Pemilihan Bahan Strategis untuk Manufaktur Berkelanjutan

Izzy de la Guardia, Senior Design and Development Engineer, dan Kathleen Bollito, Customer Application Engineer

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

Meskipun banyak logam dapat didaur ulang berulang kali tanpa kehilangan kualitas, hal yang sama tidak dapat dikatakan untuk plastik. 91% plastik tidak didaur ulang, dan banyak di antara mereka akhirnya berada di tempat pembuangan akhir. Ada banyak ruang untuk perbaikan, jadi dalam bagian pertama dari seri manufaktur berkelanjutan kami, kita akan fokus pada pertimbangan bahan untuk manufaktur berkelanjutan dengan plastik. Ada kesempatan untuk memilih bahan dengan biaya lingkungan yang lebih rendah yang terkait dengan pengadaan, penggunaan, dan pengolahan.

Pengadaan bahan yang berkelanjutan

Jika Anda mencoba membuat bagian lebih berkelanjutan, melihat tempat Anda mendapatkan bahan adalah tempat yang bagus untuk memulai. Pertama, Anda perlu memilih antara menggunakan bahan yang berasal dari sumber terbarukan atau sumber non-terbarukan.

Sumber terbarukan vs. sumber non-terbarukan

Sumber terbarukan adalah sumber daya alam yang dapat diisi ulang untuk mengganti jumlah yang habis. Kadang-kadang, penggantian ini dilakukan melalui produksi alami, tetapi kadang-kadang kita mungkin perlu mengeluarkan sedikit usaha. Misalnya, pohon adalah sumber daya alam yang terbarukan. Namun, ketika kita memotong pohon di suatu area lebih cepat dari yang dapat tumbuh kembali, kita perlu menanam benih dan bibit baru.

Sumber non-terbarukan adalah terbatas — ketika sudah habis, sudah habis. Pasokan kita untuk banyak sumber daya non-terbarukan menipis, dan banyak akan habis dalam waktu dekat. Misalnya, sebagian besar perkiraan memprediksi bahwa kita akan menguras pasokan minyak dunia dalam 40 atau 50 tahun jika kita terus mengekstraksi minyak dengan tingkat saat ini.

Untuk mengurangi pengurasan sumber daya alam, gunakan sumber terbarukan sebanyak mungkin. Di dunia plastik, ini berarti menggunakan bioplastik daripada petroplastik. Petroplastik dihasilkan dari minyak mentah non-terbarukan, sementara bioplastik sebagian atau sepenuhnya berasal dari bahan biomassa terbarukan atau hasil samping alami dan lebih ramah lingkungan daripada sejenisnya yang berbahan bakar fosil. Bahan umum dalam bioplastik meliputi jerami, serbuk kayu, tepung jagung, kerak kayu, dan minyak nabati serta lemak.

Meskipun Anda mungkin mengasumsikan plastik berbahan bio dapat terurai biologis, itu tidak selalu benar. Misalnya, “drop-in bioplastics” seperti bio-PET secara kimia identik dengan versi bahan bakar fosil, hanya berasal dari biomassa, jadi mereka tidak dapat terurai biologis, hanya dapat didaur ulang. Baik Anda memilih plastik berbahan sumber terbarukan atau non-terbarukan, Anda dapat lebih mengurangi kebutuhan akan bahan baku baru dan membuat produksi lebih berkelanjutan dengan menggunakan plastik dengan konten daur ulang yang lebih tinggi.

Bahan daur ulang

Manufaktur dengan bahan daur ulang memperpanjang umur bahan asli, jadi Anda tidak perlu mendapatkan sebanyak bahan baku baru. Ini dapat membantu Anda mengurangi biaya bahan dan sangat membantu meningkatkan keberlanjutan keseluruhan produk Anda. Lagi pula, memproduksi satu ton produk menggunakan plastik daur ulang daripada plastik baru mencegah 1,6 ton emisi karbon dioksida masuk ke atmosfer dan menghemat lima barel minyak.

Meskipun logam tidak degradasi saat didaur ulang, banyak plastik tidak mudah didaur ulang atau hanya dapat didaur ulang beberapa kali sebelum properti fisiknya terpengaruh secara signifikan. Dalam banyak kasus, orang menggunakan campuran plastik daur ulang dan baru untuk mempertahankan properti bahan yang dapat diterima. Plastik yang paling umum mengandung konten daur ulang yang digunakan dalam manufaktur meliputi polyethylene terephthalate (PET) dan high-density polyethylene (HDPE).

