Существенные аспекты устойчивого производства

Иззи де ла Гуардиа, старший инженер по проектированию и разработке, и Кэтлин Боллито, инженер по работе с клиентами

Путь к производству устойчивых деталей не останавливается на устойчивом проектировании или методах цепочки поставок. Поскольку некоторые материалы более экологичны, чем другие, продуманный выбор материалов может иметь большое значение для повышения устойчивости производства. Помимо снижения воздействия вашей компании на окружающую среду, использование устойчивых материалов может помочь укрепить вашу репутацию экологически чистого бизнеса. Кроме того, потребители охотнее поддерживают экологически ответственные компании.

Хотя многие металлы можно многократно перерабатывать без потери качества, этого нельзя сказать о пластмассах. 91% пластика не перерабатывается, и большая его часть оказывается на наших свалках. Есть много возможностей для улучшения, поэтому в этой первой части нашей серии статей об устойчивом производстве мы сосредоточимся на материалах для устойчивого производства с использованием пластмасс. Есть возможность выбрать материалы с более низкими экологическими затратами, связанными с поиском, использованием и утилизацией.

Устойчивые источники материалов

Если вы пытаетесь сделать деталь более устойчивой, посмотрите, откуда вы получаете свой материал, — это отличное место для начала. Во-первых, вам нужно будет выбрать между использованием материала, полученного из возобновляемых или невозобновляемых ресурсов.

Возобновляемые ресурсы и невозобновляемые ресурсы

Возобновляемые ресурсы – это природные ресурсы, которые можно восполнить, чтобы восполнить истощенное количество. Иногда это восполнение достигается за счет естественного производства, но в других случаях нам может потребоваться немного усилий. Например, деревья являются природным возобновляемым ресурсом. Однако, когда мы вырубаем деревья в области быстрее, чем они могут вырасти, нам нужно посадить новые семена и саженцы.

Невозобновляемые ресурсы конечны — как только они исчезнут, они исчезнут. Наши запасы многих невозобновляемых ресурсов истощаются, и многие из них скоро закончатся. Например, согласно большинству оценок, мировые запасы нефти истощатся через 40–50 лет, если мы продолжим ее добычу на прежнем уровне.

Чтобы уменьшить истощение природных ресурсов, максимально используйте возобновляемые ресурсы. В мире пластмасс это означает использование биопластиков вместо нефтепластиков. Нефтепластики производятся из невозобновляемой сырой нефти, в то время как биопластики частично или полностью получают из возобновляемых материалов биомассы или природных побочных продуктов и более экологичны, чем их аналоги на основе ископаемого топлива. Общие материалы в биопластиках включают солому, опилки, кукурузный крахмал, древесную щепу, а также растительные масла и жиры.

Хотя вы можете предположить, что биопластики биоразлагаемы, это не всегда так. Например, «добавляемые биопластики», такие как био-ПЭТ, химически идентичны версиям из ископаемого топлива, просто полученным из биомассы, поэтому они не поддаются биологическому разложению, а подлежат только вторичной переработке. Независимо от того, выбираете ли вы возобновляемый или невозобновляемый пластик на основе природных ресурсов, вы можете еще больше сократить потребность в первичных материалах и сделать производство более устойчивым, используя пластик с более высоким содержанием переработанных материалов.

Вторичное сырье

Производство с использованием переработанного материала продлевает срок службы исходного материала, поэтому вам не нужно закупать столько нового материала. Это может помочь вам снизить материальные затраты и значительно повысить общую устойчивость вашего продукта. Ведь производство одной тонны продукции с использованием переработанного пластика вместо первичного предотвращает попадание в атмосферу 1,6 тонны выбросов углекислого газа и экономит пять баррелей нефти.

В то время как металлы не разлагаются при переработке, многие пластмассы не так легко перерабатываются или могут быть переработаны только несколько раз, прежде чем их физические свойства значительно пострадают. Во многих случаях люди используют смесь переработанного и первичного пластика, чтобы сохранить приемлемые свойства материала. Наиболее распространенные пластмассы, содержащие переработанные материалы, используемые в производстве, включают полиэтилентерефталат (ПЭТФ) и полиэтилен высокой плотности (ПЭВП).

