El análisis del ciclo de vida de un soporte de motor de avión demuestra la importancia de la reducción del peso mediante la fabricación aditiva (FA).
ROCHESTER, Nueva York–(BUSINESS WIRE)–La Additive Manufacturer Green Trade Association («AMGTA»), un grupo internacional dedicado a desarrollar y promover prácticas sostenibles en el sector de la fabricación aditiva, acaba de anunciar la publicación de su primer trabajo de investigación independiente, titulado «Comparative LCA of a Low-Pressure Turbine (LPT) Bracket by Two Manufacturing Methods». El informe, encargado por la AMGTA y elaborado por el Instituto Golisano de Sostenibilidad del Instituto de Tecnología de Rochester, analizó un soporte de turbina de baja presión aeroespacial comercial mediante una evaluación del ciclo de vida («ECV»). En el estudio se analizó: (i) el impacto comparativo de la fabricación aditiva («FA») con fusión por lecho de polvo láser («FLPL») frente a la fabricación tradicional del soporte y (ii) el impacto de una reducción de peso superior al 50 % del soporte a lo largo de la vida útil de la aeronave. Aunque el resultado final comparativo no fue concluyente en cuanto a qué método de fabricación consumía más energía, los resultados confirmaron el enorme impacto que tiene la reducción de peso de los motores y fuselajes de los aviones comerciales en las emisiones de carbono.
Los principales resultados de la ECV son los siguientes:
- Método de fabricación no concluyente. Utilizando tres metodologías distintas, la ECV no fue concluyente en cuanto a qué método de fabricación (tradicional o aditivo) consumía más energía. En términos generales, este resultado neutro representa una mejora con respecto a estudios anteriores que mostraban un mayor consumo de energía en la fabricación con FLPL en comparación con los métodos tradicionales.
- Importancia de la combinación de energías. Se concluyó que el factor más importante a la hora de determinar la sostenibilidad de la producción era, con diferencia, la combinación de energías de una planta fabril en el lugar de generación, y si esa red energética se producía utilizando medios sostenibles.
- Gran impacto en la reducción del peso de los aviones. El estudio demostró con claridad que aligerar los componentes aeronáuticos mediante el diseño de FA reducía drásticamente las emisiones de carbono a lo largo de la vida útil de la nave, con 13 376 kg menos de emisión por cada kg de reducción de peso.
- En general, la FA se tradujo en una pieza más sostenible. El impacto de la reducción del peso fue, con diferencia, el factor más importante a la hora de determinar que los componentes producidos por FA son más sostenibles que una pieza diseñada y fabricada de forma tradicional.
«La publicación de esta ECV revisada por expertos, la primera de este tipo, representa un hito para la AMGTA», declaró Sherri Monroe, directora ejecutiva de la AMGTA. «Por primera vez, podemos publicar resultados tangibles que demuestran la importancia del diseño en la fabricación aditiva en comparación con los métodos tradicionales. En este estudio se demuestra el impacto real que puede tener la FA en el diseño de aviones y motores del futuro, y es un buen augurio para el uso de estrategias similares en otras industrias y diferentes programas».
El estudio, que se prolongó durante dos años, analizó los dos soportes mediante tres metodologías de ECV: el método del punto medio de la versión 1.1 de ReCiPe 2016, el método de la demanda acumulada de energía v1.11 y los métodos del IPCC 2021 GWP100 del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre Cambio Climático. De los tres métodos, dos indicaron que, estrictamente desde el punto de vista de la fabricación, el soporte tradicional requería menos energía para la producción, mientras que un método indicó que la versión con FA producía menos dióxido de carbono. Pero en todos los casos, los resultados indicaron que la combinación de energías de la red eléctrica subyacente tenía un efecto extraordinario en la sostenibilidad del proceso de fabricación. La ECV se realizó conforme a la norma ISO 14040:2006(E) y fue revisada por EarthShift Global.
