Wraz z wejściem przemysłu produkcyjnego na nowy etap zielonego i inteligentnego druku 3D ochrona środowiska i zrównoważony rozwój stały się jedną z technologii koncentrujących się w branży. Czy druk 3D jest naprawdę zrównoważony? Odpowiedź jest skomplikowana i warta oczekiwania.

W tym artykule systematycznie przeanalizujemy zalety i wyzwania zrównoważonego rozwoju druku 3D i zaproponujemy szereg praktycznych strategii optymalizacji w zakresie oszczędności energii i redukcji emisji, efektywności produkcji dodatkowej, recyklingu materiałów

Trzy główne zalety druku 3D dla zrównoważonego rozwoju

Redukcja odpadów materialnych

Drukowanie 3D wykorzystuje „produkcję dodatkową” do budowy części warstwa po warstwie, co może zwiększyć wykorzystanie materiału o 30% -90% w porównaniu do tradycyjnych metod produkcji „cięcia”. Weźmy za przykład części tytanowe do silników lotniczych, około 90% materiałów jest wyrzucanych w tradycyjnym przetwarzaniu, podczas gdy druk 3D może kontrolować odpady do mniej niż 10%. To nie tylko poprawia wydajność produkcji, ale także osiąga staranne obliczenie surowców w miejscu źródła, co jest typowym przedstawicielem ekologicznej produkcji i ścieżki ochrony środowiska druku 3D.

Zmniejszenie śladu węglowego

Druk 3D wspiera "zdecentralizowaną produkcję" i realizuje międzyregionalną, rozproszoną i zlokalizowaną produkcję. Model ten może znacznie skrócić ścieżkę logistyczną i zmniejszyć emisję węgla spowodowaną transportem i jest kluczowym ogniwem strategii zrównoważonego rozwoju druku 3D.

Speedfactory założona przez Adidas w Ansbach w Niemczech wykorzystuje druk 3D, roboty i cyfrowe technologie produkcyjne do osiągnięcia lokalizowanej produkcji na żądanie. Fabryka ma na celu produkcję około 500 000 par butów rocznie, znacznie zmniejszając zapotrzebowanie logistyczne na transport z azjatyckich baz produkcyjnych na rynek europejski, a tym samym zmniejszając emisję węgla podczas transportu.

Wspieranie gospodarki o obiegu zamkniętym

Coraz więcej dostawców materiałów wprowadza włókna do druku 3D podlegające recyklingowi (takie jak PETG, rPET, PLA itp.). Rozwiązania druku 3D o obiegu zamkniętym są stopniowo wprowadzane do takich scenariuszy jak edukacja, AGD i opakowania, zapewniając ważne demonstracje realizacji gospodarki o obiegu zamkniętym druku 3D i promowania zrównoważonego rozwoju druku 3D.

Prawdziwe wyzwania związane z ochroną środowiska w druku 3D

Chociaż druk 3D ma potencjalne zalety środowiskowe, nadal napotyka wiele ograniczeń w praktycznych zastosowaniach:

Wysokie zużycie energii

Procesy drukowania główne, takie jak FDM i SLS zużywają średnio 3-5 razy więcej energii na kilogram materiału niż formowanie wtryskowe. W przypadku produkcji przemysłowej, która wymaga masowej produkcji, jest to duże wyzwanie pod względem kontroli emisji węgla. Drukowanie 3D metalu, zwłaszcza technologia selektywnego topienia laserowego (SLM), ma zalety w produkcji złożonych form, ale jego problemu zużycia energii nie można zignorować.

Według raportu Amerykańskiego Instytutu Badań Technologicznych Deep Art, drukowanie wkładki do formy przemysłowej zajmuje 18-24 godziny, co jest około równe zużyciu energii elektrycznej w gospodarstwie domowym przez trzy dni. Stanowi to bezpośrednie wyzwanie dla celów ochrony środowiska druku 3D i istnieje pilna potrzeba optymalizacji zrównoważonej ścieżki druku 3D i zmniejszenia zużycia energii.

