Le sfide, le realtà e il potenziale della stampa 3D sostenibile


“Se riusciamo a progettare prodotti migliori e più efficienti, in genere si manifesterà come un risparmio energetico”.

Mettiamo da parte i dibattiti politici sul cambiamento climatico e diciamo che tutti dovremmo fare la nostra parte. Ad esempio, provo un grande senso di soddisfazione quando ricordo di lavarmi e portare una tazza riutilizzabile nel mio locale hipster. Questo fino a quando ho letto un pezzo su Anthropocene Magazine di Pierre-Oliver Roy, che afferma:

“Ci vorrebbero tra 20 e 100 utilizzi per una tazza riutilizzabile per compensare le emissioni di gas serra di una tazza monouso. Per gli indicatori di qualità dell’ecosistema, potrebbero essere necessari più di 1.000 utilizzi”.

Quei bicchieri di carta, che abbiamo imparato a conoscere come il diavolo incarnato, costituiscono solo il 5% dell’impronta di carbonio totale in una tazza di caffè se prendi in considerazione la piantagione, il carburante per jet petroliferi, l’energia per arrostire i fagioli, l’energia per fare il caffè, ecc.

C’è un confronto qui con le percezioni della produzione additiva (AM) e della sostenibilità. Sebbene la prospettiva di utilizzare meno materie prime per produrre una parte sembri, in superficie, avere un senso completo del carbonio, è necessario considerare l’intero ciclo di vita di una parte prodotta con additivi. Ad esempio, quanta elettricità utilizza una macchina AM?

“26 è il numero magico”, afferma il dottor Phil Reeves, che nel 2013 ha condotto uno studio sull’argomento insieme all’associazione di categoria manifatturiera GTMA. “Una macchina di fusione laser selettiva utilizza 26 volte più elettricità per lavorare un chilo di titanio rispetto a una macchina CNC per lavorare”.

Maggiori informazioni sulla sostenibilità :

Promuovere i vantaggi di sostenibilità dell’AM attraverso la ricerca
Il CEO di EOS Marie Langer vuole che la stampa 3D sia un processo di produzione “mainstream e sostenibile”
Quando si parla di stampa 3D, quanta sostenibilità è sufficiente?
La ricerca approfondita del dottor Reeves, che si concentra principalmente sulla tecnologia di fusione del letto di polvere metallica, solleva così tante domande che devono essere poste prima di proclamare che la produzione additiva è in qualsiasi modo, forma o forma sostenibile; anche fino al luogo di produzione. Il rapporto utilizza una parentesi aerospaziale come esempio: per produrla in Norvegia, dove il 99% dell’elettricità che producono proviene da fonti rinnovabili, si può dire che non c’è CO2 attribuita alla produzione. In India, dove l’81% dell’elettricità è prodotta da combustibili fossili e con la loro bassa efficienza di rete, si possono attribuire 35 chili di CO2 alla produzione.

“Questa idea di ricollocare la produzione con AM perché fa bene all’ambiente, va benissimo nella pratica, ma in realtà l’efficienza della vostra generazione di energia locale è più importante dell’efficienza della distribuzione”, spiega il dott. Reeves. “Sebbene tutti abbiano un’ape nel cofano sul contributo al riscaldamento globale della navigazione, se lo si guarda in base al peso delle merci spostate in base alle emissioni per miglio, è di gran lunga il modo di trasporto più rispettoso dell’ambiente”.

Se tutto questo sembra un po ‘negativo, non temere, i risultati mostrano chiaramente alcuni incredibili vantaggi del potenziale impatto di AM sull’ambiente. Soprattutto quando si tratta di utilizzare polveri di titanio e alluminio per componenti aerospaziali topologicamente ottimizzati.

