飞机发动机支架的生命周期分析证明了增材制造轻量化的重要性

纽约州罗彻斯特--(美国商业资讯)--增材制作商绿色交易协会（“AMGTA”）是一个专注于开发和促进可持续增材制造行业实践的全球倡导组织，该组织今日宣布已经发布了其第一份独立研究，题为《低压涡轮(LPT)支架两种制造方法的生命周期评估比较研究》。该报告由AMGTA委托，由罗切斯特理工学院的Golisano可持续发展研究所撰写，通过生命周期评估（“LCA”）分析了商用航空低压涡轮支架，评估了(i)激光粉末床熔融（“LPBF”）增材制造（“AM”）与传统支架制造工艺相比较而言对制造性能的影响，以及(ii)支架重量减轻50%以上对飞机寿命的影响。虽然从比较的最终结果来看，对哪种制造方法使用的能源更多仍然没有定论，但结果证实了商业飞机发动机和机身轻量化对碳排放的巨大影响。

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LCA的主要结论包括以下几点。

• 制造方法尚无定论。使用三种不同的方法，LCA无法确定哪种制造方法（传统或增材制造）使用的能源更多。总的来说，这一中立的发现比之前的研究有所改进，即与传统方法相比，LPBF制造中使用的能源更高。
• 能源组合的重要性。该研究发现，到目前为止，决定生产可持续性的最大因素是生产设施在发电地点的能源组合，以及该电网是否使用可持续的方式生产。
• 对飞机轻量化的巨大影响。该研究非常清楚地表明，通过增材制造设计减轻飞机部件的重量，可显着减少飞机使用寿命期间的碳排放量，每减重1公斤，碳排放可减少13,376公斤。
• 总体而言，增材制造生产的零件更具可持续性。轻量化的影响是决定增材制造生产的部件比以传统方式设计和制造的部件更具可持续性的最重要因素。

AMGTA执行董事Sherri Monroe表示：“这篇经过同行评审的生命周期评估报告首开先河，是AMGTA的一个里程碑。这是我们第一次能够发布切实的结果，证明与传统方法相比，设计在增材制造中的重要性。这项研究展示了增材制造在未来飞机和发动机设计中的真正影响，预示着在其他行业和项目中使用类似策略会取得不错的效果。”

这项为期两年的研究使用三种LCA方法分析了两种支架，包括ReCiPe 2016版本1.1中点方法、累积能源需求v1.11方法和政府间气候变化专门委员会(IPCC) 2021 GWP100方法。三种方法中的两种表明，严格从制造的角度来看，生产传统支架所需的能源更少，而一种方法表明增材制造版本产生的二氧化碳更少。然而，在所有情况下，结果都表明，基础电网的能源组合对制造过程的可持续性有着巨大的影响。该LCA根据ISO 14040:2006(E)执行，并由EarthShift Global进行同行评审。

底层支架是为波音767飞机提供动力的每台GE Aviation CF6-80C2B6F涡轮发动机（共两台）上的12个支架之一，它将燃油歧管固定在发动机低压涡轮模块的外壳上。AMGTA之所以选择该支架，是因为它是一个相对简单的部件，易于检修和定位。支架的增材设计和制造由位于佛罗里达州好莱坞的Sintavia, LLC完成，并使用Höganäs AB Inconel 718粉末在EOS GmbH M290打印机上打印。传统部件由位于田纳西州的一家机械厂使用CNC工艺制造。优化后的增材制造支架比原来的版本轻了50%以上，即0.063公斤。Sintavia公司表示，优化后的支架在机械性能方面优于传统支架，尽管其重量减轻，但疲劳寿命却增加了。

虽然LPT支架的选择简单地展示了轻量化如何在飞机发动机上发挥作用，但AMGTA认为，当前LCA中体现的经验教训可供机身制造商和发动机制造商更广泛地应用于多个机械系统。此外，使用增材设计技术的运输轻量化方法不仅限于LPBF AM，因为其他增材技术（包括粘合剂喷射、定向能量沉积和聚合物印刷）也可以同样地去除车辆、飞机和船舶的多余重量。

Sintavia的CEO兼AMGTA主席Brian Neff表示：“这项研究强调了使用增材制造开发通过增材制造技术实现轻量化的优化部件和组件的重要性，目前没有其他可行的商业技术能像通过增材制造技术实现飞机部件轻量化那样，对碳排放产生如此直接的影响，我们现在已经有经过独立验证和同行评审的数据证明了这一点。我们期待着与Boeing、GE和所有行业的原始设备制造商合作，助力他们在现有和未来的平台上释放出增材制造的可持续潜力。”

Sherri Monroe补充道：“这项研究在生产和使用两个阶段的意义远远超出了这个特定的支架、飞机或制造行业。生产过程中的环境影响差异微不足道，再加上按需生产（按照特定的生产时间、地点、方式生产）的好处，有助于提供更具弹性、高效和可持续的供应链，这对制造业生态系统提供更可持续的解决方案具有重大影响。”

“虽然这项研究对飞机发动机和机身制造有着直接的影响，但使用阶段的发现结果扩展到了飞机上任何可能进行轻量化的部件（机械系统、座椅、服务车、厨房），并且远远超出了飞机，还扩展到了由发动机或电机提供动力支持的任何设备（车辆、船舶、火车、机器人）。航空航天的能源需求很大，这使其成为最大、最明显和最直接的受益者。”

AMGTA表示，他们预计将在2023年全年发表更多的独立研究。关于LCA的更多信息，请访问AMGTA网站：www.amgta.org。

关于AMGTA

AMGTA成立于2019年，旨在更好地了解和促进增材制造在全球经济中的环境效益。AMGTA成员是制造行业各个领域（从设计和原材料到最终产品和用户）的代表，专注于通过增材制造最佳实践来进行创新，打造更好、更可持续并且更具经济优势的产品。欲了解更多信息，请联系Sherri Monroe或访问www.amgta.org。

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A comparison of the AM-designed bracket (left) and the traditional version (right). (Photo: Business Wire)