Hoe draagt 3D-printen bij aan afvalvermindering?

Mark van de Waal | 12 oktober 2022

3D-printen is een van de, zo niet het meest actuele onderwerp in de maakindustrie van dit moment, en daar is een goede reden voor. Het heeft geheel nieuwe manieren geopend om na te denken over oplossingen voor problemen die zich voordoen, en doet dat terwijl het relatief minder afval genereert dan andere productiemethoden zoals CNC-bewerking. Maar kan 3D-printen echt duurzaam worden? In deze blog worden enkele voor- en nadelen van 3D-printen besproken, en hoe die het potentieel voor duurzame 3D-printoplossingen kunnen beïnvloeden.

Additieve productie vs. subtractieve productie

Additieve en subtractieve productie zijn beide gangbare termen, maar wat betekenen ze  nou eigenlijk? Eenvoudig gezegd is additieve fabricage (3D-printing) fabricage waarbij laag voor laag materiaal wordt toegevoegd om een onderdeel te maken, en subtractieve fabricage (machinale bewerking) begint met een voorraad materiaal en snijdt, draait of freest het overtollige materiaal weg om een onderdeel te maken.

Additieve productie is ideaal voor prototypes of anderszins kleinschalige productie, maar ook voor het maken van zeer complexe onderdelen of onderdelen met een holle structuur. Het is ook veel eenvoudiger om onderdelen te maken via additieve fabricage, omdat er minder gereedschap nodig is.

Subtractieve productie is beter voor serieproductie van onderdelen, maar is over het algemeen beperkt tot minder complexe onderdelen dan additieve fabricage kan maken. Bewerkte onderdelen zijn doorgaans ook beter voor toepassingen met hoge druk en nauwe toleranties.

Recycling van materiaal

Als het op recycling aankomt, is additieve fabricage duidelijk in het voordeel. Fused Deposition Modeling (FDM) is de meest voorkomende vorm van 3D-printen en biedt momenteel het meest robuuste recyclingpotentieel. FDM-printers kunnen kunststoffen voor eenmalig gebruik – bijvoorbeeld waterflessen – verwerken tot grondstoffen die geschikt zijn om te printen. Andere biologisch afbreekbare materialen, zoals koffiedik en zelfs hout, worden in combinatie met polymelkzuur (PLA) wel gebruikt als 3D-printmateriaal, maar veel minder vaak.

Hoewel het niet echt om recycling gaat, vervult 3D-printing een andere belangrijke functie om afval te verminderen en hergebruik mogelijk te maken van machines en voertuigen die anders misschien naar de schroothoop zouden moeten. Oude onderdelen die niet meer geproduceerd worden, kunnen namelijk gemakkelijk 3D-geprint worden en hebben een minimale doorlooptijd. Het nieuwe onderdeel kan zelfs het origineel overtreffen, zoals het geval was met een roerlager voor een zeilboot dat igus® printte voor een klant die het onderdeel nergens meer kon krijgen.

Materiaalafval

Een van de grootste problemen met zowel additieve als subtractieve fabricage is de hoeveelheid afval die ontstaat en die eenvoudigweg niet kan worden gerecycleerd. Bij additieve fabricage laten processen zoals Selective Laser Sintering (SLS) en stereolithografie (SLA) afval achter dat kan oplopen tot 50% van het oorspronkelijke materiaal. Toch is het afval bij 3D-printen gemiddeld 70-90% lager dan het afval bij subtractieve fabricagemethoden.

Een andere bron van afval bij additieve productie is het gebruik van steunen in het printproces. Deze dragers zijn essentieel, want zonder zou het onderdeel falen nog voor het printen klaar is, maar ze zijn een van de grootste veroorzakers van afval omdat ze momenteel niet herbruikbaar zijn en dus na het printen worden weggegooid. Er wordt onderzoek gedaan naar mogelijke herbruikbare steunoplossingen, die het materiaalgebruik met ongeveer 35% zouden kunnen verminderen.

Flexibiliteit

Het minst duidelijke voordeel van additieve productie ten opzichte van subtractieve productie is de flexibiliteit die het biedt. Zo zijn de meeste 3D-printers (met uitzondering van bepaalde types zoals SLS-printers) veel kleiner dan CNC-machines, zodat ze gemakkelijker te implementeren zijn in kantoor- en thuisruimten. Deze extra flexibiliteit draagt ertoe bij dat er minder behoefte is aan grote materiaaltransporten die vaak worden gebruikt bij subtractieve fabricage, waardoor minder C02 wordt uitgestoten.

De uitstoot die rechtstreeks door subtractieve fabricagemethoden wordt gegenereerd, is ook een punt van zorg. Omdat zij grotere machines zijn, produceren zij natuurlijk meer emissies, en bovendien zijn zij veel luider dan 3D-printers. Dit maakt de vestiging van subtractieve productiefaciliteiten in dichtbevolkte gebieden, waar zij het meest nuttig zouden zijn, veel moeilijker en schadelijker dan additieve productiefaciliteiten.

Conclusie

Uiteindelijk is er niet één goed antwoord als het gaat om duurzaamheid in de productie. Zowel additieve als subtractieve fabricage hebben hun eigen voor- en nadelen. 3D-printen genereert minder afval en uitstoot dan machinale bewerking, maar machinale bewerking is nog steeds een noodzakelijk onderdeel van de productie dat waarschijnlijk niet snel zal verdwijnen. Een hybride oplossing die gebruik maakt van beide vormen van productie is ideaal, tenminste totdat er meer vooruitgang wordt geboekt op het gebied van 3D-printing.

Wilt u met een expert spreken over de igus 3D-print service, of potentiële toepassingen voor 3D geprinte onderdelen? Neem dan contact met ons op.