“可持續(xù)設(shè)計(jì)”（Design For Sustainability，DFS）源于“可持續(xù)發(fā)展”的理念，是設(shè)計(jì)界對(duì)人類發(fā)展與環(huán)境問(wèn)題之間關(guān)系的深刻思考和不斷尋求變革的實(shí)踐歷程，從一開(kāi)始就為可持續(xù)發(fā)展而設(shè)計(jì)可以為更光明、更綠色的未來(lái)鋪平道路。
正如大眾所知的，可持續(xù)發(fā)展是企業(yè)的未來(lái)。轉(zhuǎn)向可再生能源的企業(yè)可以在維系保持綠色環(huán)保目標(biāo)的同時(shí)穩(wěn)定其能源價(jià)格，獲得稅收減免并提高安全性。此外，研究表明，超過(guò)三分之二的千禧一代會(huì)為致力于可持續(xù)發(fā)展的公司的產(chǎn)品和服務(wù)支付更多費(fèi)用。隨著時(shí)間的推移，那些沒(méi)有著力于可持續(xù)發(fā)展的公司將落后于更具環(huán)保意識(shí)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。
有研究數(shù)據(jù)表示：工業(yè)活動(dòng)占所有溫室氣體排放量的23%，因此在可持續(xù)制造方面，大家都有很大的改進(jìn)空間。設(shè)計(jì)師和工程師有很多的機(jī)會(huì)將可持續(xù)實(shí)踐融入整個(gè)制造過(guò)程，因?yàn)樗麄儗a(chǎn)品帶入到人類的生活中。
下面，我們將探討如何從一開(kāi)始就為可持續(xù)發(fā)展而設(shè)計(jì)，為更光明、更環(huán)保的未來(lái)鋪平道路。
可持續(xù)發(fā)展的三種設(shè)計(jì)策略：
可持續(xù)制造涉及使用節(jié)約能源和資源的工藝制造產(chǎn)品，并最大限度地減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。您可以通過(guò)減少材料消耗、提高零件壽命和可維護(hù)性來(lái)使制造更具可持續(xù)性。
1. 減材
在可持續(xù)設(shè)計(jì)方面，使用多少材料與使用何種材料同樣重要。減少物理體積可以減少一些制造過(guò)程的機(jī)器運(yùn)行時(shí)間、能源消耗和原材料提取對(duì)環(huán)境的影響。此外，更小、更輕的部件在運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放更少。重量減輕10%可使汽車燃油經(jīng)濟(jì)性提高6-8%，而減輕重量20%可將飛機(jī)燃油效率提高10-12%。雖然您仍然可以使用傳統(tǒng)方法輕量化零件，但也可以考慮新的輕量化方法和工具。這些新的技術(shù)與工具使您能夠?qū)崿F(xiàn)所需的性能的同時(shí)可以最大限度地減少材料消耗。在設(shè)計(jì)零件時(shí)，請(qǐng)考慮：生成式設(shè)計(jì)（也叫衍生式設(shè)計(jì)）：生成式設(shè)計(jì)使用迭代仿真，在給負(fù)載條件和目標(biāo)物理屬性從設(shè)計(jì)空間中移除材料。由于增材制造提供了更高的設(shè)計(jì)自由度，因此與增材制造結(jié)合使用時(shí)特別有效，但許多生成式設(shè)計(jì)軟件還包括銑削等傳統(tǒng)制造工藝的設(shè)計(jì)約束。
晶格：晶格是重復(fù)的單元格，可以在不犧牲結(jié)構(gòu)完整性的情況下減輕材料和重量。在仿真的幫助下，您可以快速找到合適的晶胞來(lái)產(chǎn)生所需的機(jī)械響應(yīng)，使晶格成為在不影響功能的情況下減輕重量和材料使用的絕佳方法。
增材制造：即使沒(méi)有生成式設(shè)計(jì)原則和晶格，增材制造工藝也比CNC加工等傳統(tǒng)制造方法使用和浪費(fèi)更少的材料。為了使3D打印更具可持續(xù)性，在使用熔融沉積建模（FDM）或立體光刻（SLA：全稱{Stereo lithography Appearance},立體光固化成型法）技術(shù)時(shí)，請(qǐng)嘗試盡可能消除支撐材料。這似乎是無(wú)關(guān)緊要的材料數(shù)量，但隨著時(shí)間的推移而增加。
零件整合：整合零件將減少原材料消耗、制造能源和運(yùn)輸子組件對(duì)環(huán)境的影響。如果您有復(fù)雜的組件或幾何形狀，您可以使用增材制造將它們整合到一個(gè)單元中，從而減少制造時(shí)間、材料使用、重量和運(yùn)輸所需的燃料量。
請(qǐng)記住，盡可能在可持續(xù)設(shè)計(jì)考慮因素與零件的其他需求之間取得平衡。例如，利用增材生產(chǎn)的生成式設(shè)計(jì)節(jié)省的材料是否超過(guò)了傳統(tǒng)制造的成本。
2. 終身設(shè)計(jì)
