7 начина, по които 3D принтирането ви помага да станете „зелена“ фабрика
Адитивното производство позволява на индустрията да намали консумацията на материал, да използва повторно суровини, да пренасочва ресурси и да рециклира. В следващите редове разглеждаме как.
1. По-ефективен дизайн
3D принтерите могат да произвеждат детайли, с форми и функционалности, невъзможни за постигане по други производствени методи. Може да препроектирате дадена част или цял продукт с цел оптимизация и да използвате по-малко материал за изработката му. Детайли, които преди са били направени от цели възли или многокомпонентни сглобки, сега могат да се принтират в един детайл, което намаля времето за изпълнение, труд и употребен материал.
Автомобилни производители, например, могат да 3D принтират цели задвижващи механизми и деликатни детайли, като горивен инжектор, в един детайл вместо като възел, който тепърва трябва да се сглобява от отделни части. Така се използва по-малко енергия за производството му и има по-малко загуба на материал.
2. По-малък разход на суровина
Чрез оптимизацията на дизайна (още известна като топологична оптимизация) и консолидирането на детайли, крайни продукти като коли и самолети се произвеждат с по-малко консумация на енергия и суровина, по-леки са, съответно са по-икономични откъм гориво по време на експлоатация и изпускат по-малко вредни емисии за околната среда.
Дали 3D принтирате с метали или полимери, ключова характеристика за технологията е, че изгражда продуктите слой по слой, като наслагва материал точно, където е необходим. За разлика, традиционните производствени методи чрез цифрово програмни машини, изрязват продукт от блок материал или отливат продукта в матрица. И двата конвенционални метода оставят много отпадъчен материал.
3. Резервни части и ремонтни дейности
С 3D принтерите можете бързо и евтино да си възпроизведете временни части или постоянни резервни части за вашето оборудване. Това е особено полезно приложение за машини, които вече не се произвеждат или поддържат от производителя. Възможността да се обновява машинния парк на едно производство с 3D технологиите, удължава живота на закупените машини, което от своя страна елиминира бълването на нова продукция, използването на нови суровини и енергия от производителите на машинно оборудване.
С натискането на един бутон инженерите днес могат да 3D принтират детайл, който не е бил произвеждат с десетилетия. Например, военните сили по света използват 3D принтирането, за да удължат живота на по-старите военни машини и принтират резервни части за тях. Подразделението на Airbus – Satair- принтират сертифицирана резервна част за своите самолети, която не може да се достави вече от оригиналния доставчик и би била твърде скъпа да се произведе по традиционния начин.
Някои 3D технологии за метално 3D принтиране (като директното лазерно депозиране на Meltio) могат да поправят износени метални части директно като надградят върху самата част. Това спестява милиони на тежки индустрии като космонавтика и авиация, като позволява на производителите да поправят компоненти вместо да произвеждат нови такива.
4. Локално производство
3D принтерите се побират на бюрото ви, което означава, че можете да принтирате детайли, прототипи и цели продукти локално, за разлика от познатия метод – да ги поръчате на подизпълнител, често за по-евтино дори отвън океана. Така се спестяват транспортни разходи, логистично време, гориво и енергия.
Например, когато избухна здравната пандемия и глобалната верига за доставки беше прекъсната, местни студиа за 3D принтиране, произвеждаха респираторни маски и протектори за медиците на първа линия. Много бизнеси използваха 3D услуги, за да не спре работата им при липсата на резервни части, забавени доставки или спряно производство.
5. Без нужда от складови наличности
С 3D принтери под ръка, може да принтирате малки серии продукция или да принтирате при нужда и то само в необходимите ви количества, без да трябва да поддържате складови наличности и инвентар, които хем блокира опративни средства, хем заема място в склада.
Като пример ще използваме марките за очила, които си партнират с компанията за 3D услуги Materialise. Техните рамки за очила могат да се изработят по анатомията на всеки отделен клиент и да се принтират на момента, с което елиминират нуждата от стокови наличности.
“Остарелите стокови наличности винаги са били проблем за индустрията с оптика и слънчеви очила,” казва Ализера Парадиян, експерт в Materialise.“Идеалният сценарий би бил оптиките да предлагат дизайни в няколко материала, които могат да се принтират при поръчка, като по този начин намаляват загубите от застояла стока“.
6. Оптимизиране на производството
Производство с 3D принтери изисква по-малко помощни инструменти, части и процеси спрямо традиционното производство, като по този начин се елиминира труд, оборудване и консумация на електрическа енергия. 3D принтирането е също по-бързо.
За разлика от други производствени методи, адитивното производство е дигитална технология, тоест не изисква интрументална екипировка и матрици и включва по-малко оперативен труд между проектирането на дигиталния дизайн и неговото производство (въпреки, че някои технологии изискват пост обработка).
