定向能量沉積和聚合物列印) 也同樣可以消除車輛、飛機和船舶的多餘重量。

Sintavia 的 CEO 兼 AMGTA 主席 Brian Neff 表示:「這項研究強調了使用增材製造開發透過增材製造技術實現輕量化的優化部件和元件的重要性,目前沒有其他可行的商業技術能像通過增材製造技術實現飛機部件輕量化一樣,對碳排放產生如此直接的影響,我們現在已經有經過獨立驗證和同行評審的資料證明了這一點。我們期待著與 Boeing、GE 和所有行業的原始設備製造商合作,幫助他們在現有和未來的平台上釋放出增材製造的永續潛力。」

Sherri Monroe 補充道:「這項研究的兩個階段,即生產和使用的影響遠遠超出了這個特定的支架、飛機或製造行業。生產過程中的環境影響差異微不足道,再加上按需生產 (按照特定的生產時間、地點、方式生產) 的好處,有助於提供更具彈性、高效和可持續的供應鏈,這對提供製造業生態系統更具永續性的解決方案具有重大影響。」

「雖然這項研究對飛機發動機和機身製造有著直接的影響,但使用階段的發現結果擴展到了飛機上任何可能進行輕量化的部件 (機械系統、座椅、服務車、廚房),遠遠超出了飛機,還擴展到了由發動機或電機提供動力支援的任何設備 (車輛、船舶、火車、機器人)。航空航太的能源需求很大,這使其成為最大、最明顯和最直接的受益者。」

AMGTA 表示,他們預計將在 2023 年全年發表更多的獨立研究。若要了解關於 LCA 的更多資訊,請訪問 AMGTA 網站:www.amgta.org。

關於 AMGTA

AMGTA 成立於 2019 年,旨在更好地瞭解和促進增材製造在全球經濟中的環境效益。AMGTA 成員是製造行業中各個領域 (從設計和原材料到最終產品和使用者) 的代表,專注於透過增材製造最佳實踐來進行創新,打造更好、更具永續性且更具經濟優勢的產品。若要了解更多資訊,請與 Sherri Monroe 聯絡或訪問 www.amgta.org。

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資料來源: Business Wire – Press Release

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