Naarmate de productie-industrie een nieuwe fase van groen en intelligent betreedt, zijn 3D-printing milieubescherming en duurzaamheid een van de focus technologieën van de industrie geworden. Is 3D printen echt duurzaam? Het antwoord is zowel complex als de moeite waard om naar uit te kijken.

Dit artikel zal systematisch de voordelen en uitdagingen van duurzaamheid van 3D-afdrukken analyseren en een reeks praktische optimalisatiestrategieën voorstellen rond energiebesparing en emissiereductie, additieve productie-efficiëntie, materiaalrecycling en groene productiepraktijken, om bedrijven te helpen die gretig zijn om groene transformatie te bereiken, een sleutelstap te nemen en de echte implementatie van het 3D-afdruksysteem voor milieubescherming te bevorderen.

Drie belangrijke voordelen van 3D-printen voor duurzaamheid

Verminder materiaalafval

3D-printen maakt gebruik van "additieve fabricage" om onderdelen laag voor laag te bouwen, wat het materiaalgebruik met 30% -90% kan verhogen in vergelijking met traditionele "snijdende" productiemethoden. Als we bijvoorbeeld titanium onderdelen voor vliegtuigmotoren nemen, wordt ongeveer 90% van de materialen weggegooid bij traditionele verwerking, terwijl 3D-printing het afval kan beperken tot minder dan 10%. Dit verbetert niet alleen de productie-efficiëntie, maar bereikt ook een zorgvuldige berekening van grondstoffen bij de bron, wat een typische vertegenwoordiger is van groene productie en 3D-printing milieubeschermingspad.

CO2-voetafdruk verminderen

3D-printen ondersteunt "gedecentraliseerde productie" en realiseert cross-regionale, gedistribueerde en gelokaliseerde productie. Dit model kan het logistieke pad aanzienlijk verkorten en de koolstofuitstoot veroorzaakt door transport verminderen, en is een belangrijke schakel in de duurzaamheidsstrategie voor 3D-printen.

De door Adidas opgerichte Speedfactory in Ansbach, Duitsland, maakt gebruik van 3D-printing, robots en digitale productietechnologieën om gelokaliseerde en on-demand productie te realiseren. De fabriek wil ongeveer 500.000 paar schoenen per jaar produceren, waardoor de logistieke vraag naar transport van de Aziatische productiebasis naar de Europese markt aanzienlijk wordt verminderd, waardoor de koolstofuitstoot tijdens het transport wordt verminderd.

Ondersteuning van de circulaire economie

Steeds meer materiaalleveranciers lanceren recyclebare 3D-printfilamenten (zoals PETG, rPET, PLA, enz.). Circulaire 3D-printoplossingen worden geleidelijk geïntroduceerd in scenario's zoals onderwijs, huishoudelijke apparaten en verpakkingen, waardoor belangrijke demonstraties worden geleverd voor het realiseren van de circulaire economie van 3D-printing en het bevorderen van de duurzaamheid van 3D-printing.

Echte uitdagingen voor milieubescherming in 3D-printen

Hoewel 3D-printen potentiële milieuvoordelen heeft, wordt het nog steeds geconfronteerd met veel beperkingen in praktische toepassingen:

Hoog energieverbruik

Mainstream drukprocessen zoals FDM en SLS verbruiken gemiddeld 3 tot 5 keer meer energie per kilogram materiaal dan spuitgieten. Voor industriële productie die massaproductie vereist, is dit een grote uitdaging in termen van koolstofemissiebeheersing. Metaal 3D-afdrukken, met name selectieve lasersmelting (SLM)-technologie, heeft voordelen bij de productie van complexe vormen, maar het energieverbruiksproblem kan niet worden genegeerd.

Volgens een rapport van het American Deep Art Technology Research Institute duurt het 18-24 uur om een industriële schimmel te printen, wat ongeveer gelijk is aan het elektriciteitsverbruik van een huishouden gedurende drie dagen. Dit vormt een directe uitdaging voor de milieubeschermingsdoelstellingen van 3D-printen en er is dringend behoefte aan het optimaliseren van het duurzame pad van 3D-printen en het verminderen van het energieverbruik.

