친환경적: 스크랩으로 '되돌리기'

Jul 09, 2023

누군가가 "스크랩" 또는 "되돌리기"라고 말하면 어떻게 생각하시나요? 사전을 찾아보면 "쓸모없는", "무가치한", "무효한"과 같은 동의어를 볼 수 있습니다. 이러한 연관성은 깊게 자리 잡고 있으며 이러한 인식을 바꾸는 것은 어려운 일입니다. 그러나 적층 제조(AM) 산업이 상업적, 환경적 지속 가능성을 개선하려면 스크랩에 대한 우리의 생각을 바꾸는 것, 즉 전체 개념을 반박하는 것은 우리가 받아들여야 하는 것입니다.

재활용, 재작업 또는 재생 재료에 대한 제조업체의 우려를 해소하려면 독립적인 자격이 핵심입니다. 실제 생산 표준에 대한 엄격한 테스트를 통해 기존 협회에 도전할 수 있으며 AM은 자신있게 보다 지속 가능한 경로를 채택할 수 있습니다.

제조는 본질적으로 환경에 영향을 미칩니다. 돌, 나무, 광물, 금속 등 자연 세계의 일부를 가져와 유용한 것으로 바꾸는 것은 기본 자원을 추출하고 이를 변환하는 데 에너지와 추가 자원을 소비하는 것을 의미합니다.

작업할 올바른 형태로 재료를 얻는 것만으로도 가장 큰 생태학적, 경제적 영향이 발생합니다. 추출, 가공, 정제, 운송 및 그에 따른 폐기물 흐름은 물리적 제조 공정에서 사용되는 에너지보다 지속 가능성에 훨씬 더 큰 영향을 미칩니다.

금속 및 합금은 추출 및 가공 시 특정 과제를 제기하며 여러 가공 단계에서 막대한 양의 에너지와 자원이 필요합니다. 철강산업은 전 세계 탄소배출량의 약 7%를 차지하는 것으로 추산된다. 한편으로, 2021년에 전 세계적으로 약 20억 미터톤의 조강이 생산되었다는 점을 고려하면 이는 놀라운 일이 아닐 것입니다. 그러나 이는 또한 순 제로를 향한 경쟁에서 금속 및 합금 가치 사슬의 탄소 배출을 줄이는 것이 미칠 수 있는 엄청난 영향을 나타냅니다.

파우더 베드 공정은 레이저 또는 전자빔 전원을 사용하는 가장 일반적으로 사용되는 금속 AM 기술입니다. AM은 글로벌 제조 산업의 맥락에서 사용되는 재료와 생성되는 부품에서 아주 작은 비율을 차지하고 있지만, 그 프로세스는 빠르게 성장하고 있습니다.

기술이 성숙해짐에 따라 AM의 능력과 제조 요구 사항 간의 격차가 줄어들고 있으며 애플리케이션 개발을 위한 더 많은 접점이 생성되고 있습니다.

AM 프로세스의 반복성, 품질, 자격 및 인증이 더욱 강조되고 있습니다. AM 생태계에 대한 점점 더 전체적인 관점이 기술을 진정한 산업화로 이끌고 있습니다.

또한 제조 요구 사항은 AM의 기능에 더 가까워지는 방식으로 변화하고 있습니다. 더 짧은 실행 시간, 적시 제조, 주문형 예비 부품 모두 AM을 활용하고 적층 제조 부품이 기존 제조를 대체할 수 있게 해줍니다. 따라서 AM이 현재 지속 가능성에 주의를 기울이는 것이 중요하며, 이를 통해 앞으로 더 많은 채택을 통해 그 영향이 더욱 커질 수 있습니다.

재료 선택은 제조 전반에 걸쳐 지속 가능성 목표를 달성하는 핵심 구성 요소입니다. 이것이 금속 분말보다 더 분명하게 나타나는 곳은 없습니다. 가스 원자화(GA) 및 플라즈마 원자화(PA)와 같은 기존 분말 생산 ​​기술은 상당히 비효율적이며 환경에 해를 끼칩니다.

금속-AM 분말을 생성하는 가장 일반적인 기술인 GA는 일반적으로 크기가 1~250미크론인 분말 입자를 생성합니다. 그러나 레이저-분말층 융합(LPBF) 기계는 15~63미크론 창 내에서만 분말 입자 크기를 처리할 수 있습니다(개별 시스템이나 애플리케이션에 따라 이 창이 훨씬 더 좁아지는 경우가 많습니다).

PA는 GA와 마찬가지로 낮은 수율을 공유하므로 모든 원자화된 생산 분말은 AM에 거의 적합하지 않습니다. 이는 유용한 부분이 생성된 크기가 작은 분말의 환경적, 경제적 무게를 부담한다는 것을 의미합니다. 잘못된 크기의 재료는 종종 되돌리기 제조 공정으로 다시 투입되어 더 많은 에너지를 사용하고 아무런 가치도 추가하지 않고 탄소 발자국을 추가합니다. 티타늄은 특히 소각되거나 매립지로 보내지는데, 이는 그 자체로 환경적인 문제를 안고 있습니다.