Une étude de la Yale School of the Environment révèle une réduction considérable des émissions de gaz à effet de serre par rapport aux méthodes de moulage traditionnelles

NEW HAVEN, Connecticut–(BUSINESS WIRE)–L’Additive Manufacturer Green Trade Association (« AMGTA »), un groupe de défense mondial axé sur la promotion des pratiques durables de l’industrie de la fabrication additive (AM), a annoncé aujourd’hui les résultats préliminaires d’une étude d’analyse du cycle de vie intitulée « Comparative Life-Cycle Assessment: Comparison of Casting vs Binder Jetting for an Industrial Part. » L’étude, commandée par l’AMGTA et réalisée par la Yale School of the Environment (YSE) en partenariat avec Desktop Metal (NYSE : DM), un leader mondial des technologies AM pour la production en série, et Trane Technologies (NYSE : TT), innovateur mondial en matière de climat, a analysé un refroidisseur à spirale en acier dans un système CVC de Trane afin de déterminer l’impact comparatif sur la fabrication de l’impression 3D par jet de liant par rapport au métal coulé traditionnel. Les résultats préliminaires ont confirmé une réduction spectaculaire de 38 % des émissions de gaz à effet de serre (GES) grâce au processus de jet de liant, principalement en raison de la réduction de la demande d’énergie pendant la phase de production.

« Avant ce projet, l’incertitude concernant les émissions de gaz à effet de serre sur le cycle de vie du jet de liant par rapport aux méthodes de fabrication conventionnelles constituait un obstacle à l’adoption de l’AM », déclare Kevin Klug, ingénieur en chef de la fabrication additive chez Trane Technologies. « Grâce aux résultats de cette étude, Trane Technologies est mieux à même de prendre en compte les coûts, la productivité et l’impact environnemental de l’AM à un stade précoce du cycle de conception d’un produit, lorsque le risque est le plus faible et que les avantages potentiels sont les plus importants. »

Les principaux enseignements de l’étude sont les suivants :

  • Une réduction significative des émissions de gaz à effet de serre. Le processus additif a montré une réduction de 38 % des émissions de gaz à effet de serre basée sur le jet de liant par rapport au moulage traditionnel pour les pièces étudiées.
  • L’importance du bouquet énergétique. Comme les résultats précédents, l’étude a montré que le bouquet énergétique de l’installation de fabrication sur le lieu de production, et le fait que ce réseau énergétique ait été produit par des moyens durables, avaient un impact significatif sur les émissions de gaz à effet de serre.
  • Une valeur négligeable de la reconception pour l’allègement. L’étude a montré que les avantages potentiels d’une nouvelle conception du refroidisseur à spirale pour l’alléger au moyen d’une structure en treillis étaient insignifiants vis-à-vis des émissions de GES. Les dimensions globales des pièces produites et l’utilisation efficace des volumes d’impression ont joué un rôle beaucoup plus important que l’allègement. L’allègement peut apporter des avantages environnementaux dans la phase d’utilisation, qui n’est pas prise en compte dans cette étude.
  • Les impacts de la production de matériaux. Bien que cette étude ait montré que les impacts environnementaux de la production de poudre source étaient environ deux fois plus importants que ceux de la coulée d’acier, cette augmentation ne représentait qu’une petite partie des émissions globales de gaz à effet de serre et n’a pas joué un rôle significatif dans les résultats globaux.
  • Dans l’ensemble, le jet de liant a produit une pièce plus durable. La réduction spectaculaire des émissions de gaz à effet de serre liées à la demande d’énergie dans le cas de la technique de jet de liant par rapport à la fabrication traditionnelle est de loin la conclusion la plus importante de l’étude de l’YSE.

« La publication de ces résultats est importante pour l’industrie de l’AM et pour les entreprises du secteur manufacturier au sens large qui recherchent des méthodes de production plus durables », déclare Sherri Monroe, directrice exécutive de l’AMGTA. « Grâce à cette étude, nous sommes en mesure de quantifier la réduction de la demande d’énergie du jet de liant par rapport à la coulée traditionnelle, tout en apportant quelques surprises quant à l’impact négligeable de l’allègement dans ce cas d’utilisation spécifique. »

L’un des moteurs de la croissance annuelle à deux chiffres de la fabrication additive au cours de la dernière décennie a été l’adoption du jet de liant dans de multiples industries, motivée par les avantages en termes de coûts, la production de grands volumes et le potentiel de gains en matière de durabilité.

