2022年6月，国际自动机工程师学会（SAE International）发表了《用于车辆轻量化的增材制造工艺设计》报告。报告指出，汽车行业在不断寻求可持续性和环境影响评估，以减少车辆能源需求。根据减排和生命周期评估（LCA）的全球趋势，产品和工艺的可持续性是由采用新的制造技术以及解决部件重量减轻问题的设计方法驱动的。对于航空和其他一些行业，轻量化设计的概念很快成为汽车的中心话题，因为它可以提高性能、降低能耗和排放。从车辆性能的角度来看，车辆质量的降低提高了动力性、灵活性和油耗：电动汽车尤其如此，在电动汽车中，重量的降低直接提高了燃油效率和可用范围。从环境角度来看，很少有研究预测轻量化对环境和绿色转型的积极影响。轻量化措施持续减少二氧化碳排放量，平均每千克减少0.08克至0.11克二氧化碳。此外，减轻部件重量直接影响其制造资源，包括运输和储存。因此，轻量化解决方案的广泛采用得益于附加制造。通过AM，轻质设计包括建筑结构，其中材料使用经过数值优化，以实现材料强度和重量减轻目标。即使轻质材料的成本和轻质结构的可制造性仍然是一些工业应用的问题，AM技术的发展及其优势使可持续设计成为可能。

除了轻质设计带来的性能和环境效益外，增材制造还可以提供与制造工艺相关的二氧化碳减排。增材制造可以仅利用实际组件生产所涉及的能量和材料，最大限度地减少浪费。Rejeski等人评估了能源和废物，但也将其确定为生命周期影响的基础，涵盖了从原材料获取到生命末期处置的所有活动，以了解累积环境足迹。当前的生命周期评价表明，与传统制造相比，增材制造单元工艺的比能量值更高。然而，对于汽车行业而言，通过比较能源需求预估和潜在的燃油消耗减少，应用轻量化设计可以对环境产生积极影响。因此，问题在于利用增材制造来增加复杂性，以及在使用阶段可能对部件性能产生的影响。值得注意的是，这些分析是有限的。一方面，需要对增材制造能耗的特征进行标准化，并将所考虑的供应链从材料提取延伸到成品，还包括在寿命结束时的管理。另一方面，必须考虑分布式制造和缩短交付周期、接近净形状的零件以及提供减少后处理和减少装配操作的组件集成的潜力。事实上，增材制造生命周期能量和减排与取消传统制造工艺中的工具、模具和材料废料有关。增材制造不需要夹具、夹具、刀具和冷却剂等额外资源，从而降低了制造成本和环境足迹。从环境和经济角度来看，机器和材料使用的减少直接关系到设计和工艺参数的优化，主要是：工艺时间、能耗、工件和支撑材料、工艺催化剂等。因此，需要对制造消耗和成本进行工艺分析和估算，遵循时间驱动和基于活动的方法来确定AM内的关键因素。

所提交的文献研究表明，由于产品轻量化和工艺节约，增材制造的采用对减排产生了积极影响。然而，设计方法需要对相关生产过程中的不同轻量化概念和替代配置进行客观评估。这项工作将关键绩效指标集成到增材制造设计（DfAM）方法中，以有效采用产品和工艺权衡研究。

报告最终得出结论：可持续性将是重塑新产品开发的关键驱动力概念，对汽车新的解决方案产生颠覆性影响。具体而言，二氧化碳排放量是衡量车辆环境影响的综合参数。二氧化碳排放的主要原因之一是移动的质量。因此，轻量化设计是减少下一代交通工具碳足迹的强制性方法。增材制造技术是支持这一转变较好的候选技术。然而，为了有效地采用真实产品的附加制造，特别是涉及汽车总成的附加制造方法，需要专门的目标集成设计方法。这项工作提出了一个客观的设计框架，包括权衡研究，通过KPI和在集成设计平台上的采用来评估和选择最佳的产品和工艺变体。为了证明该方法的有效性，对SAE方程式汽车的转向柱支撑系统进行了重新设计，以减轻重量。通过并行的产品和过程KPI分析，优化了两种不同的解决方案。随后，最终的权衡确定了最佳解决方案，该解决方案以较低的成本提供了更好的性能，并由于重量和资源使用的节省而减少了二氧化碳排放。报告认为，该方法为进一步改进打开了大门，例如整合进一步的关键绩效指标以及可持续性参数，以恢复对整个过程碳足迹的直接评估。