25. Januar 2021 durch Jennifer Sensiba
Ich habe kürzlich einen Creality Ender 3, einen preisgünstigen 3D-Drucker, gekauft. Da die Kinder nicht zur Schule gingen und die meisten Möglichkeiten zur Bereicherung für die COVID-19-Pandemie geschlossen waren, brauchte unsere Familie etwas, das Spaß machte und lehrreich war, um es zu Hause zu tun. Mit einem Preis unter 200 US-Dollar (ohne Filament) war dies fast ein Kinderspiel. Andererseits wollte ich sicherstellen, dass wir keine Probleme für ihre Zukunft verursachen, nur um heute Spaß am Lernen zu haben. Diesen Artikel habe ich gefunden, als ich versucht habe, diese Frage zu beantworten.
Ich wünschte, es gäbe eine einfache Ja-oder-Nein-Antwort, aber wie bei den meisten Dingen im Leben kommt es darauf an.
Additive vs subtraktive Fertigung
Das größte Umweltvorteil des 3D-Drucks ist seine Funktionsweise.
Die meisten Herstellungsverfahren sind subtraktiv, dh sie beginnen mit einem festen Stück Material (wie Kunststoff, Metall oder Holz) und schneiden oder verbrennen dann die nicht benötigten Teile. Dadurch entsteht viel Abfallmaterial, das dann auf Mülldeponien entsorgt werden muss (und möglicherweise in den Ozeanen landet) oder verarbeitet werden muss, um mehr Rohmaterial zu erhalten, das Energie zum Schmelzen, Aufschluss oder auf andere Weise zur Reform benötigt.
Der 3D-Druck, auch als additive Fertigung bekannt, macht das Gegenteil und erzeugt theoretisch keinen Abfall (dazu später mehr).
Der 3D-Drucker, den ich bekommen habe, verwendet eine Spule aus Plastikfilament als Rohmaterial. Es ist wie eine sehr dicke Angelschnur (1,75 mm) und wird in 2-Kilogramm-Spulen geliefert. Der Drucker zieht das Filament von der Rolle und schiebt es durch sein „heißes Ende“, eine Düse, die wie eine Heißklebepistole funktioniert. Diese Düse wird mit Schrittmotoren, Zahnrädern und Riemen dreidimensional bewegt und lagert den geschmolzenen Kunststoff in dünnen Schichten ab. Diese Schichten werden gestapelt, um die Form zu erzeugen, für die Sie die Maschine programmieren.
Ich habe meinen 3D-Drucker noch nicht zusammengebaut, aber hier ist ein Zeitraffervideo, das mein Bruder von seinem Drucker gemacht hat. Sie können nicht sehen, wie sich die Düse bewegt, da jeder Rahmen aufgenommen wurde, als sich die Düse an derselben Position befand. Sie können jedoch sehen, wie sich die Ebenen stapeln, um ein Objekt zu erzeugen.
Die meisten 3D-Verbraucherdrucker verwenden Kunststoff, aber teurere Drucker (normalerweise für geschäftliche / industrielle Zwecke) können Metall und andere Materialien für die additive Fertigung verwenden. Diese Technologie ändert sich schnell, verbessert sich und sinkt im Preis, sodass der Metalldruck in Zukunft wahrscheinlich zu Hause stattfinden wird.
Abfall ist immer noch manchmal ein Problem
Additive Fertigung macht theoretisch weniger Abfall, in der Praxis ist dies jedoch nicht immer der Fall.
Während etablierte Designs normalerweise einfach zu drucken sind, kann jemand, der ein Originaldesign entwickelt, viele Versuche und Änderungen durchlaufen, bevor er es richtig macht. Es sei denn, sie teilen es auf einer Website wie Thingiverse oder DEFCAD Für andere zum Drucken wird das endgültige Design nur wenige Male ausgeführt, was zu einem ziemlich hohen Verhältnis von Abfall zu nützlichem Produkt führt. Aus diesem Grund sollte das Teilen nützlicher Designs auf jeden Fall gefördert werden.
