‘Aanzienlijke reductie broeikasgasuitstoot door 3D-printen in metaalproductie’

Als bij de productie van metalen onderdelen gebruik wordt gemaakt van binder jetting in plaats van traditioneel metaalgieten, wordt een aanzienlijke afname in de emissie van broeikasgassen gerealiseerd. Dat is de voorlopige conclusie uit onderzoek van de Amerikaanse Yale School of the Environment en AM-technologieleverancier Desktop Metal. Door een scrollset – een onderdeel van de compressor in een koelinstallatie – te printen in plaats van te gieten, wisten ze de broeikasgasemissie van het productieproces met 38 procent te reduceren.

Het onderzoek van Yale en Desktop Metal besloeg twee jaar en is uitgevoerd in opdracht van AMGTA (Additive Manufacturer Green Trade Association), een internationale organisatie die zich bezighoudt met het verduurzamen van AM. Om het effect van binder jetting te vergelijken met dat van de traditionele productiemethode werden beide processen gevolgd in een Mexicaanse fabriek van Trane, een Amerikaanse fabrikant van koelapparatuur. Op één locatie in de fabriek werd een scrollset via een traditioneel gietproces gemaakt, inclusief opvolgende bewerking, platering en verdere afwerking, terwijl op een andere plek dezelfde scrollset werd geproduceerd door middel van binder jetting, uitharden en sintering, eveneens gevolgd door platering en afwerking.

Gewichtsvermindering

Behalve dat productie middels binder jetting aanzienlijk minder broeikasgasemissie veroorzaakt dan metaalgieten, gaf de vergelijkende test ook andere inzichten. Een redelijke open deur is dat de mate waarin duurzame energie op een productielocatie wordt gebruikt grote invloed heeft op de emissie van broeikasgassen. Iets verrassender is de notie dat herontwerp voor gewichtsvermindering van componenten – in dit geval door het printen van een lattice-structuur – slechts een ‘verwaarloosbaar’ effect op de emissie heeft. Uit analyse zou blijken dat een massaverlaging van 10 procent per component zou leiden tot een reductie in broeikasgasemissie van hooguit 1 procent. De afmetingen van de geproduceerde onderdelen en het efficiënte gebruik van printvolume spelen een veel belangrijkere rol. Gewichtsvermindering kan uiteindelijk milieuvoordelen bieden in de gebruiksfase, maar dat stuk van de keten werd niet meegenomen in het onderzoek.

Een ander aspect dat de onderzoekers naar aanleiding van hun werk in de Trane-fabriek benoemen, is dat de impact van milieubelasting van grondstoffen in dit geval beperkt blijft. Het onderzoek toont aan dat de productie van bronpoeder voor printen een ongeveer twee keer zo groot negatief milieueffect heeft als de grondstofproductie voor het gieten van staal. Alleen vertegenwoordigt dit een dusdanig klein deel van de totale broeikasgasuitstoot dat het geen belangrijke rol speelt bij het eindeffect dat de andere manier van produceren heeft.

Groenere aanpak

De voorlopige conclusie uit het onderzoek luidt dat een component bij productie middels binder jetting aanzienlijk duurzamer lijkt dan als het via het traditionele proces wordt gemaakt. “We zijn verheugd dat onafhankelijk onderzoek bevestigt dat binder jetting een groenere aanpak is voor de productie van metalen onderdelen”, stelt Jonah Myerberg, Chief Technology Officer bij Desktop Metal. “Schadelijke emissies van traditionele metaalproductie moeten worden verminderd met innovatieve technologie, maar fabrikanten hebben betrouwbare gegevens nodig – en geen greenwashing – om goede keuzes te maken over hoe ze hun metalen producten produceren.”
De definitieve conclusies uit het onderzoek zal AMGTA naar verwachting in 2024 publiceren, na een ‘peer review’-proces van de voorlopige resultaten.

Foto: Binder jet 3D-printing bij Desktop Metal (Foto: Desktop Metal)