Memahami akhir siklus hidup produk

Di samping mempertimbangkan sumber bahan Anda, Anda akan ingin memikirkan apa yang akan terjadi pada akhir siklus hidup produk Anda. Bahan dapat dapat terurai biologis, dapat dikompos, dapat didaur ulang, atau kombinasi dari ketiganya (atau tidak ada sama sekali!), tergantung pada komposisi kimianya, jadi penting untuk memahami perbedaannya saat mengevaluasi bahan.

Plastik dapat terurai biologis vs. dapat dikompos

Meskipun sering digunakan secara bergantian, komposabilitas dan biodegradabilitas tidak sama. Setiap plastik dapat dikompos dapat terurai biologis, tetapi tidak setiap plastik dapat terurai biologis dapat dikompos. Plastik dapat dikompos, seperti plastik berbahan pati termoplastik (TPS), polybutylene succinate (PBS), atau polycaprolactone (PCL), dapat terurai menjadi elemen organik dan nutrisi yang memperkaya tanah. Plastik dapat terurai biologis akan alami tanpa merusak lingkungan, tetapi mereka tidak selalu terurai menjadi elemen organik.

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

Tidak semua produk dapat dikompos dibuat sama juga. Produk dapat dikompos di rumah akan terurai biologis dalam kondisi dan suhu di rumah tipikal atau tumpukan kompos di halaman belakang. Namun, plastik dapat dikompos industri biasanya memerlukan suhu yang sosten, keberadaan bahan kaya karbon dan nitrogen, atau lebih banyak udara untuk terurai dalam waktu yang wajar.

Misalnya, asid polilaktik (PLA) memerlukan kompos industri karena hanya akan degradasi pada suhu di atas 136 derajat. Namun, polyhydroxyalkanoate (PHA) dapat terurai di rumah. Jadi, meskipun PHA lebih mahal dan memerlukan lebih banyak energi untuk diproduksi, ada probabilitas yang lebih tinggi bahwa ia dapat dikompos, karena ia tidak bergantung pada pembuang akhir untuk sampai ke fasilitas kompos yang tepat. Jika Anda memilih plastik dapat dikompos komersial, penting untuk mempertimbangkan bagaimana Anda dapat mempromosikan pembuangan yang tepat. Pertimbangkan label yang jelas atau program pengambilan kembali.

Bahan daur ulang

Jika Anda tidak dapat mendapatkan opsi dapat terurai biologis, hal terbaik berikutnya adalah plastik dapat didaur ulang. Secara umum, termoplastik jauh lebih mudah didaur ulang daripada termo set, karena mereka dapat dilelehkan dan dibentuk kembali berulang kali.

Plastik yang paling umum didaur ulang memiliki nomor daur ulang yang ditetapkan yang memberitahu konsumen tentang jenis plastik dan daur ulangnya. Plastik dengan nomor lebih rendah lebih mudah didaur ulang daripada yang dengan nomor lebih tinggi. Plastik yang umum 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, isian serat, dan tali.
2. HDPE — High-density polyethylene (HDPE) adalah plastik tahan kimia dan mudah didaur ulang.
3. PVC atau V — Polyvinyl chloride (PVC) adalah termoplastik kaku yang cukup dapat didaur ulang.
4. LDPE — Low-density polyethylene (LDPE) cukup dapat didaur ulang.
5. PP — Polypropylene (PP) tahan lama, tahan kimia, dan dapat didaur ulang.
6. PS — Polystyrene (PS) cukup dapat didaur ulang.
7. Lain-lain — plastik #7 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 perlu menyertakan nomor daur ulang produk pada produk itu sendiri (misalnya, dengan mengukir atau mencoret teks pada produk) atau menyampaikan informasi kepada konsumen Anda dengan cara lain (misalnya, pada tag atau dalam buku petunjuk). Sebagian besar program daur ulang di tepi jalan menerima nomor lebih rendah, tetapi beberapa kota mungkin tidak menerima nomor lebih tinggi, jadi plastik ini perlu didaur ulang melalui program khusus.

