董 萌 萌， 李 濤， 郭 燕 春， 吳 祖 鵬， 唐 梓 玨， 彭 世 通

( 大連理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院, 遼寧 大連 116024 )

0 引 言

增材制造也被稱為3D打印技術(shù)[1]，其因獨(dú)有的科技優(yōu)勢[2]已被廣泛應(yīng)用到自動化、航空、生物醫(yī)學(xué)、能源消費(fèi)品等各行業(yè)．無論是生產(chǎn)產(chǎn)品的數(shù)量還是出產(chǎn)設(shè)備的銷售量，在過去的數(shù)十年都有了顯著發(fā)展[3]，備受各界人士關(guān)注．然而，人們都將注意力集中在增材制造的產(chǎn)品質(zhì)量問題上，對該過程的能耗問題卻研究甚少，尚且沒有完善的能耗模型，這對于增材制造技術(shù)在能源短缺、低碳發(fā)展大環(huán)境下進(jìn)一步的推廣十分不便．

Kellens等[3-6]通過CO2PE！— UPLCI(cooperative effort on process emissions in manufacturing — unit process life cycle inventory)方法，運(yùn)用時間研究、功率研究、物耗研究和排放研究的方式研究選擇性激光燒結(jié)(selective laser sintering，SLS)和選擇性激光熔化(selective laser melting，SLM)等固體成型技術(shù)的環(huán)境特性，建立了SLS環(huán)境影響參數(shù)模型，并提出了改善措施；Le Bourhis等[7]基于生命周期評價(life cycle assessment，LCA)基本框架提出了關(guān)于直接激光增材制造(direct laser additive manufacturing，DLAM)方式的環(huán)境影響特性的研究方法；Luo等[8-9]研究了增材制造的電能耗，并提出比能耗的計算方式，通過比較3種SLM設(shè)備，得出激光效率越高，比能耗越低的結(jié)論；Mognol等[10]首次提出零件的加工方向?qū)ζ潆娔芎牡挠绊?；Baumers等[11-13]研究了零件的幾何外形和堆積密度對其電消耗的影響．縱觀眾多學(xué)者的研究，可以看出增材制造中的能耗研究局限于對實(shí)際測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，且大多數(shù)是將電能耗作為環(huán)境影響中的一環(huán)來粗略研究，并沒有專門詳盡的能耗預(yù)測模型可用．針對這一研究現(xiàn)狀，本文以激光熔覆系統(tǒng)為研究對象，對其能耗特性展開詳盡研究．將整個激光熔覆系統(tǒng)分為5個子系統(tǒng)，通過理論分析和實(shí)驗(yàn)規(guī)律研究得到各子系統(tǒng)能耗模型，以及激光熔覆系統(tǒng)整機(jī)能耗模型，并驗(yàn)證模型的有效性．該方法可以在早期設(shè)計階段進(jìn)行生產(chǎn)過程能耗預(yù)測，從而為工藝路線設(shè)計及方案優(yōu)化提供判斷依據(jù)，也為研究其他增材制造技術(shù)能耗問題提供切實(shí)可行的研究方法．

1 激光熔覆系統(tǒng)能耗建模

根據(jù)激光熔覆系統(tǒng)的工作原理可以將整個系統(tǒng)的能耗分為激光發(fā)生器能耗、冷卻系統(tǒng)能耗、機(jī)械臂控制柜能耗、送粉系統(tǒng)能耗以及輔助系統(tǒng)能耗等5部分，即

E=El+Ecool+Econ+Ep+Eaux

(1)

式中：E、El、Ecool、Econ、Ep、Eaux分別為系統(tǒng)總能耗、激光發(fā)生器能耗、冷卻系統(tǒng)能耗、機(jī)械臂控制柜能耗、送粉系統(tǒng)能耗、輔助系統(tǒng)能耗．

1.1 激光發(fā)生器能耗建模

激光發(fā)生器的工作狀態(tài)分為待機(jī)、熔覆及層間停隔3種狀態(tài)，因而其能耗相應(yīng)地分為激光器待機(jī)能耗、激光器熔覆能耗以及激光器層間停隔能耗，即

