新項(xiàng)目探索將航空航天領(lǐng)域廢件轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)金屬3D打印粉末

Dan Zhao等人在2021年發(fā)表的飛機(jī)回收相關(guān)的文章（Research on Scrap Recycling of Retired Civil Aircraft）估計(jì)，每年有740噸有色金屬（不包括鋁）可供回收，但其中只有一小部分被再利用。除了這些由傳統(tǒng)工藝制造的零件，對(duì)于航空航天領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，采用金屬3D打印制造產(chǎn)品也屢有廢件產(chǎn)生，而且大量的支撐結(jié)構(gòu)也造成了材料的嚴(yán)重浪費(fèi)。因此，當(dāng)金屬3D打印的粉末使用量達(dá)到一定的規(guī)模時(shí)，回收就變得勢(shì)在必行。

3D打印技術(shù)參考注意到，英國(guó)初創(chuàng)公司Additive Manufacturing Solutions Ltd (AMS) 啟動(dòng)了一個(gè)新項(xiàng)目——“增材制造航空航天材料回收和再利用”(R2AM2) ，已獲得Innovate UK的資助，旨在探索將零件回收為金屬增材制造原料的潛力以及回收后使用回收金屬材料進(jìn)行3D打印的可行性和實(shí)際可能性。

根據(jù) 6K Additive（另一家致力于粉末回收再制造的公司）的研究，國(guó)際增材制造粉末市場(chǎng)預(yù)計(jì)到2023年將超過(guò)10億美元，其中鈦約占該市場(chǎng)的三分之一。鑒于持續(xù)供應(yīng)限制和成本增加，以及地球資源并非取之不盡的事實(shí)，考慮利用約600噸的回收飛機(jī)零件比以往任何時(shí)候都更加重要，這些零件可以提供低成本、高質(zhì)量的產(chǎn)品。AMS將這一過(guò)程稱(chēng)為“高價(jià)值廢料開(kāi)采”，并認(rèn)為如果能夠重復(fù)使用，那么英國(guó)市場(chǎng)上可以看到采礦的替代方案。

AMS首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人Robert Higham表示：“英國(guó)曾經(jīng)是增材制造技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，此后我們經(jīng)歷了一段停滯期，通過(guò)我們的工作以及該項(xiàng)目的成果，我們渴望使英國(guó)成為一個(gè)充滿活力且高利潤(rùn)的國(guó)家國(guó)防、航空航天和汽車(chē)工業(yè)零件材料生產(chǎn)的原料和催化劑來(lái)源。獲得Innovate UK支持是我們?cè)谶@一領(lǐng)域的研發(fā)計(jì)劃中重要且關(guān)鍵的一步。如果我們要繼續(xù)實(shí)施促進(jìn)和增加岸上制造的雄心勃勃的計(jì)劃，那么建立安全、可持續(xù)的產(chǎn)品供應(yīng)鏈至關(guān)重要。該項(xiàng)目是為高價(jià)值循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的真正可能性提供有價(jià)值數(shù)據(jù)的*步。

AMS計(jì)劃將廢棄的航空航天零件回收成粉末，然后進(jìn)行測(cè)試并用于制造新零件。這些零件將提供重要數(shù)據(jù)，以評(píng)估該流程為英國(guó)增材制造高質(zhì)量原料提供回收材料的有效性。

3D打印技術(shù)參考注意到，回收再制造的金屬粉末能否用于金屬3D打印正在破除疑慮。

2023年6月，致力于開(kāi)發(fā)低碳足跡鈦合金開(kāi)發(fā)的IperionX與福特高性能部門(mén)達(dá)成合作，雙方共同探索使用IperionX的創(chuàng)新低碳、100%回收鈦金屬生產(chǎn)鈦部件。IperionX通過(guò)將3D打印技術(shù)與其獨(dú)特的鈦金屬生產(chǎn)工藝相結(jié)合， 該公司保證了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的*靈活性，減少浪費(fèi)并提高整體效率。這種方式與3D打印的聯(lián)系至關(guān)重要，因?yàn)樗�提供了一種可持續(xù)且高效的方法，可以在各種應(yīng)用中使用其創(chuàng)新鈦材料，包括汽車(chē)行業(yè)。

2023年3月，3D打印技術(shù)參考注意到，SLM Solutions與IperionX公司簽訂了一份不具約束力的諒解備忘錄，后者將向前者供應(yīng)回收再制造的鈦合金粉末。諒解備忘錄的簽訂，意味著SLM Solutions將為全球客戶提供*批由100%回收再制造的鈦金屬材料。

2023年1月，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）公布了一項(xiàng)關(guān)于3D打印用鈦合金回收和低成本生產(chǎn)新粉末項(xiàng)目的合同，美國(guó)國(guó)防部 (DoD) 技術(shù)加速器的國(guó)家安全創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)部門(mén)（NSIN）將提供高達(dá)50萬(wàn)美元的研發(fā)資金，IperionX獲得了合作機(jī)會(huì)。具體來(lái)說(shuō)，該項(xiàng)目要求企業(yè)提交3D打印用Ti-6Al-4V粉末的回收方法提案，該方案需要具有低成本制造新粉末的特點(diǎn)。

2023年2月，美國(guó)海軍授權(quán)采用IperionX的回收再制造鈦合金粉末為艦船3D打印制造泵組件，這將使美國(guó)海軍顯著縮短關(guān)鍵部件交貨時(shí)間、提高設(shè)備可用性并持續(xù)重建美國(guó)關(guān)鍵鈦金屬供應(yīng)鏈。

2020年，航空航天企業(yè)Relativity Space已經(jīng)與6K建立了戰(zhàn)略合作，共同開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)的材料用于火箭3D打印。該合作將建立閉環(huán)供應(yīng)鏈，屆時(shí)，Relativity生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢料將通過(guò)6K轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)粉末，并重新部署到Relativity工廠。兩家公司還將共同開(kāi)發(fā)用于火箭制造和太空應(yīng)用的新材料。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，增材制造比傳統(tǒng)制造更適合處理回收材料，這僅僅是因?yàn)殚_(kāi)始時(shí)浪費(fèi)的材料數(shù)量要少得多。國(guó)際能源署 (IEA) 估計(jì)，為了實(shí)現(xiàn)2050年的目標(biāo)，到2030年必須在清潔能源上花費(fèi)4.5萬(wàn)億美元。這些資金中的很大一部分很可能會(huì)用于建立先進(jìn)制造和回收之間的聯(lián)系。

如果不大幅度、迅速的擴(kuò)大回收能力，要實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大3D打印的生產(chǎn)規(guī)模并降低碳排放的目標(biāo)似乎是不可能的。廢粉回收和再制造正是3D打印有可能在未來(lái)幾年內(nèi)獲得更大規(guī)模投資的應(yīng)用類(lèi)型。