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AMGTA發(fā)布第一篇委托研究論文
來源: 文傳商訊  2023-4-14
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飛機發(fā)動機支架的生命周期分析證明了增材制造輕量化的重要性

增材制作商綠色交易協(xié)會(“AMGTA”)是一個專注于開發(fā)和促進可持續(xù)增材制造行業(yè)實踐的全球倡導組織,該組織今日宣布已經(jīng)發(fā)布了其第一份獨立研究,題為《低壓渦輪(LPT)支架兩種制造方法的生命周期評估比較研究》。該報告由AMGTA委托,由羅切斯特理工學院的Golisano可持續(xù)發(fā)展研究所撰寫,通過生命周期評估(“LCA”)分析了商用航空低壓渦輪支架,評估了(i)激光粉末床熔融(“LPBF”)增材制造(“AM”)與傳統(tǒng)支架制造工藝相比較而言對制造性能的影響,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,對哪種制造方法使用的能源更多仍然沒有定論,但結果證實了商業(yè)飛機發(fā)動機和機身輕量化對碳排放的巨大影響。

LCA的主要結論包括以下幾點。

制造方法尚無定論。使用三種不同的方法,LCA無法確定哪種制造方法(傳統(tǒng)或增材制造)使用的能源更多?偟膩碚f,這一中立的發(fā)現(xiàn)比之前的研究有所改進,即與傳統(tǒng)方法相比,LPBF制造中使用的能源更高。

能源組合的重要性。該研究發(fā)現(xiàn),到目前為止,決定生產(chǎn)可持續(xù)性的最大因素是生產(chǎn)設施在發(fā)電地點的能源組合,以及該電網(wǎng)是否使用可持續(xù)的方式生產(chǎn)。

對飛機輕量化的巨大影響。該研究非常清楚地表明,通過增材制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,碳排放可減少13,376公斤。

總體而言,增材制造生產(chǎn)的零件更具可持續(xù)性。輕量化的影響是決定增材制造生產(chǎn)的部件比以傳統(tǒng)方式設計和制造的部件更具可持續(xù)性的最重要因素。

AMGTA執(zhí)行董事Sherri Monroe表示:“這篇經(jīng)過同行評審的生命周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(fā)布切實的結果,證明與傳統(tǒng)方法相比,設計在增材制造中的重要性。這項研究展示了增材制造在未來飛機和發(fā)動機設計中的真正影響,預示著在其他行業(yè)和項目中使用類似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,嚴格從制造的角度來看,生產(chǎn)傳統(tǒng)支架所需的能源更少,而一種方法表明增材制造版本產(chǎn)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(wǎng)的能源組合對制造過程的可持續(xù)性有著巨大的影響。該LCA根據(jù)ISO 14040:2006(E)執(zhí)行,并由EarthShift Global進行同行評審。

底層支架是為波音767飛機提供動力的每臺GE Aviation CF6-80C2B6F渦輪發(fā)動機(共兩臺)上的12個支架之一,它將燃油歧管固定在發(fā)動機低壓渦輪模塊的外殼上。AMGTA之所以選擇該支架,是因為它是一個相對簡單的部件,易于檢修和定位。支架的增材設計和制造由位于佛羅里達州好萊塢的Sintavia, LLC完成,并使用Höganäs AB Inconel 718粉末在EOS GmbH M290打印機上打印。傳統(tǒng)部件由位于田納西州的一家機械廠使用CNC工藝制造。優(yōu)化后的增材制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(yōu)化后的支架在機械性能方面優(yōu)于傳統(tǒng)支架,盡管其重量減輕,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(fā)動機上發(fā)揮作用,但AMGTA認為,當前LCA中體現(xiàn)的經(jīng)驗教訓可供機身制造商和發(fā)動機制造商更廣泛地應用于多個機械系統(tǒng)。此外,使用增材設計技術的運輸輕量化方法不僅限于LPBF AM,因為其他增材技術(包括粘合劑噴射、定向能量沉積和聚合物印刷)也可以同樣地去除車輛、飛機和船舶的多余重量。

Sintavia的CEO兼AMGTA主席Brian Neff表示:“這項研究強調(diào)了使用增材制造開發(fā)通過增材制造技術實現(xiàn)輕量化的優(yōu)化部件和組件的重要性,目前沒有其他可行的商業(yè)技術能像通過增材制造技術實現(xiàn)飛機部件輕量化那樣,對碳排放產(chǎn)生如此直接的影響,我們現(xiàn)在已經(jīng)有經(jīng)過獨立驗證和同行評審的數(shù)據(jù)證明了這一點。我們期待著與Boeing、GE和所有行業(yè)的原始設備制造商合作,助力他們在現(xiàn)有和未來的平臺上釋放出增材制造的可持續(xù)潛力。”

Sherri Monroe補充道:“這項研究在生產(chǎn)和使用兩個階段的意義遠遠超出了這個特定的支架、飛機或制造行業(yè)。生產(chǎn)過程中的環(huán)境影響差異微不足道,再加上按需生產(chǎn)(按照特定的生產(chǎn)時間、地點、方式生產(chǎn))的好處,有助于提供更具彈性、高效和可持續(xù)的供應鏈,這對制造業(yè)生態(tài)系統(tǒng)提供更可持續(xù)的解決方案具有重大影響!

“雖然這項研究對飛機發(fā)動機和機身制造有著直接的影響,但使用階段的發(fā)現(xiàn)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(tǒng)、座椅、服務車、廚房),并且遠遠超出了飛機,還擴展到了由發(fā)動機或電機提供動力支持的任何設備(車輛、船舶、火車、機器人)。航空航天的能源需求很大,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(fā)表更多的獨立研究。

關于AMGTA

AMGTA成立于2019年,旨在更好地了解和促進增材制造在全球經(jīng)濟中的環(huán)境效益。AMGTA成員是制造行業(yè)各個領域(從設計和原材料到最終產(chǎn)品和用戶)的代表,專注于通過增材制造最佳實踐來進行創(chuàng)新,打造更好、更可持續(xù)并且更具經(jīng)濟優(yōu)勢的產(chǎn)品。

A comparison of the AM-designed bracket (left) and the traditional version (right). (Photo: Business Wire)


 

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