Kun teollisuus astuu vihreän ja älykkään uuden vaiheen, 3D-tulostuksen ympäristönsuojelu ja kestävyys ovat tulleet yhdeksi alan keskeisistä teknologioista. Onko 3D-tulostus todella kestävää? Vastaus on monimutkainen ja odottamisen arvoinen.

Tässä artikkelissa analysoidaan järjestelmällisesti 3D-tulostuksen kestävyyden etuja ja haasteita ja ehdotetaan sarjaa käytännön optimointistrategioita energiansäästön ja päästöjen vähentämisen, lisävalmistuksen tehokkuuden, materiaalien kierrätyksen ja vihreiden valmistuskäytäntöjen ympärillä, jotta yritykset, jotka haluavat saavuttaa vihreän muutoksen, voivat ottaa keskeisen askeleen ja edistää 3D-tulostuksen ympäristönsuojelujärjestelmän todellista toteuttamista

3D-tulostuksen kolme merkittävää etua kestävyyteen

Vähentää materiaalijätteitä

3D-tulostus käyttää "lisävalmistusta" rakentaa osia kerroksella, mikä voi lisätä materiaalin käyttöä 30%-90% verrattuna perinteisiin "leikkaus" -valmistusmenetelmiin. Kun otetaan esimerkiksi lentokoneiden moottorien titaaniosia, noin 90% materiaaleista hävitetään perinteisessä käsittelyssä, kun taas 3D-tulostus voi hallita jätettä alle 10%. Tämä ei ainoastaan paranna tuotannon tehokkuutta, vaan myös saavuttaa raaka-aineiden huolellisen laskennan lähteellä, joka on tyypillinen vihreän valmistuksen ja 3D-tulostuksen ympäristönsuojelun polku.

Hiilijalanjäljen vähentäminen

3D-tulostus tukee "hajautettua tuotantoa" ja toteuttaa alueenvälisen, hajautetun ja paikallisen valmistuksen. Tämä malli voi lyhentää merkittävästi logistiikkapolkua ja vähentää kuljetuksesta aiheutuvia hiilipäästöjä, ja se on keskeinen osa 3D-tulostuksen kestävyysstrategiaa.

Adidasin Ansbachissa Saksassa perustama Speedfactory käyttää 3D-tulostusta, robotteja ja digitaalista valmistusteknologiaa lokalisoituun ja pyynnön mukaan tuotantoon. Tehtaan tavoitteena on tuottaa noin 500 000 kenkäparia vuodessa, mikä vähentää merkittävästi logistiikan kysyntää kuljetuksiin Aasian valmistuspaikoista Euroopan markkinoille ja vähentää siten hiilipäästöjä kuljetuksen aikana.

Kiertotalouden tukeminen

Yhä useammat materiaalien toimittajat käynnistävät kierrätettäviä 3D-tulostusfilamenteja (kuten PETG, rPET, PLA jne.). Kiertotulostusratkaisuja otetaan vähitellen käyttöön esimerkiksi koulutukseen, kodinkoneihin ja pakkauksiin, mikä tarjoaa tärkeitä esityksiä 3D-tulostuksen kiertotalouden toteuttamiseksi ja 3D-tulostuksen kestävyyden edistämiseksi.

Ympäristönsuojelun todelliset haasteet 3D-tulostuksessa

Vaikka 3D-tulostuksella on mahdollisia ympäristöeduja, se kohtaa silti monia rajoituksia käytännön sovelluksissa:

Korkea energiankulutus

Valtionvirran tulostusprosessit kuten FDM ja SLS kuluttavat keskimäärin 3–5 kertaa enemmän energiaa materiaalin kiloa kohti kuin ruiskuvalu. Teolliselle valmistukselle, joka vaatii massatuotantoa, tämä on suuri haaste hiilipäästöjen valvonnan kannalta. Metallin 3D-tulostuksella, erityisesti selektiivisella lasersulatusteknologialla (SLM), on etuja monimutkaisten muottien valmistuksessa, mutta sen energiankulutusongelmaa ei voida jättää huomiotta.

American Deep Art Technology Research Instituten raportin mukaan teollisen muotin tulostaminen kestää 18-24 tuntia, mikä vastaa noin kotitalouden sähkönkulutusta kolmen päivän ajan. Tämä asettaa suoran haasteen 3D-tulostuksen ympäristönsuojelutavoitteisiin, ja on kiireellistä tarvetta optimoida 3D-tulostuksen kestävä polku ja vähentää energiankulutusta.

