In het afgelopen decennium heeft 3D-printen tot de verbeelding van het grote publiek gesproken, ingenieurs en visionairs op het gebied van milieu. Het is geprezen als zowel een revolutie in de productie als een kans voor een drastische verbetering van het milieu.

3D-printen heeft twee belangrijke kenmerken die enthousiastelingen ertoe brengen het een "groene" technologie te noemen. Eerst, veel 3D-printsystemen genereren zeer weinig afval, in tegenstelling tot conventionele fabricagetechnieken zoals spuitgieten, gieten, stempelen en snijden. Tweede, 3D-printers in huizen, winkels en buurthuizen kunnen digitale ontwerpen gebruiken om producten ter plaatse te maken, het verminderen van de noodzaak om producten naar eindgebruikers te vervoeren.

Echter, er is een beperkte kwantitatieve analyse van de milieuprestaties van 3D-printen. Veel ervan is alleen gericht op energie die wordt gebruikt tijdens de productie, in plaats van de effecten van de productie van grondstoffen op te nemen, gebruik van het product zelf, of afvalbeheer. Om deze leemte op te vullen, we organiseerden een speciale uitgave van Yale University's Journal of Industrial Ecology. We ontdekten dat opwinding over de mogelijkheden voor dramatische milieuverbeteringen moet worden gemodereerd met een goed begrip van de technologie, hoe het zou worden uitgevoerd, en de huidige staat van ontwikkeling.

Voornamelijk voor de industrie

De meeste consumenten die 3D-printers hebben gezien, kennen ze als kleine, boxy-machines vergelijkbaar met inkjetprinters. Die systemen kunnen eenvoudige producten maken zoals deurstoppers, flesopeners en handvatten voor boodschappentassen, meestal van een enkel materiaal.

In feite is 3D-printen een familie van technologieën die voornamelijk in de industrie worden gebruikt, waar het additieve fabricage wordt genoemd. Deze systemen produceren objecten, op basis van digitale informatie, door opeenvolgende materiaallagen toe te voegen. Deze artikelen worden vervolgens verder verwerkt en geassembleerd tot producten zoals onderdelen voor straalmotoren, gehoorapparaten, medische implantaten en tal van verschillende soorten complexe onderdelen voor industriële apparatuur. Additive manufacturing is dus een aanvulling op conventionele productieprocessen, geen vervanging voor hen.

De industrie maakt al tientallen jaren gebruik van additive manufacturing om prototypes te maken voor gebruik bij productontwerp en productieplanning. Nu worden de technologieën steeds geavanceerder, en worden gebruikt om onderdelen en producten voor eindgebruik te maken.

Additive manufacturing is vooral handig voor het maken van aangepaste onderdelen en kleine batches van complexe objecten tegen lagere kosten dan conventionele productie, wat vaak tijdrovende en dure voorbereiding van productieapparatuur vereist.

Rommel op aanvraag?

Ons overzicht van opkomend onderzoek geeft aan dat additive manufacturing niet automatisch goed is voor het milieu. Onderdelen die op deze manier worden geproduceerd, hebben vaak aanvullende bewerkingen nodig om ze de juiste afmetingen of uitstraling te geven. Dit kan hulpbronnen verbruiken of verdere milieueffecten veroorzaken.

Veel van het onderzoek dat we hebben besproken, suggereert dat schijnbaar alledaagse overwegingen, zoals hoe apparatuur voor additieve productie wordt geconfigureerd, de operationele opstelling, en keuzes over het verwerken van details – bijvoorbeeld, de dikte van de lagen die worden toegevoegd – hebben een grote impact op de algehele milieuprestaties. Wetenschappers beginnen ook de blootstelling aan emissies van kleine plastic deeltjes en veiligheidsrisico's tijdens het gebruik van machines voor additieve productie te onderzoeken.

belangrijk, Additive Manufacturing is geen inherent afvalloos proces. Bijvoorbeeld, sommige technologieën vereisen het gebruik van tijdelijke ondersteuningsstructuren tijdens de productie om te voorkomen dat objecten kromtrekken of instorten terwijl ze worden gevormd. Deze dragers kunnen niet altijd weer worden opgewerkt tot grondstoffen. Het is ook belangrijk om te overwegen of de kunststoffen, metalen of gemengde materialen die worden gebruikt in onderdelen die zijn gemaakt met additieve fabricage, kunnen worden gerecycled.