El=Elw+Elm+Els

(2)

式中：Elw、Elm、Els分別為激光器待機(jī)能耗、熔覆能耗、層間停隔能耗．

本研究中激光熔覆過程使用的是光纖激光，這種激光可以獲得0～4 000 W的功率，為了確定激光單元所需的耗電量，根據(jù)正常使用的加工條件，實(shí)驗(yàn)研究了500～2 500 W激光功率的耗電情況，用功率計測量耗電功率，從而可以探究激光功率與激光消耗功率之間的關(guān)系．

實(shí)驗(yàn)中激光功率從500 W到2 500 W以200 W為梯度遞增間隔，每梯度功率工作20 s，間隔10 s，圖1展示了實(shí)驗(yàn)結(jié)果(其中縱坐標(biāo)代表功率，橫坐標(biāo)表示數(shù)據(jù)采集時間分辨率為500 ms)，從中可以看出大約有500 W的功率消耗偏差，這是由于沒有激光功率的輸出下激光單元內(nèi)的耗電系統(tǒng)消耗了一部分能量，其值僅與激光器的型號有關(guān)，此處表示為激光發(fā)生器的待機(jī)功率．則激光器待機(jī)能耗為

圖1 激光功率與激光消耗功率對比Fig.1 The comparison between laser power and laser consumption power

Elw=Plwtlw

(3)

式中：Plw、tlw分別為激光器待機(jī)功率、待機(jī)時間．

由圖1可以得到圖2的激光功率和激光消耗功率之間的關(guān)系曲線．可以看出激光功率與激光消耗功率之間存在一個雙射函數(shù)，即

Plc=f(Pl)

(4)

則激光器熔覆能耗為

(5)

式中：Plc、Pl、tlm分別為激光消耗功率、激光功率、激光熔覆時間．

圖2 激光功率和激光消耗功率的關(guān)系曲線Fig.2 The relationship curves of laser power and laser consumption power

激光熔覆作為一種增材制造技術(shù)是通過逐層制造的原理進(jìn)行工作的，所以有必要研究層間能耗情況．以激光功率1 200 W單道熔覆316L不銹鋼鐵粉為例進(jìn)行研究，熔覆長度30 mm，熔覆20層，用功率計測量功耗情況，OriginPro數(shù)值處理軟件處理數(shù)據(jù)得到圖3．圖中虛線部分為層間停隔消耗功率，為1 100 W，經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)可得，此值為定值，是激光發(fā)生系統(tǒng)的自身特點(diǎn)所致，與工藝參數(shù)的選擇無關(guān)，此處不作深層次的研究．則激光器層間停隔能耗可表示為

(6)

式中：Pls、tls分別為層間激光消耗功率、層間停隔時間．

綜上所述可得激光發(fā)生器加工過程總能耗為

El=Elw+Elm+Els=

(7)

圖3 層間激光消耗功率Fig.3 Laser consumption power between cladding layers

1.2 冷卻系統(tǒng)能耗建模

激光熔覆過程使用高功率激光，在電能轉(zhuǎn)化為激光能的過程中，一大部分能量由于焦耳效應(yīng)而丟失[7]，這部分能量單靠對流形式遠(yuǎn)不足以散失，因此有必要借助外界冷卻系統(tǒng)進(jìn)行降溫冷卻以保護(hù)激光單元內(nèi)部部件以及熔覆頭部分．圖4展示了關(guān)于冷卻系統(tǒng)在冷卻過程中消耗電功率的情況，容易看出，冷卻系統(tǒng)有兩個工作狀態(tài)：一個是待機(jī)狀態(tài)，此狀態(tài)大約消耗功率500 W；另一個是冷卻工作狀態(tài)，此狀態(tài)大約消耗功率2 450 W．因此冷卻系統(tǒng)能耗可由下式表示：

Ecool=Ecs+Ecw

(8)

