Sut gall argraffu metel 3D helpu'r diwydiant ynni i leihau ei ôl troed carbon?

1. Y newid yn y defnydd o ddeunyddiau: o "weithgynhyrchu tynnol" i "-dwf ar alw"
Mae castio, gofannu a pheiriannu yn rhai o'r ffyrdd traddodiadol o weithio gyda metel, ond fel arfer dim ond 30% o'r deunydd y maent yn ei ddefnyddio. Er enghraifft, mae angen i weithrediadau gofannu traddodiadol droi ingotau dur sy'n 3 metr o led yn werthydau sy'n 1.5 metr o led. Mae tua 70% o'r metel yn cael ei dorri'n sgrap yn ystod y broses hon.Argraffu metel 3Dyn gallu defnyddio mwy na 90% o'r deunydd trwy bentyrru haenau ar ben ei gilydd. Mae Platinwm Technology yn gwneud siambrau gwthio injan roced ar gyfer cwmnïau awyrofod masnachol. Mae'r gyfradd defnyddio deunydd wedi cynyddu o 15% mewn technegau traddodiadol i 92% ar ôl argraffu 3D. Mae pwysau pob rhan wedi'i dorri 60%, sy'n golygu bod allyriadau carbon yn ystod y cam lansio roced yn is.
Yr elfen "mowld digidol" o argraffu 3D yw'r hyn sy'n gwneud y deunydd yn fwy effeithlon. Mewn gweithgynhyrchu traddodiadol, mae'n rhaid gwneud mowldiau o flaen amser, sy'n ei gwneud hi'n ddrud i addasu dyluniadau. Mewn argraffu 3D, mae modelau digidol yn gyrru cynhyrchiad yn uniongyrchol, sy'n ei gwneud hi'n hawdd ymgorffori dyluniad optimeiddio topoleg yn gyflym. Mae timau rasio Ewropeaidd yn defnyddio technoleg SLM (Toddi Laser Dewisol) i wneud pen silindr yr injan, sy'n torri pwysau 66%, cyfaint o 65%, ac ardal afradu gwres arwyneb 40%. Mae hefyd yn gwella effeithlonrwydd tanwydd ar unwaith 12% tra'n cadw ei gryfder gwreiddiol. Mae'r lefel hon o ryddid dylunio yn gadael i offer ynni fynd y tu hwnt i ffiniau mecanyddol strwythurau traddodiadol, gan ganiatáu ar gyfer "dylunio ar gyfer ymarferoldeb" yn lle "dylunio ar gyfer gweithgynhyrchu."
2. Ailadeiladu-carbon isel o'r pen cynhyrchu ynni: symud o weithgynhyrchu canolog i weithgynhyrchu gwasgaredig
Mae'r ffordd draddodiadol o wneud offer ynni yn dibynnu'n fawr ar y gadwyn gyflenwi fyd-eang. Mae'r cysylltiad logisteg o gael deunyddiau crai i'w rhoi at ei gilydd ar ddiwedd y broses yn cyfrif am fwy na 30% o allyriadau carbon cylch bywyd cyfan. Mae gallu argraffu metel 3D i wneud pethau'n lleol yn datrys y broblem hon. Er enghraifft, gyda chynhyrchiad canoledig nodweddiadol, mae'n rhaid cludo rhannau o Tsieina i wahanol ranbarthau o'r byd. Gyda thechnoleg argraffu 3D, fodd bynnag, gall pob pwynt gosod wneud pethau ar unwaith. Cynhyrchodd Bering 3D fraced solar ar gyfer mannau anghysbell yn Affrica sy'n cael ei argraffu ar y safle gyda-powdr dur gwrthsefyll tywydd. Mae hyn yn golygu nad oes rhaid iddo gael ei gludo ar draws ffiniau na’i storio, ac mae’n torri ôl troed carbon un system 45%.
Mae manteision argraffu 3D ar gyfer gweithgynhyrchu gwasgaredig yn fwy yn y busnes ynni niwclear. Er mwyn llunio generaduron stêm ynni niwclear traddodiadol, mae'n rhaid symud degau o filoedd o ffitiadau pibellau i safle'r orsaf ynni niwclear. Fodd bynnag, gall offer laser BLT Platinum Technology S1500 aml wneud yr un peth gydag un pwysau o 1.5 tunnell, sy'n byrhau'r pellter o draws-cyfandirol i ardal y gwaith. Mae'r fethodoleg "gweithgynhyrchu a gosod" hon wedi torri 70% ar yr amser y mae'n ei gymryd i osod gorsaf ynni niwclear CGN benodol, wedi torri 90% ar faint o weldio sydd ei angen ar y safle, ac wedi lleihau allyriadau carbon yn ystod y gwaith adeiladu 23,000 tunnell.
3. Naid perfformiad offer ynni glân: o optimeiddio strwythurau i integreiddio swyddogaethau
Mae datblygiad offer ynni yn symud tuag at "defnydd o ynni isel perfformiad uchel" diolch i argraffu 3D metel. Ym maes ynni gwynt, mae argraffu 3D wedi dod o gwmpas y problemau sydd gan ddulliau castio traddodiadol gyda phensaernïaeth rhwydwaith cneifio llafn. Gan ddefnyddio technoleg bondio jet gludiog (BJT), mae cysylltwyr gwreiddiau llafn tyrbin gwynt lefel 100 metr Vestas yn gwneud y gwaith adeiladu yn haws i'w roi at ei gilydd. Roedd yn arfer cymryd 127 o gydrannau i wneud un darn. Mae hyn yn gostwng trorym cychwyn y llafnau 18% tra'n eu cadw rhag blino. Mae hefyd yn cynyddu faint o bŵer a gynhyrchir bob blwyddyn 3.2%.
