Geri dönüştürülmüş 3D baskı: Çevre Dostu Üretim için Sürdürülebilir Çözümler

Bu makale, termoplastiklerin ve tozların yerel ve kapalı döngü geri dönüşümünü kullanarak geri dönüştürülmüş 3D baskı Malzemelerini daha çevre dostu hale getirmek için yeni yaklaşımları incelemektedir. Hem endüstri sonrası hem de tüketici sonrası atık akışlarının yanı sıra tarım yan ürünlerinden bitki bazlı malzemelerden elde edilen hammaddelere kadar yenilenebilir kaynakların kullanımı araştırılmaktadır. Bu makale, geri dönüşüm yoluyla tüm yaşam döngüsü boyunca malzeme tedarikini içeren sürdürülebilir yaklaşımları kapsamaktadır.

Bu makalede yazar, daha sürdürülebilir temel malzeme ve tekniklere geçişin 3D baskıyı nasıl güvenilir bir yeşil teknoloji haline getirebileceğini anlatıyor. AM için geri dönüştürülmüş 3D baskı ve yenilenebilir malzeme kullanımına yönelik yeni fırsatları inceliyor. Malzemelerin tedariki, kullanımı ve kullanım sonu tamamlanmasıyla ilgili olarak, olası sürdürülebilir uygulamalara da odaklanılıyor. Amaç, en etkili 3D baskı geri dönüşüm döngüsünü tanımlamak için kullanılabilecek bir dizi mevcut kapalı döngü en iyi uygulama geliştirmektir.

Geri Dönüştürülmüş 3D baskı Malzemeleri Nedir?

Yeniden üretilmiş 3d baskı olarak da bilinen geri dönüştürülmüş 3D baskı, 3D yazıcılar için beslemede tüketici sonrası ve endüstriyel atıkların kullanılmasını içerir. Bunun yerine, geri dönüştürülebilir termo-plastikleri ve diğer besleme malzemelerini, işlevsel parçaların ve ürünlerin 3D baskısı için hazır filamentlere, tozlara veya peletlere dönüştürerek çalışır. Modern devletlerin tahminleri, tüketici seviyesine ait toplam kullanılmış malzemenin yaklaşık 5-10%'sinin 3D baskı geri dönüştürülmüş kaynaklardan gelmektedir.

Bu tür geri dönüştürülmüş ürünler, eski elektronik eşya ve plastik atıklarından elde edilen PLA, kullanılmış plastiklerden ve ev plastiklerinden ABS ve atık plastik ambalaj malzemelerinden PETG gibi en yaygın kullanılan 3D baskı termoplastiklerinin geri dönüştürülmüş versiyonlarını içerir. Bunlar daha sonra temizlenir, parçalanır ve 3D yazıcılarda kullanıma uygun filamentler halinde ekstrüde edilir.

Geri Dönüşümlü 3D Baskının Faydaları

Azaltılmış atık ve çöp sahası kullanımı

Bu sayede geri dönüşümlü 3D baskı, tüketim sonrası plastiklerin ve diğer atıkların mevcut ve son derece kıt olan çöp sahalarına atılmasını önleyerek çevresel yükün değiştirilmesinde önemli bir rol oynamaktadır. Dahası, aksi takdirde çöplüklere atılacak olan malzemelerin geri dönüşümünü teşvik ediyor.

İşlenmemiş hammaddelere daha az bağımlılık

Geri dönüştürülmüş 3D baskı filamentleri ve malzemeleri endüstriyel ve belediye atık akışlarından elde edildiğinden, enerji yoğun madencilik veya sondaj işlemleri yoluyla çevreden yeni hammadde çıkarma ihtiyacını azaltır.

Enerji tasarrufu

Geri dönüştürülmüş malzemelerin 3D yazıcı besleme stokuna dönüştürülmesi, işlenmemiş malzemelerin çıkarılması, işlenmesi ve taşınmasına kıyasla daha az enerji kullanır. Böyle bir sonuç, üretim sürecinin yanı sıra geliştirilen ürünün yaşam döngüsü içinde de çok fazla enerji tüketir.

3D Baskı için Yaygın Geri Dönüştürülmüş Malzemeler

PLA, ABS, PETG gibi plastikler

Bunların hepsi tüketici sonrası plastik atıkların büyük bir yüzdesini oluşturmaktadır. Bu nedenle, mekanik ve termal özellikleri onları erimiş filament fabrikasyonu (FFF) tipi 3D baskı işlemi için uygun hale getirir.

Beton, ahşap gibi yapı malzemeleri

Atık beton ve testere tozu yeniden işlenebilir ve büyük yapısal parçaların 3D baskısı için geri dönüştürülmüş beton ve ahşap filamentler üretmek üzere bağlayıcılarla birleştirilebilir.

