AMGTA의 새로운 연구, 바인더 젯 3D 프린팅의 지속 가능한 이점 입증

뉴헤이븐, 코네티컷 -- 비즈니스와이어 -- 지속 가능한 적층 제조(AM) 산업 관행을 홍보하는 데 주력하는 글로벌 옹호 단체인 적층 제조업체 친환경 무역협회(Additive Manufacturer Green Trade Association, AMGTA)는 라이프 사이클 분석 연구인 ‘라이프 사이클 비교 평가: 산업용 부품용 주조 대 바인더 분사 비교(Comparative Life-Cycle Assessment: Comparison of Casting vs Binder Jetting for an Industrial Part)’의 예비 결과를 오늘 발표했다. AMGTA의 위탁으로 예일 환경대학원(YSE)이 양산용 AM 기술의 글로벌 리더 데스크톱 메탈(Desktop Metal)(뉴욕증권거래소: DM) 및 글로벌 기후 혁신 기업 트레인 테크놀로지(Trane Technologies)(뉴욕증권거래소: TT)와 협력해 수행한 이 연구는 트레인의 HVAC 시스템에서 강철 스크롤 냉각기를 분석해 바인더 젯 3D 프린팅과 기존 금속 주조의 제조 영향을 비교했다. 예비 결과에 따르면 바인더 젯 공정을 통해 온실가스(GHG) 배출량이 38%로 크게 감소했는데 이는 주로 생산 단계에서 감소 에너지 수요로 인한 것으로 확인됐다.

트레인 테크놀로지의 수석 적층 제조 엔지니어인 케빈 클럭(Kevin Klug)은 “이 프로젝트 이전에는 바인더 젯과 기존 제조 방식의 수명 주기 배출량에 대한 불확실성이 AM 채택의 장벽이었다. 하지만 이 연구 결과를 통해 위험은 가장 낮고 잠재적 이익은 가장 높은 제품 설계 주기 초기에 AM의 비용, 생산성 및 환경 영향을 종합적으로 고려할 수 있어서 트레인 테크놀로지는 더 나은 입지에 있게 됐다”고 말했다

연구의 주요 내용:

·온실가스 배출의 현저한 감소: 적층 공정은 연구 대상 부품의 바인더 젯을 기존 주조와 비교할 때 온실가스 배출량이 38% 감소한 것으로 나타났다.

·에너지 믹스의 중요성: 이전 결과들과 유사하게 이번 연구에서도 발전 위치에서 제조 시설의 에너지 믹스와 에너지 그리드가 지속 가능한 수단을 사용해 생산됐는지 여부가 온실가스 배출에 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났다.

·경량화를 위한 재설계의 가치는 미미함: 이 연구에 따르면 격자형 구조를 사용하여 경량화를 위해 스크롤 냉각기를 재설계하는 잠재적 이점은 온실가스 배출량 면에서 사소했다. 생산되는 부품의 전체 치수와 인쇄 볼륨의 효율적인 사용이 경량화보다 훨씬 더 중요한 요소였다. 하지만 경량화는 이 연구에 포함되지 않은 사용 단계에서 환경적 이점을 제공할지도 모른다.

·재료 생산 영향: 이 연구에 따르면 원료 분말 생산이 환경에 미치는 영향이 주조 강철에 대한 영향의 약 2배로 나타났으나, 이러한 증가는 전체 GHG 배출량의 작은 일부일 뿐이며 전체 결과에서 중요한 역할을 하지 않았다.

·전반적으로 바인더 젯이 더욱 지속 가능한 부품을 생산: 전통적인 제조 방식에 비해 바인더 젯 방식에서 에너지 수요로 인해 GHG 배출량이 극적으로 감소한다는 것이 YSE 연구에서 가장 중요한 발견이었다.

AMGTA의 책임자 셰리 먼로(Sherri Monroe)는 “이러한 연구 결과의 발표는 AM 업계와 더욱 지속 가능한 생산 방법을 찾고 있는 광범위한 제조 부문의 회사들에 의미 있는 일이다. 연구를 통해 기존 주조에 비해 바인더 젯의 감소된 에너지 수요를 정량화할 수 있는 동시에 특정 사용 사례에서 경량화가 제공하는 영향이 무시할 만한 수준이라는 알게 돼 놀랍다”고 말했다.

10년 동안 적층 제조 분야에서 연간 두 자릿수 성장을 기록할 수 있었던 동력은 비용 이점, 대량 생산 및 지속 가능성 이익에 대한 잠재력에 힘입어 여러 산업에 걸쳐 바인더 젯이 채택된 것이었다.

데스크톱 메탈의 최고 기술 책임자인 조나 마이어버그(Jonah Myerberg)는 “바인더 젯이 금속 부품 생산을 위한 더욱 친환경적인 접근 방식임을 입증하는 또 다른 독립적인 제3자 연구가 나와 기쁘다. 전통적인 금속 제조에서 발생하는 유해한 배출은 혁신적인 기술 접근 방식으로 줄여야 하지만 제조업체는 금속 제품을 생산하는 좋은 방법을 선택하기 위해 그린워싱(greenwashing)이 아닌 건전한 데이터가 필요하다. 예일, 트레인 테크놀로지 및 AMGTA가 수행한 이 새로운 연구는 데스크톱 메탈 팀이 실무 경험을 바탕으로 오랫동안 믿어온바, 즉 바인더 젯이 금속 부품을 제조하는 더욱 친환경적인 방법이라는 믿음을 입증하고 있다”고 밝혔다.