De soorten materialen zijn beperkt en kunnen niet volledig gerecycled worden.

Ondanks pogingen om materialen te recyclen, zijn de belangrijkste commerciële materialen nog steeds voornamelijk petrochemische producten (zoals ABS en PA12). Sommige materialen zijn moeilijk te hergebruiken of niet biologisch afbreekbaar en vormen nog steeds een potentiële bedreiging voor het ecosysteem. Het verbeteren van het recyclingsmechanisme is een onmisbaar onderdeel van het verbeteren van de duurzaamheid van 3D-afdrukken.

De uitstoot van deeltjes wordt nog steeds onderschat

Studies hebben aangetoond dat sommige FDM- en SLA-apparaten ultrafijne deeltjes (UFP's) en oscillerende organische verbindingen vrijgeven tijdens het drukproces. Als er geen filter is geïnstalleerd, zal het op lange termijn een gevaar vormen voor het menselijk ademhalingsstelsel. Dit herinnert ons eraan dat "milieubescherming" niet alleen een macro-emissie-indicator is, maar ook aandacht moet besteden aan micro-luchtkwaliteit, om de volledige implementatie van het milieubeschermingsconcept van 3D-afdrukken echt te realiseren.

Hoe maak je 3D-printen milieuvriendelijker?  

Om realistischer naar duurzame productie te gaan, onderzoekt de industrie een reeks specifieke tegenmaatregelen:

Een gesloten lus creëren

Veel bedrijven bouwen een gesloten lus van "recycling-verwerking-remaking-herdrukken". Bijvoorbeeld, weggegooide plastic flessen worden omgevormd tot filamenten in universiteiten en makerruimtes, en vervolgens gebruikt om niet-dragende onderdelen zoals beeldschermen en gereedschappen af te drukken. Het bevorderen van de lokalisatie van het recyclingssysteem is een belangrijk pad om de duurzaamheid van 3D-afdrukken op te bouwen.

Energieverbruiksparameters optimaliseren

Door algoritmepad optimalisatie, hete zone controle, intelligente slaap en andere methoden, kan het eenheidsenergieverbruik van 3D-afdrukapparatuur met meer dan 30% worden verminderd. Regelmatig onderhoud van apparatuur en integratie van batch-taken kunnen ook effectief het inefficiënte energieverbruik verminderen, waardoor de gecoördineerde bevordering van milieubescherming en groene productiedoelen van 3D-printen wordt bevorderd.

Recycle mislukte bestanden om hulpbronnen afval te verminderen

Het foutpercentage van 3D-afdrukken ligt over het algemeen tussen 8% en 15%. Het opzetten van een herverwerkingssysteem voor steunstructuren en afvaldelen, zoals een micro-circulatie-apparaat voor het breken → drogen → het opnieuw extruderen van draad, kan het afval van verbruiksmaterialen aanzienlijk verminderen en het milieubeschermingsmechanisme en het materiaalrecyclingssysteem van 3D-afdrukken verder versterken.

Verhoog het milieubewustzijn

Veel energie- en materiële afval komt van onredelijk ontwerp. Het bevorderen van groene ontwerpnormen in collegecoursussen en certificeringssystemen voor de industrie en het versterken van milieubewustzijn op ontwerpniveau vormen de basis van de duurzaamheidsstrategie voor 3D-afdrukken.

3D-printen is van nature niet milieuvriendelijk, maar het heeft de voordelen van lage materiaalafval, hoge flexibiliteit en volledig digitale additieve productie. Door een materiaalrecyclingsmechanisme op te bouwen, energie-efficiëntie te verbeteren en groene ontwerpconcepten te implementeren, kan 3D-printen geleidelijk worden omgevormd tot een sleutelkracht in groene productie en een echt duurzame productietechnologie worden.

Wilt u beoordelen of uw 3D-printoplossing voldoet aan milieunormen? Lees meer over de 3D-afdrukdiensten die wij aanbieden.