Mennyire zöld a 3D nyomtatás?

Az elmúlt évtizedekben a 3D nyomtatás gyökeresen forgatta fel a hagyományos prototípus-gyártási eljárások uralta megmunkálóipart. A korábbi gyártási idők töredéke alatt, kisebb beruházással és kevesebb előkészület árán hozhatók létre tesztelhető, vizsgálható mintadarabok, különféle anyagokból.

A legújabb eljárásokkal és berendezésekkel már fémnyomtatásra is lehetőség van, ezekkel beépíthető alkatrészek készülhetnek. Sok esetben a 3D nyomtatás a konstrukciót is egyszerűsíti, hiszen olyan formák és belső szerkezeti kialakítások is megvalósíthatók, amelyeket a hagyományos fémforgácsolási eljárásokkal lehetetlen lenne elkészíteni. Számos tanulmány és hatásvizsgálat foglalkozik a fémforgácsolási műveletek energiaigényével és környezeti hatásaival, a frissebb technológiák befolyását azonban nem rég kezdték el vizsgálni.

Egy ilyen rohamosan fejlődő technológia esetében nehéz megbecsülni a valós környezetterhelés mértékét, hiszen az minden eljárás esetén más és más mértékű, illetve jellegű lehet. Néhány példán keresztül azonban tekintsük át azt, hogy a hagyományos, öntészeti eljárásokkal összehasonlítva merre billenhet a mérleg.

Nyomtatott és hagyományos alkatrészek

fuvoka_3D_printing_green

Az ábrán látható alkatrész a GE Aviation üzletága számára készült. A korábban 18 alkatrészből összeszerelt fúvókát 3D nyomtatással egyetlen darabként le lehet gyártani, a CFM International által fejlesztett technológiával. A kevesebb alkatrész gyártása, és a rövidebb megmunkálási idő természetesen a gyártás során felszabaduló szén-dioxid kibocsátást is mérsékli. Ugyanakkor, ahogy Terry Wohlers kifejtette, a 3D nyomtatási eljárások is termelnek veszteségeket. Így a támaszanyagos eljárásoknál már számottevő hulladékra számíthatunk. Hozzátette továbbá, hogy a fémporok, melyekkel az utóbbi években kezdtek komolyabb vizsgálatokat folytatni, nagyobb százalékban újrahasznosíthatók, mint a különböző polimerek.

Ha csak az anyagfelhasználás mennyiségét tekintjük, a 3D nyomtatás előnye, hogy a konstrukciós szabadság lehetővé teszi olyan könnyűszerkezetes alkatrészek tervezését és gyártását, amelyekhez jelentősen kevesebb anyagra van szükség. Ebben az esetben a felhasznált alapanyag csökkent mennyisége egyet jelent azzal is, hogy kisebb környezetterheléssel jár a nyomtatás.

Az anyagfelhasználás csökkentésére jó példát mutatott be 2014-ben a 3D nyomtatók gyártásával foglalkozó EOS, akik DMLS (direkt metál lézer szinterező) gépük hatékonyságát demonstrálták. Egy repülőgépipari konzolt gyártottak le öntészeti, illetve nyomtatott prototípusként. Utóbbiból két különböző verzió készült: az egyik az eredeti alkatrész nyomtatott mása, a másik pedig egy újratervezett változat, könnyített szerkezeti kialakítással. Számos faktor mentén vizsgálták az alkatrészeket, ezek közül a vizsgálat szempontjából a legfontosabbak a gyártás során keletkező károsanyag mennyiségek, illetve a repülőgép fogyasztásából adódó környezetterhelés.

konzol_3D_printing_green

Az anyagveszteség 25%-kal csökkent a nyomtatási eljárással, ugyanakkor jelentős különbség nem mutatható ki az öntés és a nyomtatás energiafelhasználása között. Az öntés során a kerámiaégetés nagyobb mennyiségű szén-dioxid kibocsátással jár, de a legfontosabb a repülőgép kibocsátásában mérhető különbség: az újratervezett alkatrésszel 40%-kal csökkent a szén-dioxid kibocsátás és 10 kg-mal kisebb lett a repülőgép tömege. Ezek az adatok pedig mind a nyomtatási technológia alkalmazása felé billentik a mérleget.

Általánosságban elmondható azonban, hogy a 3D nyomtatási eljárások alkalmazása önmagában nem eredményez „zöldebb” gyártást. Miközben az alapanyag újrahasznosíthatósága pozitív tulajdonság, a gépek energiafelhasználása nem tér el jelentős mértékben a hagyományos szerszámgépekétől. Mivel napjainkban az elektromos energiát nagyrészt kőolajszármazékok felhasználásával nyerik, mindkét gyártási eljárás közel azonos mennyiségű szén-dioxid kibocsátást jelent.

