伴随着国家战略的出台,3D打印碳中和的关键技术路线图逐渐明了,主流观点有六大路线:源头减量、能源替代、节能提效、能源回收利用、工艺改造和碳捕捉。增材制造一直被认为是制造业数字化转型的关键技术,尽管它目前还存在着不尽如人意的地方,但是人们普遍认为这是一种具有巨大发展潜力和想象力的技术,代表着数字化转型的重要发展方向之一。
3D打印的技术对碳排放的状态,映射出其对环境的影响。但是这样的方法不具有动态时效性。如果以发展的眼光考虑整个产品生命周期时;原材料、制造、组装、使用、维护和产品寿命结束、循环的完整过程——3D打印在碳足迹方面比传统制造有相当大的优势。
AMSE于2017年度增材大会上发布了一篇关于3D打印对环境的可持续影响的研究。这项研究中突破性的引入了3D打印工艺可持续性评估和改进的要素最终回归至CAD文件,再结合生命周期评估LCA方法完成关联。
研究的结论是:3D打印对环境的可持续发展有积极的作用,未来需要将3D打印材料制备生产环节、及打印成型过程细化,做出更合理的LCA基准数据;同时建议3D打印可持续评估建模需要考虑环境、经济、社会等更多维度的效应,与生命周期成本模型LCC方法挂钩;最后研究表明对3D打印工艺可持续发展影响最大的是环境友好型材料的开发,这才是突破性的因素。
基于3D打印工艺的CAD-LCA关联研究方法框架
而2017年另一篇TUDelft发表在ELSEVIER的研究,以更高维度的模型,从下至上的建模方式来考虑2050年增材制造和全球能源需求的关联。
研究使用了演绎探索性情景(Shell壳牌2008首创的对未来能源技术的假设理论)建立了4个场景,考虑全球对增材技术的合作态度,属于高度竞争(Scramble)还是高度合作(blueprint)。另外考虑了AM增材对整个社会活动周期渗透度的程度,分为低渗透(low AM impact=20%)和高渗透(high AM impact=80%)。
研究针对航空业飞机产品的已有LCA数据分析,根据渗透程度不同,全球高竞争环境节能效果在5%-20%,全球合作环境节能效果可以提升到9%-25%。对建筑行业的计算结果类似,应用AM节能效果显著,而且建筑行业的节能效果主要体现在原材料的节约和建筑使用过程保温层的节能。最终这项研究将这套模型推演到整个工业领域,研究的结论是AM可以降低现有能源消耗的5%-27%,全球高度合作情景下节能潜力更为明显。
基于演绎探索性情景研究方法框架的4个增材技术未来场景
所以当我们把技术从时间维度和应用广度考虑进去时,增材制造是否低碳就不再是一个单纯的技术问题,而是一个社会和政策问题了。