Ecool=Pcstcs+Pcwtcw

(9)

式中：Ecs、Ecw、Pcs、Pcw、tcs、tcw分別為冷卻系統(tǒng)待機(jī)能耗、工作能耗、待機(jī)消耗功率、工作消耗功率、待機(jī)時間、工作時間．

圖4 冷水機(jī)功耗曲線Fig.4 The curve of chiller consumption power

為了確定冷卻系統(tǒng)的冷卻時間，可以利用熱力學(xué)的相關(guān)知識，在此假設(shè)所有能量轉(zhuǎn)換過程的能量損失都被冷卻系統(tǒng)的冷卻水消耗掉，因此，可以用以下公式確定冷卻時間：

(10)

式中：vf、ρ、c、ΔT分別為冷卻水的流速、冷卻水的密度、冷卻水的比熱容、冷卻水的溫差(即當(dāng)冷卻水設(shè)定為21 ℃，實(shí)際溫度為21.5 ℃時，冷水機(jī)開始工作，使其降至20.5 ℃，因此ΔT=1 K)．

1.3 機(jī)械臂控制柜能耗建模

為了闡述方便，將機(jī)械臂熔覆頭在起點(diǎn)的位置定義為原點(diǎn)(如圖5中A點(diǎn))，激光經(jīng)過熔覆頭即將開始熔覆工作時熔覆頭的位置稱為設(shè)置起始點(diǎn)(如圖6中B點(diǎn))．機(jī)械臂控制柜通過控制六軸系統(tǒng)來控制機(jī)械臂的運(yùn)動，使激光束能在基體表面按照規(guī)劃的路徑精確掃描，做到柔性加工，由于每根軸的運(yùn)動狀態(tài)不同，其耗能情況也極其復(fù)雜，因而本文將其看作一個整體，根據(jù)宏觀狀態(tài)變化引起的功耗變化來研究控制柜的能耗情況．按工作原理可以將控制柜的耗能表示為

Econ=Econs+Econw

(11)

圖5 熔覆頭原點(diǎn)位置Fig.5 Home position of cladding head

圖6 熔覆頭設(shè)置起始點(diǎn)位置Fig.6 Setting original position of cladding head

式中：Econs、Econw分別為機(jī)械臂控制柜待機(jī)能耗、工作能耗．

為了研究影響控制柜耗能因素，選取激光功率、掃描速度、送粉速率3個主要影響因素，設(shè)計正交實(shí)驗(yàn)L16，進(jìn)行長為30 mm的316L不銹鋼鐵粉的單道熔覆實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計如表1所示．

表1 正交實(shí)驗(yàn)安排

由正交實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)激光器控制柜的能耗情況只與機(jī)械臂的位置變動有關(guān)，由于篇幅有限，詳細(xì)探討過程不在此展示，圖7表示了控制柜完成一個完整工作行程的功耗情況．

圖7 控制柜功耗Fig.7 Control cabinet consumption power

如圖所示，a—b和m—n兩段表示控制柜的待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)熔覆頭從原點(diǎn)A位置走到設(shè)置起始點(diǎn)B位置時，功率從待機(jī)功率上升到工作功率(圖中b—c)，此過程需要1～2 s，然后出現(xiàn)了4～5 s的運(yùn)動轉(zhuǎn)換過程(圖中c—d)，此階段有大約10 W的功率波動．從d點(diǎn)開始進(jìn)入熔覆過程，熔覆頭做水平直線勻速運(yùn)動，熔覆過程結(jié)束后，機(jī)械臂維持當(dāng)前狀態(tài)，其功耗并未出現(xiàn)變化，直到熔覆頭從B位置重新回到A位置，此過程功率出現(xiàn)最大躍動點(diǎn)，即圖中的f點(diǎn)，然后歸于靜止．整個過程(圖中e—f—g)耗時1～2 s，其中到達(dá)A位置后，機(jī)械臂內(nèi)部六軸系統(tǒng)依然耗功以完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程(圖中g(shù)—h)，大約20 s后，機(jī)械臂控制柜重回待機(jī)狀態(tài)(圖中m—n)．

