STAMPA 3D A ECONOMIA CIRCOLARE: OPPORTUNITÀ PER MIGLIORARE LA SOSTENIBILITÀ IN AM
L’economia circolare è un concetto che cerca di fare un uso ottimale delle risorse per evitare sprechi.
Una recente raffica di annunci di sostenibilità da parte delle aziende di stampa 3D ha rivelato nuovi materiali ecologici, metodi innovativi per riutilizzare i rifiuti e il lancio di nuovi progetti che cercano di ridurre l’impronta ambientale della produzione additiva.
L’industria della stampa 3D ha parlato con Emma Fromberg, direttrice del corso presso il Cambridge Institute for Sustainability Leadership , e Marta Redrado Notivoli, coordinatrice del progetto dell’iniziativa di ricerca BARBARA finanziata dall’UE e ingegnere chimico presso l’ Aitiip Technology Center , per raccogliere informazioni sullo stato di gioco di circolarità all’interno dell’industria della stampa 3D e dove ci sono opportunità per i processi di economia circolare da applicare all’interno del settore in futuro.
Negli ultimi tempi i rinnovati sforzi per combattere il cambiamento climatico hanno avuto eco anche su scala molto più ampia, con il presidente degli Stati Uniti Joe Biden che ha impegnato gli Stati Uniti a ridurre della metà le emissioni entro la fine del decennio e il primo ministro britannico Boris Johnson che ha esortato i leader mondiali a “fare sul serio ” in vista dei colloqui sul clima delle Nazioni Unite (ONU) entro la fine dell’anno.
Sebbene tali appelli all’azione ambientale sembrano essere sempre più forti, l’incapacità sia del governo che dei leader del settore di abbinare le loro parole con l’azione quando si tratta di sostenibilità non è purtroppo una novità. Allo stesso modo, mentre la produzione additiva è spesso considerata una tecnologia di produzione più sostenibile rispetto ad altre, secondo l’ 85% degli intervistati a un sondaggio del fornitore di software di stampa 3D Materialise , c’è un consenso del settore che deve essere fatto di più per evitare il greenwashing della tecnologia. .
“Non c’è dubbio che molte di queste iniziative non risolvono realmente alcun problema reale in termini di sostenibilità e offrono semplicemente un uso più efficiente dei materiali”, afferma Fromberg. “Tuttavia, è spesso fatto con le migliori intenzioni”.
La circolarità si riferisce a un sistema economico con l’obiettivo di eliminare gli sprechi e l’uso continuo delle risorse. La necessità di ulteriori ricerche su come questo concetto possa essere pienamente applicato all’interno del settore della stampa 3D è stata evidenziata dai ricercatori dell’Universidade NOVA de Lisboa (UNIDEMI), che ritengono che una maggiore collaborazione open source tra i partner del settore potrebbe eventualmente fornire nuovi metodi per affrontare gli obiettivi di sostenibilità delle Nazioni Unite con la tecnologia.
Cos’è l’economia circolare?
La stampa 3D si è dimostrata efficace negli ultimi anni nel consentire alle aziende di abbracciare la produzione distribuita, e questo di per sé comporta vantaggi ambientali come una migliore efficienza dei processi, meno sprechi ed emissioni ridotte dai trasporti.
Tuttavia, nonostante questi vantaggi in termini di efficienza, c’è un crescente consenso nel settore che è necessario fare molto di più per migliorare la sostenibilità della tecnologia rispetto a quanto è attualmente in corso. Un concetto che riceve crescente attenzione è quello dell’economia circolare e il ruolo che la stampa 3D può svolgere nel raggiungimento della circolarità all’interno della produzione.
“Come spiegato nel lavoro su Cradle to Cradle di Braungart e McDonough: la sostenibilità non significa fare meno male: dobbiamo guardare a come possiamo fare del bene”, afferma Fromberg. “È un obiettivo ristretto guardare solo all’efficienza e all’agilità della produzione. Quindi stiamo solo usando meno energia e meno materiali.
“USARE MENO DI TUTTO NON SARÀ SUFFICIENTE PER AFFRONTARE LA NOSTRA CRISI ECONOMICA, SOCIALE E AMBIENTALE”.
All’interno del solo settore della stampa 3D, sono attualmente in corso varie iniziative per sviluppare processi di produzione a ciclo chiuso che riutilizzano e riutilizzano i materiali di scarto. All’interno del settore automobilistico, il Gruppo Renault sta creando una struttura interamente dedicata alla produzione automobilistica sostenibile attraverso il riciclaggio e il retrofit di veicoli utilizzando la stampa 3D, mentre Ford e HP hanno unito le forze per riciclare i rifiuti di stampa 3D in parti automobilistiche di uso finale.
