俄勒冈州立大学工业可持续性实验室的研究人员发布了一项生命周期评估（LCA），比较了使用原生镍原料和再生原料生产镍粉对环境的影响。这份2026年2月的报告得出结论，从原生镍转向再生原料，同时改变雾化方法和采用可再生能源，每生产100公斤粉末，其全球变暖潜能值（GWP）最高可降低98.7%。镍粉广泛应用于航空航天、汽车和能源领域的增材制造。由于镍在美国被指定为关键矿物，且其提取过程能耗密集，因此降低粉末生产的碳足迹对于金属3D打印行业日益重要。
比较三种粉末生产路径
该研究评估了三种从摇篮到大门的生产情景，每种情景都模拟生产100公斤用于增材制造的镍粉。
第一种情景反映了使用100%原生镍的传统气体雾化法。在此过程中，块状镍被熔化并通过喷嘴倾倒，高压惰性气体射流将熔融流粉碎成细小液滴。这些液滴在飞行中凝固并被收集为粉末。然而，只有一小部分所得材料落在增材制造所需的15-45微米粒径范围内。假设雾化收得率为25%，则需要400公斤镍原料才能生产出100公斤可用粉末。过大或不规则的颗粒无法直接重新融入同一雾化循环，从而增加了总体材料需求。
第二种情景评估了使用完全再生镍原料的等离子弧雾化法。在等离子弧雾化中，镍丝或原料被高温等离子弧熔化，并通过受控气流雾化成液滴。由于该工艺围绕连续原料输入和更严格的熔体条件控制而设计，未雾化或不合格的材料可以在生产循环内重新加工。70%的材料来自先前生产的内部废料，其余30%来自外部供应商。这种在同一系统内重复使用材料的能力减少了对额外原生原料的需求。
第三种情景保留了再生原料和等离子弧雾化工艺，但修改了能源和供应链输入。可再生能源为雾化系统供电，用低碳发电取代了电网平均能源结构。雾化和保护熔融金属所需的氩气被建模为“绿色氩气”，这意味着其生产和液化过程由可再生能源而非传统能源提供动力。由于工业气体生产是能源密集型的，这种替代降低了与雾化相关的模拟排放。
外部再生材料来自生产设施100公里半径内的供应商，减少了运输相关的排放。任何剩余的能源相关排放都被建模为通过购买碳信用额在定义的系统边界内进行抵消。所有情景均在SimaPro 10.3中使用TRACI 2.1方法建模，全球变暖潜能值以二氧化碳当量公斤数报告。
三种生产场景下100公斤镍粉的全球变暖潜能值（GWP）。图片来源：俄勒冈州立大学
改用再生原料后排放量急剧下降
三种路径的碳排放量差异显著。使用原生镍的传统生产每100公斤粉末产生11,504公斤二氧化碳当量。改用再生原料后，排放量降至4,744公斤二氧化碳当量，相当于减少了58.8%。当引入可再生能源、绿色氩气和本地化采购后，排放量进一步降至150公斤二氧化碳当量，与常规生产相比，模拟减少了98.7%。在传统情景中，原生镍生产占总排放量的62%，是主要的影响驱动因素。一旦再生材料取代了开采的镍，排放就转向了工艺投入。在未使用可再生能源的再生情景中，氩气生产代表了剩余GWP的大部分，反映了工业气体生产的能源密集性。在定义的系统边界内，对于传统路径，上游材料提取所占的排放份额比雾化步骤本身更大。
情景1（左）、情景2（中）和情景3（右）的全球变暖潜势（GWP）驱动因素。图片来源：俄勒冈州立大学
研究的局限性
该评估是“从摇篮到大门”的，未考虑零件生产、后处理、使用阶段性能或部件的报废处理。第三种情景将可再生能源和绿色氩气输入建模为系统边界内的零排放，这在实践中可能无法反映所有电网条件。在此范围内，研究结果表明，原料来源和能源输入是决定增材制造用镍粉碳强度的主要因素。
中国3D打印网编译文章！
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