Een andere zorg is dat on-demand productie en eindeloos maatwerk kunnen leiden tot een dramatische toename van wegwerpconsumentenproducten, of "dingen, " zoals sommige commentatoren ernaar verwijzen. Schoenen produceren, kostuumjuwelen of huishoudelijke artikelen in verschillende kleuren of ontwerpen op aanvraag kunnen "fast fashion" naar een geheel nieuw niveau tillen.

Milieuvoordelen realiseren

Tegelijkertijd, gedecentraliseerd, productie op maat is een intrigerende kans voor het milieu. Het komt voort uit een visie om objecten te produceren in lokale fabrieken, of zelfs thuis, en precies het specifieke product maken dat gewenst is, in plaats van een hele batch op een verre locatie te maken, vervolgens verzending en opslag van de artikelen in bulkhoeveelheden.

Momenteel, echter, de meeste producten die op deze manier kunnen worden gemaakt, moeten eenvoudig genoeg zijn om op instapniveau 3D-printers te produceren, meestal uit één materiaal. Belangrijker, het verwerken van grondstoffen voor additive manufacturing kan meer energie verbruiken dan het produceren met conventionele productietechnologie en het verzenden van het eindproduct naar de eindgebruikers.

Het maken van reserveonderdelen door middel van additive manufacturing heeft een reëel potentieel voor het verlengen van de levensduur van producten, hoewel het ook ouder kan blijven, minder energiezuinige apparatuur die langer in gebruik is. Om dit een algemene optie te maken, sommige onderdelen moeten specifiek worden ontworpen om via additieve fabricage te worden geproduceerd.

Hier, Hoewel, intellectuele eigendomskwesties kunnen grote uitdagingen opleveren. Gebruikers van 3D-printers hebben mogelijk niet het wettelijke recht om onderdelen en producten te maken van ontwerpen die door de oorspronkelijke producenten zijn gemaakt. En die producenten vinden het misschien niet in hun economisch belang om gebruik van het model toe te staan. Gebruikers van 3D-printers willen misschien reserveonderdelen maken voor, zeggen, een oudere auto, maar de autofabrikant wil misschien geen ontwerpen voor die onderdelen delen.

Additive manufacturing heeft krachtige mogelijkheden om objecten te produceren met zeer gecompliceerde vormen en interne ruimtes - bijvoorbeeld gespecialiseerde onderdelen voor vliegtuigen die het gewicht kunnen verminderen, waardoor het brandstofverbruik en de uitstoot van broeikasgassen worden verlaagd. Veel onderzoekers denken dat het vermogen om zulke gecompliceerde onderdelen te maken, en resulterende winst in energie-efficiëntie, kan de grootste milieuvoordelen bieden van additive manufacturing.

Kansen voor de boeg

Additive manufacturing is zeer effectief voor het produceren van een klein aantal gespecialiseerde onderdelen of producten. De potentiële milieuvoordelen liggen momenteel in het maken van reserveonderdelen op aanvraag, en vooral bij het maken van gespecialiseerde onderdelen die het energieverbruik van producten tijdens gebruik verminderen. Andere voordelen kunnen worden gerealiseerd naarmate de technologieën zich verder ontwikkelen.

Ondanks beweringen over de milieuvoordelen van deze technologie, het is belangrijk om te beseffen dat deze systemen niet zijn ontworpen met het oog op milieu-efficiëntie. Hoewel sommige toepassingen voor 3D-printen misschien niet milieuvriendelijk zijn, er zijn veel mogelijkheden voor verbetering die nog niet zijn nagestreefd. De eerste stap is meer onderzoek naar de milieueffecten van het produceren van materialen die worden gebruikt bij 3D-printen, hoe 3D-producten worden gebruikt, en het afval dat ze genereren.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.