Eine weitere Quelle für 3D-Druckabfälle liegt vor, wenn ein Design zu viel Überhang aufweist, als dass sich der trocknende Kunststoff halten könnte. Um dies zu überwinden, müssen Menschen Stützen oder kleine dünne Beine und Arme verwenden, die verhindern, dass der Druck durchhängt. Wenn der Druck fertig ist und von der Oberfläche entfernt wird, müssen diese Stützen vom Druck weggezogen oder abgeschnitten und weggeworfen werden.
An vielen Standorten, an denen 3D-Druckdesigns gemeinsam genutzt und verbessert werden, können Sie feststellen, dass frühe Designs eines Projekts häufig viele Unterstützungen benötigen. Wenn sich das Design verbessert, nehmen erfahrene Designer häufig kleine Änderungen am Design vor, um den Bedarf an Stützen zu verringern oder zu beseitigen. Die erfahrensten Designer denken von Anfang an darüber nach und erstellen häufig Entwürfe, die dies von Anfang an erreichen.
Eine letzte Abfallquelle sind Maschinenfehler. Dies ist am häufigsten bei neuen Benutzern der Fall, die nicht wissen, was sie tun, aber erfahrenen Designern passieren können, wenn sie Änderungen an ihrem Workflow vornehmen. Neue Kunststofftypen, Maschinen-Upgrades, neue Maschinen und komplexe Konstruktionen können für Menschen aller Könnensstufen eine Herausforderung darstellen.
Das Fehlerproblem wird niemals verschwinden, kann aber durch Lernen etwas gemildert werden. Um Abfall zu minimieren, habe ich mich mit erfahrenen Leuten wie meinem Bruder beraten, die ich kenne. Ich habe auch viel gelesen und Videos angesehen, um aus den Fehlern anderer zu lernen. Zum Beispiel weiß ich von Dieses Video dass ich beim Zusammenbau meines Ender 3 ein Quadrat benötige, um sicherzustellen, dass beim Zusammenbau des Druckers alles lotrecht ist. Auf diese Weise wird es nicht schief und bringt die Drucke durcheinander.
Energie
3D-Drucker verwenden Elektrizität, um Kunststoff oder andere Materialien beim Drucken zu schmelzen. Ob dies eine negative Auswirkung auf die Umwelt hat, hängt davon ab, woher Ihr Strom kommt, wie bei einem Elektroauto. Wenn Sie zu Hause Ihre eigene Sonnenenergie produzieren, sind die Auswirkungen minimal. Wenn Sie Netzenergie verwenden, hängt die Auswirkung davon ab, welchen Quellenmix Ihr lokales Netz verwendet.
Wenn Sie Artikel produzieren, die lokal verwendet werden sollen, reduziert ein 3D-Drucker den Bedarf an Versand und Herstellung an anderer Stelle, was sich positiv auswirkt. Wenn Sie jedoch Artikel herstellen, die an Personen versendet werden sollen, gibt es dort keinen Vorteil. In jedem Fall muss das Filament von irgendwoher kommen, daher wird ein gewisser Versand verwendet.
Bei industrieller Verwendung können 3D-gedruckte Teile einen großen positiven Einfluss haben, insbesondere beim Transport. Zum Beispiel ist ein 3D-gedrucktes Autoteil, das hohl statt mit Metall oder Kunststoff gefüllt ist, leichter und das Gewicht des Teils trägt zum Energieverbrauch während seiner Lebensdauer bei, wenn es nur bewegt wird. Die additive Fertigung ermöglicht auch eine erhöhte Komplexität von einem Teil, und GE hat nutzte dies mit seinen neuesten Jet- und Turboprop-Triebwerken. Dies hat nicht nur effizientere Düsentriebwerke ermöglicht, sondern auch vereinfachte Arbeitsabläufe, eine geringere Komplexität der Lieferkette (und die damit verbundenen Versandkosten) und weniger Ausfälle ermöglicht. All diese Dinge verringern die Umweltbelastung.
Die Auswirkungen all dieser Verbesserungen summieren sich im Laufe der Zeit.
Was ist mit Plastikverschmutzung?
Wie bei jedem anderen Aspekt des 3D-Drucks kommt es darauf an.
Das am häufigsten im Heimdruck verwendete Material ist PLA oder Polymilchsäure. Die meisten entscheiden sich für die Verwendung, da es leicht zu verarbeiten und relativ stark ist, aber im Vergleich zu anderen Kunststofftypen auch sehr spröde ist. Trotz der Nachteile werden kleinere Fehler sehr verzeiht und es werden großartige Drucke unter einer größeren Vielfalt von Bedingungen erstellt.
