La Additive Manufacturer Green Trade Association (“AMGTA”), un grupo de defensa mundial centrado en la promoción de prácticas sostenibles en el sector de la fabricación aditiva (AM), anunció hoy los resultados preliminares de un estudio de análisis del ciclo de vida titulado “Comparative Life-Cycle Assessment: Comparison of Casting vs Binder Jetting for an Industrial Part” (Evaluación comparativa del ciclo de vida: Comparación entre la fundición y la inyección de aglutinante para una pieza industrial). El estudio, encargado por la AMGTA y realizado por la Facultad de Medio Ambiente de Yale (YSE) en colaboración con Desktop Metal (NYSE: DM), líder mundial en tecnologías de AM para la producción en serie, y Trane Technologies (NYSE: TT), innovador mundial en climatización, analizó una unidad de enfriamiento scroll de acero de un sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado de Trane para determinar el impacto comparativo de fabricación de la impresión 3D por inyección de aglutinante frente a la fundición metálica tradicional. Los resultados preliminares confirmaron una drástica reducción del 38% en las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) a través del proceso de inyección de aglutinante impulsado principalmente por la reducción de la demanda de energía durante la fase de producción.
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Desktop Metal’s binder jet 3D printing technology (Photo: Desktop Metal)
“Antes de este proyecto, la incertidumbre sobre las emisiones del ciclo de vida de la inyección de aglutinante frente a los métodos de fabricación convencionales era un obstáculo para la adopción de la AM”, aseguró Kevin Klug, ingeniero jefe de Fabricación Aditiva de Trane Technologies. “Con los resultados de este estudio, Trane Technologies se encuentra en una mejor posición para considerar de forma exhaustiva el costo, la productividad y el impacto medioambiental de la AM en una fase más temprana del ciclo de diseño de un producto, cuando el riesgo es menor y los posibles beneficios son mayores”.
Entre las principales conclusiones del estudio figuran las siguientes:
- Reducción significativa de las emisiones de gases de efecto invernadero. El proceso aditivo mostró una reducción del 38% en las emisiones de gases de efecto invernadero basado en inyección de aglutinante en comparación con la fundición tradicional para las piezas estudiadas.
- Importancia de la mezcla energética. De forma similar a hallazgos anteriores, el estudio descubrió que la mezcla energética de la instalación de fabricación en el lugar de generación, y si esa red energética se producía utilizando medios sostenibles, tenía un impacto significativo en las emisiones de GEI.
- Valor insignificante del rediseño para aligerar. El estudio concluyó que los posibles beneficios de rediseñar la unidad de enfriamiento scroll para aligerarla utilizando una estructura tipo enrejado eran insignificantes con respecto a las emisiones de GEI. Las dimensiones totales de las piezas fabricadas y el uso eficiente de los volúmenes de impresión eran factores mucho más importantes que el aligeramiento. El aligeramiento puede aportar beneficios medioambientales en la fase de uso, que no se incluye en este estudio.
- Impactos de la producción de materiales. Aunque este estudio demostró que los impactos medioambientales de la producción de polvo en la fuente eran aproximadamente el doble que los de la fundición de acero, dicho aumento representó una pequeña parte de las emisiones globales de GEI y no tuvo un rol significativo en las conclusiones generales.
- En general, la inyección de aglutinante produjo una pieza más sostenible. La drástica reducción de las emisiones de GEI derivadas de la demanda de energía del proceso de inyección de aglutinantes frente a la fabricación tradicional fue, con mucho, el resultado más importante del estudio de YSE.
“La publicación de estos resultados es importante para la industria de la AM y para las empresas del sector manufacturero en general que buscan métodos de producción más sostenibles”, aseguró Sherri Monroe, directora ejecutiva de la AMGTA. “Con este estudio, somos capaces de cuantificar la menor demanda energética de la inyección de aglutinante frente a la fundición tradicional, al tiempo que posiblemente nos depare algunas sorpresas el insignificante impacto que ofrece el aligeramiento en este caso de uso específico”.
Uno de los motores del crecimiento anual de dos dígitos de la fabricación aditiva en la última década ha sido la adopción de la inyección de aglutinantes en múltiples sectores, impulsada por las ventajas de costos, la producción de grandes volúmenes y el potencial de mejora de la sostenibilidad.
Jonah Myerberg, director de Tecnología de Desktop Metal, afirma: “Estamos encantados de contar con otro estudio independiente de terceros que valida que la inyección de aglutinante es un enfoque más ecológico para la producción de piezas metálicas. Es necesario reducir las emisiones nocivas de la fabricación tradicional de metales con enfoques tecnológicos innovadores, pero los fabricantes necesitan datos sólidos, no engaños ecológicos, para tomar decisiones acertadas sobre cómo fabricar sus productos metálicos”. Este nuevo estudio de Yale, Trane Technologies y AMGTA demuestra lo que nuestro equipo de Desktop Metal ha creído durante mucho tiempo basándose en nuestra experiencia práctica: la inyección de aglutinante es una forma más ecológica de fabricar piezas metálicas”.