Selain memberi label yang jelas pada produk Anda, Anda dapat mendirikan program pengambilan kembali untuk membantu memperpanjang umur bahan. Pertimbangkan untuk menawarkan program daur ulang pengiriman kembali melalui pos, program tukar, atau mengorganisir situs pengumpulan gratis.

Berkelanjutan dalam manufaktur additif

Jika Anda ingin menerapkan lebih banyak bahan pencetakan 3D 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 bio (seperti filamen Francofil berbahan tiram dan gandum) atau ekstruder berbahan pelet yang dapat langsung melelehkan chip plastik yang dihancurkan.

Selain itu, sistem produksi seperti HP Multi Jet Fusion bekerja untuk meminimalkan jejak karbon mereka dengan memungkinkan sebagian besar bubur berlebih dari bangunan mereka untuk digunakan kembali di proyek masa depan ketika dicampur dengan persentase bubur baru. Mereka juga mendaur ulang bubur yang tidak direklamasi dan bagian sisa untuk membuat stok cetak injeksi, seperti bagian produksi Ford ini.

Kita masih memiliki jalan yang panjang ketika datang ke berkelanjutan dalam manufaktur additif, tetapi banyak perusahaan sedang mengambil langkah untuk berinovasi dan meningkatkan berkelanjutan. Bahan berkelanjutan baru juga terus dikembangkan, seperti filamen berbahan alga dan rumput laut serta FilaSoy berbahan kedelai. Forust menggunakan serbuk kayu limbah dan lignin berbahan bio untuk mencetak 3D kayu. Layak untuk meneliti opsi komersial yang tersedia yang mungkin berfungsi untuk aplikasi Anda dan menanyakan kepada penyedia bahan Anda mengenai kemajuan apa yang mereka buat dalam berkelanjutan.

Berkelanjutan dalam cetak injeksi dan cetak urethane

Dalam cetak injeksi dan cetak urethane, opsi hemat limbah yang populer meliputi menggunakan bahan dengan konten daur ulang atau menggiling ulang (memberi sisa dari proses cetak injeksi kembali ke dalamnya sendiri). Selain itu, layak untuk meneliti apakah ada alternatif berbahan 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 berkelanjutan, seperti rami, kulit kelapa, sekam padi, dan alga, tetapi hati-hati untuk memastikan bahwa mereka tidak berdampak negatif pada daur ulang bagian Anda.

Tantangan utama dalam menggunakan bahan hijau

Bahan hijau lebih baik untuk lingkungan, tetapi menggunakannya bisa menjadi tantangan. Ambil plastik daur ulang sebagai contoh. Mereka sering memiliki struktur molekuler yang lebih lemah daripada plastik baru dan akan lebih rapuh pecah. Mereka mungkin juga kurang tahan terhadap kimia, benturan, dan suhu ekstrem, jadi konsumen akan perlu membeli pengganti lebih cepat daripada jika mereka membeli produk yang terbuat dari plastik baru. Dalam banyak kasus, alternatif berkelanjutan seperti versi berbahan bio dari plastik umum mungkin lebih mahal daripada sejenisnya yang berbahan petro. Selain itu, umumnya ada lebih sedikit opsi berkelanjutan yang tersedia secara komersial, jadi penting untuk terus mendorong inovasi di bidang ini dan menekan penyedia bahan untuk mengembangkan dan menawarkan bahan yang lebih sedikit berbahaya.

Memilih bahan berkelanjutan dengan Fast Radius

Ada banyak yang harus dipertimbangkan saat memilih bahan untuk proyek Anda berikutnya, terutama ketika datang ke berkelanjutan. Banyak bahan berkelanjutan yang digunakan dalam manufaktur saat ini, tetapi bisa menjadi tantangan untuk menentukan apakah Anda membutuhkan sesuatu yang dapat terurai biologis, dapat dikompos, dapat didaur ulang, atau sebaliknya. Produsen yang berpengalaman dapat membantu.

Saat Anda bermitra dengan Fast Radius, tim ahli kami dapat memandu Anda melalui pemilihan bahan, membantu Anda membuat keputusan terbaik untuk proyek Anda. Hubungi kami hari ini untuk memulai, dan pantau lebih banyak praktik terbaik berkelanjutan dari tim Fast Radius kami.