更長(zhǎng)的使用壽命意味著更少的浪費(fèi)，因此設(shè)計(jì)耐用且易于更換的部件至關(guān)重要。為再制造或翻新而設(shè)計(jì)是延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命的常用方法。再制造設(shè)計(jì)可在不犧牲性能的情況下防止零件過(guò)時(shí)，減少二氧化碳排放，節(jié)約原材料，并有助于經(jīng)濟(jì)循環(huán)。甚至可以使用重復(fù)使用或維修的零件將再制造產(chǎn)品重建為原始規(guī)格，以延長(zhǎng)其使用壽命。當(dāng)產(chǎn)品無(wú)法重新組裝以滿足其原始規(guī)格時(shí)，它被視為翻新。翻新--分發(fā)以前退回的產(chǎn)品-- 比再制造更便宜但不夠徹底。然而，從可持續(xù)性的角度來(lái)看，它仍然是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。制造商可以使用翻新產(chǎn)品修復(fù)缺陷和測(cè)試功能，翻新產(chǎn)品始終比一次性產(chǎn)品更具可持續(xù)性。無(wú)論您決定采用再制造還是翻新路線，都需要設(shè)計(jì)可維修的零件。簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)以減少需要診斷、拆卸和重新組裝的故障項(xiàng)目的數(shù)量。標(biāo)準(zhǔn)化部件以降低每單位成本的生產(chǎn)成本，簡(jiǎn)化庫(kù)存需求，加快更換過(guò)程，并生成更多故障和可靠性數(shù)據(jù)，以供在服務(wù)規(guī)劃時(shí)使用。添加檢修面板、鉸鏈或艙口，使維修難以到達(dá)的地方更加容易。同樣重要的是要注意，您將需要平衡不同的可持續(xù)設(shè)計(jì)原則。零件整合可以減少能源、原材料和燃料消耗，但也會(huì)影響可維護(hù)性。當(dāng)一個(gè)部件停止工作時(shí)，您將需要更換由更多子組件組成的大部分零件，而不是單個(gè)子組件，因此請(qǐng)務(wù)必仔細(xì)權(quán)衡您的選擇。
3. 確保設(shè)計(jì)過(guò)程的可持續(xù)性
您還可以通過(guò)重新檢查設(shè)計(jì)過(guò)程來(lái)減少浪費(fèi)。例如，如果在制造設(shè)計(jì)之前使用仿真和虛擬裝配來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)，則可以限制生產(chǎn)的原型數(shù)量并防止材料密集型重新設(shè)計(jì)。此外，如果使用增材制造來(lái)制造原型，您將比使用CNC加工或注塑成型等工藝產(chǎn)生更少的浪費(fèi)，尤其是在以較小規(guī)模打印大型零件的情況下。如果決定使用CNC加工零件，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)存尺寸，以減少材料浪費(fèi)并節(jié)省與機(jī)器時(shí)間相關(guān)的能源消耗。
此外，請(qǐng)務(wù)必考慮使后處理更具可持續(xù)性的不同方法。例如，使用紋理和消除對(duì)支撐材料的需求消除了后處理要求，而以最終顏色制造零件則節(jié)省了噴漆的需要。但是，如果您無(wú)法以所需的顏色制造零件，請(qǐng)繼續(xù)集思廣益其他方法以使該過(guò)程更具可持續(xù)性，例如采購(gòu)不含VOC的無(wú)毒環(huán)保涂料。
您還需要超越對(duì)零件本身的思考，并松思考它是如何生產(chǎn)的。例如，在注塑成型過(guò)程中，需要通過(guò)CNC加工創(chuàng)建工具，復(fù)雜的幾何形狀（如擠壓件，底切和型腔）需要頂桿和滑塊。每個(gè)附加功能都會(huì)增加創(chuàng)建工具所需的材料和能量，因此簡(jiǎn)單的零件意味著更低的能源和材料消耗。您可以與兆恒機(jī)械合作修改您的設(shè)計(jì)以優(yōu)化制造效率。
最后，開(kāi)始考慮如何運(yùn)輸零件為時(shí)不晚。嘗試設(shè)計(jì)嵌套零件或扁平包裝的零件，以在運(yùn)輸過(guò)程中最大化利用空間。為了促進(jìn)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，您必須從源頭開(kāi)始——設(shè)計(jì)。通過(guò)做出深思熟慮的設(shè)計(jì)選擇，抓住機(jī)會(huì)減少材料并最大限度地延長(zhǎng)使用壽命，我們的產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)將與您一起盡自己的一份力量，使制造更清潔、更環(huán)保。
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