El soporte en cuestión, uno de los 12 que hay en cada uno de los dos motores de turbina CF6-80C2B6F de GE Aviation que propulsan un Boeing 767, fija un colector de combustible a la carcasa externa del módulo de turbina de baja presión del motor. Fue seleccionado por la AMGTA por tratarse de una pieza relativamente sencilla, de fácil acceso y localización. El diseño aditivo y la fabricación del soporte estuvieron a cargo de Sintavia, LLC en Hollywood (Florida), y se imprimió en una impresora EOS GmbH M290 utilizando polvo de Inconel 718 de Höganäs AB. La pieza tradicional se fabricó en un taller mecánico de Tennessee mediante un proceso CNC. El soporte con FA optimizado era más de un 50 % más liviano (0,063 kg) que la versión original. Según Sintavia, el soporte optimizado superaba al tradicional en cuanto a propiedades mecánicas, con una mayor vida útil a la fatiga a pesar de ser más liviana.
Aunque la elección del soporte de turbina de baja presión ofreció una demostración sencilla de cómo podría funcionar la reducción del peso en un motor de avión, la AMGTA cree que las lecciones recogidas en la actual ECV podrían ser adoptadas mucho más ampliamente por los fabricantes de fuselajes y motores en múltiples sistemas mecánicos. Además, los métodos de reducción de peso en el transporte mediante tecnología de diseño aditivo no se limitan a la FA con FLPL, ya que otras tecnologías aditivas (como el chorro de aglutinante, el depósito con energía dirigida y la impresión de polímeros) pueden eliminar de forma similar el exceso de peso en vehículos, aeronaves y embarcaciones.
«Este estudio refuerza la importancia de utilizar la tecnología de FA para desarrollar piezas y componentes optimizados que se puedan aligerar mediante esta tecnología», declaró Brian Neff, director ejecutivo de Sintavia y presidente de la AMGTA. «Ninguna otra tecnología comercial disponible en la actualidad ofrece un impacto tan inmediato en las emisiones de carbono como la reducción del peso de piezas de aviones mediante FA. Además, ahora disponemos de datos verificados de forma independiente y revisados por expertos que así lo demuestran. Estamos deseando trabajar con Boeing, GE y todos los fabricantes de equipos originales del sector en su afán por aprovechar el potencial sostenible de la FA en las plataformas actuales y futuras».
«Las dos fases de este estudio, es decir, la producción y el uso, tienen implicaciones que van mucho más allá de este soporte, avión o sector de fabricación concretos», añadió Sherri Monroe. «La diferencia insignificante en el impacto ambiental durante la producción, sumada a los beneficios de la producción bajo demanda, donde, cuando y como se quiera, para ofrecer cadenas de suministro más resistentes, eficientes y sostenibles, tiene implicaciones muy importantes para el ecosistema de fabricación en lo que respecta a ofrecer soluciones más sostenibles».
«Aunque este estudio repercute de forma inmediata en la fabricación de motores y fuselajes de aviones, los hallazgos en la fase de uso se extienden a cualquier pieza de un avión que potencialmente pueda aligerarse, como los sistemas mecánicos, asientos, carros de servicio, cocinas, etc. Y, más allá de los aviones, a cualquier equipo impulsado por un motor o propulsor, incluidos barcos, trenes y robots, aunque las demandas energéticas del sector aeroespacial lo convierten en el mayor beneficiario, el más obvio y más inmediato».
La AMGTA señala que espera publicar investigaciones independientes adicionales a lo largo de 2023. Puede encontrar más información sobre la ECV en el sitio web de la AMGTA: www.amgta.org.
Acerca de la AMGTA
La AMGTA nace en 2019 con el objetivo de comprender y promover mejor los beneficios medioambientales de la fabricación aditiva en toda la economía mundial. Los miembros de la AMGTA representan la totalidad del espectro de fabricación, desde el diseño y las materias primas hasta los productos finales y los usuarios, centrados en innovar productos mejores, más sostenibles y económicamente ventajosos a través de las mejores prácticas aditivas. Para obtener más información, comuníquese con Sherri Monroe o visite www.amgta.org.
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