¿Es la impresión 3D una tecnología limpia?

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Hace poco compré una Creality Ender 3, una impresora 3D económica. Con los niños fuera de la escuela y la mayoría de las oportunidades de enriquecimiento cerradas por la pandemia de COVID-19, nuestra familia necesitaba algo divertido y educativo para hacer en casa. Con el precio por debajo de $ 200 (sin incluir el filamento), fue casi una obviedad. Por otro lado, quería asegurarme de que no íbamos a causar problemas en su futuro solo para divertirnos un poco en la educación hoy, y este artículo es lo que encontré al intentar responder esa pregunta.

Ojalá hubiera una respuesta simple de sí o no, pero como la mayoría de las cosas en la vida, depende.

Fabricación aditiva vs sustractiva

La mayor ventaja medioambiental de la impresión 3D es cómo funciona.

La mayoría de los métodos de fabricación son sustractivos, lo que significa que comienzan con una pieza sólida de material (como plástico, metal o madera) y luego cortan o queman las partes que no son necesarias. Esto genera una gran cantidad de material de desecho que luego debe desecharse en vertederos (y puede terminar en los océanos) o procesarse para ser utilizado para obtener más materia prima, que requiere energía para derretirse, pulparse o reformarse de otra manera.

La impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva, hace lo contrario y, en teoría, no produce desperdicio (más sobre esto más adelante).

La impresora 3D que obtuve usa un carrete de filamento de plástico como materia prima. Es como un hilo de pescar muy grueso (1,75 mm) y viene en bobinas de 2 kilogramos. La impresora saca el filamento del rollo y lo empuja a través de su “extremo caliente”, que es una boquilla que funciona como una pistola de pegamento caliente. Esta boquilla se mueve en tres dimensiones con motores paso a paso, engranajes y correas, y deposita el plástico derretido en capas delgadas. Apila estas capas para producir cualquier forma que programe la máquina.

Todavía no he montado mi impresora 3D, pero aquí hay un video timelapse que hizo mi hermano con su impresora. No puede ver el movimiento de la boquilla porque cada fotograma se tomó cuando la boquilla estaba en la misma posición, pero puede ver cómo se apilan las capas para producir un artículo.

La mayoría de las impresoras 3D de consumo usan plástico, pero las impresoras más caras (generalmente para uso comercial / industrial) pueden usar metal y otros materiales para la fabricación aditiva. Es una tecnología que está cambiando, mejorando y bajando de precio rápidamente, por lo que es probable que la impresión en metal ocurra en casa en el futuro.

Los residuos siguen siendo a veces un problema

La fabricación aditiva genera menos desperdicio en teoría, pero eso no siempre es cierto en la práctica.

Si bien los diseños establecidos suelen ser fáciles de imprimir, alguien que crea un diseño original puede realizar muchos intentos y cambios antes de hacerlo bien. A menos que lo compartan en un sitio como Thingiverse o DEFCAD para que otros puedan imprimir, el diseño final se realizará solo unas pocas veces, lo que generará una proporción bastante alta de desperdicio por producto útil. Por esa razón, definitivamente debe fomentarse el intercambio de diseños útiles.

Otra fuente de desperdicio de impresión 3D ocurre cuando un diseño tiene demasiado voladizo para que el plástico en proceso de secado se sostenga. Para superar esto, las personas tienen que usar soportes, o piernas y brazos delgados que evitan que la impresión se caiga. Cuando la impresión está terminada y se retira de la superficie de construcción, estos soportes deben retirarse o cortarse de la impresión y desecharse.

En muchos sitios donde los diseños de impresión 3D se comparten y mejoran, puede ver que los primeros diseños de un proyecto a menudo necesitan muchos apoyos. A medida que mejora el diseño, los diseñadores expertos a menudo realizan pequeños cambios en el diseño para reducir o eliminar la necesidad de soportes. Los diseñadores más hábiles piensan en esto desde el principio y, a menudo, hacen diseños que lo logran desde el principio.

Una última fuente de desperdicio son los errores de la máquina. Esto sucede principalmente con los nuevos usuarios que no saben lo que están haciendo, pero les puede pasar a los diseñadores experimentados cada vez que realizan cambios en su flujo de trabajo. Los nuevos tipos de plástico, las actualizaciones de máquinas, las nuevas máquinas y los diseños complejos pueden representar un desafío para personas de cualquier nivel.

El problema del error nunca desaparecerá, pero se puede mitigar un poco mediante el aprendizaje. Para ayudar a minimizar el desperdicio, he estado consultando con personas experimentadas que conozco, como mi hermano. También he estado leyendo y viendo videos para aprender de los errores de otras personas. Por ejemplo, yo sé de este video que voy a necesitar un cuadrado al ensamblar mi Ender 3 para asegurarme de que todo esté a plomo al ensamblar la impresora. De esa manera, no quedará torcido ni estropeará las impresiones.

Energía

Las impresoras 3D utilizan electricidad para derretir plástico u otros materiales al imprimir. Si se trata de un impacto ambiental negativo, dependerá de dónde provenga la electricidad, como un automóvil eléctrico. Si está produciendo su propia energía solar en casa, el impacto de esto será mínimo. Si está utilizando energía de la red, el impacto dependerá de la combinación de fuentes que utilice su red local.

