如何打造3D打印金屬粉末生產(chǎn)的綠色未來？

南極熊導讀：在不斷發(fā)展的金屬粉末生產(chǎn)領(lǐng)域，原材料回收的重要性已成為焦點。隨著地緣政治變化，減少碳足跡和可持續(xù)實踐的必要性推動了這一轉(zhuǎn)變。截至 2022 年，全球金屬粉末市場估值約為 48 億美元，預計 2023 年至2028 年復合年增長率為 3.5%。用于增材制造的金屬材料（包括粉末）到 2022 年估值為 5.92 億美元，同比增長25%（Wohlers 報告 2023）。Continuum Powder 預計增材制造金屬粉末 2024 年的銷售額可能接近 10 億美元。

然而，金屬粉末的傳統(tǒng)生產(chǎn)過程涉及到大量的能源消耗，預計在未來規(guī)模上實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有挑戰(zhàn)性。本文描述了增材制造行業(yè)未來可持續(xù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，并為其更具經(jīng)濟效益和更高質(zhì)量的發(fā)展提供了方向。

能源強度挑戰(zhàn)

金屬粉末生產(chǎn)傳統(tǒng)上涉及合金元素熔化、錠/金屬棒成形、然后進一步加工以生產(chǎn)粉末的能源密集型過程。這些流程的復雜性和大量的碳排放凸顯了對更可持續(xù)方法的需求。傳統(tǒng)金屬生產(chǎn)中的能源消耗占該行業(yè)碳排放的很大一部分，這為探索更可持續(xù)的替代品創(chuàng)造了強大的環(huán)境和經(jīng)濟動力。

廢料和回收材料的演變

重新利用工程耗材、工藝廢物和報廢金屬零件并不是什么新鮮事。然而，近年來，由地緣政治變化和全球?qū)�可持續(xù)發(fā)展的強調(diào)推動，這一領(lǐng)域的受重視程度出現(xiàn)了激增。截至 2022 年，全球金屬回收市場預計到 2028 年將達到 4345.5 億美元，這表明回收在更廣泛的金屬行業(yè)中日益重要�！皬U料”一詞已演變?yōu)椤岸�次材料”，強調(diào)了隔離、分級和認證材料對于有效再利用的重要性。多年來建立的標準和實踐確保了材料的質(zhì)量和來源。

Continuum Powders 的Greyhound 3.0 粉末生產(chǎn)系統(tǒng)即是材料可持續(xù)回收的一個典型代表（Continuum推出新款再生金屬3D打印粉末系統(tǒng)，產(chǎn)生的碳排放更低-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺(nanjixiong.com)）。隨著增材制造的發(fā)展，將金屬單元回收或升級改造為粉末成為焦點。從冗長、昂貴、碳含量高的鑄錠生產(chǎn)過渡到更直接轉(zhuǎn)化為粉末，既環(huán)保又經(jīng)濟。到2023年，全球增材制造市場預計價值200億美元，2020年至2025年復合年增長率超過20%。

100% 材料回收的障礙

達到所需的材料規(guī)格需要精細的工藝、處理和廣泛的表征。合金偏析、涂層去除和氧還原成為金屬粉末生產(chǎn)回收成“二次材料”不可或缺的一部分。

在使用再生金屬和合金時，一個常見的誤解是關(guān)于其質(zhì)量。通過極其嚴謹?shù)牧鞒贪芽�，保持再生材料按合金進行分離。在金屬回收過程中，避免在收集、儲存和運輸過程中發(fā)生污染是至關(guān)重要的�；瘜W成分是通過行業(yè)標準的分析技術(shù)進行控制的。通過升級再利用這類經(jīng)過認證的金屬合金材料生產(chǎn)的粉末將滿足嚴格的行業(yè)標準。對所得粉末質(zhì)量和符合標準進行認證是至關(guān)重要的，并且已經(jīng)明確定義。

從經(jīng)濟角度來看，由于涉及步驟數(shù)量和多個能源密集型熔化過程，回收金屬的成本通常超過提取原始元素的成本。這種經(jīng)濟失衡對現(xiàn)有資源的回收利用提出了重大挑戰(zhàn)。然而，通過開發(fā)更少生產(chǎn)步驟的顛覆性技術(shù)，這些挑戰(zhàn)得到緩解。

典型材料

邁向 100% 回收材料的旅程已經(jīng)開始，優(yōu)先考慮反應性較低的合金，例如不銹鋼和鎳基或鈷基合金。雖然這些合金更容易回收，但人們對高反應性合金的回收產(chǎn)生了極大的興趣，這對于國防和高性能應用至關(guān)重要。戰(zhàn)略考慮因素包括產(chǎn)量、金屬單位價值和粉末需求，其中鎳高溫合金、鈦和鋁是幾種有前途的典型材料。

碳強度降低

與傳統(tǒng)方法相比，向回收原料的轉(zhuǎn)變有望顯著降低碳強度和有害排放。新技術(shù)提供了一種可分配的替代方案，可以直接將金屬單元轉(zhuǎn)化為粉末，繞過能源密集型流程。即使是基本的二氧化碳分析也能顯示出明顯的環(huán)境效益。

成本節(jié)約和供應安全

使用回收原料不僅可以減少碳足跡，還可以節(jié)省成本。生產(chǎn)商和粉末加工商之間的高效閉環(huán)系統(tǒng)可確保安全的供應鏈，有助于環(huán)境和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。隨著戰(zhàn)略生產(chǎn)商及其供應鏈之間建立閉環(huán)（或循環(huán)金屬經(jīng)濟），可承受性效益將*大化。

未來展望

在不影響質(zhì)量或成本的情況下實現(xiàn)供應鏈脫碳不僅僅是一個標題，這更是制造行業(yè)的未來。金屬粉末生產(chǎn)行業(yè)處于綠色革命的前沿，將回收原料作為可持續(xù)、高效和經(jīng)濟可行實踐的基石。全球?qū)�可持續(xù)發(fā)展和綠色技術(shù)的推動預計將進一步推動金屬粉末市場，到2030年潛在市場價值將超過70億美元。

總之，將傳統(tǒng)金屬粉末生產(chǎn)方法轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯釉�料回收標志著向更綠色、更可持續(xù)的未來的范式轉(zhuǎn)變。隨著行業(yè)的不斷發(fā)展，整合回收材料可以解決環(huán)境問題，并帶來經(jīng)濟優(yōu)勢和安全的供應鏈。邁向 100% 回收材料的征程正在進行中，預示著金屬粉末生產(chǎn)的新時代。