Il rapporto prende in considerazione i seguenti elementi per l’analisi dell’impronta di carbonio: materie prime, produzione, distribuzione, utilizzo e smaltimento; prende questi aspetti e confronta un componente in lega di alluminio prodotto su un CNC, una parte reticolare prodotta con additivi e una parte AM ottimizzata topologicamente. I risultati sono sbalorditivi, in particolare se si prendono in considerazione i vantaggi in termini di risparmio di peso sul consumo di carburante nell’aviazione. Le emissioni di CO2 del ciclo di vita per la parte AM reticolata sono state pari a 16.260 kg, quasi tre volte inferiori rispetto ai 43.886 kg della parte lavorata a CNC.

“C’è un altro vantaggio ambientale dell’AM, che è la funzionalità del design e le prestazioni migliorate”, afferma il dott. Reeves. “Un progetto di impianto di lavorazione a cui ho lavorato un paio di anni fa è riuscito a migliorare l’efficienza di uno scambiatore di calore del 5%, risparmiando un paio di milioni di sterline all’anno principalmente dalla riduzione del consumo di elettricità. Se riusciamo a progettare prodotti migliori e più efficienti, in genere si manifesterà come un risparmio energetico “.

Alcuni dei protagonisti del settore hanno voce in capitolo sulla sostenibilità nella produzione additiva.

Ellen Kullman | CEO di Carbon
“Il vecchio adagio di ridurre, riutilizzare, riciclare è rilevante oggi come lo era decenni fa quando è uscito e speriamo di fare un lavoro migliore oggi […] Con ogni stampa è rimasta resina, quindi rivendichiamo quanto più possibile e lo riutilizzeremo nella prossima stampa. È stato un cambiamento rispetto alla stampante di prima generazione perché sappiamo che non è solo un problema economico per i nostri clienti, ma anche un problema di sostenibilità per i nostri clienti “.

Avi Reichental | CEO di Nexa3D
“La spazzatura di un uomo è il tesoro di un altro, e questo adagio è immensamente vero nel mondo della produzione additiva. Un certo numero di stampanti 3D, tra cui ProtoCycler e Filabot Reclaimer , abbatteranno le plastiche monouso come le bottiglie d’acqua e le trasformeranno nelle materie prime da cui la produzione additiva costruisce con cura le sue stampe. Ma nonostante il fatto che la produzione additiva stia controllando tutte e tre le R [ridurre, riutilizzare, riciclare] della sostenibilità, c’è ancora del lavoro da fare. Solo perché il campo sta progredendo non significa che abbiamo motivo di autocompiacimento “.

Vancraen fritto | Materializza fondatore e CEO
“Siamo orgogliosi di aver definito, sin dal ricevimento di apertura di Materialise, la nostra dichiarazione di missione che volevamo utilizzare il nostro know-how nella stampa 3D per un mondo migliore e più sano […] lo vediamo solo come un’estensione di un’evoluzione siamo già da molto tempo perché sostenibilità è ora un’altra parola per definire quel mondo migliore e più sano “.

Marie Langer | CEO di EOS
“Ciò che è veramente importante per me è comunicare meglio i vantaggi che abbiamo in questa tecnologia quando si tratta di produzione convenzionale. Tanti progressi come nuove efficienze delle risorse, design leggero, maggiore durata del prodotto, riduzione degli sprechi di inventario, molte cose che possiamo offrire con la tecnologia in generale. Voglio rendere tutti più consapevoli del fatto che può essere una tecnologia verde e poi, naturalmente, ci sono molte cose che esaminiamo nei materiali biodegradabili [o] assicurandoci di ridurre lo spreco di energia delle nostre macchine “.

Dr Aaron Bent | CEO di 6K
“L’additivo è noto per essere un processo più sostenibile rispetto alla produzione convenzionale, tuttavia uno sguardo più approfondito alla catena di fornitura mostra che è possibile apportare miglioramenti significativi. Il metodo più comune per la produzione di polvere metallica è un processo di atomizzazione del gas ad alta energia e basso rendimento che è dannoso per il nostro pianeta. Ha una scarsa impronta ambientale ed è gravata dal 75% di rifiuti, a causa del fatto che solo il 25% del materiale viene prodotto in una dimensione utilizzabile per LPBF come esempio.