Si está produciendo artículos para usar localmente, una impresora 3D reducirá la necesidad de envío y fabricación en otros lugares, lo que tendrá un impacto positivo. Por otro lado, si está fabricando artículos para enviar a las personas, no hay ningún beneficio allí. De cualquier manera, el filamento tiene que provenir de algún lugar, por lo que se utilizará algún envío.

Cuando se utilizan industrialmente, las piezas impresas en 3D pueden tener un gran impacto positivo, especialmente en el transporte. Por ejemplo, una pieza de automóvil impresa en 3D que es hueca en lugar de estar llena de metal o plástico es más liviana y el peso de la pieza contribuye a la energía utilizada durante su vida útil simplemente moviéndola. La fabricación aditiva también permite una mayor complejidad de una parte, y GE ha utilizó esto con gran efecto con sus motores a reacción y turbohélice más nuevos. Esto no solo ha permitido motores a reacción más eficientes, sino que también ha permitido flujos de trabajo simplificados, menor complejidad de la cadena de suministro (y costos de envío asociados) y menos fallas. Todas estas cosas reducen el impacto ambiental.

Los impactos de todas estas mejoras se acumulan con el tiempo.

¿Qué pasa con la contaminación plástica?

Como todos los demás aspectos de la impresión 3D hasta ahora, depende.

El material más utilizado en la impresión doméstica es PLA o ácido poliláctico. La mayoría elige usarlo porque es fácil de trabajar y es relativamente fuerte, pero también es muy frágil en comparación con otros tipos de plásticos. A pesar de los inconvenientes, es muy indulgente con los errores menores y tiende a producir excelentes impresiones en una mayor variedad de condiciones.

Ambientalmente, su mayor ventaja es que se deriva de fuentes biológicas, a menudo de plantas como el maíz. Debido a que las plantas toman dióxido de carbono del aire, el PLA es principalmente carbono neutral. Otra ventaja es que es biodegradable, pero la degradación es lenta a temperatura ambiente. Para que sea realmente sostenible, debe asegurarse de que los productos impresos terminen siendo compostados o reciclados industrialmente en lugar de terminar en un vertedero o en el océano.

En un vertedero o en el océano, el PLA eventualmente se degradará, pero eso tomaría cientos de años. Sin embargo, el plástico no es tóxico para los organismos como otros tipos de plásticos. Por ejemplo, el PLA se usa comúnmente en procedimientos médicos en los que se debe dejar algo como un tornillo. Se degrada lentamente a ácido láctico en el cuerpo y no daña al paciente en el proceso.

Otros tipos de plásticos de impresión comunes no provienen de fuentes biológicas y no son biodegradables. Plantean los mismos problemas que plantean otros productos de plástico después de la impresión.

La impresión industrial en metal probablemente sea más reciclable al final, y esa tecnología probablemente bajará de precio más adelante. Esto podría eventualmente hacer que la impresión 3D sea más sostenible.

Emisiones de la propia impresora 3D

Otro impacto negativo de la impresión 3D llega directamente desde la propia impresora. Los estudios han encontrado que pequeños trozos de plástico y algunos compuestos orgánicos volátiles terminan en el aire al imprimir, y respirarlos no es una buena idea. El asma y otros problemas respiratorios pueden agravarse y se sabe que algunas de las emisiones son malas para todos.

Hay varias formas de mitigar este problema.

Lo más fácil de hacer es poner la impresora 3D en una caja de algún tipo. Las emisiones solo se producen cuando la impresora está funcionando y desaparecen bastante rápido después de que se cierra. La carcasa de la impresora en una caja de plástico o madera contiene las emisiones y protege a las personas cercanas. Si se debe abrir una caja para verificar el trabajo, se debe usar una máscara de respiración.

Algunos lugares de trabajo colocan todas sus impresoras 3D en una habitación y no permiten que los trabajadores entren sin un respirador cuando las máquinas están en funcionamiento. Este es básicamente el mismo que el enfoque del caso, pero a mayor escala.

La ventilación es otro buen enfoque para protegerse de estas emisiones. Al mantener el aire en movimiento o al mover el aire a través de sistemas de filtración, puede mantener el aire limpio para los humanos. Se recomienda asesoramiento profesional para los sistemas de filtración. Además, tenga cuidado de no crear un entorno con corrientes de aire para las impresoras, ya que algunos tipos de plásticos pueden deformarse o doblarse cuando sopla aire más frío durante el secado.

Resumiendo todo

Como muchas tecnologías, el impacto medioambiental de la impresión 3D depende en gran medida de las elecciones del usuario. Las opciones de diseño, las fuentes de energía, los tipos de plástico utilizados y si los productos se reciclan adecuadamente marcan una gran diferencia. La seguridad en el lugar de trabajo y en el hogar también es muy importante.

Al tomar decisiones informadas sobre todas estas preguntas, la tecnología puede ser muy limpia. Al ignorar los impactos o no informarse, la tecnología puede ser bastante dañina.

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