« Nous sommes ravis de disposer d’un autre élément de recherche indépendant et tiers qui valide la façon dont le jet de liant est une approche plus écologique de la production de pièces métalliques », déclare Jonah Myerberg, directeur de la technologie chez Desktop Metal. « Les émissions nocives de la fabrication traditionnelle de métaux doivent être réduites grâce à des approches technologiques innovantes, mais les fabricants ont besoin de données solides, et non d’écoblanchiment, pour faire les bons choix quant à la façon dont ils fabriquent leurs produits métalliques. Cette nouvelle étude de Yale, Trane Technologies et l’AMGTA démontre ce que l’équipe de Desktop Metal pense depuis longtemps sur la base de son expérience pratique : le jet de liant est un moyen plus écologique de fabriquer des pièces métalliques. »

L’étude de l’YSE, qui a duré deux ans, a analysé le cycle de vie de la fabrication, depuis l’extraction des matières premières jusqu’aux portes de l’usine, d’un jeu de spirales composé d’une spirale fixe et d’une spirale orbitale fabriquées par Trane Technologies dans le cadre d’un système de climatisation. L’AMGTA a commandé cette étude en 2021 afin de mieux comprendre le potentiel du jet de liant pour remplacer la coulée de sable traditionnelle en tant que méthode de production plus durable. L’étude a évalué un processus de moulage traditionnel suivi d’étapes d’usinage, de placage et de finition au Mexique. La même conception de jeu de spirales a été évaluée dans le cadre d’un processus additif d’impression 3D, de durcissement et de frittage par jet de liant, suivi des mêmes étapes de placage et de finition au même endroit au Mexique.

Les résultats de l’étude ont montré une réduction de 38 % des émissions de gaz à effet de serre pour le processus de fabrication additive par rapport à la méthode traditionnelle basée sur le moulage. En raison de la nature du jet de liant, les chercheurs de l’YSE ont conclu qu’une nouvelle conception pour l’allègement par l’intermédiaire d’une structure en treillis ne conduirait pas nécessairement à des réductions supplémentaires des émissions de GES, principalement parce que la majorité de l’électricité consommée liée aux étapes d’impression, de durcissement et de frittage ne serait pas affectée par les structures en treillis. L’analyse suggère qu’une réduction de masse de 10 % du jeu de spirales entraînerait une réduction de 1 % des émissions de GES.

Les émissions de GES sur l’ensemble du cycle de vie ont été fortement influencées par le bouquet énergétique local sur le site de production. Pour cette étude, l’ensemble de pièces fabriquées de manière traditionnelle et l’ensemble de pièces fabriquées de manière additive ont été évalués sur le même site avec le même bouquet énergétique. Les chercheurs ont également évalué d’autres sites de production potentiels et leurs bouquets énergétiques correspondants. Les résultats indiquent qu’une telle sensibilité à la « propreté » du réseau doit être prise en compte lors de la comparaison entre la fabrication additive et les processus traditionnels afin de garantir une conclusion valable. Si la production d’un site énergétique plus durable présente des avantages environnementaux pour les deux processus de production, la différence d’impact environnemental entre les méthodes s’estompe à mesure que la combinaison énergétique devient plus « verte ». Les volumes de production jouent également un rôle important dans les émissions de GES de la fabrication additive, en particulier dans le cas d’une utilisation moins efficace des volumes de construction et des opérations en petits lots.

« Trane Technologies s’engage à redéfinir avec audace ce qui est possible pour un monde durable », ajoute Kevin Klug. « Cela inclut la conception de solutions de climatisation avancées qui peuvent être fabriquées et exploitées avec un impact réduit sur l’environnement. La fabrication additive métallique (AM) va devenir un outil de plus en plus viable dans cette quête et la vitesse comparativement plus élevée et le coût plus faible du jet de liant parmi les technologies AM le rendent particulièrement prometteur pour la fabrication de composants HVAC à des volumes de production pertinents. »

« Cette étude réalisée en collaboration avec Desktop Metal est une victoire évidente pour les fabricants tels que Trane, qui explorent des options de fabrication plus durables. Le jet de liant est une technologie éprouvée qui présente des avantages clairs et quantifiables par rapport aux méthodes traditionnelles », déclare Sherri Monroe. « Nous apprécions le leadership de Trane dans la recherche de pratiques plus durables, sa participation à cette étude, sa volonté de partager ses processus et ses données et son intérêt pour le partage de ces informations avec l’ensemble de la communauté manufacturière. »

Les principaux points de l’étude peuvent être consultés sur le site Web de l’AMGTA et les résultats complets devraient être publiés au début de 2024 à la suite d’un processus d’examen par les pairs. L’AMGTA indique qu’elle prévoit de publier d’autres recherches indépendantes tout au long de l’année 2023. Des informations supplémentaires sur cette étude et d’autres menées par l’AMGTA sont disponibles sur le site Web de l’AMGTA, www.AMGTA.org.

À propos de l’AMGTA

L’AMGTA a été lancée en 2019 pour mieux comprendre et promouvoir les avantages environnementaux de la fabrication additive dans l’économie mondiale. Les membres de l’AMGTA représentent l’ensemble du spectre de la fabrication, de la conception et des matières premières aux produits finaux et aux utilisateurs, axés sur l’innovation de produits meilleurs, plus durables et financièrement avantageux grâce aux bonnes pratiques de la fabrication additive. Pour plus d’informations, veuillez contacter Sherri Monroe ou rendez-vous sur www.amgta.org.

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