Metaller, bitki bazlı lifler

Hatta 3D metal baskı Üretim hurdalarından elde edilen tozlar ve tarımsal atıklardan elde edilen bitki bazlı lifler artık geri dönüştürülmüş 3D baskı malzemelerine dönüştürülüyor.

Gelecekteki Kapsam ve Zorluklar

Geri dönüştürülmüş 3D baskı giderek daha fazla kabul görse de, kullanım ve çevresel etkilerin beklentilerini artırmak mümkündür. Her tür tüketici sonrası plastik için farklı bir akış uygulanması, 3D baskılı parçalardaki geri dönüşüm içeriğinin yüzdesinin artmasını sağlar. World Wide Web de umut vaat ediyor çünkü geri dönüştürülebilirlik testleri ve sertifikasyonları için standart politikalar oluşturmak da teknolojinin tüketici tarafından kabul görmesini sağlayabilir. Bununla birlikte, geri dönüştürülmüş filamentlerin kalitesi ve mekaniği, genel kalite tutarlılığı konusunda hala bazı sorunlar ortaya koymaktadır.

FDM Baskı için Çevre Dostu Filamentler

Amorf endüstrisi yaygın olarak erimiş biriktirme modellemesine (FDM) türü plastik, filament malzeme kullanan 3D yazıcılar. Birkaç filament türü, geleneksel yağ içeren plastiklere kıyasla daha iyi çözümler sunar.

PLA

Bir polilaktik asittir (PLA) filamenti biyo bazlı bir malzemedir, yani mısır nişastası, tapyoka kökleri veya şeker kamışı gibi bitkilerden elde edilir. Her Avrupa Birliği ülkesinin standartlarına uygun olarak 100% geri dönüştürülebilirler; tamamen ayrıştırılabilir ve kompostlaştırılabilirler. Aynı zamanda PLA malzemeden yapılan parçalar güçlüdür ancak ısıya dayanıklı değildir

PETG

PET glikol veya PETG filament doğrudan tüketici sonrası önceden işlenmiş ürünlerden elde edilir PET kaplar ve şişeler. ABS gibi nispeten sert ve parlak baskılar verir, ancak her türlü zehirli gaz emisyonundan tamamen arındırılmıştır. PETG birkaç yıl boyunca hala güçlü kalır.

PC-ABS

PC-ABS bir polikarbonat kopolimeridir ve ABS kabul edilebilir darbe mukavemetine, sertliğe sahip ve önemli yükleri destekleyebilir. Filamentler, işlenmemiş PC-ABS ile karşılaştırılabilir hammadde performansı ile 30%'ye kadar geri dönüştürülmüş 3D baskıyı korur.

Naylon

Naylon filamentler gibi Naylon-6 kolza tohumu yağı veya hint fasulyesinden üretilebilir ve fosil petrol bazlı naylona bağımlılığı azaltır. Fonksiyonel prototipleme ve üretim için uygun esnek, sağlam baskılar sunarlar.

Bambu, ahşap, kağıt

Bu bitki bazlı filamentler, bambu tozu, talaş veya biyoplastiklerle bağlanmış kağıt parçacıkları gibi tarımsal yan ürünlerden yararlanır. Basılan parçalar doğal ahşap veya kağıt benzeri bir dokuya sahiptir.

Gıda atıkları

Üzüm ve portakal kabukları gibi gıda atıkları bile fermantasyon ve birleştirme süreçleriyle sürdürülebilir filamentlere dönüştürülmüştür. Özellikleri yaygın 3D baskı plastiklerine benzemektedir.

SLA/DLP ve SLS/SLM Baskı için Geri Dönüştürülmüş Malzemeler

Metal tozu

Metal tozları için seçi̇ci̇ lazer si̇nterleme (SLS) ve eritme (SLM), işleme artıklarından elde edilen paslanmaz çelik, takım çeliği ve alüminyum gibi geri dönüştürülmüş 3D baskı içeriklerini birleştirebilir. Özellikler ham metal güçleriyle eşleşir.

Polimerler

Fotopolimerler aşağıdakiler için yeniden kullanılır stereolitografi (SLA) ve dijital ışık işleme (DLP) 3D baskı, artık ihtiyaç duyulmayan prototipleme malzemelerinden gelmektedir. Performans, işlenmemiş reçine mürekkebine eşdeğer kalsa da geri dönüştürülebilirliğin değerlendirilmesi gerekir.

Kompozit tozlar

Geri dönüştürülmüş metalleri ve seramikleri birleştiren tozlar, fonksiyonel parçalar için SLS'de potansiyel göstermektedir. Hibrit malzemeler sürdürülebilirlik avantajlarının yanı sıra gerekli mukavemeti de sağlar.

