Bagaimana pencetakan 3D logam dapat membantu industri energi mengurangi jejak karbonnya?

1. Pergeseran penggunaan material: dari "manufaktur subtraktif" menjadi "pertumbuhan-sesuai permintaan"
Pengecoran, penempaan, dan permesinan adalah beberapa cara tradisional untuk mengerjakan logam, namun biasanya hanya menggunakan 30% material. Misalnya, operasi penempaan tradisional perlu mengubah batangan baja selebar 3 meter menjadi spindel selebar 1,5 meter. Sekitar 70% logam dipotong menjadi potongan-potongan selama proses ini.Pencetakan 3D logamdapat menggunakan lebih dari 90% material dengan menumpuk lapisan di atas satu sama lain. Platinum Technology membuat ruang dorong mesin roket untuk perusahaan dirgantara komersial. Tingkat penggunaan material telah meningkat dari 15% pada teknik tradisional menjadi 92% setelah pencetakan 3D. Berat setiap bagian telah dipotong sebesar 60%, yang berarti emisi karbon selama tahap peluncuran roket menjadi lebih rendah.
Elemen "cetakan digital" pada pencetakan 3D inilah yang membuat bahan lebih efisien. Dalam manufaktur tradisional, cetakan harus dibuat terlebih dahulu, sehingga memerlukan biaya yang mahal untuk memodifikasi desain. Dalam pencetakan 3D, model digital mendorong produksi secara langsung, sehingga memudahkan penerapan desain pengoptimalan topologi dengan cepat. Tim balap Eropa menggunakan teknologi SLM (Selective Laser Melting) untuk membuat kepala silinder mesin yang mampu memangkas bobot sebesar 66%, volume sebesar 65%, dan area pembuangan panas permukaan sebesar 40%. Ini juga segera meningkatkan efisiensi bahan bakar sebesar 12% sekaligus mempertahankan kekuatan aslinya. Tingkat kebebasan desain ini memungkinkan peralatan energi melampaui batasan mekanis struktur tradisional, sehingga memungkinkan adanya "desain untuk fungsionalitas" dan bukan "desain untuk manufaktur".
2. Pembangunan kembali produksi energi yang rendah-karbon: beralih dari manufaktur terpusat ke manufaktur terdistribusi
Cara tradisional pembuatan peralatan energi sangat bergantung pada rantai pasokan global. Hubungan logistik mulai dari mendapatkan bahan mentah hingga menyatukannya pada akhir proses menyumbang lebih dari 30% dari keseluruhan emisi karbon siklus hidup. Kemampuan pencetakan 3D logam untuk membuat sesuatu secara lokal memecahkan masalah ini. Misalnya, dengan produksi terpusat yang khas, suku cadang harus dikirim dari Tiongkok ke berbagai wilayah di dunia. Namun, dengan teknologi pencetakan 3D, setiap titik instalasi dapat langsung melakukan pekerjaan. Bering 3D memproduksi braket surya untuk tempat-tempat terpencil di Afrika yang dicetak di lokasi dengan-bubuk baja tahan cuaca. Artinya, produk tersebut tidak harus dikirim melintasi perbatasan atau disimpan, dan hal ini mengurangi jejak karbon dalam satu sistem sebesar 45%.
Manfaat pencetakan 3D untuk manufaktur terdistribusi lebih besar dalam bisnis tenaga nuklir. Untuk merakit pembangkit listrik tenaga nuklir tradisional, puluhan ribu alat kelengkapan pipa harus dipindahkan ke lokasi pembangkit listrik tenaga nuklir. Namun, peralatan multi-laser BLT-S1500-BLT-S1500 Teknologi Platinum dapat melakukan hal yang sama dengan beban tunggal seberat 1,5 ton, yang memperpendek jarak dari-benua ke dalam area pabrik. Metodologi "manufaktur dan pemasangan" ini telah memangkas waktu yang diperlukan untuk memasang pembangkit listrik tenaga nuklir CGN sebesar 70%, mengurangi jumlah pengelasan yang diperlukan di lokasi sebesar 90%, dan mengurangi emisi karbon selama konstruksi sebesar 23.000 ton.
3. Peningkatan kinerja peralatan energi ramah lingkungan: dari optimalisasi struktur hingga integrasi fungsi
Perkembangan peralatan energi bergerak menuju "konsumsi energi berkinerja tinggi dan rendah" berkat pencetakan 3D logam. Di bidang tenaga angin, pencetakan 3D telah mengatasi masalah yang dihadapi metode pengecoran tradisional dengan arsitektur jaringan geser pisau. Menggunakan teknologi adhesive jet bonding (BJT), konektor akar bilah turbin angin setinggi 100 meter dari Vestas membuat konstruksi lebih mudah untuk disatukan. Dulu dibutuhkan 127 komponen untuk membuat satu bagian. Hal ini menurunkan torsi awal bilah sebesar 18% sekaligus menjaganya agar tidak lelah. Hal ini juga meningkatkan jumlah listrik yang dihasilkan setiap tahun sebesar 3,2%.
