Impressão 3D reciclada: Soluções sustentáveis para uma produção ecologicamente correta

Este artigo analisa novas abordagens para tornar os materiais de impressão 3D reciclados mais ecológicos usando a reciclagem local e em circuito fechado de termoplásticos e pós. É explorado o uso de fluxos de resíduos pós-industriais e pós-consumo, bem como de recursos renováveis, desde subprodutos agrícolas até matérias-primas derivadas de materiais à base de plantas. Este documento abrange abordagens sustentáveis que envolvem o fornecimento de materiais para todo o ciclo de vida até a reciclagem.

Neste artigo, o autor descreve como a mudança para materiais e técnicas básicas mais sustentáveis pode tornar a impressão 3D uma tecnologia verde confiável. Ele analisa novas oportunidades de usar impressão 3D reciclada e material renovável para AM. Em relação ao fornecimento, ao uso e à conclusão do fim do uso dos materiais, também são enfocadas possíveis práticas sustentáveis. O objetivo é desenvolver um conjunto de práticas recomendadas de circuito fechado atuais que possam ser usadas para definir o circuito de reciclagem de impressão 3D mais eficaz.

O que são materiais de impressão 3D reciclados?

A impressão 3D reciclada, também conhecida como impressão 3D remanufaturada, envolve o uso de resíduos pós-consumo e pós-industriais na alimentação das impressoras 3D. Em vez disso, ela funciona convertendo termoplásticos recicláveis e outros materiais de alimentação em filamentos, pós ou pellets prontos para a impressão 3D de peças e produtos funcionais. As estimativas dos estados modernos preveem que cerca de 5-10% do total de material usado pertencente ao nível do consumidor Impressão 3D é proveniente de recursos reciclados.

Esses produtos reciclados incluem versões recicladas dos termoplásticos de impressão 3D mais usados, como o PLA, que é obtido de resíduos de produtos eletrônicos e plásticos velhos, o ABS de plásticos usados e plásticos domésticos e o PETG de resíduos de materiais de embalagem de plástico. Em seguida, esses materiais são limpos, triturados e extrudados em filamentos apropriados para uso em impressoras 3D.

Benefícios da impressão 3D reciclada

Redução do uso de resíduos e aterros sanitários

Com isso, ao evitar o despejo de plásticos pós-consumo e outros resíduos nos aterros sanitários existentes e extremamente escassos, a impressão 3D reciclada desempenha um papel fundamental na transferência do ônus ambiental. Além disso, ela promove a reciclagem de materiais que, de outra forma, seriam jogados nos lixões.

Menor dependência de matérias-primas virgens

Como os filamentos e materiais de impressão 3D reciclados são obtidos de fluxos de resíduos industriais e municipais, isso diminui a necessidade de extrair novas matérias-primas do meio ambiente por meio de processos de mineração ou perfuração que consomem muita energia.

Economia de energia

A decomposição de materiais reciclados em material de alimentação para impressoras 3D utiliza menos energia em comparação com a extração de materiais virgens, o processamento e o transporte. Esse resultado, no final, consome muita energia no processo de fabricação, bem como no ciclo de vida do produto desenvolvido.

Materiais reciclados comuns para impressão 3D

Plásticos como PLA, ABS, PETG

Todos eles constituem uma grande porcentagem dos resíduos plásticos pós-consumo. Assim, suas propriedades mecânicas e térmicas os tornam adequados para o processo de impressão 3D do tipo fabricação de filamento fundido (FFF).

Materiais de construção como concreto, madeira

Resíduos de concreto e pó de serra podem ser reprocessados e combinados com aglutinantes para produzir concreto reciclado e filamentos de madeira para impressão 3D de grandes peças estruturais.

Metais, fibras de origem vegetal

Mesmo Impressão de metal 3D pós de sucata de fabricação e fibras à base de plantas de resíduos agrícolas agora estão sendo convertidos em materiais de impressão 3D reciclados.

Escopo e desafios futuros

Embora a impressão 3D reciclada seja gradualmente mais aceita, é possível melhorar as perspectivas de uso e os efeitos ambientais. A implementação de um fluxo diferente para cada tipo de plástico pós-consumo leva a uma porcentagem maior de conteúdo de reciclagem nas peças impressas em 3D. A World Wide Web também é promissora, pois a criação de políticas padrão para testes e certificações de reciclabilidade também pode aumentar a aceitação da tecnologia pelo consumidor. No entanto, a qualidade e a mecânica dos filamentos reciclados ainda apresentam alguns problemas com a consistência geral da qualidade.

Filamentos ecologicamente corretos para impressão FDM

A indústria amorfa geralmente se refere à modelagem por deposição fundida (FDM) tipo de impressoras 3D que usam material plástico, filamentos. Vários tipos de filamentos oferecem soluções melhores em comparação com os plásticos convencionais que contêm óleo.