Yukarıda tartışılan hem filamentler hem de tozlarla basılan parçaların özellikleri genellikle orijinal hammaddeleri taklit eder. Çekme mukavemeti gibi mekanik nitelikler de geri dönüştürülmüş 3D baskı hammaddeleri ile eklemeli üretim süreci boyunca korunur. Bu da fonksiyonel uygulamalar için uygulanabilirliklerini teyit etmektedir.

Tüketici sonrası, endüstri sonrası veya tarımsal atıkların kullanıldığı genel sürdürülebilir eklemeli üretim, geleneksel üretime kıyasla çevresel etkileri önemli ölçüde azaltmaktadır. Yeni geri dönüştürülmüş malzemeler üzerinde devam eden araştırmalarla, yüksek kaliteli 3D baskı daha çevreci bir teknoloji haline gelmeye hazırlanıyor.

3D Baskıların Kapalı Döngü Geri Dönüşümü

Talep üzerine, hızlı prototipleme ve üretimden yararlanan 3D Baskıyla, çoğu zaman başarısız olan veya işlevsel olmayan baskılar, mekanik parçalama ve yeniden kullanımdan kaynaklanan sayısız zorluk nedeniyle genellikle arazi dolgusu olarak bilinen atık kutusuna atılır ... Bu, enerji yoğun işlenmemiş malzemelerin kullanımı nedeniyle sürdürülebilirlik endişeleri yaratmaktadır. Kapalı döngü geri dönüşüm, çeşitli geri dönüştürülmüş 3D baskı malzemelerini geri kazanarak etkili bir çözüm sunar.

Başarısız baskıların geri dönüştürülmesiyle ilgili sorunlar

Başarısız FDM baskıları, mekanik geri dönüşümü engelleyen sızmış destekler içerebilir. Benzer şekilde, başarısız parçalarla kürlenen SLA reçineleri, kürleme sırasında çapraz bağlanma nedeniyle doğrudan mekanik geri dönüşüme tabi tutulamaz. Toz bazlı malzemeler de oksitlenebilirlik gibi özellikler nedeniyle özel işlem gerektirir.

Kimyasal geri dönüşüm yaklaşımları

Yeni kimyasal geri dönüşüm teknolojileri polimer, reçine ve toz baskıları moleküler düzeyde parçalayabilir. Örneğin, toz haline getirilmiş başarısız ABS parçaları, saf ABS monomerlerini elde etmek için kimyasal çözücüler kullanılarak depolimerizasyona tabi tutulur. Bu monomerler daha sonra kalite kaybı olmadan filament olarak doğrudan yeniden kullanılmak üzere yeniden polimerize edilebilir.

SLA/DLP yazıcılardan elde edilen reçineler, benzer depolimerizasyon veya solvoliz teknikleri kullanılarak 3D baskıda geri dönüştürülür ve yeniden kullanım için temiz fotopolimerler elde edilir. SLS/SLM'den gelen başarısız metal ve seramik parçalar, yeniden atomizasyon için alaşımları ayırmak üzere asit liçi veya çökeltme kullanabilir.

Tozların SLS/SLM'de yeniden kullanımı

İşlem sonrası, toz bazlı sistemler için kimyasal geri dönüşüme bir alternatif sunar. SLS/SLM makinelerindeki kullanılmayan fazla toz basitçe geri toplanır, safsızlıkları gidermek için elenir ve özellikler veya baskı performansı üzerinde önemli bir etkisi olmadan yeniden kullanılır. Bu sayede 95%'den fazla malzeme maliyeti korunur.

Kapalı döngü geri dönüşüm, aşağıdakiler için döngüsel bir ekonomi oluşturur büyük ölçekli 3D baskı atıkları ve işlenmemiş kaynaklara bağımlılığı ortadan kaldırarak malzemeler. Daha fazla iyileştirme ile süreç, endüstriyel ve ticari kullanıcıların tamamen sürdürülebilir katkılı üretimi gerçekleştirmeleri için ölçeklenebilir. Sürdürülebilir girdi filamentleri ve tozları ile birlikte, 3D baskıyı yeşil bir üretim paradigması olarak kurar.

Geri Dönüştürülmüş Hammaddenin Yerel Kaynaklarla Temini

Gerçekten sürdürülebilir bir tedarik zinciri için, geri dönüştürülmüş 3D baskı malzemeleri, nakliye emisyonlarını en aza indirmek amacıyla mümkün olduğunca yerel olarak tedarik edilmelidir. Merkezi olmayan geri dönüşüm modelleri bu sorunu ele almaktadır.

Küçük, toplum temelli geri dönüşüm tesisleri, sanayi sonrası plastik hurdaları ve tüketici sonrası evsel atıkları yerel olarak toplayabilir. Temel ayıklama ve saflaştırma işlemlerinden sonra bu plastikler küçük ölçekli ekstrüzyon hatları kullanılarak 3D yazıcı filamentlerine dönüştürülür.

