چشم انداز پرینت سه بعدی همیشه مملو از افسانه ها و باورهای غلط بوده است که اغلب توسط تبلیغات بازار تحریک می شود. با این حال، افرادی مانند دکتر فیل ریوز، یکی از افراد برجسته در بخش تولید مواد افزودنی، هستند که با استفاده از تجربه گسترده و دقت علمی خود تلاش می کنند تا این نادرستی ها را افشا کنند.
سفر ریوز، از دانشگاهی به مشاور و متخصص صنعت، او را به یک چهره جدایی ناپذیر در دنیای تولید مواد افزودنی تبدیل کرده است. مشاوره او به اجرای فناوری چاپ سه بعدی در برخی از بزرگترین مشاغل در سراسر جهان کمک کرد. نفوذ قابل توجه او به Stratasys، یک رهبر جهانی در چاپ سه بعدی، که او مشاوره خود را به آن فروخت، گسترش می یابد. ریوز در حال حاضر مدیر عامل ریوز اینسایت است.
در طی یک سخنرانی اصلی، در روز اول TCT 3Sixty، ریوز به موضوع رو به رشد پایداری در چاپ سه بعدی پرداخت. هدف او؟ برای کالبد شکافی تبلیغات و بیان حقیقت خام و علمی در مورد اعتبار سبز چاپ سه بعدی یا عدم وجود آن.
ریوز اظهار داشت، علیرغم اهمیت فوق‌العاده‌ای که دارد، پایداری گاهی اوقات می‌تواند تبدیل به «واگنی» شود که صنایع، از جمله چاپ سه‌بعدی، بدون درک کامل یا پرداختن به مسائل کلیدی، به آن دست می‌زنند. طبق مشاهدات وی، پایداری در پرینت سه بعدی به عنوان وسیله ای برای جایگزینی فرآیندهای تولید انرژی بر، کاهش مواد خام در زنجیره تامین، به حداقل رساندن ضایعات تولید و بومی سازی تولید مطرح شده است. با این حال، این ادعاها اغلب مسائل بزرگتر را در بازی نادیده می گیرند.
به گفته ریوز، تمرکز باید به سمت نگرانی های مربوط به محیط زیست، مانند گرم شدن کره زمین، مصرف مواد خام، مصرف و هدر رفت آب، سهم دفن زباله و تولید زباله های خطرناک معطوف شود. او استدلال کرد که تولید مواد افزودنی واقعاً پایدار باید به این جنبه‌ها بپردازد و فقط ادعاهای راحت را ترویج نکند. همانطور که صحبت ها پیش می رفت، آشکار شد که ریوز در حال آماده شدن برای تشریح انتقادی روایت پایداری در صنعت تولید مواد افزودنی، با چشم تیزبین معمول خود برای تبلیغات و تیزبینی علمی خود بود.
چاپ سه بعدی چقدر پایدار است؟
ریوز اذعان می‌کند که اعتبارنامه‌های خودخوانده‌ی محیط‌زیست بخش چاپ سه‌بعدی مورد بررسی قرار گرفته‌اند. او می‌گوید: «بیایید به این ادعاهایی که به عنوان راهی برای جایگزینی فرآیندهای تولید با انرژی کارآمد می‌پردازیم، رسیدگی کنیم. تولید سنتی، به‌ویژه فلزات، اغلب به «جهنم و گوگرد» تشبیه می‌شود و انتشار گازهای گلخانه‌ای آن – یا انتشار گستره اول آن – آشکار است. با این حال، در زنجیره تامین انرژی، دامنه دو انتشار اغلب نادیده گرفته می شود، “بازگشت در نیروگاه”، که به همان اندازه قابل توجه هستند.
