Considerações de materiais para fabricação sustentável

Izzy de la Guardia, engenheiro sênior de design e desenvolvimento, e Kathleen Bollito, engenheira de aplicação ao cliente

A jornada para a produção de peças sustentáveis ​​não para com o design sustentável ou as práticas da cadeia de suprimentos. Como alguns materiais são mais ecológicos do que outros, fazer escolhas ponderadas de materiais pode ajudar muito a tornar a fabricação mais sustentável. Além de reduzir o impacto ambiental da sua empresa, o uso de materiais sustentáveis ​​pode ajudar a construir sua reputação como um negócio verde. Além disso, os consumidores estão mais dispostos a apoiar empresas ambientalmente responsáveis.

Enquanto muitos metais podem ser reciclados repetidamente sem perder qualidade, o mesmo não pode ser dito para os plásticos. 91% do plástico não é reciclado e grande parte acaba em nossos aterros sanitários. Há muito espaço para melhorias, então nesta primeira parte de nossa série de fabricação sustentável, vamos nos concentrar em considerações de materiais para fabricação sustentável com plásticos. Existem oportunidades para selecionar materiais com custos ambientais mais baixos associados ao fornecimento, uso e descarte.

Fornecimento sustentável de materiais

Se você está tentando tornar uma peça mais sustentável, olhar para onde você obtém seu material é um ótimo lugar para começar. Primeiro, você precisará escolher entre usar um material proveniente de um recurso renovável ou não renovável.

Recursos renováveis ​​x recursos não renováveis

Os recursos renováveis ​​são recursos naturais que podem ser reabastecidos para repor a quantidade esgotada. Às vezes, esse reabastecimento é realizado por meio da produção natural, mas outras vezes podemos precisar de um pouco de esforço. Por exemplo, as árvores são um recurso natural e renovável. No entanto, quando cortamos árvores em uma área mais rápido do que elas podem crescer novamente, precisamos plantar novas sementes e mudas.

Os recursos não renováveis ​​são finitos – uma vez que acabam, desaparecem. Nosso suprimento de muitos recursos não renováveis ​​está diminuindo e muitos se esgotarão em breve. Por exemplo, a maioria das estimativas prevê que esgotaremos o suprimento mundial de petróleo em 40 ou 50 anos se continuarmos com nossa taxa atual de extração de petróleo.

Para reduzir o esgotamento dos recursos naturais, use recursos renováveis ​​tanto quanto possível. No mundo dos plásticos, isso significa usar bioplásticos em vez de petroplásticos. Os petroplásticos são produzidos a partir de petróleo bruto não renovável, enquanto os bioplásticos são parcial ou totalmente derivados de materiais de biomassa renovável ou subprodutos naturais e são mais ecológicos do que seus equivalentes baseados em combustíveis fósseis. Materiais comuns em bioplásticos incluem palha, serragem, amido de milho, lascas de madeira e óleos e gorduras vegetais.

Embora você possa assumir que os plásticos de base biológica são biodegradáveis, nem sempre é esse o caso. Por exemplo, “bioplásticos drop-in” como o bio-PET são quimicamente idênticos às versões de combustível fóssil, apenas derivados de biomassa, por isso não são biodegradáveis, apenas recicláveis. Quer você opte por plástico baseado em recursos renováveis ​​ou não renováveis, você pode reduzir ainda mais a necessidade de material virgem e tornar a produção mais sustentável usando plásticos com maior conteúdo reciclado.

Materiais reciclados

A fabricação com material reciclado prolonga a vida útil desse material original, para que você não precise obter tanto material virgem. Isso pode ajudá-lo a reduzir seus custos de material e percorrer um longo caminho para melhorar a sustentabilidade geral do seu produto. Afinal, produzir uma tonelada de produtos usando plástico reciclado em vez de plástico virgem evita que 1,6 tonelada de emissões de dióxido de carbono entrem na atmosfera e economiza cinco barris de petróleo.

Embora os metais não se degradem quando reciclados, muitos plásticos não são facilmente reciclados ou só podem ser reciclados algumas vezes antes que suas propriedades físicas sejam significativamente afetadas. Em muitos casos, as pessoas usam uma mistura de plástico reciclado e virgem para manter as propriedades aceitáveis ​​do material. Os plásticos mais comuns contendo conteúdo reciclado usados ​​na fabricação incluem tereftalato de polietileno (PET) e polietileno de alta densidade (HDPE).

Compreendendo o fim da vida útil de um produto

Além de considerar sua fonte de material, você deve pensar no que acontecerá no final da vida útil do seu produto. Os materiais podem ser biodegradáveis, compostáveis, recicláveis ​​ou uma combinação dos três (ou nenhum!), dependendo de sua composição química, por isso é importante entender as diferenças ao avaliar os materiais.

Plásticos biodegradáveis ​​vs. compostáveis

Embora sejam frequentemente usados ​​de forma intercambiável, compostabilidade e biodegradabilidade não são a mesma coisa. Todo plástico compostável é biodegradável, mas nem todo plástico biodegradável é compostável. Plásticos compostáveis, como plástico termoplástico à base de amido (TPS), succinato de polibutileno (PBS) ou policaprolactona (PCL), podem se decompor em elementos orgânicos e nutrientes que enriquecem o solo. Os plásticos biodegradáveis ​​se decompõem naturalmente sem prejudicar o meio ambiente, mas não necessariamente se decompõem em elementos orgânicos.