Понятие об окончании срока службы продукта

Помимо рассмотрения вашего материального источника, вы должны подумать о том, что произойдет в конце жизни вашего продукта. Материалы могут быть биоразлагаемыми, компостируемыми, пригодными для вторичной переработки или комбинацией этих трех факторов (или ни одного!), в зависимости от их химического состава, поэтому при оценке материалов важно понимать различия.

Биоразлагаемый и компостируемый пластик

Хотя они часто используются взаимозаменяемо, компостируемость и биоразлагаемость — это не одно и то же. Каждый биоразлагаемый пластик биоразлагаем, но не каждый биоразлагаемый пластик компостируется. Компостируемые пластики, такие как термопластичный пластик на основе крахмала (TPS), полибутиленсукцинат (PBS) или поликапролактон (PCL), могут расщепляться на органические элементы и питательные вещества, которые обогащают почву. Биоразлагаемый пластик будет разлагаться естественным образом, не нанося вреда окружающей среде, но он не обязательно распадается на органические элементы.

Биоразлагаемые пластики делятся на две группы:оксобиоразлагаемые (пластики, которые разлагаются в результате окисления) и гидробиоразлагаемые (пластики, которые разлагаются в результате гидролиза). Гидробиоразлагаемые пластмассы, как правило, разлагаются быстрее, чем оксобиоразлагаемые пластмассы, но обычно их необходимо компостировать в промышленных масштабах. По сравнению с гидробиоразлагаемыми пластиками оксобиоразлагаемые пластики дешевле, проще в обработке и обладают лучшими механическими свойствами.

Не все компостируемые продукты одинаковы. Домашние компостируемые продукты будут биоразлагаться в условиях и при температуре в типичных домах или компостных кучах на заднем дворе. Однако промышленный компостируемый пластик обычно требует постоянной температуры, присутствия материалов, богатых углеродом и азотом, или большего количества воздуха для разложения в разумные сроки.

Например, полимолочная кислота (PLA) требует промышленного компостирования, потому что она разлагается только при температуре выше 136 градусов. Однако полигидроксиалканоат (ПГА) может разрушаться в домашних условиях. Таким образом, хотя PHA дороже и требует больше энергии для производства, существует более высокая вероятность того, что он компостирует, поскольку он не зависит от утилизации конечным пользователем, чтобы оказаться на правильном предприятии для компостирования. Если вы выбираете коммерчески пригодный для компостирования пластик, важно подумать о том, как вы можете способствовать надлежащей утилизации. Рассмотрите возможность использования четкой маркировки или программ возврата.

Вторичное сырье

Если вы не можете найти биоразлагаемый вариант, следующий лучший вариант — перерабатываемый пластик. Как правило, термопласты гораздо легче перерабатывать, чем реактопласты, поскольку их можно постоянно плавить и формировать.

Наиболее часто перерабатываемым пластикам присваивается номер переработки, который сообщает потребителям о типе пластика и возможности его переработки. Пластмассы с более низкими номерами легче перерабатываются, чем пластмассы с более высокими номерами. Обычно перерабатываемый пластик включает:

1. ПЭТ или ПИТ — Полиэтилентерефталат (ПЭТ) – это легкий пластик, который легко перерабатывать и часто используется для изготовления упаковки, бутылок с водой, одежды, волокнистого наполнителя и веревок.
2. ПНД — Полиэтилен высокой плотности (HDPE) – это химически стойкий, легко перерабатываемый пластик.
3. ПВХ или V — Поливинилхлорид (ПВХ) – это жесткий термопласт, который в некоторой степени пригоден для вторичной переработки.
4. ПЭНП — Полиэтилен низкой плотности (LDPE) в умеренной степени пригоден для вторичной переработки.
5. ПП — Полипропилен (ПП) прочен, химически устойчив и пригоден для вторичной переработки.
6. ПС — Полистирол (ПС) частично пригоден для вторичной переработки.
7. Разное — Пластик № 7 не подлежит вторичной переработке.