„A jövő gyárai”

A gyártás forradalmi megújításában hatalmas szerepet kaphat a 3D nyomtatás. Habár azt gondolnánk, hogy az új gyártási eljárás technológiája, anyagfelhasználása és az elérhető geometriák a fő előnyei, ki kell emelnünk még egyet: méghozzá a megosztott gyártás. Mivel a globális károsanyag-kibocsátás tetemes hányadát a szállítás termeli, a földrajzilag nem helyhez kötött nyomtatás jó alternatívát kínálhat a hosszú, költséges és nem túl környezetbarát szállítási módok helyett a centralizált telephelyekről. A 3D Hubs szolgáltatása pedig pont ezt a mozgalmat kívánja népszerűsíteni. A világon 25000 printerrel vannak jelen, így a megrendelők a legközelebbi „gyártótól” kaphatják meg a termékeiket, ezzel pedig időt, így pénzt és energiát spórolhatnak. Ugyanakkor a 3D Hubs tulajdonosai még ennél is tovább mennek: az elérhető akár asztali, vagy kis méretű maró-, lézer- és vizesvágó gépek hálózatosításában bíznak, és abban, hogy ezáltal csökkenhet a termelés ökológiai lábnyoma az egész világon.

Ahhoz azonban, hogy a 3D nyomtatás széles körben elterjedjen és megszokottá váljon, szükség van egy könnyen hozzáférhető és megbízható adatbázisra a nyomtatható termékekről. Kellenek ezenkívül jó technológiai segédletek, illetve a lehetőség arra, hogy a fémek és a kompozitok széles skálája is nyomtathatóvá váljon.

Zárt láncú termelés

Az újrahasznosítás a fenntarthatóság egyik első lépése. Miközben a fogyasztókat egyre inkább ösztönzik a hulladékok szelektálására, addig a kormányzati szervek és a termelők számára az újrahasznosítás keretei kevésbé szigorúak. Az országok között is jelentős eltérés tapasztalható abban, hogy milyen csoportosítás szerint válogatják a hulladékot, de a 3D nyomtatás jövője szempontjából mindenképpen fontos az alapanyagok pontos jelölése. A Joshua Pearce vezette Open Sustainability Technology Group felismerve a helyzetet nem csak arra tett kísérletet, hogy a nyomtatott műanyag termékekre megfelelő anyagkódok kerüljenek, hanem olyan berendezést fejlesztett, amely képes a 3D nyomtatott alkatrészek aprítására, így azok újrahasznosíthatóvá válnak.

anyagkodok_3D_printing_green

Fair-trade anyagfelhasználás

Az ökológiai lábnyom csökkentésében, illetve a társadalmi egyenlőtlenségek leküzdésében hatalmas szerepe van a fair-trade termékek preferálásának. Joshua Pearce csapata igyekszik felhívni a figyelmet arra is, hogy az ilyen kezdeményezéseket a felhasználók is támogassák. Úgy látja, a változást először alulról kell megszervezni, tehát a vásárlóknak kell nyitniuk a környezetbarát, illetve jó munkakörülmények között előállított alapanyagokból készült termékek felé. Ehhez a gyártóknak megfelelő minőséget és indokolt árat kell biztosítaniuk.

A környezetbarát granulátumok esetében nem csak újrahasznosított alapanyagról beszélhetünk. Azon túl, hogy a korábbi termékek reciklálásából megfelelő válogatással és gondos kezeléssel jó minőségű alapanyag válhat, léteznek biodegradábilis, illetve bio-műanyagok is. Ezekkel kapcsolatban több gyártó is fenntartásokat támaszt, de az alapanyag-termelők folyamatosan fejlesztik az előállítási folyamataikat annak érdekében, hogy ne jelentkezzen minőségbeli különbség a bio- és mesterséges alapanyagú műanyagok felhasználásával készült termékek között.

A fenntartható termelés jövője és a szemléletváltás

Ahhoz, hogy a 3D nyomtatás egy környezetbarát és fenntartható technológiává váljon, még komoly szemléletformálásra van szükség. Amellett, hogy újrahasznosítható alapanyagot használunk, nem elhanyagolható a gépek fogyasztása és az alapanyag feldolgozása során termelődő károsanyag-kibocsátás. Ennek visszaszorítása további fejlesztéseket igényel. A kapcsolódó szolgáltatások, mint a szállítás és a csomagolás egyszerűsítése tovább csökkentheti a lábnyomot, abban az esetben, ha sikerül kialakítani egy decentralizált gyártóhálózatot, amelyet megbízható szakemberek irányítanak, a felhasználók számára elérhető közelségben.

Forrás:

http://www.engineering.com/3DPrinting/3DPrintingArticles/ArticleID/13224/How-Green-Is-3D-Printing.aspx

https://www.3dhubs.com/material-group/fiber-reinforced-nylon