Asymptotic pathways to carbon minimization in laser powder bed fusion

融合 缩小 材料科学 激光器 碳纤维 数学 复合材料 数学优化 光学 物理 复合数 哲学 语言学
作者
Giulia Colombini,Silvio Defanti,Lucia Denti,Elena Bassoli
标识
DOI:10.1007/s44246-025-00236-2
摘要

Abstract Laser powder bed fusion of metals (PBF-LB/M) is increasingly recognised as a pivotal technology to drive the green transition in manufacturing. While its high material efficiency and minimised resource usage offer sustainability benefits, the energy-intensive nature of the process poses a major environmental challenge. This study explores potential avenues to asymptotically reduce the carbon footprint of the PBF-LB/M process through a multifaceted approach, to realise its full potential as a sustainable manufacturing process. A cradle-to-gate scope is used to identify the key drivers of environmental impact and propose a structured sequence of targeted optimisations of the operating conditions, each quantified using a life cycle approach. Key strategies to reduce environmental impact—including switching to renewable energy, using lower impact gases such as nitrogen, increasing recycled content, on-site nitrogen generation and optimising component design—are progressively implemented and their cumulative impact is quantitatively assessed within the GHG Protocol. The paper provides a clear roadmap through a sequence of scenarios for sustainable PBF-LB/M, to meet the requirements of responsible manufacturing.
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