Bagaimanakah percetakan 3D logam boleh membantu industri tenaga mengurangkan jejak karbonnya?

1. Peralihan dalam penggunaan bahan: daripada "pengilangan subtraktif" kepada "pertumbuhan-atas permintaan"
Penuangan, penempaan dan pemesinan adalah beberapa cara tradisional untuk bekerja dengan logam, namun ia biasanya hanya menggunakan 30% daripada bahan tersebut. Sebagai contoh, operasi penempaan tradisional perlu menukar jongkong keluli selebar 3 meter menjadi gelendong selebar 1.5 meter. Kira-kira 70% daripada logam dicincang menjadi sekerap semasa proses ini.Percetakan 3D logamboleh menggunakan lebih daripada 90% bahan dengan menyusun lapisan di atas satu sama lain. Teknologi Platinum membuat ruang tujahan enjin roket untuk syarikat aeroangkasa komersial. Kadar penggunaan bahan telah meningkat daripada 15% dalam teknik tradisional kepada 92% selepas cetakan 3D. Berat setiap bahagian telah dipotong sebanyak 60%, yang bermaksud bahawa pelepasan karbon semasa fasa pelancaran roket adalah lebih rendah.
Elemen "acuan digital" percetakan 3D adalah yang menjadikan bahan lebih cekap. Dalam pembuatan tradisional, acuan perlu dibuat lebih awal, yang menjadikannya mahal untuk mengubah suai reka bentuk. Dalam percetakan 3D, model digital memacu pengeluaran secara langsung, yang memudahkan untuk menggabungkan reka bentuk pengoptimuman topologi dengan pantas. Pasukan perlumbaan Eropah menggunakan teknologi SLM (Selective Laser Melting) untuk membuat kepala silinder enjin, yang mengurangkan berat sebanyak 66%, volum sebanyak 65%, dan kawasan pelesapan haba permukaan sebanyak 40%. Ia juga serta-merta meningkatkan kecekapan bahan api sebanyak 12% sambil mengekalkan kekuatan asalnya. Tahap kebebasan reka bentuk ini membolehkan peralatan tenaga melangkaui sempadan mekanikal struktur tradisional, membenarkan "reka bentuk untuk kefungsian" dan bukannya "reka bentuk untuk pembuatan."
2. Pembinaan semula karbon-yang rendah pada akhir pengeluaran tenaga: beralih daripada pembuatan terpusat kepada pengedaran
Cara tradisional untuk membuat peralatan tenaga sangat bergantung pada rantaian bekalan global. Sambungan logistik daripada mendapatkan bahan mentah hingga menyusunnya pada akhir proses menyumbang lebih daripada 30% daripada keseluruhan pelepasan karbon kitaran hayat. Keupayaan percetakan 3D logam untuk membuat sesuatu secara tempatan sedang menyelesaikan masalah ini. Sebagai contoh, dengan pengeluaran terpusat yang tipikal, alat ganti perlu dihantar dari China ke kawasan yang berbeza di dunia. Walau bagaimanapun, dengan teknologi percetakan 3D, setiap titik pemasangan boleh membuat sesuatu dengan segera. Bering 3D menghasilkan pendakap solar untuk tempat terpencil di Afrika yang dicetak di tapak dengan serbuk keluli tahan-cuaca. Ini bermakna ia tidak perlu dihantar merentasi sempadan atau disimpan, dan ia mengurangkan jejak karbon satu sistem sebanyak 45%.
Faedah percetakan 3D untuk pembuatan teragih adalah lebih besar dalam perniagaan tenaga nuklear. Untuk menyusun penjana wap kuasa nuklear tradisional, berpuluh-puluh ribu kelengkapan paip perlu dipindahkan ke tapak loji kuasa nuklear. Walau bagaimanapun, peralatan laser BLT-S1500 berbilang-Platinum Technology boleh melakukan perkara yang sama dengan berat tunggal 1.5 tan, yang memendekkan jarak dari merentas-benua ke dalam kawasan loji. Metodologi "pembuatan dan pemasangan" ini telah mengurangkan masa yang diperlukan untuk memasang stesen janakuasa nuklear CGN sebanyak 70%, mengurangkan jumlah kimpalan yang diperlukan di tapak sebanyak 90%, dan mengurangkan pelepasan karbon semasa pembinaan sebanyak 23,000 tan.
3. Lonjakan prestasi peralatan tenaga bersih: daripada mengoptimumkan struktur kepada menyepadukan fungsi
Pembangunan peralatan tenaga sedang menuju ke arah "penggunaan tenaga rendah prestasi tinggi" terima kasih kepada percetakan 3D logam. Dalam bidang kuasa angin, percetakan 3D telah mengatasi masalah yang dihadapi oleh kaedah tuangan tradisional dengan seni bina rangkaian ricih bilah. Menggunakan teknologi ikatan jet pelekat (BJT), penyambung akar bilah turbin angin paras 100 meter Vestas menjadikan pembinaan lebih mudah untuk disatukan. Ia digunakan untuk mengambil 127 komponen untuk membuat satu bahagian. Ini merendahkan tork permulaan bilah sebanyak 18% sambil mengelakkannya daripada letih. Ia juga meningkatkan jumlah kuasa yang dijana setiap tahun sebanyak 3.2%.
