Zdieľať

Este tipărirea 3D ecologică și durabilă?

Zdieľať

Originile tipăririi 3D datează din a doua jumătate a secolului al XX-lea, o perioadă în care aspectele de mediu ale noilor tehnologii nu erau încă analizate în profunzime. De atunci, tipărirea 3D nu doar că a avansat considerabil din punct de vedere tehnic, ci a intrat și în conștiința publicului larg. A devenit mai populară, mai accesibilă ca preț și, nu în ultimul rând, mai supusă criticilor și monitorizării din perspectivă ecologică.

În ultimii 10 ani, dezvoltarea tipăririi 3D a avansat semnificativ: utilizatorii casnici imprimă obiecte obișnuite, precum figurine, accesorii sau piese de schimb. În domenii specializate, studiile au avansat până la concepte privind tipărirea organelor din celule vii. Industria beneficiază de tipărirea pieselor de echipament, iar sectorul construcțiilor a ajuns chiar să imprime case întregi. Întrebarea care se pune tot mai des în legătură cu tipărirea 3D este: care sunt consecințele de mediu ale acestei noi tehnologii?

Tipărirea 3D

Tipărirea 3D reprezintă, în esență, mai mult decât tipărirea obișnuită sau un anumit tip de producție. Procesele de fabricație se împart în două mari categorii: aditive și subtractive. Tipărirea 3D este un proces de fabricație aditivă, în timp ce producția tradițională este subtractivă.

În cazul fabricației aditive, produsele sunt create prin depunerea succesivă de straturi ale unui material, formând un obiect complet în care fiecare strat reprezintă o secțiune subțiră a obiectului. Straturile sunt tipărite prin depozitare strat cu strat, direct dintr-un model de „proiectare asistată de calculator” (CAD), ceea ce permite crearea de obiecte fizice dintr-o reprezentare geometrică generată pe calculator.

Recomandăm

Tipărirea 3D a devenit comercială în anii ‘80, când Charles Hull a solicitat brevetul pentru „Aparatura pentru producerea obiectelor tridimensionale prin stereolitografie”. Astăzi, tehnologia de tipărire 3D este utilizată la fabricarea bijuteriilor, motoarelor, podurilor, componentelor în industria aeronautică și alimentară și chiar în medicină, pentru producerea pompelor cardiace artificiale și a corneelor artificiale. Cele mai utilizate materiale pentru tipărirea 3D sunt termoplasticele, ceramică, materialele pe bază de grafen și metalul. Tocmai în acest punct ajungem la problematica de mediu și la faptul că tipărirea 3D poate genera anumite probleme ecologice.

Să analizăm mai întâi desfășurarea procesului de tipărire 3D. Există mai multe moduri de realizare a tipăririi 3D, toate legate de modul în care materialul este stratificat pentru a crea obiectul final. Materialul este încălzit până devine fluid, apoi este aplicat printr-o duză de tipărire. Pe baza datelor CAD, designul este „segmentat” în secțiuni 2D, astfel încât duza știe unde să direcționeze materialul, depűnându-l în straturi subțiri. Imediat ce un strat se solidifică, procesul se repetă până la obținerea obiectului final. În funcție de dimensiunea și complexitatea obiectului, durata poate varia de la câteva minute la ore sau chiar zile.

 

sursă: canva

Tipărirea 3D și mediul înconjurător

Pe de o parte, tipărirea 3D este o metodă excelentă de creare a produselor pentru diverse sectoare, însă, pe de altă parte, anumite aspecte ale procesului implică un consum ridicat de energie și pot genera emisii nocive. Câțiva factori ai procesului de producție pot influența mediul, precum durata de tipărire a obiectului sau tipul materialului utilizat.

Consumul de energie în timpul tipăririi

O durată mai lungă de tipărire înseamnă un consum mai mare de energie. Tipăriturile de calitate superioară necesită tocmai mai mult timp. Astfel apare un compromis semnificativ între energia consumată și calitatea produsului.

Consumul de energie poate fi definit în cadrul procesului de tipărire în trei faze:

  • faza de preîncălzire, în care mașina se pregătește pentru tipărire
  • tipărirea propriu-zisă a obiectului
  • procesul de răcire

O posibilă soluție pentru reducerea volumului de energie consumat în procesul de tipărire constă în materialele utilizate. Folosirea materialelor cu temperatură joasă de procesare poate reduce consumul de energie, la fel ca utilizarea echipamentelor capabile să tipărească mai multe componente simultan.