由以上工作原理分析以及大量實(shí)驗(yàn)歸納，本文對其復(fù)雜的實(shí)際工作過程進(jìn)行如下簡化處理以得到可利用的理論模型：

(1)躍動過程e—f—g由于時間過短，對整個能耗結(jié)果影響不大，因此本次能耗建模將其簡化忽略不計；

(2)波動過程c—d由于其功率降低不大，對整個能耗結(jié)果影響不大，將其與d—e段看作同樣的功耗情況，因此將兩段看作一個整體進(jìn)行建模分析；

(3)由以上兩項(xiàng)處理可得，工作狀態(tài)能耗中影響能耗的主要位置因素轉(zhuǎn)換為時間因素，而功率消耗為常值．

因此，機(jī)械臂控制柜待機(jī)能耗和工作能耗為

Econs=Pconstcons

(12)

Econw=Pconwtconw

(13)

式中：Pcons、Pconw、tcons、tconw分別為機(jī)械臂控制柜待機(jī)功率、工作功率、待機(jī)時間、工作時間．

機(jī)械臂控制柜的工作時間由達(dá)到f點(diǎn)之前和之后兩部分構(gòu)成，在達(dá)到f點(diǎn)之前，一部分時間由熔覆時間決定，熔覆時間由掃描速度和熔覆長度共同決定，另一部分時間則取決于六軸系統(tǒng)的內(nèi)部消耗情況，跟系統(tǒng)有關(guān)；在達(dá)到f點(diǎn)之后，機(jī)械手臂為了達(dá)到原始平衡位置而持續(xù)耗功，此段時間由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知為定值，因此工作時間為

tconw=l/v+k1+k2

(14)

式中：l/v+k1表示f點(diǎn)之前的工作時間，k2表示f點(diǎn)之后的工作時間，l是熔覆層的長度，v是激光掃描速度，k1、k2為六軸系統(tǒng)控制機(jī)械臂下降、上升固定消耗時間常數(shù)，其值只與系統(tǒng)有關(guān)．

因此可得機(jī)械臂控制柜的能耗為

(15)

式中：n是熔覆層數(shù)，tls是層間停隔總時間，N是機(jī)械臂上升、下降的次數(shù)．

1.4 送粉系統(tǒng)

送粉系統(tǒng)由送粉器、氣路裝置以及激光熔覆頭等部件構(gòu)成，雙料倉負(fù)壓式送粉器采用載氣式送粉結(jié)構(gòu)，利用惰性氣流的動能使散粒物料呈懸浮狀態(tài)隨氣流沿管道輸送至激光熔覆頭，配置同軸熔覆頭可以實(shí)現(xiàn)長距離的粉末輸送，實(shí)現(xiàn)激光熔覆的同步送粉．

送粉系統(tǒng)的整體能耗由兩部分構(gòu)成，即

Ep=Eps+Epw

(16)

式中：Eps、Epw分別為送粉系統(tǒng)待機(jī)狀態(tài)能耗、送粉狀態(tài)能耗．

根據(jù)其工作原理可知送粉系統(tǒng)由待機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗头蹱顟B(tài)實(shí)質(zhì)是送粉器內(nèi)部流量計開關(guān)打開使惰性氣體進(jìn)入氣路管道中以實(shí)現(xiàn)粉末的輸送，因此僅僅是開關(guān)的開閉引起送粉系統(tǒng)電功率的起伏變化，此變化不僅數(shù)值較小而且時間較短，因而可將整個過程看作恒功率工作，則式(16)轉(zhuǎn)化為

Ep=Kptpon

(17)

式中：Kp是送粉系統(tǒng)的功率常數(shù)，其值大小與送粉器本身有關(guān)，單位為功率單位；tpon是送粉器開機(jī)總時間．

1.5 輔助系統(tǒng)能耗建模

激光熔覆系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)是指對激光熔覆過程起輔助作用的系統(tǒng)，如數(shù)控系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、除濕系統(tǒng)等，輔助系統(tǒng)在工作時其功率基本保持不變，因此：