تصویر یک کارخانه مدرن و شیک تولید پلیمر AM در تضاد کامل با یک کارخانه قالب گیری تزریقی کثیف ارائه شد. این تصویر – همراه با وعده ساخت کالاها به موقع، دقیقاً در مکان و زمان مورد نیاز، با ضایعات صفر – به روایت «پاک و سبز» دامن می‌زند. اما آیا این تمام حقیقت است؟
ریوز می‌گوید: «وقتی به انتشار گازهای گلخانه‌ای نگاه می‌کنیم، اکثریت قریب به اتفاق، 25 درصد، بزرگترین تکه پای، از تولید برق ناشی می‌شود. در حالی که برخی از کشورها می توانند به قدرت انرژی های تجدیدپذیر خود ببالند، برخی دیگر از آنها عقب مانده اند که منجر به ردپای کربن نابرابر در تولید محلی می شود.
دکتر ریوز ما را از طریق یک تمرین با یک جزء نمونه، یک ویجت ساده – مربع دو اینچی، ساخته شده از آلومینیوم، و وزن یک چهارم کیلوگرم – راهنمایی می کند تا «کربن جاسازی شده» را در فرآیندهای مختلف تولید، از ذوب لیزری انتخابی و ماشینکاری CNC مقایسه کنیم. به قالب‌گیری تزریقی فلز و ریخته‌گری تحت فشار. کربن جاسازی شده مقدار کل انتشار کربن مربوط به تولید یک محصول با در نظر گرفتن انرژی ورودی و منبع آن است. آیا این انرژی از یک نیروگاه چینی، مالت، کانادا یا نروژ تامین شده است؟ او می پرسد و بر اهمیت در نظر گرفتن این عوامل در محاسبه تاکید می کند.
او این بخش را با یک جمع بندی مهم در مورد انرژی به پایان می رساند: به طور خاص، انرژی لازم برای جوشاندن یک لیتر آب، «حدود 0.33 مگاژول»، که معادل 0.09 کیلووات است. او بیشتر توضیح می دهد: «0.09 کیلووات حدود یک کیلووات برای 5 دقیقه است. کتری دو کیلوواتی شما در حدود دو دقیقه طول می کشد تا آب بجوشد. اما این مصرف انرژی در مقایسه با انرژی مورد نیاز برای پردازش مواد با استفاده از ساخت افزودنی چگونه است؟ همانطور که به جزئیات می پردازیم، آشکار می شود که سطح کاملا جدیدی از پیچیدگی در انتظار است.
محاسبه هزینه های انرژی پرینت سه بعدی صنعتی
ریوز با نگاهی عمیق به مصرف انرژی فرآیندهای تولید افزودنی، روشن می‌سازد که انرژی مورد نیاز این روش‌ها به طور قابل توجهی بالاتر از روش‌های سنتی است. معادله انرژی زمانی کج‌تر می‌شود که فلز را به پودر برای چاپ سه بعدی تبدیل کنید.
ریوز با تأکید بر پیچیدگی‌ها، روشن می‌کند که فرآیندهای چاپ سه‌بعدی، اگرچه همه‌کاره و نوآورانه هستند، لزوماً از روش‌های سنتی کارآمدتر انرژی نیستند. در حالی که ماشینکاری CNC فرآیند تفریق به 9.77 مگاژول انرژی برای حذف یک کیلوگرم مواد نیاز دارد، ذوب لیزر انتخابی فرآیند افزایشی (SLM) ده برابر انرژی بیشتری در 84 مگا ژول در هر کیلوگرم رسوب مصرف می کند. این موضوع روایت چاپ سه بعدی را به عنوان جایگزینی پایدار برای روش‌های تولید سنتی در این مرحله از چرخه حیات، بازنگری می‌کند.
ریوز با برداشت از پیامدهای مصرف مواد، تاکید می‌کند که در حالی که کار با پودر می‌تواند مقدار مواد مصرفی را محدود کند، تولید پودر به خودی خود انرژی بر است. این پارادوکس ادامه می‌دهد: در این سناریو، روش سنتی ریخته‌گری همچنان از کمترین مواد با کمترین میزان انرژی تجسم‌یافته استفاده می‌کند و از دیدگاه مصرف انرژی کارآمدتر از استفاده از ساخت افزودنی‌های فلزی است.
