Kui tootmistööstus astub rohelise ja intelligentse uue etapi, on 3D-trükkimise keskkonnakaitse ja jätkusuutlikkus muutunud üheks tööstuse keskenduvateks tehnoloogiateks. Kas 3D-trükk on tõesti jätkusuutlik? Vastus on nii keeruline kui ka ootamist väärt.

Käesolevas artiklis analüüsitakse süstemaatiliselt 3D-trükkimise jätkusuutlikkuse eeliseid ja väljakutseid ning esitatakse ettepanek energiasäästu ja heitkoguste vähendamise, lisatoodangu tõhususe, materjalide ringlussevõtu ja rohelise tootmise tavade praktiliste optimeerimisstrateegiate seeria, et aidata ettevõtetel, kes on innukad rohelise ümberkujundamise saavutamiseks, astuda olulist sammu ja edendada 3D-trükkimise keskkonnakaitsesüsteemi

3D-trükkimise kolm peamist eelist jätkusuutlikkuseks

Vähenda materjalijäätmeid

3D-trükkimine kasutab "lisatootmist", et ehitada osad kihti kihti, mis võib suurendada materjali kasutamist 30%-90% võrreldes traditsiooniliste "lõikamise" tootmismeetoditega. Võttes näiteks õhusõidukimootorite titaanoosad, visatakse umbes 90% materjalidest traditsioonilisel töötlemisel ära, samas kui 3D-trükkimine võib jäätmeid kontrollida alla 10%. See ei paranda mitte ainult tootmise tõhusust, vaid saavutab ka tooraine hoolika arvutamist allikas, mis on rohelise tootmise ja 3D-trükkimise keskkonnakaitse tee tüüpiline esindaja.

Süsinikujalajälje vähendamine

3D-trükkimine toetab "detsentraliseeritud tootmist" ja realiseerib piirkondadevahelist, jaotatud ja lokaliseeritud tootmist. See mudel võib oluliselt lühendada logistika teed ja vähendada transpordist tingitud süsinikdioksiidi heitkoguseid ning on 3D-trükkimise jätkusuutlikkuse strateegia võtmeline ühendus.

Adidase poolt Ansbachis Saksamaal asutatud Speedfactory kasutab 3D-trükkimist, roboteid ja digitaalset tootmistehnoloogiat, et saavutada lokaliseeritud ja nõudlusele vastavat tootmist. Tehase eesmärk on toota umbes 500 000 paari kingi aastas, vähendades oluliselt logistilise nõudluse transpordi järele Aasia tootmisbaasidest Euroopa turule, vähendades seeläbi transpordi ajal süsinikdioksiidi heitkoguseid.

Ringmajanduse toetamine

Üha rohkem materjalitarnijaid käivitab ringlussevõttavaid 3D-trükkimise filamente (nt PETG, rPET, PLA jne). 3D-trükkimise ringmajanduse lahendusi võetakse järk-järgult kasutusele sellistes stsenaariumides nagu haridus, kodumasinad ja pakendid, pakkudes olulisi näitusi 3D-trükkimise ringmajanduse realiseerimiseks ja 3D-trükkimise jätkusuutlikkuse edendamiseks.

3D-trükkimise keskkonnakaitsega seotud tõelised väljakutsed

Kuigi 3D-trükkimisel on võimalikud keskkonnaeelised, seisab see praktilistes rakendustes ikkagi silmitsi paljude piirangutega:

Suur energiatarbimine

Peamised trükiprotsessid nagu FDM ja SLS tarbivad keskmiselt 3–5 korda rohkem energiat materjali kilogrammi kohta kui süstimine. Tööstusliku tootmise puhul, mis nõuab massitootmist, on see süsinikdioksiidi heitkoguste kontrolli seisukohast suur väljakutse. Metalli 3D-trükkimisel, eriti selektiivse lasersulamise (SLM) tehnoloogial, on keeruliste vormide tootmisel eelised, kuid selle energiatarbimise probleemi ei saa ignoreerida.

Ameerika Deep Art Technology Research Institute'i aruande kohaselt kulub tööstusliku vormi sisestamiseks 18-24 tundi, mis on ligikaudu võrdne majapidamise elektritarbimisega kolme päeva jooksul. See tekitab otsese väljakutse 3D-trükkimise keskkonnakaitse eesmärkidele ja on kiireloomulist vajadust optimeerida 3D-trükkimise jätkusuutlikku teed ja vähendada energiatarbimist.