Materiaalityypit ovat rajoitettuja eikä niitä voida kierrättää täysin.

Materiaalien kierrätysyrityksistä huolimatta valtavirran kaupalliset materiaalit ovat edelleen pääasiassa petrokemiantuotteita (kuten ABS ja PA12). Joitakin materiaaleja on vaikea käyttää uudelleen tai niitä ei voida biologisesti hajota, ja ne ovat edelleen mahdollista uhkaa ekosysteemille. Kierrätysmekanismin parantaminen on välttämätön osa 3D-tulostuksen kestävyyden parantamista.

Hiukkaiden päästöjä aliarvioidaan edelleen

Tutkimukset ovat osoittaneet, että jotkut FDM- ja SLA-laitteet vapauttavat ultrahienoja hiukkasia (UFP) ja värähteleviä orgaanisia yhdisteitä tulostusprosessin aikana. Jos suodatinta ei ole asennettu, se aiheuttaa pitkän aikavälin vaaran ihmisen hengitysjärjestelmälle. Tämä muistuttaa meitä siitä, että "ympäristönsuojelu" ei ole vain makropäästöindikaattori, vaan myös pitäisi kiinnittää huomiota mikroilmanlaatuun, jotta 3D-tulostuksen ympäristönsuojelun konsepti voidaan todella toteuttaa täysin.

Miten tehdä 3D-tulostuksesta ympäristöystävällisempää?  

Jotta teollisuus voisi siirtyä realistisemmin kohti kestävää valmistusta, se tutkii joukkoa erityisiä vastatoimenpiteitä:

Luo suljettu silmukka

Monet yritykset rakentavat suljettua silmukkaa "kierrätys-käsittely-uudelleenkäsittely-jälleenpaino". Esimerkiksi hylättyjä muovipulloja muovataan uudelleen filamenteiksi yliopistoissa ja valmistajien tiloissa ja käytetään sitten tulostamaan ei-kantavia osia, kuten näyttöosia ja työkaluja. Kierrätysjärjestelmän lokalisoinnin edistäminen on tärkeä tie 3D-tulostuksen kestävyyden rakentamiseen.

Optimoi energiankulutusparametrit

Algoritmin polun optimoinnin, kuuman vyöhykkeen ohjauksen, älykkään unen ja muiden menetelmien avulla 3D-tulostuslaitteiden yksikön energiankulutusta voidaan vähentää yli 30 prosentilla. Laitteiden säännöllinen huolto ja erätehtävien integrointi voivat myös tehokkaasti vähentää tehottoman energiankulutuksen ja auttaa edistämään 3D-tulostuksen ympäristönsuojelun ja vihreän valmistuksen tavoitteiden koordinoitua edistämistä.

Kierrätä epäonnistuneita tiedostoja resurssien tuhlaamisen vähentämiseksi

3D-tulostuksen epäonnistumisaste on yleensä 8-15 prosentin välillä. Tukirakenteiden ja jäteosien jälleenkäsittelyjärjestelmän perustaminen, kuten murskaukseen tarkoitettu mikrokiertolaite → kuivaus → Uudelleenpuristaminen lanka, voi vähentää merkittävästi kulutusaineiden jätettä ja vahvistaa edelleen ympäristönsuojelumekanismia ja 3D-tulostuksen materiaalien kierrätysjärjestelmää.

Lisää ympäristötietoisuutta

Suuri osa energiaa ja materiaalia tulee kohtuuttomasta suunnittelusta. Vihreän suunnittelun standardien edistäminen korkeakoulukursseihin ja teollisuuden sertifiointijärjestelmiin sekä ympäristötietoisuuden vahvistaminen suunnittelutasolla ovat 3D-tulostuksen kestävyysstrategian perusta.

3D-tulostus ei ole luonnollisesti ympäristöystävällinen, mutta sillä on edut vähäisestä materiaalijätteestä, suuresta joustavuudesta ja täysin digitaalisesta lisävalmistuksesta. Rakentamalla materiaalien kierrätysmekanismia, parantamalla energiatehokkuutta ja toteuttamalla vihreää suunnittelukonsepteja, 3D-tulostus voi vähitellen muuttua keskeiseksi voimaksi vihreässä valmistuksessa ja tulla todella kestäväksi valmistusteknologiaksi.

Haluatko arvioida, täyttääkö 3D-tulostusratkaisusi ympäristöstandardit? Lue lisää 3D-tulostuspalveluistamme.