او با اشاره به جزئیات بیشتر، اشاره می کند که برخی از مواد خود را کارآمدتر به تولید افزودنی می کنند و خاطرنشان کرد: «استفاده از برخی مواد در تولید افزودنی منطقی است زیرا نسبت تبدیل بیلت به پودر بسیار پایین است.» ریوز مثالی از فولاد می‌زند که در آن فرآیند شامل استخراج سنگ معدن از زمین، سپس ذوب و سپس ایجاد یک آلیاژ می‌شود. تبدیل به پودر.» برعکس، استفاده از فلزاتی مانند تیتانیوم و آلومینیوم به مقدار بسیار بیشتری انرژی به دلیل فرآیند الکترولیز درگیر در استخراج آنها نیاز دارد، اما به نسبت مقدار کمتری انرژی برای تبدیل به پودر نیاز دارد.
ریوز همچنین به مفهوم تولید محلی پرداخت و تصریح کرد که همه تولیدات محلی پایدار نیستند. به عنوان مثال نروژ، که 99٪ از انرژی های تجدید پذیر استفاده می کند، فرآیندهای تولید خود را کمتر بر محیط زیست تاثیر می گذارد. از سوی دیگر، کشورهایی مانند هند که به شدت به سوخت های فسیلی متکی هستند، به دلیل ناکارآمدی زیرساخت ها، حدود 63 درصد از کل برق تولید شده را قبل از رسیدن به کارخانه یا خانه از دست می دهند.
با در نظر گرفتن این موضوع، او بیان می‌کند: «اگر دستگاه SLM خود را در نروژ قرار دهیم، واقعاً هیچ تأثیری بر محیط‌زیست نداریم. اگر آن را در هند قرار دهیم، تقریباً شش کیلو دی‌اکسید کربن با ساخت محلی منتشر می‌کنیم». بنابراین، در حالی که چاپ سه بعدی مزیت تولید اقلام نزدیک به محل مورد نیاز را ارائه می دهد، پایداری این رویکرد تا حد زیادی به منابع انرژی و کارایی مکان بستگی دارد.
ریوز در پایان بخش، تأثیرات زیست‌محیطی حمل و نقل کالا را برجسته کرد و گفت: «به ازای هر تن محموله‌ای که در هر کیلومتر جابه‌جا می‌شوید، یک کشتی کانتینری بسیار بزرگ حدود سه گرم CO2 منتشر می‌کند. اگر آن را به حمل و نقل هوایی ببرید، همین کار را با یک تن بار، یک کیلومتر انجام دهید، تقریبا نیم کیلو می شود. از این رو، هنگام در نظر گرفتن ردپای کربن کلی فرآیندهای تولید، هر دو روش مصرف انرژی و حمل و نقل باید در نظر گرفته شوند.
پایداری: مراقب ادعاهای عمومی و یک ملاحظات حیاتی باشید
در بخش پایانی ارائه، ریوز این پیام اصلی را منتقل کرد که پایداری پرینت سه بعدی آنطور که به نظر می رسد سیاه و سفید نیست. او استدلال کرد که “ادعای پتویی که ما شروع به دیدن چاپ سه بعدی می کنیم کاملاً دقیق نیست.” پایداری پرینت سه بعدی به عوامل بی شماری از جمله طراحی قطعه، محل ساخت، فواصل توزیع و کاربردهای نهایی بستگی دارد.
ریوز برای نشان دادن بیشتر نظر خود، مثالی ارائه کرد که شامل یک جزء هوافضا بود که به عنوان یک “ویجت” فرضی ارائه شد. او توضیح داد که این ویجت “یک قطعه 1.58 کیلوگرمی است که برای ساخت به 12.5 کیلوگرم آلومینیوم نیاز دارد.” او همچنین بیان کرد که تولید ویجت با پرینت سه بعدی به طور قابل توجهی کارآمدتر از ماشینکاری سنتی CNC است، به ویژه زمانی که پتانسیل بازیافت آلومینیوم را در نظر بگیریم، که در سطح جهانی 76 درصد قابل توجه است.