2년에 걸친 YSE 연구에서는 트레인 테크놀로지에서 HVAC 시스템의 일부로 제조한 고정 스크롤과 선회 스크롤로 구성된 스크롤 세트에서 크래들에서 게이트까지 제조 수명 주기를 분석했다. AMGTA는 2021년에 보다 지속 가능한 생산 방법으로 기존의 모래 주조를 대체할 수 있는 바인더 젯의 잠재력을 더 잘 이해하기 위해 연구를 의뢰했다. 이 연구는 멕시코에서 기계 가공, 도금 및 마감 단계가 뒤따르는 전통적인 주조 공정을 평가했다. 동일한 스크롤 세트 디자인이 3D 인쇄, 경화 및 소결의 적층 바인더 젯 공정을 통해 평가됐으며, 멕시코의 동일한 위치에서 동일한 도금 및 마감 단계가 이어졌다.

연구 결과에 따르면 전통적인 주조 기반 방법에 비해 적층 제조 공정에서 온실가스 배출량이 38% 감소했다. YSE의 연구자들의 결론은 바인더 젯의 성질 때문에 격자형 구조를 사용 경량화를 위한 재설계를 한다고 해서 반드시 GHG 배출량의 추가 감소로 이어지지 않을 수 있으며, 이는 인쇄, 경화 및 소결 단계와 관련하여 소비되는 대부분의 전기가 격자형 구조의 영향을 받지 않기 때문이라는 것이다. 이 분석은 스크롤 세트의 10% 질량 감소가 GHG 배출량의 1% 감소로 이어짐을 시사한다.

수명 주기 GHG 배출량은 생산 현장의 국부적 에너지 믹스에 의해 유의미한 영향을 받았다. 이 연구에서는 전통적으로 제조된 부품 세트와 적층 제조된 부품 세트 모두 동일한 에너지 믹스로 동일한 위치에서 평가되었다. 연구자들은 또한 추가적인 잠재적인 생산 위치와 그에 상응하는 에너지 믹스도 평가했다. 연구 결과는 유효한 결론을 보장하려면 기존 프로세스와 AM을 비교할 때 그리드 ‘청정성(cleanness)’에 대한 민감도를 고려해야 함을 보여준다. 보다 지속 가능한 에너지 위치에서 생산하면 두 생산 공정 모두에 환경적 이점을 제공하지만 에너지 믹스의 ‘친환경’ 정도가 높아짐에 따라 방법 간의 환경적 영향의 차이는 감소한다. 생산량도 적층 제조의 GHG 배출에 중요한 역할을 했는데, 특히 빌드 볼륨의 사용 효율성이 줄고 소규모 배치 작업인 경우에 더욱 그러했다.

케빈 클럭은 “트레인 테크놀로지는 지속 가능한 세상을 위해 가능한 것에 대담하게 도전하기 위해 최선을 다하고 있다. 여기에는 환경에 미치는 영향을 줄이면서 제조 및 작동할 수 있는 고급 기후 제어 솔루션 설계가 포함된다. 금속 적층 제조(AM)는 이를 추구하는 데 있어 점점 더 현실적인 도구가 될 것이며 AM 기술 중에서 바인더 젯은 상대적으로 더 빠른 속도와 더 낮은 비용 덕분에 적절한 생산량으로 HVAC 구성 요소를 제조하는 분야에서 특히 유망하다”고 덧붙였다.

셰리 먼로(Sherri Monroe)는 “데스크톱 메탈과 공동으로 진행한 이 연구는 보다 지속 가능한 제조 옵션을 모색하고 있는 트레인과 같은 제조업체의 확실한 승리이다. 바인더 젯은 기존 방법에 비해 명확하고 정량화할 수 있는 이점이 있는 입증된 기술이다. 우리는 더욱 지속 가능한 관행을 추구하는 트레인의 리더십을 높이 평가하며 이 연구에 참여하고, 공정 및 데이터를 기꺼이 공유하고, 이 정보를 더 광범위한 제조 커뮤니티와 공유하려는 관심에 감사드린다”고 말했다.

연구의 주요 내용은 AMGTA 웹사이트에서 확인할 수 있으며 전체 결과는 피어 리뷰 과정을 거쳐 2024년 초에 발표될 예정이다. AMGTA는 2023년 전반에 걸쳐 독립 연구를 추가로 발표할 예정이라고 한다. 이 연구 및 AMGTA가 수행한 다른 연구에 대한 추가 정보는 AMGTA 웹사이트 www.AMGTA.org 에서 찾을 수 있다.

AMGTA 소개

AMGTA는 세계 경제 전반에 걸쳐 적층 제조의 환경적 이점을 더 잘 이해하고 증진하기 위해 2019년에 시작됐다. AMGTA 회원사는 설계 및 원자재에서 최종 제품 및 사용자에 이르는 전체 제조 스펙트럼을 대표하며, 최상의 적층 제조 관행을 통해 더 우수하고 지속 가능하며 재정적으로 우위에 있는 제품 혁신에 중점을 두고 있다. 자세한 내용은 셰리 먼로에게 문의하거나 www.amgta.org 를 방문하면 된다.

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사진/멀티미디어 자료: https://www.businesswire.com/news/home/53489839/en

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출처:Additive Manufacturer Green Trade Association

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