PLA

É um ácido polilático (PLA), que é um material de base biológica, o que significa que é originário de plantas, por exemplo, amido de milho, raízes de tapioca ou cana-de-açúcar. Eles são 100% recicláveis de acordo com os padrões de todos os países da União Europeia; podem ser decompostos e compostados completamente. Ao mesmo tempo, as peças feitas de material PLA são fortes, mas não são resistentes ao calor

PETG

O PET glicol ou filamento de PETG é derivado diretamente de materiais pré-processados pós-consumo PET recipientes e garrafas. Ele proporciona impressões comparativamente duras e brilhantes como o ABS, mas é totalmente livre de qualquer tipo de emissão de gases tóxicos. PETG ainda permanece forte por vários anos.

PC-ABS

O PC-ABS é um copolímero de policarbonato e ABS que tem resistência ao impacto e rigidez aceitáveis e pode suportar cargas significativas. Os filamentos mantêm a impressão 3D reciclada até 30% com desempenho de matéria-prima comparável ao PC-ABS virgem.

Nylon

Filamentos de nylon como Nylon-6 podem ser criados a partir de óleo de colza ou de mamona, reduzindo a dependência do náilon à base de óleo fóssil. Eles proporcionam impressões resistentes e resilientes, adequadas para prototipagem e fabricação funcionais.

Bambu, madeira, papel

Esses filamentos à base de plantas utilizam subprodutos agrícolas, como pó de bambu, serragem ou partículas de papel ligadas a bioplásticos. As peças impressas têm uma textura natural semelhante à madeira ou ao papel.

Desperdício de alimentos

Até mesmo resíduos de alimentos, incluindo cascas de uva e laranja, foram transformados em filamentos sustentáveis por meio de processos de fermentação e composição. As propriedades se assemelham aos plásticos comuns de impressão 3D.

Materiais reciclados para impressão SLA/DLP e SLS/SLM

Pó metálico

Pós metálicos para sinterização seletiva a laser (SLS) e fusão (SLM) podem incorporar conteúdos de impressão 3D reciclados, como aço inoxidável, aço para ferramentas e alumínio de sucatas de usinagem. As propriedades correspondem às das potências do metal bruto.

Polímeros

Fotopolímeros reutilizados para estereolitografia (SLA) e o processamento digital de luz (DLP) da impressão 3D vêm de materiais de prototipagem que não são mais necessários. O desempenho permanece equivalente ao da tinta de resina virgem, embora a reciclabilidade exija avaliação.

Pós compostos

Os pós que combinam metais reciclados e cerâmica mostram potencial em SLS para peças funcionais. Os materiais híbridos alcançam a resistência necessária juntamente com os benefícios da sustentabilidade.

As propriedades das peças impressas com os filamentos e os pós discutidos acima geralmente imitam as matérias-primas originais. As qualidades mecânicas, como a resistência à tração, também são preservadas por meio do processo de manufatura aditiva com matérias-primas de impressão 3D recicladas. Isso confirma sua viabilidade para aplicações funcionais.

A manufatura aditiva sustentável geral usando resíduos pós-consumo, pós-industriais ou agrícolas reduz significativamente os impactos ambientais em comparação com a manufatura convencional. Com pesquisas em andamento sobre novos materiais reciclados, impressão 3D de alta qualidade está pronta para se tornar uma tecnologia mais ecológica.

Reciclagem em circuito fechado de impressões 3D

Sob demanda, com a impressão 3D utilizando prototipagem e fabricação rápidas, muitas vezes as impressões que falham ou não funcionam são geralmente jogadas na lixeira, comumente conhecida como aterro sanitário, devido aos inúmeros desafios decorrentes da trituração mecânica e da reutilização... Isso gera preocupações com a sustentabilidade devido ao uso de materiais virgens que consomem muita energia. A reciclagem em circuito fechado oferece uma solução eficaz ao recuperar vários materiais de impressão 3D reciclados.

Problemas com a reciclagem de impressões com falha

Impressões FDM com falhas podem conter suportes infiltrados que interferem na reciclagem mecânica. Da mesma forma, as resinas de SLA curadas com peças defeituosas não podem ser submetidas à reciclagem mecânica direta devido à ligação cruzada durante a cura. Os materiais à base de pó também exigem processamento especial devido a propriedades como a oxidabilidade.

Abordagens de reciclagem química

Novas tecnologias de reciclagem química podem decompor polímeros, resinas e impressões em pó em nível molecular. Por exemplo, peças de ABS com defeito reduzidas a pó passam por despolimerização usando solventes químicos para recuperar monômeros de ABS puros. Esses monômeros podem então ser repolimerizados para reutilização direta como filamentos sem perda de qualidade.

As resinas das impressoras SLA/DLP são recicladas na impressão 3D usando técnicas semelhantes de despolimerização ou solvólise, produzindo fotopolímeros limpos para reutilização. As peças metálicas e cerâmicas defeituosas de SLS/SLM podem utilizar lixiviação ácida ou precipitação para separar as ligas para reatomização.

