¿Cómo reducen los productos de impresión 3D los residuos y promueven la sostenibilidad?

Hay mucho revuelo en torno a las impresoras 3D en este momento, y por una buena razón. Después de todo, cualquier persona con un sueño y un diseño puede usarlos para crear algo genial. Pero son especialmente atractivos para los fabricantes, quienes los ven como una forma no solo de reducir costos y acelerar la producción, sino también de cumplir con sus promesas de sustentabilidad. Pero, ¿cómo reducen exactamente los productos de impresión 3D los residuos y ayudan al medio ambiente? ¿Y realmente está a la altura de las expectativas?

Las posibilidades ciertamente parecen prometedoras, en términos de cómo se fabrican los productos impresos en 3D y la capacidad de solucionar problemas al crear prototipos. Esta tecnología también desempeñará un papel importante en el futuro del reciclaje y el uso de energía. Y eso es solo el comienzo. Aún así, los expertos advierten que existen algunas desventajas potenciales en esta tecnología floreciente, que actualmente representa solo alrededor del 1 % del mercado de fabricación mundial, pero que se disparará en los próximos siete años, pasando de $ 18 mil millones en 2022 a $ 83 mil millones. para 2029 .

Echemos un vistazo más de cerca a lo que la impresión 3D puede hacer exactamente por el medio ambiente y lo que no puede hacer... al menos no todavía.

Cómo la impresión 3D es buena para el medio ambiente

Reduce los residuos

La fabricación tradicional a menudo no utiliza los materiales de manera eficiente. El proceso generalmente es sustractivo, lo que significa que comienza con un gran bloque de material, lo corta para crear un producto y luego tira los desechos. La impresión 3D, por otro lado, es un proceso "aditivo", que construye un producto capa por capa. La impresora sigue un diseño asistido por computadora (CAD), dejando espacios huecos en el medio o donde no se necesita material. Utiliza solo la cantidad exacta necesaria de la manera exacta, por lo que no es necesario tallar ni recortar el exceso de materiales. Como resultado, hay exponencialmente menos desechos.

Según los expertos, la impresión 3D en la industria de la construcción puede reducir los desechos en un 95 % o más. “Dependiendo de la tecnología, tiene el potencial de desbloquear una construcción verdaderamente sin desperdicio, eliminando aproximadamente 4.4 libras por pie cuadrado, en promedio, que van a los vertederos. [when building] una casa construida tradicionalmente”, dice Sam Ruben, cofundador y asesor principal de sostenibilidad de Mighty Buildings, una empresa de construcción de impresión 3D con sede en California. Menos sobras que se envían al vertedero se traducen en menos emisiones de gases de efecto invernadero, menos toxinas que se filtran al suelo y menos contaminación, todo lo cual puede ayudar a frenar el cambio climático.

Y las aplicaciones son infinitas en varios campos de fabricación, ya sea que esté construyendo casas, muebles, automóviles, transbordadores espaciales o equipos médicos. La impresión 3D también reduce el desperdicio incluso antes de comenzar a crear un producto porque puede crear prototipos más efectivos. Dado que una gran parte del proceso de diseño se lleva a cabo en la computadora, con la IA ayudando a producir simulaciones increíbles, es más fácil identificar qué partes deben mejorarse y cuáles pueden fallar. Como resultado, no tiene que pasar por tantos materiales (que eventualmente se desecharán) antes de descubrir cómo crear el artículo que desea.

Reduce el envío

El sector del transporte es uno de los mayores contribuyentes mundiales de gases de efecto invernadero. La industria del transporte marítimo, en particular, es responsable de al menos el 2,5% de las emisiones totales de carbono del planeta, y eso sin tener en cuenta los viajes aéreos y por carretera. La impresión 3D podría hacer mella en este problema al reducir el uso de combustible.

En una situación de producción tradicional, un producto (y sus diversos componentes) puede transportarse varias veces. Por lo general, se fabrica en una empresa de producción, a menudo en otro país, luego se traslada a una empresa de embalaje local y finalmente se envía a una tienda. Eso es mucho combustible usado, sin mencionar el escape liberado. Pero una impresora 3D permite que el producto, incluido todo el empaque, se fabrique localmente. Un artículo puede diseñarse en un país y luego el diseño puede enviarse digitalmente a otro para su producción.

Aún mejor, “una empresa podría invertir en su propia impresora 3D y producir la [item] internamente ”, dice David Bourell, profesor de ingeniería mecánica y ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Texas en Austin. Al reducir la cantidad de lugares en los que se debe crear y empaquetar un artículo, hay menos vuelos, envíos y viajes. Esto también puede ayudar con los problemas de la cadena de suministro, ya que se produciría y enviaría menos desde los sitios de producción en el extranjero. Además, añade Ruben, la impresión 3D permite a los fabricantes utilizar materiales no tradicionales que se obtienen localmente y son más sostenibles.

Puede utilizar materiales reciclados.

Los filamentos y plásticos utilizados en la impresión 3D son resistentes y biodegradables, lo que reduce los residuos plásticos. Y ese no es el único tipo de material reciclado que las empresas (y los aficionados) pueden usar en la impresión 3D.

