钛合金Ti-6Al-4V激光粉末床熔融增材制造与传统切削加工可持续性对比研究：多准则决策分析

本文通过多准则决策方法（MCDM）系统评估了激光粉末床熔融（L-PBF）与传统数控加工（CNC）在钛合金Ti-6Al-4V制造中的可持续性表现。研究结合生命周期评估（LCA）和灰色关联分析（GRA），量化了环境、经济、社会及技术维度的关键指标，发现L-PBF在环境与社会效益上占优，而CNC凭借生产速度等优势总体得分更高（0.778 vs 0.696）。值得注意的是，若考虑增材制造20%的减重潜力，L-PBF可持续性评分（0.767）反超CNC（0.714），为航空航天轻量化设计提供重要参考。

　　

亮点聚焦

增材制造（AM）技术通过产品服务系统（PSS）模式显著提升资源与能源效率，并借助生命周期延展（LCE）策略延长产品寿命，同时重构价值链为短链供应模式（Ford and Despeisse, 2016）。AM的可持续性优势体现在：无缝3D设计传输、定制化零件生产、功能性结构设计、轻量化部件制造、零废料潜力，以及碳足迹缩减和按需生产特性（Oros Daraban et al., 2019）。这些特性使AM成为颠覆传统制造范式的关键技术。

研究结论

钛合金Ti-6Al-4V的激光粉末床熔融（L-PBF）与数控加工（CNC）对比研究表明：

• L-PBF在环境与社会维度表现优异，但CNC凭借更快的生产速度和更低人力成本，总体可持续性得分更高（0.778 vs 0.696）。

• 当计入AM技术20%的减重潜力时，L-PBF评分（0.767）反超CNC（0.714），凸显其在轻量化应用中的战略价值。

• 生产速度、人力成本和水资源消耗是影响可持续性评分的核心驱动因素，而机械性能指标影响微弱。

作者贡献声明

Nasser Rizk：主笔初稿、验证分析、方法论构建与数据可视化；Mohammad Nazzal：框架设计、资金获取与论文修订；Basil M. Darras：项目督导与概念优化；Ibrahim Deiab：跨学科协作支持。

利益冲突声明

全体作者声明无任何可能影响本研究结果的财务或个人利益冲突。

致谢

本研究由沙迦美国大学（American University of Sharjah）通过FRG23-C-E20基金资助完成。