Consideraciones materiales para la fabricación sostenible

Izzy de la Guardia, ingeniera sénior de diseño y desarrollo, y Kathleen Bollito, ingeniera de aplicaciones de clientes

El viaje hacia la producción de piezas sostenibles no se detiene con el diseño sostenible o las prácticas de la cadena de suministro. Dado que algunos materiales son más ecológicos que otros, hacer elecciones de materiales bien pensadas puede contribuir en gran medida a que la fabricación sea más sostenible. Además de reducir el impacto ambiental de su empresa, el uso de materiales sostenibles puede ayudar a construir su reputación como empresa ecológica. Además, los consumidores están más dispuestos a apoyar a las empresas ambientalmente responsables.

Si bien muchos metales se pueden reciclar repetidamente sin perder calidad, no se puede decir lo mismo de los plásticos. El 91 % del plástico no se recicla y gran parte termina en nuestros vertederos. Hay mucho margen de mejora, por lo que en esta primera parte de nuestra serie de fabricación sostenible, nos centraremos en las consideraciones materiales para la fabricación sostenible con plásticos. Hay oportunidades para seleccionar materiales con costos ambientales más bajos asociados con el abastecimiento, el uso y la eliminación.

Abastecimiento sostenible de materiales

Si está tratando de hacer que una parte sea más sostenible, mirar de dónde obtiene su material es un buen lugar para comenzar. Primero, deberá elegir entre usar un material procedente de un recurso renovable o no renovable.

Recursos renovables frente a recursos no renovables

Los recursos renovables son recursos naturales que se pueden reponer para reemplazar la cantidad agotada. A veces, esta reposición se logra a través de la producción natural, pero otras veces, es posible que debamos esforzarnos un poco. Por ejemplo, los árboles son un recurso natural renovable. Sin embargo, cuando cortamos árboles en un área más rápido de lo que pueden volver a crecer, necesitamos plantar nuevas semillas y retoños.

Los recursos no renovables son finitos:una vez que se acaban, se acaban. Nuestro suministro de muchos recursos no renovables está disminuyendo y muchos se agotarán en breve. Por ejemplo, la mayoría de las estimaciones predicen que agotaremos el suministro mundial de petróleo en 40 o 50 años si mantenemos nuestro ritmo actual de extracción de petróleo.

Para reducir el agotamiento de los recursos naturales, utilice recursos renovables tanto como sea posible. En el mundo de los plásticos, esto significa utilizar bioplásticos en lugar de petroplásticos. Los petroplásticos se producen a partir de petróleo crudo no renovable, mientras que los bioplásticos se derivan parcial o totalmente de materiales de biomasa renovable o subproductos naturales y son más ecológicos que sus equivalentes basados ​​en combustibles fósiles. Los materiales comunes en los bioplásticos incluyen paja, aserrín, almidón de maíz, astillas de madera y aceites y grasas vegetales.

Aunque podría suponer que los plásticos de base biológica son biodegradables, no siempre es así. Por ejemplo, los “bioplásticos directos” como el bio-PET son químicamente idénticos a las versiones de combustibles fósiles, simplemente derivados de la biomasa, por lo que no son biodegradables, solo reciclables. Ya sea que opte por plástico basado en recursos renovables o no renovables, puede reducir aún más la necesidad de material virgen y hacer que la producción sea más sostenible mediante el uso de plásticos con un mayor contenido reciclado.

Materiales reciclados

La fabricación con material reciclado extiende la vida útil de ese material original, por lo que no tiene que obtener tanto material virgen. Esto puede ayudarlo a reducir sus costos de materiales y contribuir en gran medida a mejorar la sostenibilidad general de su producto. Después de todo, producir una tonelada de productos utilizando plásticos reciclados en lugar de plástico virgen evita que 1,6 toneladas de dióxido de carbono entren en la atmósfera y ahorra cinco barriles de petróleo.

Si bien los metales no se degradan cuando se reciclan, muchos plásticos no se reciclan fácilmente o solo se pueden reciclar unas pocas veces antes de que sus propiedades físicas se vean significativamente afectadas. En muchos casos, las personas usan una mezcla de plástico virgen y reciclado para mantener las propiedades aceptables del material. Los plásticos más comunes que contienen contenido reciclado que se utilizan en la fabricación incluyen tereftalato de polietileno (PET) y polietileno de alta densidad (HDPE).