Un progetto degno di nota che sta affrontando la stampa 3D dell’economia circolare è BARBARA (Biopolymers with Advanced functions for Building and Automotive Parts process through Additive Manufacturing), un progetto di Horizon 2020 che ha riunito 11 partner di tutta Europa per produrre materiali a base biologica da rifiuti alimentari adatti per prototipi di stampa 3D nei settori automobilistico e delle costruzioni.
Dopo aver concluso quattro anni di ricerca nell’ottobre dello scorso anno, il progetto ha sviluppato con successo otto nuovi materiali a base biologica adatti per la stampa 3D di fabbricazione di filamenti fusi (FFF), creati estraendo coloranti naturali, bio-mordenti, antimicrobici e oli essenziali dal melograno, limone, guscio di mandorle e mais e trasformarli in bobine di filamenti.
“La produzione additiva può essere utilizzata non solo per i prototipi, ma anche come opportunità per personalizzare pezzi specifici”, afferma Redrado Notivoli. “In BARBARA, abbiamo sviluppato dettagli estetici per parti tecniche.”
BARBARA ha raggiunto un livello di prontezza tecnica (TRL) di cinque in ottobre e il consorzio sta attualmente pianificando di richiedere finanziamenti nazionali ed europei per raggiungere il TRL nove, che comporterebbe l’upscaling dei risultati dell’estrazione delle molecole, dell’estrusione e dei materiali dei filamenti e lo sviluppo di tecnologia come il dispositivo di stampa 3D della testata del consorzio.
Finora, l’iniziativa ha contribuito alla crescita delle industrie correlate all’interno del quadro europeo della bioeconomia e dell’economia circolare, e la fase successiva sarà quella di portare i processi del progetto a un livello semi-industriale.
“Per quanto riguarda l’economia circolare, l’uso di bobine di filamenti significa nessuno spreco di materiale”, continua Redrado Notivoli. “La produzione additiva è una tecnologia che non consuma molta energia, possiamo dire che è un processo pulito. Residui come plastica e fibre vengono utilizzati per la produzione di nuovi biopolimeri, mentre i rifiuti di altri processi di trasformazione della plastica vengono riutilizzati sotto forma di pellet per la stampa 3D.
Secondo Redrado Notivoli, il vantaggio chiave per le aziende di stampa 3D che abbracciano la circolarità all’interno dei propri processi è lo spreco come risorsa.
“Non ci sono sprechi”, spiega. “Si trasforma in risorse. Questo significa anche la crescita di sinergie industriali tra aziende di produzione additiva e altre che potrebbero essere fornitori di risorse, come rifiuti provenienti da plastica, metallo, agricoltura, ceramica e così via. Ciò comporterà a lungo termine la riduzione dei costi delle materie prime”.
Prototipo completo di fascia di AITIIP nel progetto BARBARA. Materiali utilizzati (da sinistra a destra): pigmento di limone, profumo di limone, guscio di mandorla, pigmento di melograno. Immagine via BARBARA.
Nuovi materiali per l’economia circolare
Oltre ai progetti sopra menzionati, è in corso anche un lavoro sostanziale per sviluppare metodi per una produzione di materiale più sostenibile e migliorare l’efficienza dei relativi processi.
Ad esempio, il fornitore di filamenti per stampa 3D con sede ad Amsterdam Reflow ha rilasciato una gamma di materiali traslucidi ecologici “Seaglass” realizzati con plastica di provenienza locale, mentre il produttore spagnolo di materiali per stampa 3D Recreus ha lanciato un filamento flessibile in TPU riciclato al 100% e costituito da materiale di scarto del settore calzaturiero.
Altrove, materiali di stampa 3D circolari sono stati sviluppati anche da fonti più oscure, tra cui lignina dalle pareti cellulari delle piante , bottiglie d’acqua , rifiuti destinati alle discariche e persino termiti e rifiuti di insetti noiosi .
Secondo Fromberg, tuttavia, concentrarsi sull’efficienza dei materiali come soluzione autonoma per migliorare la sostenibilità sia nel settore della stampa 3D che oltre, non è sufficiente.