Сравнете, например, 3D принтирането на пластмасови шаблони за изработка на медицински модели. Медицински университет може да използва 3D принтер да принтира всеки нужен модел в различни материали и цветове. Същият модел, изработен чрез отливане на пластмаса в матрица, изисква отделни матрици, машина ще трябва да разтопи лист пластмаса и да го излее в матрицата – процес, който трябва да се извърши в специализирана фабрика. С 3D принтирането, университетът може да направи тези модели, дори индивидуални модели, по анатомията на даден пациент, като използва само една машина, разположена в някой от кабинетите в университета.
7. По-малки и по-тихи фабрики
Един 3D принтер може да замени няколко ЦПУ машини, защото може да принтира различни детайли от различни материали. 3D принтерите са значително по-тихи от традиционното производствено оборудване. Понеже заемат по-малко пространство, могат да се разполагат в по-малки помещения. Фабриките на бъдещето могат да са в централни урбанизирани райони, не е нужно да са в индустриални паркове, близко до домовете на служителите.
Предизвикателства пред 3D принтирането
Всяка от гореизброените причини носи достатъчно ползи, за да приеме един бизнес 3D принтирането като свои производствен метод. Разбира се, като сравнително нова технология и 3D принтирането има предизвикателства за решаване, за да бъде изцяло зелен производствен метод.
Най-голямото екологично предизвикателство в адитивното производство днес е липсата на екосистема за рециклиране на остатъчния материал (като несполучливи принтове, останали смоли и пудра или подпорния материал), с което да се постигне кръгово производство.
Колкото по-евтино и лесно става за дизайнери и инженери да 3D принтират, по-разпространена става технологията, съответно се натрупва повече използван материал. Проучване от прозводителя на рециклирани филаменти Filamentive цитира, че през 2020 (година, обусловена от пандемия), отпадъкът от 3D принтирана пластмаса е възлизал на 8 млн кг.
Липса на индустриални стандарти за рециклиране
Въпреки, че най-популярният пластмасов филамент за 3D принтиране PLA (polylactic acid) е биоразградима термопластмаса, направена от възобновяеми суровини като скорбяла от царевица или захарна тръстика, може да се разгражда само след индустриална обработка и обикновено е нужно да се рециклира в специализирани центрове. Още по-трудно е да се рециклира остатъчната пудра при селективното лазерно синтероване. Потенциалът да се рециклира полимерната пудра е ограничен, а вариантът да се принтира с използвана пудра не е оптимален, защото по повърхността на готовите детайли се наблюдават несъвършенства, които компроментират качеството на 3D печата. Остатъкът материал при металното 3D принтиране също за момента може да се използва отново само ограничен брой пъти и за ограничени приложения, след което за сега се изхвърля, така както се изхвърля метален скрап.
Но заявката на индустрията е да работи в тази посока и да създаде кръгово производство за суровините, с които работи – да рециклира използвани материали и да ги превръща в нужната суровина за работа. Все още малко на брой, но все пак функциониращи, са няколко компании, които произвеждат изцяло рециклирани филаменти за 3D принтиране от пластмасов отпадък. Има вече и производители, като Filabot’s Reclaimer, които доставят машини за рециклиране на отпадъчната пластмаса на място в една фабрика.
Въпросът с консумацията на енергия
3D принтерите, особени тези, които достигат високи температури и изпозлват лазери, изискват голяма енергийна мощност. Но академиците все още не са постигнали консенсус дали консумирана енергия при 3D принтиране е повече сравнено с традиционните производствени методи, защото всяко приложение, в зависимост от изпозлвана технология и материал, е различно.
Ако обаче проследим какви енергоспестявания носи 3D принтирането на други индустрии, колебанията отпадат. Около 28% от американската консумация на енергия през 2019 е от транспортиране на хора и стоки (източник: all3dp.com.) С 3D технологиите, превозните средства (коли, самолети) стават по-леки и по-икономични откъм гориво. 3D принтирането позволява на транспортната индустрия да произвежда части при поискване, само в нужните количества, което пък от своя страна елиминира допълнителни логистични разходи и консумирана енергия.
Здравни съображения
Вдишването на финни прахови частици, както и на изпарения от нагорещена пластмаса, не е полезно за нашето здраве. В адитивната индустрия обаче, висококачествените професионални 3D принтери, както и индустриалният клас 3D принтери работят със затворени камери, имат филтри за пречистване на въздуха, както и автоматизирани системи за постобработка, което на практика елиминира контакта на оператора с материала, докато не излезе готов принтиран детайл.
Защо да се обърнете към еко-устойчиво производство?
Текущи държавни регулации в рамките на ЕС стимулират фирми, които преприемат мерки да намалят карбоновия си отпечатък върху природата и ги награждават с финансиране или данъчни облекчения, за да въведат устойчиви практики в своите производства.
От друга страна, самите потребители търсят еколочини продукти. Чувствителността на потребителите относно опазването на околната среда става все по-важен фактор при избора на продукт. Клиентите се чувстват добре при покупка на изделие, което е произведено по устойчиви практики, като например 3D принтираните маратонки на Adidas, направени от пластмасовите отпадъци в океана.
Привличането на таланти и инвеститори към екипа на компаниите също става по-лесно, когато работодателят заема твърда позиция и действия в своята бизнес категория относно опазване на околната среда.