Comprender el final de la vida útil de un producto

Más allá de considerar su fuente de material, querrá pensar en lo que sucederá al final de la vida útil de su producto. Los materiales pueden ser biodegradables, compostables, reciclables o una combinación de los tres (¡o ninguno!), según su composición química, por lo que es importante comprender las diferencias al evaluar los materiales.

Plásticos biodegradables frente a compostables

Aunque a menudo se usan indistintamente, la compostabilidad y la biodegradabilidad no son lo mismo. Todos los plásticos compostables son biodegradables, pero no todos los plásticos biodegradables son compostables. Los plásticos compostables, como el plástico termoplástico a base de almidón (TPS), el succinato de polibutileno (PBS) o la policaprolactona (PCL), pueden descomponerse en elementos orgánicos y nutrientes que enriquecen el suelo. Los plásticos biodegradables se descompondrán naturalmente sin dañar el medio ambiente, pero no necesariamente se descompondrán en elementos orgánicos.

Los plásticos biodegradables se dividen en dos grupos:oxo-biodegradables (plásticos que se descomponen por oxidación) e hidrobiodegradables (plásticos que se descomponen por hidrólisis). Los plásticos hidrobiodegradables tienden a descomponerse más rápido que los plásticos oxobiodegradables, pero por lo general deben compostarse industrialmente. En comparación con los plásticos hidrobiodegradables, los plásticos oxobiodegradables son menos costosos, más fáciles de procesar y tienen mejores propiedades mecánicas.

No todos los productos compostables son iguales tampoco. Los productos compostables para el hogar se biodegradarán en condiciones y temperaturas en casas típicas o pilas de compost en el patio trasero. Sin embargo, los plásticos compostables industriales generalmente requieren temperaturas sostenidas, la presencia de materiales ricos en carbono y nitrógeno, o más aire para descomponerse en un período de tiempo razonable.

Por ejemplo, el ácido poliláctico (PLA) requiere compostaje industrial porque solo se degradará a temperaturas superiores a 136 grados. Sin embargo, el polihidroxialcanoato (PHA) puede descomponerse en casa. Por lo tanto, aunque el PHA es más costoso y requiere más energía para producirlo, existe una mayor probabilidad de que se composte, ya que no depende de la eliminación del usuario final para terminar en la instalación de compostaje correcta. Si selecciona un plástico compostable comercialmente, es importante considerar cómo puede promover la eliminación adecuada. Considere un etiquetado claro o programas de devolución.

Materiales reciclados

Si no puede obtener una opción biodegradable, la siguiente mejor opción son los plásticos reciclables. En general, los termoplásticos son mucho más fáciles de reciclar que los termoestables, ya que se pueden derretir y reformar continuamente.

Los plásticos reciclados más comúnmente tienen un número de reciclaje asignado que les dice a los consumidores el tipo de plástico y la reciclabilidad. Los plásticos con números más bajos son más fáciles de reciclar que aquellos con números más altos. Los plásticos comúnmente reciclados incluyen:

1. PET o PETE — El tereftalato de polietileno (PET) es un plástico liviano que es fácil de reciclar y se usa a menudo en empaques, botellas de agua, ropa, relleno de fibra y cuerdas.
2. PEAD — El polietileno de alta densidad (HDPE) es un plástico químicamente resistente y fácilmente reciclable.
3. PVC o V — El cloruro de polivinilo (PVC) es un termoplástico rígido que es moderadamente reciclable.
4. PEBD — El polietileno de baja densidad (LDPE) es moderadamente reciclable.
5. PP — El polipropileno (PP) es fuerte, químicamente resistente y reciclable.
6. PD: El poliestireno (PS) es moderadamente reciclable.
7. Varios — #7 los plásticos no son reciclables.

Al etiquetar sus productos con el número de reciclaje adecuado, puede ayudar a los usuarios finales a comprender qué plásticos son reciclables y cómo deben desechar su producto. Deberá incluir el número de reciclaje del producto en el producto en sí (por ejemplo, mecanizado CNC o grabado con láser del texto en el producto) o transmitir la información a su consumidor de otra manera (por ejemplo, en la etiqueta o en un manual de instrucciones) . La mayoría de los programas de reciclaje en la acera aceptan los números más bajos, pero es posible que algunas ciudades no acepten los números más altos, por lo que estos plásticos deberán reciclarse a través de programas especiales.