“Direi che può essere controproducente concentrarsi eccessivamente sull’efficienza nel dibattito sulla sostenibilità”, spiega. “Perché non ci chiediamo: cosa vogliamo di più? Sono interessato alla stampa 3D e alla fabbricazione digitale perché ha la caratteristica unica di eliminare operazioni e fabbriche su larga scala come mezzo di produzione e restituisce a individui e comunità un modo per impegnarsi nella produzione, riparazione e manutenzione dei loro prodotti .
Continua: “Anche nel lavoro di Materiom di Alycia Garmulewicz e Liz Corbyn, c’è un interessante campo di possibilità che si apre intorno all’utilizzo di materiali iperlocali (naturali) per la fabbricazione digitale. Tutte queste idee insieme potrebbero aiutarci a reimmaginare un sistema di produzione resiliente e democratico”.
Alla domanda su dove prevede le maggiori opportunità per processi di economia circolare di successo da applicare nel settore della stampa 3D, Fromberg ha affermato che le tecnologie di produzione additiva hanno il potenziale per creare una “varietà di opportunità” per le aree rurali e le economie emergenti, in particolare.
“L’accessibilità dei mezzi di produzione e le opportunità economiche che sono accompagnate dalla natura distribuita di queste tecnologie potrebbero avere un profondo impatto su queste aree, aggiungendo ad esempio l’uguaglianza, le condizioni di lavoro e l’equità sociale”, afferma. “Trovo che questa parte della discussione sia spesso trascurata poiché il dibattito AM sembra essere principalmente basato nelle regioni urbane occidentali e sull’efficienza dei materiali”.
Tuttavia, afferma, ci sono molti vantaggi per le aree urbane nelle regioni urbane occidentali oltre alla semplice efficienza dei materiali: “Attorno a Makerspaces e FabLab, ad esempio, che possono connettere le comunità e aiutare le persone a mantenere i loro prodotti ad un alto valore in ogni momento.
“COMBINARE QUESTI TIPI DI SPAZI CON LE LIBRERIE DI STRUMENTI POTREBBE ANCHE ESSERE UN MODO PER AUMENTARE L’UTILITÀ DEI PRODOTTI GIÀ ESISTENTI, COLLEGANDOLI A MODI CONVENIENTI PER RIPARARLI E MANTENERLI”.
I ricercatori dell’Università di Friburgo hanno utilizzato una tecnica di stampa 3D DIW (nella foto) per testare il loro nuovo materiale di stampa 3D a base di legno ecologico. Immagine di Lisa Ebers, Università di Friburgo.
Stampa 3D: sostenibile o no?
Mentre nuovi materiali “ecologici” e processi di produzione circolare migliorati dovrebbero essere sostenuti e incoraggiati, la sostenibilità nella produzione additiva deve essere considerata e applicata in tutte le aree del sistema di produzione per innescare un cambiamento efficace e tangibile, suggerisce Fromberg.
“Dirigenti aziendali, designer, ingegneri, venditori: sono tutti abituati a guardare la propria parte quando viene lanciato un servizio o un prodotto, non il sistema più ampio di produzione e utilizzo del prodotto e chi ne beneficia”, lei dice. “Soluzioni sostenibili più efficaci e genuine richiedono che tutte queste parti interessate lavorino insieme e guardino al problema della sostenibilità e alla soluzione in modo olistico”.
Indicando che i trionfi individuali non sono sufficienti per fare i passi avanti in termini di sostenibilità che il settore della stampa 3D desidera, Fromberg offre che è necessario un approccio collaborativo molto maggiore tra tutti i livelli della catena di approvvigionamento.
“Anche se non emetteresti alcuna emissione di carbonio, lo considererei non sostenibile se non esplori come tutti e tutto possono trarre vantaggio da qualunque cosa tu produca”, spiega. “Non vedo l’ora di vedere soluzioni creative reali che celebrino le caratteristiche uniche della stampa 3D e della fabbricazione digitale in questo spazio.”
Sembra giusto supporre che mentre lo sviluppo di nuovi materiali eco-compatibili e il lancio di vari progetti che cercano di ridurre l’impronta ambientale della produzione additiva sono passi positivi nella marcia del settore verso una maggiore sostenibilità, c’è ancora molta strada da fare prima della stampa 3D diventa una tecnologia di produzione completamente circolare.
Affinché ciò diventi realtà, sarà necessario che tutte le parti attive all’interno del processo di progettazione e produzione e della catena di fornitura facciano la loro parte nel raggiungimento di un modello di produzione sostenibile oltre alla semplice massimizzazione dell’efficienza dei processi e dei materiali.