Materjalide tüübid on piiratud ja neid ei saa täielikult ringlussevõtta.

Hoolimata materjalide ringlussevõtmise katsetest on peamised kaubanduslikud materjalid endiselt peamiselt naftakeemiatooded (nt ABS ja PA12). Mõningaid materjale on raske taaskasutada või neid ei saa biolaguneda ning need kujutavad endiselt endast potentsiaalset ohtu ökosüsteemile. Ringlussevõtumehhanismi parandamine on 3D-trükkimise jätkusuutlikkuse parandamise lahutamatu osa.

Osakeste heitkogused on endiselt alahinnatud

Uuringud on näidanud, et mõned FDM- ja SLA-seadmed vabastavad trükiprotsessi ajal ultrapeened osakesed (UFP) ja oscilleerivad orgaanilised ühendid. Kui ei ole paigaldatud filtrit, tekitab see pikaajalist ohtu inimese hingamissüsteemile. See meenutab meile, et "keskkonnakaitse" ei ole ainult makro-heite näitaja, vaid peaks pöörama tähelepanu ka mikroõhukvaliteedile, et tõeliselt realiseerida 3D-trükkimise keskkonnakaitse kontseptsiooni täielik rakendamine.

Kuidas muuta 3D-trükkimine keskkonnasõbralikumaks?  

Et realistlikumalt liikuda jätkusuutliku tootmise suunas, uurib tööstus mitmeid konkreetseid vastasmeetmeid:

Suletud silmiku loomine

Paljud ettevõtted ehitavad "ringlussevõtu-töötlemise-ümbertöötlemise-ümbertrukimise" suletud silmukku. Näiteks kõrvaldatud plastpudelid muudetakse ülikoolides ja tootjate ruumides filamentideks ning neid kasutatakse seejärel mittekandavate osade, nagu näitajate ja tööriistade trükkimiseks. Ringlussevõtlussüsteemi lokaliseerimise edendamine on oluline tee 3D-trükkimise jätkusuutlikkuse loomiseks.

Optimeerige energiatarbimise parameetreid

Algoritmi tee optimeerimise, kuuma tsooni kontrolli, nutika uni ja muude meetodite abil saab 3D-trükiseadmete energiatarbimist vähendada üle 30%. Seadmete regulaarne hooldus ja partiide ülesannete integreerimine võivad tõhusalt vähendada ka ebatõhusat energiatarbimist, aidates edendada 3D-trükkimise keskkonnakaitse ja rohelise tootmise eesmärkide koordineeritud edendamist.

Ressursside raiskamise vähendamiseks ebaõnnestunud failide ringlussevõtt

3D-trükkimise ebaõnnestumise määr on tavaliselt 8-15%. Toekonstruktsioonide ja jäätmeosade ümbertöötlemissüsteemi loomine, näiteks purustamiseks kasutatav mikrotsirkulatsiooniseade → kuivatamine → traadi uuesti ekstrudeerimine võib oluliselt vähendada tarbimateriaalide jäätmeid ja veelgi tugevdada 3D-trükkimise keskkonnakaitse mehhanismi ja materjalide ringlussevõtu süsteemi.

Keskkonnateadlikkuse suurendamine

Suur osa energiast ja materjalijäätmetest tuleneb ebamõistlikust disainist. Rohelise disaini standardite edendamine kolledžite kursustesse ja tööstuse sertifitseerimissüsteemidesse ning keskkonnateadlikkuse tugevdamine disaini tasandil on 3D-trükkimise jätkusuutlikkuse strateegia aluseks.

3D-trükkimine ei ole loomulikult keskkonnasõbralik, kuid sellel on väikesed materjalijäätmed, kõrge paindlikkus ja täielikult digitaalne lisatoodang. Materjalide ringlussevõtu mehhanismi ehitamise, energiatõhususe parandamise ja rohelise disaini kontseptsioonide rakendamise abil võib 3D-trükkimine järk-järgult muutuda rohelise tootmise võtmejõuks ja saada tõeliselt jätkusuutlikuks tootmistehnoloogiaks.

Tahate hinnata, kas teie 3D-trükilahendus vastab keskkonnastandarditele? Loe rohkem meie pakutavate 3D-printimisteenuste kohta.