“Vedere il potenziale per enormi miglioramenti ambientali è stato un fattore chiave per il 6K nel passare alla produzione di polveri AM. In contrasto con l’atomizzazione del gas, il processo al plasma a microonde UniMelt di 6K sfrutta una serie di materie prime derivate da fonti sostenibili come torniture CNC di scarto certificate, supporti GA e persino AM sovradimensionati o costruzioni fallite, che altrimenti finirebbero in discarica. Inoltre, UniMelt utilizza una quantità significativamente inferiore di gas, la nostra resa è vicina al 100% della dimensione della polvere desiderata ed è regolabile per adattarsi alle diverse tecnologie AM.

“La combinazione di una migliore impronta di carbonio, un rendimento estremamente elevato e l’uso di fonti sostenibili ha davvero attirato l’attenzione dei grandi super utenti AM in vari settori, poiché riconoscono che 6K sta contribuendo a guidare l’economia circolare”.

Max Lobovsky | CEO di Formlabs
“Penso che l’impatto a lungo termine che l’additivo può avere riguardi questa idea di produzione distribuita, un po ‘di ciò che abbiamo visto con parte di questa produzione COVID, quindi piuttosto che la produzione centralizzata in un paio di luoghi e spedire cose in tutto il mondo, puoi produrre cose localmente in loco, ridurre gli impatti dei trasporti sull’ambiente e aumentare l’efficienza riducendo i rifiuti “.

Xavier Martínez Faneca | CEO di BCN3D
“Il passaggio dalla produzione tradizionale alla produzione additiva con l’uso di termoplastiche nella tecnologia FFF è un modo più sostenibile di produzione in quanto elimina le emissioni di CO2 associate al trasporto di parti in plastica. In BCN3D produciamo localmente nella nostra sede di Barcellona, ​​riducendo così le massicce importazioni di parti dalle nostre stampanti 3D e produciamo anche le nostre parti sulle nostre macchine nella nostra 3D Printing Farm. Producendo localmente possiamo riciclare ed estendere la vita dei prodotti, con conseguente utilizzo più efficiente del carburante e riduzione delle emissioni di gas serra e del consumo di risorse. In BCN3D ci piace parlare di stampa 3D dando un uso produttivo a diversi filamenti di plastica e ovviamente gestiamo adeguatamente i rifiuti generati,

Vicki Holt | CEO di Protolabs
“Sono appassionato di sostenibilità. Credo che le risposte ai problemi che abbiamo intorno al cambiamento climatico arriveranno dalle tecnologie e da aziende che collaborano insieme per trovare queste soluzioni. Sono stato molto ispirato dal modo in cui le aziende si sono unite in questa pandemia e mi dice che possiamo risolvere i problemi legati ai cambiamenti climatici e concentrarci sulla sostenibilità “.

Dror Danai | XJet CBO
“È vero che spesso citiamo i benefici ambientali dell’additivo perché è meno dispendioso della produzione sottrattiva e per la facilità di produzione locale. Tuttavia, dobbiamo iniziare a guardare l’intero quadro, ogni fase del processo. Lo spreco di materiale avviene ancora, ci sono molti sistemi che utilizzano strutture di supporto o nella tecnologia a polvere molta polvere va sprecata. Con alcuni processi è necessaria un’intera infrastruttura attorno al sistema AM stesso, sistemi di alimentazione polveri, unità di depolverizzazione, sistemi di filtraggio e antistatici ecc. – Ovviamente la sicurezza personale è un must assoluto – ma tutto contribuisce all’impronta ambientale. “

Dan Sawyer | Responsabile dello sviluppo aziendale di NatureWorks 3D
“Gli stessi aspetti che rendono l’AM così utile: produzione distribuita, bassi volumi di produzione e progetti personalizzati / complessi con un’ampia e crescente varietà di materiali rendono la raccolta, il riutilizzo e il riciclaggio più impegnativi. Collaborare per utilizzare materie prime rinnovabili e di origine sostenibile e creare mercati post-uso per i materiali recuperati può guidarci nella giusta direzione “.

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