Pertimbangan bahan untuk manufaktur yang berkelanjutan

Izzy de la Guardia, Insinyur Desain dan Pengembangan Senior, dan Kathleen Bollito, Insinyur Aplikasi Pelanggan

Perjalanan menuju produksi suku cadang berkelanjutan tidak berhenti dengan desain berkelanjutan atau praktik rantai pasokan. Karena beberapa bahan lebih ramah lingkungan daripada yang lain, membuat pilihan bahan yang bijaksana dapat membantu membuat manufaktur lebih berkelanjutan. Selain mengurangi dampak lingkungan perusahaan Anda, menggunakan bahan yang berkelanjutan dapat membantu membangun reputasi Anda sebagai bisnis hijau. Selain itu, konsumen lebih bersedia mendukung perusahaan yang bertanggung jawab terhadap lingkungan.

Sementara banyak logam dapat didaur ulang berulang kali tanpa kehilangan kualitas, hal yang sama tidak dapat dikatakan untuk plastik. 91% plastik tidak didaur ulang, dan sebagian besar berakhir di tempat pembuangan sampah kami. Ada banyak ruang untuk perbaikan, jadi di bagian pertama dari seri manufaktur berkelanjutan kami ini, kami akan fokus pada pertimbangan material untuk manufaktur berkelanjutan dengan plastik. Ada peluang untuk memilih bahan dengan biaya lingkungan yang lebih rendah terkait dengan pengadaan, penggunaan, dan pembuangan.

Sumber bahan baku yang berkelanjutan

Jika Anda mencoba membuat bagian lebih berkelanjutan, melihat dari mana Anda mendapatkan materi Anda adalah tempat yang bagus untuk memulai. Pertama, Anda harus memilih antara menggunakan bahan yang bersumber dari sumber daya terbarukan atau tidak terbarukan.

Sumber daya terbarukan vs. sumber daya tidak terbarukan

Sumber daya terbarukan adalah sumber daya alam yang dapat diisi ulang untuk menggantikan jumlah yang habis. Terkadang, pengisian ulang ini dicapai melalui produksi alami, tetapi di lain waktu, kita mungkin perlu melakukan sedikit usaha. Misalnya, pohon adalah sumber daya alam yang dapat diperbarui. Namun, ketika kita menebang pohon di suatu area lebih cepat daripada yang bisa mereka tanam kembali, kita perlu menanam benih dan anakan baru.

Sumber daya yang tidak dapat diperbarui itu terbatas — begitu habis, mereka juga akan habis. Pasokan banyak sumber daya tak terbarukan kita semakin berkurang, dan banyak yang akan segera habis. Misalnya, sebagian besar perkiraan memperkirakan bahwa kita akan menghabiskan pasokan minyak dunia dalam 40 atau 50 tahun jika kita melanjutkan tingkat ekstraksi minyak kita saat ini.

Untuk mengurangi penipisan sumber daya alam, gunakan sumber daya terbarukan sebanyak mungkin. Di dunia plastik, ini berarti menggunakan bioplastik daripada petroplastik. Petroplastik diproduksi dari minyak mentah yang tidak terbarukan, sedangkan bioplastik sebagian atau seluruhnya berasal dari bahan biomassa terbarukan atau produk sampingan alami dan lebih ramah lingkungan daripada rekan-rekan mereka yang berbasis bahan bakar fosil. Bahan umum dalam bioplastik termasuk jerami, serbuk gergaji, tepung jagung, serpihan kayu, serta minyak dan lemak nabati.

Meskipun Anda mungkin menganggap plastik biodegradable, itu tidak selalu terjadi. Misalnya, “bioplastik drop-in” seperti bio-PET secara kimiawi identik dengan versi bahan bakar fosil, hanya berasal dari biomassa, sehingga tidak dapat terurai secara hayati, hanya dapat didaur ulang. Baik Anda memilih plastik berbasis sumber daya terbarukan atau tidak terbarukan, Anda dapat semakin mengurangi kebutuhan akan material murni dan membuat produksi lebih berkelanjutan dengan menggunakan plastik dengan kandungan daur ulang yang lebih tinggi.

Bahan daur ulang

Manufaktur dengan bahan daur ulang memperpanjang umur bahan asli itu, jadi Anda tidak perlu mencari bahan asli sebanyak mungkin. Ini dapat membantu Anda mengurangi biaya material dan meningkatkan keberlanjutan produk Anda secara keseluruhan. Lagi pula, memproduksi satu ton produk menggunakan plastik daur ulang, bukan plastik murni, mencegah 1,6 ton emisi karbon dioksida memasuki atmosfer dan menghemat lima barel minyak.

Meskipun logam tidak terdegradasi saat didaur ulang, banyak plastik tidak mudah didaur ulang atau hanya dapat didaur ulang beberapa kali sebelum sifat fisiknya terpengaruh secara signifikan. Dalam banyak kasus, orang menggunakan campuran plastik daur ulang dan plastik murni untuk mempertahankan sifat material yang dapat diterima. Plastik paling umum yang mengandung konten daur ulang yang digunakan dalam pembuatan termasuk polietilen tereftalat (PET) dan polietilen densitas tinggi (HDPE).