Además de etiquetar claramente sus productos, puede establecer programas de devolución para ayudar a prolongar la vida útil de su material. Considere ofrecer un programa de reciclaje por correo, un programa de intercambio u organizar sitios de recolección gratuitos.

Sostenibilidad en la fabricación aditiva

Si está buscando incorporar materiales de impresión 3D más sostenibles, hay algunas opciones a considerar. Mientras utiliza la tecnología de modelado por deposición fundida (FDM), puede explorar filamentos hechos de plástico reciclado o de base biológica (como los filamentos de Francofil a base de ostras y trigo) o extrusoras a base de gránulos que pueden derretir directamente las virutas de plástico molidas.

Además, los sistemas de producción como HP Multi Jet Fusion están trabajando para minimizar su huella al permitir que la mayor parte del exceso de polvo de sus construcciones se reutilice en proyectos futuros cuando se mezcla con un porcentaje de polvo virgen. También reciclan polvo no recuperado y piezas de desecho para crear material de moldeo por inyección, como con estas piezas de producción de Ford.

Todavía tenemos un largo camino por recorrer en lo que respecta a la sostenibilidad en la fabricación aditiva, pero muchas empresas están tomando medidas para innovar y mejorar la sostenibilidad. También se desarrollan constantemente nuevos materiales sostenibles, como el filamento a base de algas y algas marinas y el FilaSoy a base de soja. Forust utiliza aserrín de desecho y lignina de base biológica para imprimir madera en 3D. Vale la pena investigar qué opciones disponibles comercialmente pueden funcionar para sus aplicaciones y consultar con sus proveedores de materiales para ver qué avances están logrando en materia de sustentabilidad.

Sostenibilidad en moldeo por inyección y uretano fundido

En el moldeo por inyección y la fundición de uretano, las opciones populares de ahorro de desechos incluyen el uso de un material con contenido reciclado o la remolienda (alimentar la chatarra del proceso de moldeo por inyección de vuelta a sí mismo). Además, vale la pena investigar si existe una alternativa de base biológica para su plástico de elección, como bio-PET o PE hecho de caña de azúcar o bio-PC hecho de maíz. También puede optar por materiales de relleno sostenibles, como cáñamo, cáscaras de coco, cáscaras de arroz y algas, pero asegúrese de que no afecten negativamente la reciclabilidad de su pieza.

Los desafíos clave del uso de materiales ecológicos

Los materiales verdes son mejores para el medio ambiente, pero usarlos puede ser un desafío. Tome plásticos reciclados, por ejemplo. A menudo tienen estructuras moleculares más débiles que los plásticos vírgenes y serán más propensos a romperse. También pueden ser menos resistentes a los productos químicos, los impactos y las temperaturas extremas, por lo que los consumidores deberán comprar un reemplazo antes que si hubieran comprado un producto hecho de plástico virgen. En muchos casos, las alternativas sostenibles como la versión de base biológica de los plásticos comunes pueden ser más costosas que sus contrapartes comunes basadas en petróleo. Además, generalmente hay menos opciones sostenibles disponibles comercialmente, por lo que es importante continuar impulsando la innovación en este campo y presionar a los proveedores de materiales para que desarrollen y ofrezcan materiales menos dañinos.

Elegir materiales sostenibles con Fast Radius

Hay mucho en lo que pensar al elegir un material para su próximo proyecto, especialmente cuando se trata de sostenibilidad. En estos días, se utilizan muchos materiales sostenibles en la fabricación, pero puede ser un desafío determinar si necesita algo biodegradable, compostable, reciclable o completamente diferente. Un fabricante experimentado puede ayudar.

Cuando se asocia con Fast Radius, nuestro equipo de expertos puede guiarlo a través de la selección de materiales, ayudándolo a tomar la mejor decisión para su proyecto. Comuníquese con nosotros hoy para comenzar y esté atento a más prácticas recomendadas de sustentabilidad de nuestro equipo de Fast Radius.