El estudio de dos años de YSE analizó el ciclo de vida de la fabricación de principio a fin de un conjunto de espirales compuesto por una espiral fija y una espiral orbital fabricado por Trane Technologies como parte de un sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado. La AMGTA encargó el estudio en 2021 para entender mejor el potencial de la inyección de aglutinante para sustituir a la fundición en arena tradicional como método de producción más sostenible. En el estudio, se evaluó un proceso de fundición tradicional seguido de pasos de mecanizado, chapado y acabado en México. El mismo diseño se evaluó mediante un proceso aditivo de impresión 3D, curado y sinterización, seguido de los mismos pasos de chapado y acabado en el mismo lugar de México.
Los resultados del estudio mostraron una reducción del 38% en las emisiones de GEI para el proceso de fabricación aditiva en comparación con el método tradicional basado en la fundición. Debido a la naturaleza de la inyección de aglutinante, los investigadores de YSE llegaron a la conclusión de que un rediseño para aligerar peso mediante una estructura de tipo enrejado podría no conducir necesariamente a reducciones adicionales de las emisiones de GEI, principalmente porque la mayor parte de la electricidad consumida relacionada con los pasos de impresión, curado y sinterización no se vería afectada por las estructuras de tipo enrejado. El análisis sugiere que una reducción de masa del 10% en el conjunto de pergaminos daría lugar a una reducción del 1% en las emisiones de GEI.
Las emisiones de GEI del ciclo de vida se vieron afectadas de forma significativa por la combinación energética local en el lugar de producción. Para este estudio, tanto el conjunto de piezas fabricadas de forma tradicional como el conjunto de piezas fabricadas de forma aditiva se evaluaron en la misma ubicación con la misma combinación energética. Los investigadores también evaluaron otras posibles ubicaciones de producción y sus correspondientes combinaciones energéticas. Los resultados indican que es necesario tener en cuenta la sensibilidad a la “limpieza” de la red al comparar la AM con los procesos tradicionales para garantizar una conclusión válida. Aunque la producción en una ubicación energética más sostenible aporta beneficios medioambientales a ambos procesos de producción, la diferencia de impacto medioambiental entre los métodos disminuye a medida que la combinación energética se hace más “ecológica”. Los volúmenes de producción también juegan un rol importante en las emisiones de GEI de la fabricación aditiva, especialmente para el uso menos eficiente de los volúmenes de construcción y las operaciones de lotes pequeños.
“Trane Technologies se compromete a desafiar audazmente lo que es posible para un mundo sostenible”, añadió Kevin Klug. “Eso incluye el diseño de soluciones avanzadas de climatización que puedan fabricarse y funcionar con un impacto medioambiental reducido”. La fabricación aditiva de metales (AM) se convertirá en una herramienta cada vez más viable en esa búsqueda, y la velocidad comparativamente más alta y el menor costo de la inyección de aglutinante entre las tecnologías de la AM la hacen particularmente prometedora para la fabricación de componentes de calefacción, ventilación y aire acondicionado en volúmenes de producción relevantes”.
“Este estudio en colaboración con Desktop Metal es una clara victoria para fabricantes como Trane, que están explorando opciones de fabricación más sostenibles. La inyección de aglutinante es una tecnología probada con ventajas claras y cuantificables sobre los métodos tradicionales”, aseguró Sherri Monroe. “Agradecemos el liderazgo de Trane en la búsqueda de prácticas más sostenibles, su participación en este estudio, su disposición a compartir sus procesos y datos, y su interés en compartir esta información con la comunidad de fabricantes en general”.
Los aspectos más destacados del estudio se pueden encontrar en el sitio web de la AMGTA, y se espera que los resultados completos se publiquen a principios de 2024 después de un proceso de revisión por pares. La AMGTA afirma que espera publicar investigaciones independientes adicionales a lo largo de 2023. Puede encontrar más información sobre este estudio y otros realizados por la AMGTA en su página web, www.AMGTA.org.
Acerca de la AMGTA
La AMGTA se lanzó en 2019 para entender mejor y promover los beneficios ambientales de la fabricación aditiva en toda la economía global. Los miembros de la AMGTA representan la totalidad del espectro de fabricación, desde el diseño y las materias primas hasta los productos finales y los usuarios, centrados en innovar productos mejores, más sostenibles y financieramente ventajosos a través de las mejores prácticas aditivas. Para obtener más información, comuníquese con Sherri Monroe o visite www.amgta.org.
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