Memahami akhir masa pakai produk

Selain mempertimbangkan sumber materi Anda, Anda pasti ingin memikirkan apa yang akan terjadi di akhir masa pakai produk Anda. Bahan dapat terurai secara hayati, dapat dibuat kompos, dapat didaur ulang, atau kombinasi ketiganya (atau tidak sama sekali!), bergantung pada komposisi kimianya, jadi penting untuk memahami perbedaannya saat mengevaluasi bahan.

Plastik biodegradable vs. plastik yang dapat dikomposkan

Meskipun sering digunakan secara bergantian, kemampuan kompos dan biodegradabilitas tidak sama. Setiap plastik yang dapat dikomposkan dapat terurai secara hayati, tetapi tidak setiap plastik yang dapat terurai dapat menjadi kompos. Plastik yang dapat dikomposkan, seperti plastik berbasis pati termoplastik (TPS), polibutilen suksinat (PBS), atau polikaprolakton (PCL), dapat terurai menjadi unsur organik dan nutrisi yang menyuburkan tanah. Plastik biodegradable akan membusuk secara alami tanpa merusak lingkungan, tetapi tidak serta merta terurai menjadi elemen organik.

Plastik biodegradable terbagi menjadi dua kelompok - oxo-biodegradable (plastik yang terurai melalui oksidasi) dan hydro-biodegradable (plastik yang terurai melalui hidrolisis). Plastik hidro-biodegradable cenderung terurai lebih cepat daripada plastik oxo-biodegradable tetapi biasanya harus dikomposkan secara industri. Dibandingkan dengan plastik hidro-biodegradable, plastik oxo-biodegradable lebih murah, lebih mudah diproses, dan memiliki sifat mekanik yang lebih baik.

Tidak semua produk yang dapat dikomposkan juga dibuat sama. Produk rumah kompos akan terurai dalam kondisi dan suhu di rumah biasa atau tumpukan kompos di halaman belakang. Namun, plastik industri yang dapat dikomposkan biasanya memerlukan suhu yang berkelanjutan, adanya bahan yang kaya karbon dan nitrogen, atau lebih banyak udara untuk terurai dalam jangka waktu yang wajar.

Misalnya, asam polilaktat (PLA) membutuhkan pengomposan industri karena hanya akan terdegradasi pada suhu di atas 136 derajat. Namun, polihidroksialkanoat (PHA) dapat terurai di rumah. Jadi, meskipun PHA lebih mahal dan membutuhkan lebih banyak energi untuk diproduksi, ada kemungkinan lebih tinggi untuk pengomposan, karena tidak bergantung pada pembuangan pengguna akhir untuk berakhir di fasilitas pengomposan yang benar. Jika Anda memilih plastik yang dapat dikomposkan secara komersial, penting untuk mempertimbangkan bagaimana Anda dapat mempromosikan pembuangan yang tepat. Pertimbangkan pelabelan yang jelas atau program penarikan kembali.

Bahan daur ulang

Jika Anda tidak dapat menemukan opsi yang dapat terurai secara hayati, hal terbaik berikutnya adalah plastik yang dapat didaur ulang. Umumnya, termoplastik jauh lebih mudah didaur ulang daripada termoset, karena dapat terus dicairkan dan dibentuk kembali.

Plastik daur ulang yang paling umum memiliki nomor daur ulang yang memberi tahu konsumen jenis dan daur ulang plastik tersebut. Plastik dengan angka yang lebih rendah lebih mudah didaur ulang dibandingkan dengan angka yang lebih tinggi. Plastik yang biasanya didaur ulang meliputi:

1. PET atau PETE — Polyethylene terephthalate (PET) adalah plastik ringan yang mudah didaur ulang dan sering digunakan dalam kemasan, botol air, pakaian, fiberfill, dan tali.
2. HDPE — High-density polyethylene (HDPE) adalah plastik yang tahan bahan kimia dan mudah didaur ulang.
3. PVC atau V — Polivinil klorida (PVC) adalah termoplastik kaku yang cukup dapat didaur ulang.
4. LDPE — Polietilen densitas rendah (LDPE) cukup dapat didaur ulang.
5. PP — Polypropylene (PP) bersifat tangguh, tahan bahan kimia, dan dapat didaur ulang.
6. PS — Polystyrene (PS) cukup dapat didaur ulang.
7. Lain-lain — #7 plastik tidak dapat didaur ulang.

Dengan memberi label pada produk Anda dengan nomor daur ulang yang sesuai, Anda dapat membantu pengguna akhir memahami plastik mana yang dapat didaur ulang dan bagaimana mereka harus membuang produk mereka. Anda harus menyertakan nomor daur ulang produk pada produk itu sendiri (misalnya, mesin CNC atau laser engraving teks ke produk) atau menyampaikan informasi kepada konsumen Anda dengan cara lain (misalnya, pada tag atau dalam instruksi manual) . Sebagian besar program daur ulang tepi jalan menerima jumlah yang lebih rendah, tetapi beberapa kota mungkin tidak menerima jumlah yang lebih tinggi, sehingga plastik ini perlu didaur ulang melalui program khusus.