Keupayaan pencetakan 3D untuk menggabungkan beberapa bahagian menjadi satu bahagian juga berguna untuk membuat peralatan berkuasa-hidrogen. Proses pengecapan tradisional diperlukan untuk membuat lebih daripada 200 acuan saluran aliran bebas untuk plat bipolar tindanan sel bahan api Toyota Mirai. Walau bagaimanapun, percetakan 3D boleh terus membuat plat bipolar bersepadu dengan saluran aliran serpentin, lubang untuk penderia suhu dan lubang untuk penyebaran hidrogen. Ini meningkatkan ketumpatan kuasa tindanan sebanyak 25% dan kadar penggunaan hidrogen sebanyak 15%. Penyepaduan berfungsi ini bukan sahaja menggunakan kurang bahan, tetapi ia juga mengurangkan jumlah tenaga yang digunakan oleh sistem untuk dijalankan dengan mengoptimumkan laluan yang diambil oleh tenaga.
4. Tangkapan dan Penggunaan Karbon: Daripada Idea kepada Amalan Kejuruteraan
Percetakan 3D sedang menyelesaikan masalah teknikal dalam penangkapan karbon yang menyebabkan kaedah tradisional tidak dapat membuat struktur dalaman yang rumit. Penapis dengan berpuluh-puluh ribu lubang bersaiz mikron-diperlukan untuk sistem Direct Air Capture (DAC) dan kaedah pemprosesan biasa hanya menyelesaikan kurang daripada 30% daripada kerja. Tetapi percetakan 3D boleh mengekalkan ralat saiz liang dalam ± 5 μ m. Reaktor penangkapan karbon yang dibuat oleh Sistem 3D untuk AirCapture mempunyai tiga kali ganda kawasan pertukaran haba kerana pengoptimuman topologi. Ini bermakna ia boleh mengumpul 40% lebih karbon per unit isipadu. Pada masa yang sama, berat peralatan telah turun daripada 12 tan kepada 3.8 tan. Ini bermakna pelepasan karbon jauh lebih rendah semasa penghantaran dan pemasangan.
Lebih menarik lagi bahawa percetakan 3D menjadikan teknologi penggunaan karbon tersedia secara meluas. Norwegian Carbon Clean menggunakan reaktor penukaran karbon modular yang dibuat oleh pencetakan 3D untuk menjadikan proses menukar CO ₂ kepada metanol 85% lebih cekap tenaga-, iaitu 22 mata peratusan lebih cekap daripada kaedah sedia ada. Pengurusan tepat struktur pergolakan di dalam reaktor melalui pencetakan 3D adalah yang menjadikan peningkatan kecekapan ini mungkin. Ia meningkatkan kawasan di mana gas dan cecair bersentuhan sebanyak 60% dan kadar tindak balas sebanyak tiga kali ganda.
5. Transformasi hijau ekologi perindustrian: bergerak daripada ekonomi linear kepada ekonomi bulat
Ciri gelung tertutup-pencetakan 3D logam sedang mengubah rantaian industri tenaga. Kaedah edaran serbuk Teknologi Platinum boleh meningkatkan kadar pemulihan percikan logam semasa pencetakan kepada 99.2%. Apabila digunakan dengan peralatan pemulihan gas argon, ia boleh mengurangkan pelepasan karbon sebanyak 187 tan setahun untuk hanya satu unit. Kajian Lanjutan Chuangcai telah menggunakan algoritma AI untuk mencipta serbuk aloi titanium yang dijana semula. Serbuk ini mempunyai kualiti mekanikal sehingga 98% daripada serbuk asal, dan kos pembuatannya 40% lebih murah. State Power Investment Corporation telah menggunakannya untuk membuat cangkerang bateri simpanan tenaga.
Pendekatan ekonomi bulat ini menular ke kawasan lain. Siemens Energy sedang membina kilang di NEOM New City Arab Saudi untuk membuat hidrogen hijau. Semua mesin pencetak 3Dnya adalah modular, yang bermaksud ia boleh diasingkan menjadi bahagian standard dan dicetak ke dalam mesin baharu selepas ia tidak diperlukan lagi. Ini bermakna 95% daripada sumber digunakan semasa keseluruhan kitaran hayat mesin. Gelung tertutup "penjanaan semula penggunaan pembuatan" ini menunjukkan bahawa peralatan tenaga berubah daripada "bahan habis pakai" kepada "barangan tahan lama."