(18)

1.6 激光熔覆系統(tǒng)能耗模型

根據(jù)以上對激光熔覆系統(tǒng)激光發(fā)生器、冷卻系統(tǒng)、機(jī)械臂控制柜、送粉系統(tǒng)以及輔助系統(tǒng)等5部分進(jìn)行的能耗建模分析可得到激光熔覆系統(tǒng)整機(jī)能耗模型，即

(19)

1.7 比能耗建模

根據(jù)1.1～1.6節(jié)激光熔覆系統(tǒng)能耗建模的分析以及文獻(xiàn)[9]中所用的方法，本文采用式(20)進(jìn)行比能耗的計算，其推導(dǎo)過程由于篇幅有限不在此贅述．

(20)

其中es為比能耗(specific energy consumption)，M為熔覆層質(zhì)量．

生產(chǎn)率可用下式計算：

(21)

其中Q為生產(chǎn)率(process productivity)，tm為加工時間．

2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 實(shí)驗(yàn)安排

本實(shí)驗(yàn)中激光熔覆系統(tǒng)采用鞍山煜宸科技有限公司為大連理工大學(xué)制造的RS-LCD-4000-D-R型光纖激光熔覆系統(tǒng)，將PA2000mini功率分析儀連接于設(shè)備總線處，用以測量機(jī)床功率消耗，通過PAM功率分析儀管理軟件將電腦和功率儀相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，采集數(shù)據(jù)．具體實(shí)驗(yàn)布置及接線如圖8所示．本實(shí)驗(yàn)熔覆的基體材料與送入熔覆材料均為316L不銹鋼，主要成分如表2所示．實(shí)驗(yàn)任務(wù)是在120 mm×10 mm×10 mm的基體上熔覆一個長為80 mm，熔覆層為20層的單道多層試件，相關(guān)工藝參數(shù)如表3所示，熔覆過程如圖9所示．

2.2 能耗預(yù)測過程與結(jié)果

依據(jù)第1章所建能耗模型，對此實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行能耗預(yù)測．

圖8 實(shí)驗(yàn)裝置及接線總圖Fig.8 Diagram of experimental equipment and wiring

表2 316L不銹鋼主要成分

表3 工藝參數(shù)表

步驟1設(shè)計加工工藝路線，如圖10所示．

步驟2根據(jù)能耗模型進(jìn)行能耗預(yù)測．

圖10 激光熔覆過程加工工藝路線Fig.10 Laser cladding processing routes

(1)激光發(fā)生器能耗預(yù)測：利用Matlab數(shù)值分析軟件的曲線擬合功能，可以得到本實(shí)驗(yàn)所用激光器的具體雙射函數(shù)為

Plc=f(Pl)=0.900 7Pl+1.068

(22)

因而得到激光消耗功率為2.419 kW，然后根據(jù)式(7)以及工藝參數(shù)和工藝路線，得到激光發(fā)生器的預(yù)測能耗為0.778×106J．

(2)冷卻系統(tǒng)能耗預(yù)測：根據(jù)式(9)、(10)以及本實(shí)驗(yàn)設(shè)備相關(guān)參數(shù)(見表3)可以對冷卻系統(tǒng)能耗進(jìn)行預(yù)測，計算過程由于篇幅有限不再贅述，結(jié)果為1.058×106J．

(3)機(jī)械臂控制柜能耗預(yù)測：本設(shè)備中機(jī)械臂下降、上升固定消耗時間常數(shù)k1、k2分別為11 s、20 s，且下降、上升1次，由式(11)～(15)預(yù)測得到其能耗為0.526×106J．

(4)送粉系統(tǒng)能耗預(yù)測：本實(shí)驗(yàn)研究中使用的是RACHAM公司生產(chǎn)的RC-PF-01B-2雙料倉負(fù)壓式送粉器，其Kp為90 W，工作原理如1.4節(jié)分析，根據(jù)式(16)、(17)所建能耗模型進(jìn)行送粉系統(tǒng)能耗預(yù)測得到預(yù)測值為0.107×106J．

