Laut AMGTA Life reduziert Binder Jetting den CO2-Ausstoß um 38 %

Die globale Handelsgruppe Additive Manufacturer Green Trade Association (AMGTA) hat die vorläufigen Ergebnisse einer Lebenszyklusanalysestudie mit dem Titel „Vergleichende Lebenszyklusbewertung: Vergleich von Gießen und Binder Jetting für ein Industrieteil“ bekannt gegeben. Die Analyse verdeutlicht die erheblichen Umweltvorteile des Binder-Jetting-Verfahrens gegenüber herkömmlichen Metallgusstechniken.

Die AMGTA, die sich auf die Förderung nachhaltiger Praktiken in der additiven Fertigungsindustrie konzentriert, hat die Studie in Auftrag gegeben. Die Ökobilanz wurde von der Yale School of the Environment (YSE) in Zusammenarbeit mit dem industriellen 3D-Druckerhersteller Desktop Metal durchgeführt. Trane Technologies, ein in den USA ansässiger „Klima-Innovator“, arbeitete ebenfalls im Rahmen des Projekts mit.

Um die vergleichende Umweltauswirkung des Binder-Jet-3D-Drucks im Vergleich zum Metallguss zu ermitteln, analysierte das Team die Produktion eines Stahlspiralkühlers in einem HVAC-System von Trane.

Die vorläufigen Ergebnisse zeigten eine Reduzierung der Treibhausgasemissionen (THG) um 38 % durch den Binder-Jetting-Prozess. Diese Reduzierung war vor allem auf den geringeren Energiebedarf während der Produktionsphase zurückzuführen.

„Vor diesem Projekt war die Unsicherheit über die Lebenszyklusemissionen des Binder Jetting im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsansätzen ein Hindernis für die Einführung von AM“, kommentierte Kevin Klug, leitender Ingenieur für additive Fertigung bei Trane Technologies. „Dank der Ergebnisse dieser Studie ist Trane Technologies besser in der Lage, die Kosten, die Produktivität und die Umweltauswirkungen von AM bereits früher im Designzyklus eines Produkts umfassend zu berücksichtigen, wenn das Risiko am geringsten und der potenzielle Nutzen am höchsten ist.“

Sherri Monroe, Geschäftsführerin der AMGTA, fügte hinzu: „Die Veröffentlichung dieser Ergebnisse ist für die AM-Industrie und für Unternehmen im breiteren Fertigungssektor, die nach nachhaltigeren Produktionsmethoden suchen, von Bedeutung.“ Mit dieser Studie sind wir in der Lage, den geringeren Energiebedarf des Binder-Jetting im Vergleich zum herkömmlichen Gießen zu quantifizieren und möglicherweise einige Überraschungen hinsichtlich der vernachlässigbaren Auswirkungen der Leichtbauweise in diesem speziellen Anwendungsfall zu liefern.“

Wie wurde die Ökobilanz durchgeführt?

Die AMGTA beauftragte die LCA im Jahr 2021, das Potenzial des Binder-Jetting als Ersatz für den traditionellen Sandguss als nachhaltigere Produktionsmethode besser zu verstehen.

Die über einen Zeitraum von zwei Jahren durchgeführte Studie analysierte den Herstellungslebenszyklus eines Rollensatzes von der Wiege bis zum Werkstor. Dieser Spiralsatz besteht aus einer festen und einer umlaufenden Spirale und wurde von Trane Technologies als Teil eines HVAC-Systems (Heizung, Lüftung und Klimaanlage) hergestellt.

Die Studie fand im Trane-Werk in New Mexico statt und bewertete einen traditionellen Gussprozess, gefolgt von Bearbeitung, Galvanisierung und Endbearbeitung. Anschließend wurde das Additiv-Binder-Jetting verwendet, um das gleiche Scroll-Set-Design in 3D zu drucken, auszuhärten und zu sintern. In beiden Produktionsprozessen wurden die gleichen Galvanisierungs- und Veredelungsschritte verwendet.

Wichtige Erkenntnisse aus der Analyse

Beim Vergleich dieser beiden Herstellungsmethoden stellte das Team fest, dass die Treibhausgasemissionen der additiven Fertigung im Vergleich zum herkömmlichen gussbasierten Verfahren um 38 % reduziert wurden.