اما به گفته ریوز، مهم‌ترین نکته، تولید یا توزیع نیست، بلکه مرحله استفاده از چرخه عمر ویجت است. او توضیح داد: “مرحله استفاده 98 درصد به اثرات زیست محیطی برای بخش هوافضا کمک می کند.” کاهش وزن از طریق طراحی های بهینه می تواند منجر به کاهش قابل توجه انتشار CO2 شود، به ویژه برای هواپیماهای کوتاه برد، که در آن وزن ارتباط تنگاتنگی با مصرف سوخت دارد.
به عنوان مثال، ریوز اظهار داشت: “یک جزء ما، که در آن از تولید مواد افزودنی برای کاهش 20 درصد وزن آن استفاده کردیم، همان تاثیری را بر محیط زیست داشت که خارج کردن یک وانت از جاده.” با این حال، او هشدار داد، چنین مزایای قابل توجهی جهانی نیستند و به شدت به کاربرد خاص و چرخه عمر محصول بستگی دارند.
ریوز همچنین به سرعت این باور رایج را که تولید بومی‌سازی یک گلوله نقره‌ای برای تولید پایدار است، رد کرد و اظهار داشت: «وقتی در مورد پایداری صحبت می‌کنید، از تولید محلی به عنوان معیاری استفاده نکنید… این تأثیر بسیار ناچیزی بر کلیت دارد. ردپای محیطی محصول.”
وی در پایان بر لزوم ایجاد توازن بین پایداری و پایداری اقتصادی تاکید کرد. او تاکید کرد: «عمل خوب پایدار باید با اقتصاد گره بخورد. رویکردهای نوآورانه، مانند شارژ بخشی از صرفه جویی در مصرف سوخت که توسط قطعات سبک تر امکان پذیر شده است، می تواند به تبدیل تولید پایدار به تولید سودآور کمک کند.
در نتیجه، ریوز معتقد است که چاپ سه بعدی یا ساخت افزودنی در واقع نقش مهمی در تولید پایدار دارد. با این حال، او به جای تکیه بر ادراک یا هیاهو، رویکردی جامع و مبتنی بر علم را توصیه می‌کند و تأکید می‌کند که «شما باید به مزایای چرخه زندگی نگاه کنید». وعده چاپ سه بعدی برای پایداری در قدرت آن برای بهینه سازی طراحی، استفاده از مواد و تأثیرات چرخه عمر به روشی است که تولید سنتی نمی تواند انجام دهد. این یک گلوله نقره ای نیست، بلکه ابزار دیگری در زرادخانه ما است زیرا ما برای آینده ای پایدارتر تلاش می کنیم.
مشترک شدن در خبرنامه صنعت چاپ سه بعدی برای اطمینان از اینکه از آخرین اخبار چاپ سه بعدی مطلع هستید. شما همچنین می توانید ما را دنبال کنید توییتر، مانند ما فیس بوک صفحه و مشترک شوید صنعت چاپ سه بعدی یوتیوب کانال برای دسترسی به محتوای اختصاصی تر
آیا علاقه مند به کار در صنعت تولید مواد افزودنی هستید؟ بازدید کنید مشاغل پرینت سه بعدی برای مشاهده گزیده ای از نقش های موجود و شروع کار خود.
تصویر برجسته دکتر فیل ریوز را در TCT 3Sixty 2023 نشان می دهد. عکس مایکل پچ.
منبع: https://3dprintingindustry.com/news/dr-phil-reeves-on-sustainability-and-3d-printing-greenwash-hogwash-or-a-justified-shift-in-thinking-222664/?utm_source=rss&utm_medium=rss&utm_campaign=dr-phil-reeves-on-sustainability-and-3d-printing-greenwash-hogwash-or-a-justified-shift-in-thinking