Emisii

Când ne gândim la problemele de mediu, poluarea rămâne mereu pe primul loc. Deși tipărirea nu pare, la prima vedere, o sursă semnificativă de poluare, realitatea este diferită. Poluarea industrială apare în principal în cadrul proceselor de producție, iar 19% din emisiile globale de gaze cu efect de seră sunt legate de procesele de fabricație industrială. Tipărirea 3D produce ceea ce se numesc compuși organici volatili sau COV. Există mai mulți parametri care pot influența emisia de COV: materialul utilizat, temperatura echipamentului, culoarea filamentului, cantitatea de căldură aplicată pe placa de construcție și modelul imprimantei.

Emisiile de COV sunt legate de degradarea termică a polimerilor și a altor aditivi. În cazul imprimantelor 3D, multe modele se bazează pe extrudarea termoplasticului încălzit, ceea ce poate fi periculos pentru mediile interioare din cauza COV produși. Împreună cu COV, tipărirea 3D poate emite alte particule, material gazos și unele nanoparticule, care pot reprezenta riscuri potențiale pentru sănătate.

(Ne)durabilitate

Din păcate, materialele necesare pentru tipărirea 3D sunt în esență nedurabile. Obținerea plasticului nou necesită producerea de derivați petrolieri, precum și o intensitate ridicată a carbonului pentru fabricarea efectivă a plasticului. O soluție ar fi ca tipărirea 3D să utilizeze materiale reciclate sau alte materiale decât plasticul, precum metalul, ceea ce ar contribui la durabilitate.

Există avantaje ecologice și de durabilitate ale tipăririi 3D?

Cu toate acestea, tipărirea 3D aduce și câteva beneficii pentru mediu și durabilitate. Tipărirea 3D și alte forme de fabricație aditivă se află încă în stadiu de dezvoltare. Tocmai inovațiile și progresul tehnologic determină schimbări semnificative în costurile de producție și în timpii de fabricație, conducând la o eficiență mai mare și la un impact mai redus asupra mediului în comparație cu procesele de producție standard.

Reciclarea — una dintre căi

Deșeurile globale se află la un nivel ridicat. Prin urmare, tipărirea 3D ar putea oferi o soluție prin utilizarea materialelor reciclate pentru crearea de produse. Până la 95% din materialul utilizat în tipărirea 3D poate proveni din materiale reciclate. Atunci când plasticul se topește, legăturile sale chimice se slăbesc, astfel că în materialul reciclat trebuie adăugate bucăți de plastic nou pentru a asigura un produs final rezistent. O soluție ar putea consta în combinarea materialelor reciclate cu biopolimeri. Polimerii pe bază biologică necesită temperaturi mai scăzute, ceea ce poate reduce cantitatea de energie consumată în timpul tipăririi.

Energie și eficiență

Tipărirea 3D poate crește eficiența procesului de producție, precum și timpul și energia necesare pentru ca produsele să ajungă la destinație. Când se utilizează polimeri pe bază biologică pentru crearea produselor, aceștia sunt biodegradabili și netoxici. Astfel, materialul poate fi pregătit local, reducând volumul și costurile de energie necesare. Imprimantele 3D pentru produse mici pot fi amplasate chiar și într-un birou, permțând fabricarea locală a pieselor, prototipurilor și produselor, fără a necesita transport. Astfel se reduc impacturile de mediu generate de metodele standard de transport marfă. Un alt factor important este tipărirea 3D în serii mici, spre deosebire de metodele standard care produc în masă și necesită depozite de produse, care consumă la rândul lor energie.

Alternative ecologice

Materialele alternative pentru tipărirea 3D sunt rare, deși există posibilitatea de a tipări cu materiale de origine vegetală. Materialul „ecologic” obișnuit, utilizat pentru articole de unică folosință precum paiele, devine o opțiune și pentru imprimantele 3D. Plasticul poate fi fabricat din alge, ceea ce ar putea rezolva o parte din problema poluării cu plastic. Din alge se poate produce bioplastic — un plastic fabricat parțial sau integral din biomasă sau surse regenerabile, cel mai frecvent culturi alimentare. Acesta este interesant datorită funcționalității similare cu materialele plastice convenționale pe bază de petrol.