“Esto puede ser de todo, desde el uso de botellas de plástico recicladas para la impresión termoplástica, hasta el despliegue de desechos como palas de turbinas eólicas viejas o vidrio”, dice Ruben. "A medida que sigamos viendo avances en la tecnología de reciclaje, veremos que los tipos de materiales de impresión que pueden utilizar materiales reciclados se expanden y se acercan cada vez más a economías verdaderamente circulares en torno a la impresión 3D".

Las piezas se pueden hacer a pedido

¿Necesita una sola pieza para un producto? No hay problema. ¿Qué tal uno muy específico? La impresión 3D también lo tiene a usted allí, ya que la producción se puede personalizar. Esta es otra victoria ambiental porque significa que las empresas no tienen que producir artículos en masa y materiales de desecho. Para poner esto en contexto, piense en construir una casa. Una pared tradicional usaría madera, tornillos, paneles de yeso, cinta, aislamiento, barreras y placas. Si estuviera usando una impresora 3D para esa casa, podría crear solo las cosas específicas que necesita para el proyecto en cuestión, o imprimir toda la pared con todos los componentes. Esto también ahorra energía, combustible y costos de producción.

Y según All3DP, la impresión 3D tiene el potencial de revolucionar la vivienda asequible. Hábitat para la Humanidad se asoció con Alquist en 2021 para imprimir una casa de concreto de un solo nivel, y su construcción tomó solo 12 horas. Sí, has leído bien: 12 horas.

Cómo la impresión 3D es dañina para el medio ambiente

Imágenes de Goldcastle7 / Getty

No se puede negar que la impresión 3D tiene muchas ventajas, pero el proceso no es del todo sostenible. “Al igual que con cualquier tecnología, la impresión 3D no es una bala de plata”, dice Ruben. "Aunque la impresión 3D ofrece posibilidades increíbles para mejorar la sostenibilidad, todavía estamos viendo el uso de materiales como plásticos y polímeros vírgenes y hormigón, que son algunos de los principales impulsores de las emisiones globales de gases de efecto invernadero". He aquí una mirada más cercana a algunos de los problemas actuales.

Muchos materiales de impresión 3D son de plástico.

Como se señaló anteriormente, algunos de los materiales pueden ser plástico reciclado, pero al final, sigue siendo mucho plástico. “Muchas tecnologías de impresión 3D usan exactamente los mismos materiales termoplásticos que las técnicas tradicionales de producción en masa, por lo que es prácticamente un lavado del impacto ambiental”, dice Denis Cormier, profesor de ingeniería industrial y de sistemas en el Instituto de Tecnología de Rochester. “Por lo tanto, tiene una elección desafortunada entre procesos de impresión 3D más lentos que utilizan materiales termoplásticos reciclables y procesos de impresión 3D más rápidos que requieren la eliminación de desechos peligrosos”.

Además, gran parte del plástico terminará en los vertederos algún día. Piénselo de esta manera: si puede crear productos geniales con solo hacer clic en un botón, existe la posibilidad de mucho de hacer clic en un botón, y muchos productos desperdiciados tirados a la basura.

Alienta a las personas a crear más prototipos.

Con la creación de prototipos vienen productos, piezas e iteraciones desperdiciados. "Las impresiones fallidas son, con mucho, la mayor desventaja", dice Nicole Bakker, investigadora visitante en el Centro de Bits y Átomos del MIT y fundadora de Circular Engine. “Otra grande es la categoría de impresiones exitosas que carecen de funcionalidad y con el tiempo pierden su propósito. Al tener acceso a la tecnología, las personas tienen incentivos para crear más cosas. Antes de que te des cuenta, habrás creado un montón de desechos".

La impresión 3D todavía usa electricidad

Si bien los tiempos de producción pueden condensarse, la cantidad de energía requerida para crear un producto sigue siendo alta. Eso es porque la impresión 3D construye piezas muy lentamente. “Entonces, en general, debemos invertir mucha energía en el proceso de fabricación durante un período de tiempo relativamente largo”, explica Bourell. "El resultado es un volumen relativamente bajo de producto final". Traducción: crear algo pequeño puede requerir mucha energía, por lo que estás intercambiando un problema por otro.

Pero el futuro sigue siendo brillante.

La impresión 3D no es un campo estático. Como Los científicos continúan trabajando en esta maravilla de la fabricación, desarrollarán nuevas y mejores formas de generar menos desechos y usar menos energía, haciéndola más sostenible. Y esto tiene un amplio potencial que podría hacer de todo, desde contrarrestar los efectos negativos de la moda rápida hasta hacer que el turismo espacial sea más viable. Mientras tanto, dice Bourell, cualquier persona que use una impresora 3D debe "considerar el ciclo de vida completo de una pieza para que las matemáticas funcionen a su favor" antes de presionar "imprimir".

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Fuentes:

• Fortune Business Insights: "Tamaño del mercado de impresión 3D, participación y análisis de impacto de COVID-19"
• Sam Ruben, cofundador y asesor sénior de sostenibilidad de Mighty Buildings, una empresa de construcción de impresión 3D con sede en California
• S&P Global: "Sus objetivos de cambio climático pueden tener un problema de transporte marítimo"
• David Bourell, profesor de ingeniería mecánica y ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Texas en Austin
• All3DP: "Casa impresa en 3D: 25 proyectos más importantes en 2022"
• Denis Cormier, profesor de ingeniería industrial y de sistemas en el Instituto de Tecnología de Rochester
• Nicole Bakker, investigadora visitante en el MIT Center for Bits and Atoms y fundadora de Circular Engine