Reutilização de pós em SLS/SLM

O pós-processamento oferece uma alternativa à reciclagem química para sistemas baseados em pó. O excesso de pó não utilizado das máquinas SLS/SLM é simplesmente recolhido, peneirado para remover as impurezas e reutilizado sem afetar significativamente as propriedades ou o desempenho da impressão. Isso retém mais de 95% dos custos de material.

A reciclagem em circuito fechado estabelece uma economia circular para impressão 3D em larga escala materiais, eliminando o desperdício e a dependência de recursos virgens. Com mais refinamentos, o processo pode ser ampliado para que usuários industriais e comerciais realizem uma manufatura aditiva totalmente sustentável. Combinado com filamentos e pós de entrada sustentáveis, ele estabelece a impressão 3D como um paradigma de fabricação ecológica.

Fornecimento local de matéria-prima reciclada

Para uma cadeia de suprimentos realmente sustentável, os materiais de impressão 3D reciclados devem ser obtidos o mais localmente possível para minimizar as emissões de transporte. Os modelos de reciclagem descentralizados abordam essa questão.

Pequenas instalações de reciclagem baseadas na comunidade podem coletar localmente sucata plástica pós-industrial e lixo doméstico pós-consumo. Após a classificação e a purificação básicas, esses plásticos são convertidos em filamentos para impressoras 3D usando linhas de extrusão em pequena escala.

Os filamentos acabados são então distribuídos para escolas, bibliotecas ou empresas próximas com Impressoras 3D. Por exemplo, uma iniciativa de reciclagem rural pode coletar discos de equipamentos agrícolas e garrafas domésticas em um raio de 80 quilômetros para produzir filamentos de PLA usados por espaços de fabricantes locais.

Esse sistema localizado de ciclo fechado elimina cargas de transporte de plástico. Ele também capacita as comunidades a estabelecer cadeias de suprimentos circulares independentes com dependência mínima dos mercados centralizados de materiais virgens.

Materiais renováveis e biodegradáveis

A impressão 3D sustentável vai além dos plásticos reciclados e incorpora materiais à base de plantas e biodegradáveis.

As resinas produzidas a partir de matérias-primas agrícolas, como milho e cana-de-açúcar, oferecem alternativas renováveis às resinas SLA à base de petróleo. Os compostos que usam resíduos agrícolas e florestais, como farinha de madeira ou fibras de cânhamo, melhoram ainda mais a sustentabilidade.

Os bioplásticos e as bioresinas garantem que as peças impressas possam se degradar com segurança no final da vida útil sem gerar microplásticos. Quando combinados com circuitos de produção em pequena escalaCom o uso de materiais renováveis, esses materiais estabelecem um paradigma de fabricação com zero líquido.

O fornecimento ecológico de matéria-prima e a produção de peças biodegradáveis são fundamentais para posicionar a impressão 3D como um método de produção ecológico do futuro.

Conclusão

As melhorias atuais na impressão 3D e nos materiais usados tornaram a tecnologia de manufatura aditiva a tecnologia líder no atual setor de manufatura. No entanto, para que a produção 3D seja sustentável, todo o processo, desde o material usado até o produto final, deve representar a economia circular.
As estratégias discutidas neste artigo, como o uso de impressão 3D reciclada e matéria-prima renovável, reciclagem de materiais em circuito fechado e produção localizada em pequena escala, ajudam a abordar os aspectos de sustentabilidade em toda a cadeia de valor da impressão 3D. A adoção generalizada de tais abordagens ecológicas pode minimizar a dependência de plásticos virgens, transporte pesado e energia não renovável.

De modo geral, uma mudança para recursos localizados, baseados em resíduos e renováveis estabelece a impressão 3D reciclada como um paradigma de fabricação que não é apenas acessível e personalizado, mas também ecologicamente correto. Isso ajuda a concretizar todo o potencial da manufatura aditiva em direção a um futuro sustentável.

Perguntas frequentes

P: Todas as tecnologias de impressão 3D podem usar materiais reciclados?

R: Embora o FDM e alguns processos de leito de pó possam usar termoplásticos de impressão 3D reciclados e pós metálicos, respectivamente, outras tecnologias, como a SLA, podem ter problemas com resinas pré-curadas. A P&D em andamento está expandindo os processos compatíveis.

P: É realmente mais sustentável do que usar plásticos virgens?

R: Sim, a reutilização de resíduos plásticos reduz significativamente o impacto ambiental em comparação com a extração de novos plásticos de combustíveis fósseis por meio de processos que consomem muita energia. Mesmo com algumas desvantagens em termos de qualidade, essa é uma alternativa mais ecológica.

P: Quanto custa normalmente em comparação com os filamentos virgens?

R: Os filamentos de impressão 3D reciclados geralmente são 10-30% mais baratos do que os filamentos virgens comparáveis, pois os custos dos materiais são menores. À medida que a reciclagem for aumentando, espera-se que os preços caiam ainda mais.