(5)輔助系統(tǒng)能耗預(yù)測：鞍山煜宸科技有限公司為大連理工大學(xué)制造的激光熔覆系統(tǒng)中輔助系統(tǒng)有數(shù)控系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、除濕系統(tǒng)、空氣壓縮系統(tǒng)以及照明系統(tǒng)等，則式(18)可表示為

Eaux=Pcomtcom+Paircontaircon+Pdehumtdehum+

Pcomptcomp+Plighttlight

(23)

式中：Pcom、Paircon、Pdehum、Pcomp、Plight分別為數(shù)控系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、除濕系統(tǒng)、空氣壓縮系統(tǒng)、照明系統(tǒng)的消耗功率；tcom、taircon、tdehum、tcomp、tlight分別為數(shù)控系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、除濕系統(tǒng)、空氣壓縮系統(tǒng)、照明系統(tǒng)的工作時間．

由此得到輔助系統(tǒng)的能耗預(yù)測值為0.724×106J．

步驟3實(shí)測能耗值與預(yù)測能耗值對比．

由步驟2可以得到激光熔覆系統(tǒng)整機(jī)能耗預(yù)測值，將相關(guān)結(jié)果與實(shí)測能耗值展示于表4中，結(jié)果顯示，模型預(yù)測能耗值為3.193×106J，實(shí)測能耗值為3.150×106J，其誤差僅為1.37%．通過熔覆粉末質(zhì)量相關(guān)計算以及式(20)、(21)可以得到比能耗以及生產(chǎn)率(見表4)，比能耗誤差為2.17%，生產(chǎn)率誤差為5.15%，由此可以驗(yàn)證模型的有效性．圖11是Gutowski等于2017年總結(jié)整理的各種加工方式生產(chǎn)率及比能耗的對比圖[14]，圖中綠色三角形代表本研究的實(shí)測值，紅色三角形代表的是預(yù)測值．

表4 預(yù)測能耗與實(shí)測能耗對比

圖11 各種加工方式的生產(chǎn)率及比能耗的對比Fig.11 The comparison among various processing methods of productivity and specific energy consumption

3 結(jié) 語

增材制造過程目前還沒有完整的能耗模型，本文以激光熔覆這一典型的增材制造系統(tǒng)為研究對象，根據(jù)其工作原理以及能耗特性，將激光熔覆系統(tǒng)整機(jī)能耗分為5部分，即激光發(fā)生器能耗、冷卻系統(tǒng)能耗、機(jī)械臂控制柜能耗、送粉系統(tǒng)能耗以及輔助系統(tǒng)能耗．結(jié)合加工原理以及實(shí)驗(yàn)規(guī)律對5部分能耗分別建模，從而得到激光熔覆系統(tǒng)整機(jī)能耗模型，并以熔覆一個長為80 mm，層數(shù)為20的316L不銹鋼試件為例，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明在同一設(shè)定加工條件下模型預(yù)測能耗值為3.193×106J，實(shí)測能耗值為3.150×106J，其誤差僅為1.37%，比能耗誤差為2.17%，生產(chǎn)率誤差為5.15%，從而驗(yàn)證了所建模型的準(zhǔn)確性和有效性；并將結(jié)果標(biāo)識在生產(chǎn)率及比能耗的對比圖(圖11)中，再次驗(yàn)證了本次研究數(shù)據(jù)的可靠性以及模型的有效性．從圖中可以看到，激光熔覆技術(shù)的比能耗(圖中中間部分)與傳統(tǒng)加工技術(shù)(圖中右下角部分)相比要高2～3個能量級，屬于高能量密度生產(chǎn)方式，從可持續(xù)角度來看，非常有必要探究其耗能機(jī)理以減少能耗、提高能源利用率．本研究為后續(xù)工藝參數(shù)優(yōu)化、能耗預(yù)測等相關(guān)工作提供了理論計算基礎(chǔ)，也為其他增材制造過程節(jié)能減排、綠色生產(chǎn)、參數(shù)優(yōu)化等方向的研究提供了參考．

[1] 李玉霞. 選擇性激光熔化增材制造碳效率評估方法及應(yīng)用[D]. 重慶:重慶大學(xué), 2016.