Kemampuan pencetakan 3D untuk menggabungkan beberapa bagian menjadi satu bagian juga berguna untuk membuat peralatan-bertenaga hidrogen. Proses stamping tradisional diperlukan untuk membuat lebih dari 200 cetakan saluran aliran independen untuk pelat bipolar tumpukan sel bahan bakar Toyota Mirai. Namun pencetakan 3D dapat secara langsung membuat pelat bipolar terintegrasi dengan saluran aliran berkelok-kelok, lubang untuk sensor suhu, dan lubang untuk difusi hidrogen. Hal ini meningkatkan kepadatan daya tumpukan sebesar 25% dan tingkat pemanfaatan hidrogen sebesar 15%. Integrasi fungsional ini tidak hanya menggunakan lebih sedikit material, namun juga menurunkan jumlah energi yang digunakan sistem untuk berjalan dengan mengoptimalkan jalur yang diambil energi.
4. Penangkapan dan Pemanfaatan Karbon: Dari Ide hingga Praktik Rekayasa
Pencetakan 3D memperbaiki masalah teknis dalam penangkapan karbon yang membuat metode tradisional tidak mungkin membuat struktur interior yang rumit. Filter dengan lubang berukuran puluhan ribu mikron-diperlukan untuk sistem Direct Air Capture (DAC), dan metode pemrosesan pada umumnya hanya menyelesaikan kurang dari 30% pekerjaan. Namun pencetakan 3D dapat menjaga kesalahan ukuran pori hingga ± 5 μm. Reaktor penangkap karbon yang dibuat Sistem 3D untuk AirCapture memiliki area pertukaran panas tiga kali lipat karena optimalisasi topologi. Artinya, ia dapat mengumpulkan 40% lebih banyak karbon per satuan volume. Pada saat yang sama, berat peralatan tersebut turun dari 12 ton menjadi 3,8 ton. Ini berarti emisi karbon jauh lebih rendah selama pengiriman dan pemasangan.
Yang lebih menarik lagi adalah pencetakan 3D membuat teknologi pemanfaatan karbon tersedia lebih luas. Carbon Clean Norwegia menggunakan reaktor konversi karbon modular yang dibuat dengan pencetakan 3D untuk membuat proses mengubah CO ₂ menjadi metanol 85% lebih hemat energi-, yaitu 22 poin persentase lebih efisien dibandingkan metode yang ada. Pengelolaan struktur turbulensi yang tepat di dalam reaktor melalui pencetakan 3D memungkinkan peningkatan efisiensi ini. Ini meningkatkan area kontak gas dan cairan sebesar 60% dan laju reaksi tiga kali lipat.
5. Transformasi ramah lingkungan dalam ekologi industri: beralih dari ekonomi linier ke ekonomi sirkular
Fitur loop tertutup-pencetakan 3D logam mengubah rantai industri energi. Metode sirkulasi bubuk Platinum Technology dapat meningkatkan tingkat pemulihan percikan logam selama pencetakan hingga 99,2%. Jika digunakan dengan peralatan pemulihan gas argon, alat ini dapat mengurangi emisi karbon sebesar 187 ton per tahun hanya dengan satu unit. Studi Lanjutan Chuangcai telah menggunakan algoritma AI untuk membuat bubuk paduan titanium yang diregenerasi. Bubuk ini memiliki kualitas mekanik hingga 98% dari bubuk aslinya, dan biaya pembuatannya 40% lebih murah. State Power Investment Corporation telah menggunakannya untuk membuat cangkang baterai penyimpan energi.
Pendekatan ekonomi sirkular ini menyebar ke wilayah lain. Siemens Energy sedang membangun pabrik di NEOM New City Arab Saudi untuk membuat hidrogen ramah lingkungan. Semua mesin cetak 3D-nya bersifat modular, artinya dapat dibongkar menjadi bagian-bagian standar dan dicetak menjadi mesin baru setelah tidak diperlukan lagi. Artinya, 95% sumber daya digunakan sepanjang siklus hidup mesin. Lingkaran tertutup “regenerasi penggunaan manufaktur” ini menunjukkan bahwa peralatan energi berubah dari “barang habis pakai” menjadi “barang tahan lama.”