Der größte ökologische Vorteil besteht darin, dass es aus biologischen Quellen stammt, häufig aus Pflanzen wie Mais. Da Pflanzen der Luft Kohlendioxid entziehen, ist PLA meist klimaneutral. Ein weiterer Vorteil ist, dass es biologisch abbaubar ist, der Abbau jedoch bei Umgebungstemperaturen langsam ist. Um es wirklich nachhaltig zu machen, müssen Sie sicherstellen, dass die gedruckten Produkte industriell kompostiert oder recycelt werden, anstatt auf einer Mülldeponie oder im Meer zu landen.
Auf einer Mülldeponie oder im Ozean wird sich PLA irgendwann verschlechtern, aber das würde Hunderte von Jahren dauern. Der Kunststoff ist jedoch für Organismen wie andere Kunststofftypen nicht toxisch. Zum Beispiel wird PLA häufig in medizinischen Verfahren verwendet, bei denen so etwas wie eine Schraube zurückgelassen werden muss. Es wird im Körper langsam zu Milchsäure abgebaut und verletzt den Patienten dabei nicht.
Andere gängige Druckkunststoffe stammen nicht aus biologischen Quellen und sind nicht biologisch abbaubar. Sie stellen die gleichen Probleme dar wie alle anderen Kunststoffprodukte nach dem Drucken.
Der industrielle Metalldruck ist am Ende wahrscheinlich recycelbarer, und diese Technologie wird wahrscheinlich später im Preis sinken. Dies könnte den 3D-Druck möglicherweise nachhaltiger machen.
Emissionen vom 3D-Drucker selbst
Ein weiterer negativer Einfluss des 3D-Drucks kommt direkt vom Drucker selbst. Studien haben ergeben, dass beim Drucken kleine Plastikstücke und einige flüchtige organische Verbindungen in die Luft gelangen und das Einatmen keine gute Idee ist. Asthma und andere Atemprobleme können sich verschlimmern, und einige der Emissionen sind bekanntermaßen für alle schlecht.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um dieses Problem zu beheben.
Am einfachsten ist es, den 3D-Drucker in eine Art Koffer zu legen. Die Emissionen treten nur bei laufendem Drucker auf und verschwinden nach dem Beenden ziemlich schnell. Das Aufbewahren des Druckers in einer Plastik- oder Holzkiste enthält die Emissionen und schützt Personen in der Nähe. Wenn man einen Fall öffnen muss, um den Job zu überprüfen, sollte eine Atemschutzmaske verwendet werden.
Einige Arbeitsplätze stellen alle 3D-Drucker in einem Raum auf und erlauben es den Mitarbeitern nicht, ohne Atemschutzgerät einzutreten, wenn die Maschinen laufen. Dies ist im Grunde das gleiche wie beim Fall, jedoch in größerem Maßstab.
Die Belüftung ist ein weiterer guter Ansatz zur Sicherheit vor diesen Emissionen. Indem Sie die Luft in Bewegung halten oder die Luft durch Filtersysteme bewegen, können Sie die Luft für den Menschen sauber halten. Für Filtersysteme wird professionelle Beratung empfohlen. Achten Sie auch darauf, dass die Drucker keine zugige Umgebung haben, da sich einige Kunststofftypen verziehen oder verbiegen können, wenn während des Trocknens kühlere Luft über sie bläst.
Alles zusammenfassen
Wie bei vielen Technologien hängt die Auswirkung des 3D-Drucks auf die Umwelt stark von den Entscheidungen des Benutzers ab. Die Wahl des Designs, die Energiequellen, die verwendeten Kunststofftypen und die ordnungsgemäße Wiederverwertung der Produkte machen einen großen Unterschied. Die Sicherheit am Arbeitsplatz und zu Hause ist ebenfalls sehr wichtig.
Durch fundierte Entscheidungen zu all diesen Fragen kann die Technologie sehr sauber sein. Wenn Sie die Auswirkungen ignorieren oder nicht informiert werden, kann die Technologie ziemlich schädlich sein.
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