Mae gallu argraffu 3D i gyfuno sawl rhan yn un darn hefyd yn ddefnyddiol ar gyfer gwneud-offer wedi'i bweru gan hydrogen. Mae angen y broses stampio draddodiadol i wneud mwy na 200 o fowldiau sianel llif annibynnol ar gyfer plât deubegwn pentwr celloedd tanwydd Toyota Mirai. Fodd bynnag, gall argraffu 3D wneud plât deubegwn integredig yn uniongyrchol gyda sianeli llif serpentine, tyllau ar gyfer synwyryddion tymheredd, a thyllau ar gyfer trylediad hydrogen. Mae hyn yn cynyddu dwysedd pŵer y stac 25% a chyfradd defnyddio hydrogen 15%. Mae'r integreiddio swyddogaethol hwn nid yn unig yn defnyddio llai o ddeunydd, ond mae hefyd yn lleihau faint o ynni y mae'r system yn ei ddefnyddio i redeg trwy optimeiddio'r llwybrau y mae ynni'n eu cymryd.
4. Dal a Defnyddio Carbon: O Syniad i Ymarfer Peirianneg
Mae argraffu 3D yn datrys y broblem dechnegol mewn dal carbon sy'n ei gwneud hi'n amhosibl i ddulliau traddodiadol wneud strwythurau mewnol cymhleth. Mae angen hidlwyr gyda degau o filoedd o dyllau maint micron ar gyfer y system Dal Aer Uniongyrchol (DAC), a dim ond llai na 30% o'r gwaith y mae dulliau prosesu nodweddiadol yn ei gael. Ond gall argraffu 3D gadw gwallau maint mandwll i fewn ± 5 μ m. Mae gan yr adweithydd dal carbon a wnaeth 3D Systems ar gyfer AirCapture deirgwaith yr ardal cyfnewid gwres oherwydd optimeiddio topoleg. Mae hyn yn golygu y gall gasglu 40% yn fwy o garbon fesul cyfaint uned. Ar yr un pryd, mae pwysau'r offer wedi gostwng o 12 tunnell i 3.8 tunnell. Mae hyn yn golygu bod allyriadau carbon yn llawer is yn ystod cludo a gosod.
Mae hyd yn oed yn fwy diddorol bod argraffu 3D yn sicrhau bod technolegau defnyddio carbon ar gael yn ehangach. Mae Norwegian Carbon Clean yn defnyddio adweithydd trawsnewid carbon modiwlaidd a wneir gan argraffu 3D i wneud y broses o droi CO ₂ yn fethanol 85% yn fwy effeithlon o ran ynni, sydd 22 pwynt canran yn fwy effeithlon na'r dulliau presennol. Yr union reolaeth o strwythurau cynnwrf y tu mewn i'r adweithydd trwy argraffu 3D yw'r hyn sy'n gwneud y hwb hwn mewn effeithlonrwydd yn bosibl. Mae'n cynyddu'r ardal lle mae nwy a hylif yn dod i gysylltiad 60% a'r gyfradd adwaith deirgwaith.
5. Trawsnewidiad gwyrdd ecoleg ddiwydiannol: symud o economi llinol i un gylchol
Mae nodweddion dolen gaeedig argraffu 3D metel yn newid y gadwyn ynni diwydiannol. Gall dull cylchrediad powdr Platinwm Technology godi cyfradd adfer tasgu metel wrth argraffu i 99.2%. Pan gaiff ei ddefnyddio gydag offer adfer nwy argon, gall dorri allyriadau carbon 187 tunnell y flwyddyn ar gyfer un uned yn unig. Mae Astudiaeth Uwch Chuangcai wedi defnyddio algorithmau AI i greu powdr aloi titaniwm wedi'i adfywio. Mae gan y powdr hwn rinweddau mecanyddol sydd hyd at 98% o'r powdr gwreiddiol, ac mae'n costio 40% yn llai i'w wneud. Mae State Power Investment Corporation wedi ei ddefnyddio i wneud cregyn batris storio ynni.
Mae'r ymagwedd economi gylchol hon yn lledaenu i ardaloedd eraill. Mae Siemens Energy yn adeiladu ffatri yn Ninas Newydd NEOM Saudi Arabia i wneud hydrogen gwyrdd. Mae ei holl beiriannau argraffu 3D yn fodiwlaidd, sy'n golygu y gellir eu tynnu'n ddarnau safonol a'u hargraffu i beiriannau newydd ar ôl nad oes eu hangen mwyach. Mae hyn yn golygu bod 95% o'r adnoddau yn cael eu defnyddio yn ystod cylch bywyd cyfan y peiriant. Mae'r ddolen gaeedig hon o "adfywio defnydd gweithgynhyrchu" yn dangos bod offer ynni yn newid o "nwyddau traul" i "nwyddau gwydn."