Маркируя свои продукты соответствующим номером переработки, вы можете помочь конечным пользователям понять, какие пластмассы подлежат вторичной переработке и как они должны утилизировать свой продукт. Вам нужно будет указать номер переработки продукта на самом продукте (например, с помощью станков с ЧПУ или лазерной гравировки текста на продукте) или передать информацию потребителю другим способом (например, на бирке или в инструкции по эксплуатации). . Большинство программ вторичной переработки принимают более низкие значения, но в некоторых городах могут не приниматься более высокие значения, поэтому этот пластик необходимо будет перерабатывать в рамках специальных программ.

В дополнение к четкой маркировке своих продуктов вы можете установить программы возврата, чтобы продлить срок службы вашего материала. Подумайте о том, чтобы предложить программу утилизации по почте, программу обмена или организовать бесплатные пункты сбора.

Экологичность в аддитивном производстве

Если вы хотите использовать более экологичные материалы для 3D-печати, есть несколько вариантов, которые следует рассмотреть. Используя технологию моделирования плавленым осаждением (FDM), вы можете изучить филамент, изготовленный из переработанного пластика или пластика на биологической основе (например, филаменты Francofil на основе устриц и пшеницы), или экструдеры на основе гранул, которые могут напрямую плавить измельченную пластиковую стружку.

Кроме того, производственные системы, такие как HP Multi Jet Fusion, работают над тем, чтобы свести к минимуму занимаемую ими площадь, позволяя повторно использовать большую часть излишков порошка из своих сборок в будущих проектах при смешивании с определенным процентом исходного порошка. Они также перерабатывают невосстановленный порошок и лом деталей для создания материалов для литья под давлением, как и в случае с этими деталями Ford.

Нам еще предстоит пройти долгий путь, когда речь заходит об устойчивости аддитивного производства, но многие компании предпринимают шаги по внедрению инноваций и повышению устойчивости. Также постоянно разрабатываются новые экологичные материалы, такие как нить на основе водорослей и морских водорослей и FilaSoy на основе сои. Forust использует отходы опилок и лигнин на биологической основе для 3D-печати древесины. Стоит изучить, какие имеющиеся в продаже варианты могут подойти для ваших приложений, и узнать у ваших поставщиков материалов, какие улучшения они делают в области устойчивого развития.

Экологичность в области литья под давлением и литья уретана

В литье под давлением и литье уретана популярные варианты экономии отходов включают использование материала с переработанным содержимым или повторное измельчение (подача отходов процесса литья под давлением обратно в себя). Кроме того, стоит изучить, есть ли альтернатива выбранному вами пластику на биологической основе, например, био-ПЭТ или ПЭ, изготовленный из сахарного тростника, или био-ПК, изготовленный из кукурузы. Вы также можете выбрать экологичные наполнители, такие как пенька, скорлупа кокосовых орехов, рисовая шелуха и водоросли, но будьте осторожны, чтобы они не повлияли негативно на возможность вторичной переработки вашей детали.

Основные проблемы использования экологичных материалов

Зеленые материалы лучше для окружающей среды, но их использование может быть проблематичным. Возьмем, к примеру, переработанный пластик. Они часто имеют более слабую молекулярную структуру, чем первичный пластик, и более склонны к поломке. Они также могут быть менее устойчивы к химическим веществам, ударам и экстремальным температурам, поэтому потребителям потребуется приобрести замену раньше, чем если бы они купили продукт, сделанный из первичного пластика. Во многих случаях устойчивые альтернативы, такие как версия обычного пластика на биологической основе, могут быть более дорогими, чем их обычные аналоги на основе нефти. Кроме того, экологически безопасных вариантов в продаже, как правило, меньше, поэтому важно продолжать продвигать инновации в этой области и оказывать давление на поставщиков материалов, чтобы они разрабатывали и предлагали менее вредные материалы.

Выбор экологичных материалов с Fast Radius

Есть о чем подумать при выборе материала для вашего следующего проекта, особенно когда речь идет об устойчивости. В наши дни в производстве используется множество экологически чистых материалов, но может быть сложно определить, нужно ли вам что-то биоразлагаемое, компостируемое, перерабатываемое или совсем другое. Опытный производитель может помочь.

Когда вы сотрудничаете с Fast Radius, наша команда экспертов может помочь вам в выборе материала, помогая вам принять наилучшее решение для вашего проекта. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы начать работу, и следите за рекомендациями по устойчивому развитию от нашей команды Fast Radius.