Rodzaje materiałów są ograniczone i nie mogą być w pełni poddane recyklingowi.

Pomimo prób recyklingu materiałów, głównymi materiałami komercyjnymi nadal są głównie produkty petrochemiczne (takie jak ABS i PA12). Niektóre materiały są trudne do ponownego wykorzystania lub nie mogą być biodegradowane i nadal stanowią potencjalne zagrożenie dla ekosystemu. Ulepszenie mechanizmu recyklingu jest niezbędną częścią poprawy zrównoważonego rozwoju druku 3D.

Emisje cząstek stałych nadal są niedoceniane

Badania wykazały, że niektóre urządzenia FDM i SLA uwalniają ultradrobne cząsteczki (UFP) i oscylające związki organiczne podczas procesu drukowania. Jeśli nie zainstalowany jest filtr, będzie stanowić długoterminowe zagrożenie dla układu oddechowego człowieka. To przypomina nam, że "ochrona środowiska" to nie tylko wskaźnik makroemisji, ale również należy zwrócić uwagę na jakość powietrza mikro, aby naprawdę zrealizować pełną realizację koncepcji ochrony środowiska druku 3D.

Jak uczynić druk 3D bardziej przyjaznym dla środowiska?  

Aby przejść bardziej realistycznie w kierunku zrównoważonej produkcji, przemysł bada szereg konkretnych przeciwdziałań:

Utworzenie zamkniętej pętli

Wiele firm buduje zamkniętą pętlę „recyklingu-przetwarzania-remaking-nadruku”. Na przykład wyrzucone plastikowe butelki są przekształcane w włókna na uniwersytetach i w przestrzeniach produkcyjnych, a następnie wykorzystywane do drukowania części nienośnych, takich jak eksponaty i narzędzia. Promowanie lokalizacji systemu recyklingu jest ważną drogą do budowania zrównoważonego rozwoju druku 3D.

Optymalizacja parametrów zużycia energii

Dzięki optymalizacji ścieżki algorytmu, kontroli gorącej strefy, inteligentnemu snu i innym metodom jednostkowe zużycie energii sprzętu do drukowania 3D może być zmniejszone o ponad 30%. Regularna konserwacja sprzętu i integracja zadań partiowych mogą również skutecznie zmniejszyć nieefektywne zużycie energii, pomagając promować skoordynowaną promocję celów ochrony środowiska i ekologicznej produkcji druku 3D.

Recykling niepowodzonych plików w celu zmniejszenia marnotrawstwa zasobów

Wskaźnik awarii druku 3D wynosi zazwyczaj od 8% do 15%. Utworzenie systemu przetwarzania konstrukcji nośnych i części odpadowych, takiego jak urządzenie mikrocyrkulacyjne do kruszenia → suszenie → ponowne wytłaczanie drutu, może znacznie zmniejszyć marnotrawność materiałów eksploatacyjnych i dalsze wzmocnienie mechanizmu ochrony środowiska i systemu recyklingu materiałów druku 3D.

Zwiększenie świadomości środowiskowej

Wiele energii i odpadów materialnych pochodzi z nierozsądnego projektowania. Promowanie standardów ekologicznego projektowania w kursach uczelniowych i systemach certyfikacji przemysłowych oraz wzmocnienie świadomości środowiskowej na poziomie projektowania są podstawą strategii zrównoważonego rozwoju druku 3D.

Drukowanie 3D nie jest naturalnie przyjazne dla środowiska, ale ma zalety niskich odpadów materiałowych, wysokiej elastyczności i w pełni cyfrowej produkcji dodatkowej. Poprzez budowę mechanizmu recyklingu materiałów, poprawę efektywności energetycznej i wdrażanie koncepcji zielonego projektowania druk 3D może stopniowo przekształcić się w kluczową siłę w zielonej produkcji i stać się prawdziwie zrównoważoną technologią produkcyjną.

Chcesz sprawdzić, czy Twoje rozwiązanie do druku 3D spełnia standardy środowiskowe? Dowiedz się więcej o usługach druku 3D, które oferujemy.