Microalgele pot crește pe deșeuri organice, ceea ce le face un candidat excelent ca sursă de biomasă. Dacă sunt disponibile în cantități mari, acestea pot fi valorificate, întrucât microalgele consumă materiale reziduale și le transformă în materiale de construcție. Aceasta furnizează totodată materii prime pentru producție și reduce carbonul din atmosferă, deoarece algele utilizează CO₂ pentru creștere.

Dacă în tipărirea 3D se iau în considerare eficiența și utilizarea materialelor reciclate, aceasta poate avea mai multe impacturi pozitive asupra mediului. În unele cazuri, aceasta poate contribui la reducerea emisiilor de carbon, la furnizarea de noi tehnologii pentru monitorizarea mediului, precum și la asigurarea de materiale pentru surse alternative de energie.

Reducerea emisiilor de carbon

Reducerea emisiilor de carbon este posibilă datorită capacității tipăririi 3D de a produce cu un nivel mai ridicat de eficiență în procesul de fabricație și, mai ales, în cel de transport. Toate produsele pot fi fabricate din fișiere digitale, eliminând astfel dependența de transport.

Noi tehnologii pentru monitorizarea mediului

Tipărirea 3D poate contribui cu componente pentru aparatele utilizate la monitorizarea calității aerului. Un alt beneficiu se manifestă în tipărirea 3D de filtre și sisteme de purificare pentru eliminarea poluării industriale.

Surse alternative de energie

Un alt sector de aplicabilitate a tipăririi 3D este energia regenerabilă. Componente ale celulelor de combustibil, turbinelor eoliene și celulelor solare au fost testate utilizând componente tipărite 3D. Tipărirea 3D a creat celule fotovoltaice tridimensionale despre care s-a demonstrat că obțin o densitate de energie mai mare decât panourile solare plate, staționate standard. Turbinele eoliene au pale tipărite 3D în formă de frunze de plante, care au redus solicitările mecanice ale vântului asupra palelor, iar geometria unică a fost realizabilă tocmai datorită procesului de tipărire 3D. Tipărirea 3D oferă avantaje în ceea ce privește viteza, costurile și capacitatea de a crea forme mici și complexe, utilizabile în diverse scopuri, inclusiv în producerea de energie.

Concluzie

În prezent, situația este că sectoarele industriale, inclusiv tipărirea 3D, au rezerve mari în ceea ce privește ecologia. Tehnologia 3D consumă mai multă energie decât frezele, strungurile și mașinile de găurit. În final, acest lucru se reflectă în faptul că fabricarea unui obiect de aceeași masă consumă în cazul tipăririi 3D de 50 până la 100 de ori mai multă energie electrică decât utilajele standard. Aceasta înseamnă și mai multe emisii.

La aceasta se adaugă dependența mare de materiale plastice, iar plasticul nu este un material ecologic. Imprimantele 3D industriale produc cantități mari de subproduse plastice care rămân neutilizabile în mod complet ulterior. La aceasta se mai adaugă vaporii rezultați din tipărirea secundară a plasticului încălzit, care sunt subproduse toxice.

Tipărirea 3D are numeroase beneficii și poate oferi soluții durabile pe termen scurt, însă din punct de vedere ecologic mai are mult de recuperat în ceea ce privește reducerea impactului asupra mediului. Prin inovații în utilizarea surselor de energie regenerabilă, eliminarea deșeurilor și adoptarea de materiale mai prietenoase cu mediul, aceasta poate atinge în timp o durabilitate mai bună sau chiar completă.

Blog Ďalšie zaujímavé články
Coș de cumpărături
Coşul de cumpărături nu conţine articole
TonerDepot.ro
Logare
Menu
Setări cookie-uri

Acest site web folosește cookie-uri pentru a îmbunătăți experiența utilizatorului. Prin utilizarea site-ului nostru web, sunteți de acord cu utilizarea tuturor cookie-urilor în conformitate cu politica noastră privind cookie-urile. Citeşte mai mult

Cookie-urile sunt fișiere text mici plasate pe computerul dvs. de site-urile web pe care le vizitați. Site-urile web folosesc cookie-uri pentru a facilita navigarea eficientă și efectuarea anumitor funcții de către utilizatori. Cookie-urile care sunt necesare pentru ca site-ul web să funcționeze corect pot fi setate fără consimțământul dumneavoastră. Toate celelalte cookie-uri trebuie aprobate în browser înainte de a fi setate. Vă puteți modifica oricând consimțământul pentru utilizarea cookie-urilor pe această pagină.