Nell’ambito della nostra serie “Quali sono i vantaggi della stampa 3D?“, stiamo dando un’occhiata più da vicino a ciascuno dei nostri dieci fattori principali. In questo articolo esploriamo quanto la produzione additiva possa dirsi “sostenibile”.
Il tema della “produzione ecologica” è complesso e, proprio come la produzione di auto elettriche, ci sono molti livelli di ciò che può o dovrebbe essere definito “sostenibile”: il prodotto finale potrebbe avere credenziali ecologiche impressionanti per l’utente finale, mentre alcuni aspetti della sua produzione potrebbero comportare un impatto ambientale simile a quello di un motore a combustione interna convenzionale.
Nonostante la demonizzazione della plastica nell’ultimo decennio, la stampa 3D è intrinsecamente sostenibile sotto molti aspetti e, se utilizzata in modo intelligente, può ridurre i rifiuti, localizzare la produzione e aumentare il riciclaggio.
L’idea che la stampa 3D sia l’apice della produzione ecologica è però un po’ lontana dal vero. Uno studio condotto dall’Università di Loughborough, nel Regno Unito, ha dimostrato che in realtà l’uso del laser e del calore durante il processo di stampa comporta un consumo energetico estremamente elevato, molto più alto rispetto alle tecnologie convenzionali a cui viene spesso paragonata.
Utilizzo del materiale
Tuttavia, è possibile affermare che questo aspetto è compensato dall’utilizzo minimo di materiale. La stampa 3D richiede in genere una quantità di materiale significativamente inferiore rispetto a un processo tradizionale, poiché utilizza solo il materiale necessario per costruire il pezzo (più una piccola quantità di materiale sacrificale). La produzione sottrattiva taglia grandi quantità di materiali che poi vanno sprecati.
Design ottimizzato
Con la stampa 3D, gli ingegneri possono ottimizzare i progetti per ridurre ulteriormente la quantità di materiale necessario senza compromettere la resistenza o l’integrità del pezzo, soprattutto grazie all’uso di strumenti di ottimizzazione automatica dei progetti. Ad esempio, caratteristiche di progettazione come i reticoli e le strutture a nido d’ape riducono in modo significativo il materiale e quindi il peso complessivo di un componente, pur mantenendo la resistenza necessaria per funzionare. Si tratta di un fattore importante per i settori automobilistico e aerospaziale, dove la riduzione del peso ha un impatto diretto sul consumo di carburante. Autodesk ha effettuato una prova di concetto nel 2020 unendo i metodi tradizionali di fusione e di stampa 3D, producendo un prototipo di telaio per sedili di aerei di classe economica più leggero, in media, del 54% rispetto alle controparti tradizionali. Questi sedili hanno permesso di risparmiare complessivamente fino a 63 tonnellate di carburante per aereo sull’Airbus A380, riducendo le emissioni di carbonio di 126.000 tonnellate nello stesso periodo (l’equivalente della rimozione di 80.000 auto dalla strada per un anno!). Come in questo esempio, la stampa 3D è in grado di riunire più parti in un numero inferiore di componenti, o addirittura in uno solo, il che significa meno assemblaggi, meno elementi di fissaggio e un percorso più semplice per il riciclaggio. In un momento in cui l’industria aeronautica è sotto pressione per la riduzione delle emissioni, i percorsi per ottenere aerei leggeri e carburante ridotto sono molto ricercati.
Emissioni di distribuzione
Finché non esisterà la stampante “del Santo Graal” che sia “plug and play” e che sia in grado di gestire diversi materiali a un prezzo accettabile, la visione della costruzione su richiesta in loco non è ancora arrivata. Tuttavia, gli eventi degli ultimi 18 mesi hanno indotto le aziende a ripensare seriamente le catene di fornitura, aprendo la strada a uffici di assistenza specializzati che eliminano le difficoltà e i problemi legati alla gestione di macchinari complessi. La possibilità di stampare i pezzi ovunque e con un’impronta di fabbrica relativamente piccola potrebbe teoricamente ridurre in modo significativo le emissioni di distribuzione dovute al trasporto, oltre a eliminare la necessità di strutture di stoccaggio mostruosamente grandi. Per alcuni dei primi utilizzatori dei settori automobilistico e aerospaziale, dove i dati sulle emissioni sono più drammatici, le implicazioni ambientali sono enormi.
Tipi di materiali
I polimeri sono anche altamente riciclabili. Gran parte della polvere di scarto di Ricoh 3D viene riciclata e riutilizzata: il 90% del nostro materiale di punta, il polipropilene, viene riciclato all’interno del processo, il che lo rende uno dei materiali SLS con il più basso tasso di aggiornamento attualmente sul mercato.
Ora stanno comparendo sul mercato anche soluzioni fantasiose per il riciclo dei materiali di scarto. Alcune aziende, come la svizzera Hot Wire Extensions, utilizzano la polvere di nylon SLS 3D di scarto per creare mobili e installazioni artistiche spettacolari. Il leader di mercato Materialise utilizza da tempo gli scarti di nylon per la produzione di parti cosmetiche non funzionali da vendere al pubblico.
Il nylon è ancora il materiale dominante nella stampa 3D a livello internazionale, ma è tra i più difficili da smaltire. Per questo motivo, Ricoh 3D ha scelto il polipropilene come alternativa al nylon, in quanto offre proprietà equivalenti, se non addirittura superiori, a un costo comparabile e può essere riciclato con molta più facilità.
La domanda di materiali biobased prodotti da piante, oli naturali o batteri, in contrapposizione ai tradizionali materiali a base di petrolio, sta emergendo anche nell’industria, con la promessa di Lego di eliminare le plastiche vergini a base fossile dai propri prodotti entro il 2030, investendo in materiali riciclati e biobased. Il materiale PLA (acido polilattico) è prodotto da fonti interamente rinnovabili e si è diffuso tra gli utenti domestici grazie alla stampa FDM. Questi materiali biodegradabili e rinnovabili potrebbero non essere adatti a tutte le applicazioni, ma vengono sempre più perfezionati dalle aziende produttrici di materiali per ottenere proprietà migliori. Senza dubbio continueremo a vedere le innovazioni nel consumo energetico e nell’efficienza dei materiali dominare l’agenda, insieme all’adozione accelerata di strumenti di progettazione generativa che alleggeriscono e consolidano i prodotti. Non è ancora “verde”, ma la stampa 3D potrebbe rivelarsi fondamentale per creare un’industria manifatturiera più sostenibile.