Die Studie stellte jedoch fest, dass die Umgestaltung im Hinblick auf Leichtbau mit einer Gitterstruktur letztendlich einen „vernachlässigbaren“ Einfluss auf die Begrenzung der Treibhausgasemissionen hatte. Dies liegt daran, dass der Großteil des Stroms für die Schritte 3D-Druck, Aushärtung und Sintern aufgewendet wurde, die durch gitterartige Strukturen nicht beeinträchtigt würden. Die Gesamtabmessungen des Teils und die effiziente Nutzung des 3D-Druckvolumens sollen eine wichtigere Rolle gespielt haben als die Gewichtsreduzierung.

Insgesamt legt die Studie nahe, dass eine 10-prozentige Massenreduzierung des Spiralsatzes zu einer Reduzierung der Treibhausgasemissionen um 1 % führen würde. Die LCA behauptet jedoch, dass Leichtbau in der Nutzungsphase Umweltvorteile bieten könnte, was in dieser Studie jedoch nicht bewertet wurde. Darüber hinaus wurde hervorgehoben, dass die Produktionsmengen eine bedeutende Rolle bei den Treibhausgasemissionen des 3D-Druckprozesses spielen. Dies betrifft insbesondere die weniger effiziente Nutzung von Bauvolumina und Kleinserienvorgängen.

Die LCA hebt außerdem hervor, dass der Energiemix in der Produktionsanlage und die Frage, ob das Energienetz auf nachhaltige Weise erzeugt wurde, einen „erheblichen Einfluss auf die Treibhausgasemissionen“ hatten. Es wurde festgestellt, dass die Produktion an einem Standort mit nachhaltiger Energie für beide Herstellungsprozesse Umweltvorteile bietet. Der Unterschied in den Umweltauswirkungen zwischen den beiden Methoden „verringert sich jedoch“, je „umweltfreundlicher“ der Energiemix wird.

Auch die Auswirkungen der Materialproduktion wurden in der Ökobilanz bewertet. Die Studie ergab, dass die Umweltauswirkungen der Ausgangspulverproduktion etwa doppelt so hoch waren wie beim Stahlguss. Dieser Anstieg machte jedoch nur einen kleinen Teil der gesamten Treibhausgasemissionen aus und spielte daher für die Gesamtergebnisse eine „unbedeutende“ Rolle.

„Wir freuen uns über ein weiteres Stück unabhängiger Drittforschung, das bestätigt, dass Binder Jetting ein umweltfreundlicherer Ansatz für die Herstellung von Metallteilen ist“, kommentierte Jonah Myerberg, Chief Technology Officer bei Desktop Metal. „Diese neue Studie von Yale, Trane Technologies und AMGTA zeigt, was unser Team bei Desktop Metal aufgrund unserer praktischen Erfahrung seit langem glaubt: Binder Jetting ist eine umweltfreundlichere Methode zur Herstellung von Metallteilen.“

Additive Fertigung und Nachhaltigkeit

Anfang des Jahres veröffentlichte KIMYA eine Ökobilanz für seine PETG-Filamente. Diese Analyse kam zu dem Schluss, dass die recycelten PETG-Filamente des Unternehmens dazu beitragen können, die CO2-Emissionen im Vergleich zu ihren nicht recycelten Gegenstücken um bis zu 35 % zu reduzieren. Diese Ökobilanz wurde in Zusammenarbeit mit Greenly durchgeführt, einer in Paris ansässigen Buchhaltungsplattform, die darauf abzielt, die CO2-Emissionen ihrer Nutzer zu reduzieren. Es besteht die Hoffnung, dass diese Erkenntnisse Benutzer dazu ermutigen werden, beim 3D-Druck recycelte Filamente gegenüber weniger nachhaltigen Optionen zu bevorzugen.

Im Metallbereich wurde kürzlich bekannt gegeben, dass der in North Carolina ansässige Titanentwickler IperionX zugestimmt hat, Ford mit 100 % recyceltem, kohlenstoffarmem Titan zu beliefern. Diese Vereinbarung über den Arbeitsumfang ist Teil der laufenden Zusammenarbeit der beiden Unternehmen bei der Entwicklung, Prüfung und dem 3D-Druck von Titankomponenten für zukünftige Serienfahrzeuge von Ford Performance.

Eine kürzlich von EarthShift Global durchgeführte Ökobilanz ergab, dass der CO2-Fußabdruck des Titans von IperionX über 90 % niedriger ist als der von konkurrierenden Titanpulvern, die mittels Plasmazerstäubung hergestellt werden.

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Alex ist Technologiejournalist bei 3D Printing Industry und recherchiert und schreibt gerne Artikel zu einer Vielzahl von Themen. Er besitzt einen BA in Militärgeschichte und einen MA in Kriegsgeschichte und hat ein großes Interesse an additiven Fertigungsanwendungen in der Verteidigungs- und Luft- und Raumfahrtindustrie.