Metal Mecânica

Manufatura aditiva por jateamento de aglutinante produz menos emissão de gases de efeito estufa que fundição

A Additive Manufacturer Green Trade Association (AMGTA), um grupo de defesa mundial com foco em promoção de práticas sustentáveis do setor de manufatura aditiva (AM), anunciou os resultados preliminares de um estudo de análise do ciclo de vida por título “Avaliação comparativa do ciclo de vida: comparação entre fundição e jateamento de aglutinante para uma peça industrial”.

O estudo, solicitado pela AMGTA e conduzido pela Yale School of the Environment (YSE) em parceria com a Desktop Metal, empresa que atua no segmento de tecnologias AM para produção em massa, e a Trane Technologies, analisou um resfriador com voluta de aço em um sistema HVAC da Trane para determinar o impacto comparativo de fabricação da impressão 3D por jateamento de aglutinante em relação à fundição de metal tradicional. Os resultados preliminares confirmaram uma redução drástica de 38% nas emissões de gases de efeito estufa (GEE) através do processo de jateamento de aglutinante, impulsionado sobretudo pela demanda reduzida de energia durante a fase de produção.

“Antes deste projeto, a incerteza sobre as emissões do ciclo de vida do jateamento de aglutinante em relação às abordagens de fabricação convencionais era uma barreira para adotar a AM”, diz Kevin Klug, engenheiro-chefe de Fabricação de Aditivos da Trane Technologies. “Com os resultados deste estudo, a Trane Technologies está em melhor posição de considerar de modo abrangente o custo, a produtividade e o impacto ambiental da AM no início do ciclo de projeto de um produto, quando o risco é menor e os benefícios potenciais são maiores.”

As principais conclusões do estudo são:

–  Redução significativa nas emissões de gases de efeito estufa. O processo aditivo apresentou redução de 38% na emissão de gases de efeito estufa com base no jateamento de aglutinante em comparação à fundição tradicional para as peças estudadas.

–  Importância da mescla de energia. Similar às descobertas anteriores, o estudo constatou que a mescla de energia da instalação fabril no local de geração, e se esta rede de energia produzida, com uso de meios sustentáveis, teve um impacto significativo nas emissões de GEE.

– Valor insignificante de novo projeto para redução de peso. O estudo descobriu que os benefícios potenciais de um novo projeto do resfriador com voluta para redução de peso usando uma estrutura do tipo treliça eram insignificantes quanto às emissões de GEE. As dimensões gerais das peças produzidas e o uso eficiente dos volumes de impressão desempenharam um fator muito mais importante do que a redução de peso. A redução de peso pode oferecer benefícios ambientais na fase de uso que não estão incluídos neste estudo.

– Impactos na produção de materiais. Embora este estudo tenha mostrado que os impactos ambientais da produção de pó de origem foram cerca do dobro do aço fundido, este aumento representou uma pequena parcela das emissões gerais de GEE e não desempenhou um papel significativo nas descobertas gerais.

Em geral, o jateamento de aglutinante produziu uma peça mais sustentável. A redução drástica das emissões de GEE da demanda de energia por jateamento de aglutinante em relação à fabricação tradicional foi de longe a descoberta mais importante do estudo da YSE.

“A divulgação destas descobertas é significativa para o setor de AM e empresas do setor fabril mais amplo que buscam métodos de produção mais sustentáveis”, afirma Sherri Monroe, diretora executiva da AMGTA. “Com este estudo, podemos quantificar a demanda de energia reduzida do jateamento de aglutinante quanto à fundição tradicional, ao mesmo tempo em que proporcionamos algumas surpresas no impacto insignificante oferecido pela redução de peso neste caso de uso específico.”

Um dos impulsionadores por trás do crescimento anual de dois dígitos na fabricação aditiva na última década foi a adoção do jateamento de aglutinante em diversos setores, impulsionado por vantagens de custo, produção em grande volume e potencial para ganhos de sustentabilidade.

“Estamos muito satisfeitos por ter outra pesquisa independente de terceiros que valida como o jateamento de aglutinante é uma abordagem mais ecológica para produzir peças de metal”, comenta Jonah Myerberg, diretor de Tecnologia da Desktop Metal. “As emissões nocivas da fabricação tradicional de metais precisam ser reduzidas com abordagens tecnológicas inovadoras, mas os fabricantes precisam de dados sólidos, não de lavagem ecológia, para fazer boas escolhas sobre como produzir seus produtos metálicos. Este novo estudo da Yale, Trane Technologies e AMGTA demonstra o que nossa equipe da Desktop Metal acredita há muito tempo com base em nossa experiência prática: o jateamento de aglutinante é um modo mais ecológico de fabricar peças metálicas.”

O estudo da YSE de dois anos analisou o ciclo de vida de fabricação da origem ao destino de um conjunto de volutas composto por uma voluta fixa e uma voluta orbital fabricada pela Trane Technologies como parte de um sistema HVAC. A AMGTA solicitou o estudo em 2021 para entender melhor o potencial do jateamento de aglutinante para substituir a fundição tradicional em areia como um método de produção mais sustentável. O estudo avaliou um processo tradicional de fundição seguido de usinagem, galvanização e etapas de acabamento no México. O mesmo perfil do conjunto de volutas foi avaliado mediante um processo de jateamento de aglutinante aditivo de impressão 3D, cura e sinterização, seguido pelas mesmas etapas de revestimento e acabamento no mesmo local no México.

Os resultados do estudo mostraram uma redução de 38% nas emissões de GEE para o processo de fabricação aditiva comparado ao método tradicional baseado em fundição. Devido à natureza do jateamento de aglutinante, os pesquisadores da YSE concluíram que um novo projeto para redução de peso através de uma estrutura do tipo treliça pode não necessariamente levar a reduções adicionais nas emissões de GEE, sobretudo porque a maior parte da eletricidade consumida referente às etapas de impressão, cura e sinterização não seria afetada por estruturas do tipo treliça. A análise sugere que uma redução de massa de 10% no conjunto de volutas levaria a uma redução de 1% nas emissões de GEE.

As emissões de GEE do ciclo de vida foram significativamente impactadas pela mescla de energia local no local de produção. Para este estudo, tanto o conjunto de peças de fabricação tradicional como o conjunto de peças de fabricação aditiva foram avaliados no mesmo local com a mesma mescla de energia. Os pesquisadores também avaliaram locais adicionais de produção em potencial e suas combinações de energia correspondentes. As descobertas indicam que esta sensibilidade à “limpeza” da grade precisa ser considerada ao comparar a AM com processos tradicionais para garantir uma conclusão válida. Embora a produção em um local de energia mais sustentável ofereça benefícios ambientais para ambos os processos de produção, a diferença nos impactos ambientais entre os métodos diminui à medida que a mescla de energia se torna mais “ecológica”. Os volumes de produção também desempenham um papel significativo nas emissões de GEE da fabricação aditiva, em especial para uso menos eficiente de volumes de construção e operações de pequenos lotes. (foto/divulgação).

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