Bitmiş filamentler daha sonra yakındaki okullara, kütüphanelere veya işletmelere dağıtılır. 3D yazıcılar. Örnek olarak, kırsal bir geri dönüşüm girişimi, yerel makerpaces tarafından kullanılan PLA filamentleri yapmak için 50 mil içinde çiftlik ekipmanı diskleri ve ev şişeleri toplayabilir.

Bu yerelleştirilmiş kapalı döngü sistemi, plastik taşıma yükünü ortadan kaldırıyor. Ayrıca toplulukları, merkezi işlenmemiş malzeme pazarlarına minimum bağımlılıkla bağımsız döngüsel tedarik zincirleri kurmaları için güçlendirir.

Yenilenebilir ve Biyobozunur Malzemeler

Sürdürülebilir 3D baskı, bitki bazlı ve biyolojik olarak parçalanabilen malzemeleri dahil etmek için geri dönüştürülmüş plastiklerin ötesine geçiyor.

Mısır ve şeker kamışı gibi tarımsal hammaddelerden üretilen reçineler, petrol bazlı SLA reçinelerine yenilenebilir alternatifler sağlar. Odun unu veya kenevir lifleri gibi tarım ve orman kalıntılarını kullanan kompozitler sürdürülebilirliği daha da artırır.

Biyoplastikler ve biyoresinler, basılı parçaların kullanım ömrü sonunda mikroplastik üretmeden güvenli bir şekilde bozunabilmesini sağlar. Yerel ile birleştirildiğinde küçük ölçekli üretim döngüleriBu tür yenilenebilir malzemeler net sıfır üretim paradigması oluşturmaktadır.

Hammaddelerin yeşil olarak tedarik edilmesi ve biyolojik olarak parçalanabilen parçaların üretilmesi, 3D baskıyı geleceğin çevre dostu bir üretim yöntemi olarak konumlandırmanın anahtarıdır.

Sonuç

3D baskı ve kullanılan malzemelerdeki mevcut gelişmeler, eklemeli üretim teknolojisini mevcut imalat endüstrisinde lider teknoloji haline getirmiştir. Ancak 3D üretimin sürdürülebilir olması için kullanılan malzemeden nihai ürüne kadar tüm süreç döngüsel ekonomiyi tasvir etmelidir.
Bu makalede tartışılan geri dönüştürülmüş 3D baskı ve yenilenebilir hammadde kullanımı, kapalı döngü malzeme geri dönüşümü ve yerelleştirilmiş küçük ölçekli üretim gibi stratejiler, 3D baskının değer zincirindeki sürdürülebilirlik konularının ele alınmasına yardımcı oluyor. Bu tür yeşil yaklaşımların yaygın olarak benimsenmesi işlenmemiş plastiklere, ağır taşımacılığa ve yenilenemeyen enerjiye olan bağımlılığı en aza indirebilir.

Genel olarak, yerelleştirilmiş, atık bazlı ve yenilenebilir kaynaklara geçiş, geri dönüştürülmüş 3D baskıyı yalnızca uygun fiyatlı ve özelleştirilmiş değil aynı zamanda çevre dostu bir üretim paradigması olarak ortaya koymaktadır. Bu, eklemeli üretimin sürdürülebilir bir geleceğe yönelik tüm potansiyelinin gerçekleştirilmesine yardımcı olur.

SSS

S: Tüm 3D baskı teknolojileri geri dönüştürülmüş malzemeler kullanabilir mi?

C: FDM ve bazı toz yataklı işlemler sırasıyla geri dönüştürülmüş 3D baskı termoplastikleri ve metal tozları kullanabilirken, SLA gibi diğer teknolojiler önceden kürlenmiş reçinelerle ilgili sorunlar yaşayabilir. Devam eden Ar-Ge çalışmaları uyumlu süreçleri genişletiyor.

S: İşlenmemiş plastik kullanmaktan gerçekten daha sürdürülebilir mi?

C: Evet, atık plastikleri yeniden kullanmak, fosil yakıtlardan enerji yoğun süreçlerle yeni plastik elde etmeye kıyasla çevresel etkiyi önemli ölçüde azaltır. Bazı kalite ödünleri olsa bile, daha çevreci bir alternatiftir.

S: İşlenmemiş filamentlere kıyasla genellikle ne kadara mal olur?

C: Geri dönüştürülmüş 3D baskı filamentleri, malzeme maliyetleri daha düşük olduğu için genellikle karşılaştırılabilir işlenmemiş filamentlerden 10-30% daha ucuzdur. Geri dönüşüm daha da ölçeklendikçe, fiyatların daha da düşmesi bekleniyor.