Selain memberi label produk Anda dengan jelas, Anda dapat membuat program penarikan kembali untuk membantu memperpanjang umur material Anda. Pertimbangkan untuk menawarkan program daur ulang surat balik, program tukar tambah, atau mengatur situs pengumpulan gratis.

Keberlanjutan dalam pembuatan aditif

Jika Anda ingin menggabungkan materi pencetakan 3D yang lebih berkelanjutan, ada beberapa opsi untuk dipertimbangkan. Saat menggunakan teknologi fused deposition modeling (FDM), Anda dapat menjelajahi filamen yang terbuat dari plastik daur ulang atau berbahan dasar bio (seperti filamen Francofil berbahan dasar tiram dan gandum) atau ekstruder berbahan dasar pelet yang dapat langsung melelehkan serpihan plastik yang dihaluskan.

Selain itu, sistem produksi seperti HP Multi Jet Fusion bekerja untuk meminimalkan jejaknya dengan memungkinkan sebagian besar kelebihan bubuk dari produk mereka untuk digunakan kembali di proyek mendatang bila dicampur dengan persentase bubuk murni. Mereka juga mendaur ulang bubuk dan suku cadang bekas untuk membuat stok cetakan injeksi, seperti suku cadang produksi Ford ini.

Jalan kita masih panjang dalam hal keberlanjutan dalam manufaktur aditif, tetapi banyak perusahaan mengambil langkah untuk berinovasi dan meningkatkan keberlanjutan. Bahan baru yang berkelanjutan juga terus dikembangkan, seperti filamen berbahan dasar ganggang dan rumput laut serta FilaSoy berbahan dasar kedelai. Forust menggunakan limbah serbuk gergaji dan lignin berbasis bio untuk kayu cetak 3D. Sebaiknya Anda meneliti opsi yang tersedia secara komersial yang mungkin cocok untuk aplikasi Anda dan menanyakan kepada penyedia materi Anda untuk melihat kemajuan apa yang mereka buat dalam keberlanjutan.

Keberlanjutan dalam pencetakan injeksi dan uretana cor

Dalam pencetakan injeksi dan pengecoran uretana, opsi penghematan limbah yang populer termasuk menggunakan bahan dengan konten daur ulang atau penggilingan ulang (mengisi sisa dari proses pencetakan injeksi kembali ke dalam dirinya sendiri). Selain itu, perlu diteliti apakah ada alternatif berbasis bio untuk plastik pilihan Anda, seperti bio-PET atau PE yang terbuat dari tebu atau bio-PC yang terbuat dari jagung. Anda juga dapat memilih bahan pengisi yang berkelanjutan, seperti rami, tempurung kelapa, sekam padi, dan ganggang, tetapi berhati-hatilah untuk memastikan bahwa bahan tersebut tidak berdampak negatif pada daur ulang bagian Anda.

Tantangan utama dalam menggunakan bahan ramah lingkungan

Bahan hijau lebih baik untuk lingkungan, tetapi menggunakannya bisa jadi menantang. Ambil plastik daur ulang, misalnya. Mereka sering memiliki struktur molekul yang lebih lemah daripada plastik murni dan akan lebih rentan terhadap kerusakan. Mereka mungkin juga kurang tahan terhadap bahan kimia, benturan, dan suhu ekstrem, sehingga konsumen perlu membeli pengganti lebih cepat daripada jika mereka membeli produk yang terbuat dari plastik murni. Dalam banyak kasus, alternatif berkelanjutan seperti versi plastik umum berbasis bio mungkin lebih mahal daripada rekan berbasis petro biasa. Selain itu, umumnya ada lebih sedikit opsi berkelanjutan yang tersedia secara komersial, jadi penting untuk terus mendorong inovasi di bidang ini dan menekan penyedia material untuk mengembangkan dan menawarkan material yang lebih sedikit berbahaya.

Memilih bahan yang berkelanjutan dengan Radius Cepat

Ada banyak hal yang perlu dipikirkan saat memilih bahan untuk proyek Anda berikutnya, terutama dalam hal keberlanjutan. Saat ini, ada banyak bahan berkelanjutan yang digunakan dalam manufaktur, tetapi dapat menjadi tantangan untuk menentukan apakah Anda memerlukan sesuatu yang dapat terurai secara hayati, dapat dibuat kompos, dapat didaur ulang, atau sama sekali berbeda. Produsen berpengalaman dapat membantu.

Saat Anda bermitra dengan Fast Radius, tim ahli kami dapat memandu Anda melalui pemilihan material, membantu Anda membuat keputusan terbaik untuk proyek Anda. Hubungi kami hari ini untuk memulai, dan pantau terus praktik terbaik keberlanjutan lainnya dari tim Fast Radius kami.