LI Yuxia. Carbon efficiency and application of selective laser melting process for additive manufacturing [D]. Chongqing: Chongqing University, 2016. (in Chinese)

[2] SREENIVASAN R, GOEL A, BOURELL D L. Sustainability issues in laser-based additive manufacturing [J].PhysicsProcedia, 2010,5(1):81-90.

[3] KELLENS K, YASA E, RENALDI R,etal. Energy and resource efficiency of SLS/SLM processes [C] //22ndAnnualInternationalSolidFreeformFabricationSymposium-AnAdditiveManufacturingConference,SFF2011. Austin: University of Texas at Austin, 2011:1-16.

[4] KELLENS K, RENALDI R, DEWULF W,etal. Environmental impact modeling of selective laser sintering processes [J].RapidPrototypingJournal, 2014,20(6):459-470.

[5] KELLENS K, DEWULF W, OVERCASH M,etal. Methodology for systematic analysis and improvement of manufacturing unit process life-cycle inventory (UPLCI) — CO2PE! initiative (cooperative effort on process emissions in manufacturing). Part 1: Methodology description [J].TheInternationalJournalofLifeCycleAssessment, 2012,17(1):69-78.

[6] KELLENS K, DEWULF W, OVERCASH M,etal. Methodology for systematic analysis and improvement of manufacturing unit process life cycle inventory (UPLCI) CO2PE! initiative (cooperative effort on process emissions in manufacturing). Part 2: Case studies [J].TheInternationalJournalofLifeCycleAssessment, 2012,17(2):242-251.

[7] LE BOURHIS F, KERBRAT O, HASCOET J Y,etal. Sustainable manufacturing:Evaluation and modeling of environmental impacts in additive manufacturing [J].TheInternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology, 2013,69(9/10/11/12):1927-1939.

[8] LUO Yanchun, JI Zhiming, LEU M C,etal. Environmental performance analysis of solid freedom fabrication processes [C] //Proceedingsofthe1999IEEEInternationalSymposiumonElectronicsandtheEnvironment. Piscataway: IEEE, 1999:1-6.

[9] LUO Yanchun, LEU M C, JI Zhiming. Assessment of environmental performance of rapid prototyping and rapid tooling processes [Z]. Newark: Department of Mechanical Engineering, New Jersey Institute of Technology, 1999:783-791.

[10] MOGNOL P, LEPICART D, PERRY N. Rapid prototyping:Energy and environment in the spotlight [J].RapidPrototypingJournal, 2006,12(1):26-34.

[11] BAUMERS M, TUCK C, WILDMAN R,etal. Transparency built-in:Energy consumption and cost estimation for additive manufacturing [J].JournalofIndustrialEcology, 2013,17(3):418-431.

[12] BAUMERS M, TUCK C, HAGUE R,etal. A comparative study of metallic additive manufacturing power consumption [C] //21stAnnualInternationalSolidFreeformFabricationSymposium-AnAdditiveManufacturingConference,SFF2010. Austin:University of Texas at Austin, 2010:278-288.

[13] BAUMERS M, TUCK C, WILDMAN R,etal. Energy inputs to additive manufacturing: Does capacity utilization matter? [C] //22ndAnnualInternationalSolidFreeformFabricationSymposium-AnAdditiveManufacturingConference,SFF2011. Austin: University of Texas at Austin, 2011:30-40.

[14] GUTOWSKI T, JIANG Sheng, COOPER D,etal. Note on the rate and energy efficiency limits for additive manufacturing [J].JournalofIndustrialEcology, 2017,21:S69-S79.