Os plásticos biodegradáveis ​​se dividem em dois grupos – oxibiodegradáveis ​​(plásticos que se decompõem por oxidação) e hidrobiodegradáveis ​​(plásticos que se decompõem por hidrólise). Os plásticos hidrobiodegradáveis ​​tendem a se decompor mais rapidamente do que os plásticos oxibiodegradáveis, mas geralmente devem ser compostados industrialmente. Em comparação com os plásticos hidrobiodegradáveis, os plásticos oxibiodegradáveis ​​são menos caros, mais fáceis de processar e têm melhores propriedades mecânicas.

Nem todos os produtos compostáveis ​​são criados iguais. Os produtos compostáveis ​​domésticos serão biodegradáveis ​​em condições e temperaturas em casas típicas ou pilhas de compostagem no quintal. No entanto, os plásticos compostáveis ​​industriais geralmente exigem temperaturas sustentadas, a presença de materiais ricos em carbono e nitrogênio ou mais ar para se decompor em um prazo razoável.

Por exemplo, o ácido polilático (PLA) requer compostagem industrial porque só se degradará em temperaturas acima de 136 graus. No entanto, o polihidroxialcanoato (PHA) pode quebrar em casa. Assim, embora o PHA seja mais caro e exija mais energia para produzir, há uma probabilidade maior de compostagem, pois não depende do descarte do usuário final para chegar à instalação de compostagem correta. Se você selecionar um plástico comercialmente compostável, é importante considerar como você pode promover o descarte adequado. Considere rotulagem clara ou programas de devolução.

Materiais reciclados

Se você não puder obter uma opção biodegradável, a próxima melhor coisa são os plásticos recicláveis. Geralmente, os termoplásticos são muito mais fáceis de reciclar do que os termofixos, pois podem ser continuamente fundidos e reformados.

Os plásticos reciclados mais comuns têm um número de reciclagem atribuído que informa aos consumidores o tipo e a reciclabilidade do plástico. Plásticos com números mais baixos são mais facilmente recicláveis ​​do que aqueles com números mais altos. Os plásticos comumente reciclados incluem:

1. PET ou PETE — Polietileno tereftalato (PET) é um plástico leve, fácil de reciclar e frequentemente usado em embalagens, garrafas de água, roupas, enchimento de fibra e cordas.
2. HDPE — O polietileno de alta densidade (HDPE) é um plástico quimicamente resistente e facilmente reciclável.
3. PVC ou V — O cloreto de polivinila (PVC) é um termoplástico rígido moderadamente reciclável.
4. LDPE — O polietileno de baixa densidade (LDPE) é moderadamente reciclável.
5. PP — O polipropileno (PP) é resistente, quimicamente resistente e reciclável.
6. PS — O poliestireno (PS) é moderadamente reciclável.
7. Diversos — Os plásticos nº 7 não são recicláveis.

Ao rotular seus produtos com o número de reciclagem apropriado, você pode ajudar os usuários finais a entender quais plásticos são recicláveis ​​e como eles devem descartar seus produtos. Você precisará incluir o número de reciclagem do produto no próprio produto (por exemplo, usinagem CNC ou gravação a laser do texto no produto) ou transmitir as informações ao seu consumidor de outra forma (por exemplo, na etiqueta ou em um manual de instruções) . A maioria dos programas de reciclagem na calçada aceita os números mais baixos, mas algumas cidades podem não aceitar os números mais altos, então esses plásticos precisariam ser reciclados por meio de programas especiais.

Além de rotular claramente seus produtos, você pode estabelecer programas de devolução para ajudar a prolongar a vida útil do material. Considere oferecer um programa de reciclagem de correspondência, um programa de troca ou organizar locais de coleta gratuita.

Sustentabilidade na manufatura aditiva

Se você deseja incorporar materiais de impressão 3D mais sustentáveis, existem algumas opções a serem consideradas. Ao usar a tecnologia de modelagem de deposição fundida (FDM), você pode explorar filamentos feitos de plástico reciclado ou de base biológica (como filamentos Francofil à base de ostra e trigo) ou extrusoras à base de pellets que podem derreter diretamente lascas de plástico moídas.

Além disso, sistemas de produção como o HP Multi Jet Fusion estão trabalhando para minimizar sua pegada, permitindo que o excesso de pó de suas construções seja reutilizado em projetos futuros quando misturado com uma porcentagem de pó virgem. Eles também reciclam pó não recuperado e peças de sucata para criar estoque de moldagem por injeção, como acontece com essas peças de produção da Ford.

Ainda temos um longo caminho a percorrer quando se trata de sustentabilidade na manufatura aditiva, mas muitas empresas estão tomando medidas para inovar e melhorar a sustentabilidade. Novos materiais sustentáveis ​​também estão em constante desenvolvimento, como o filamento à base de algas e algas marinhas e o FilaSoy à base de soja. Forust usa serragem residual e lignina de base biológica para imprimir madeira em 3D. Vale a pena pesquisar quais opções disponíveis comercialmente podem funcionar para suas aplicações e consultar seus fornecedores de materiais para ver quais avanços eles estão fazendo em sustentabilidade.

Sustentabilidade em moldagem por injeção e uretano fundido

Na moldagem por injeção e fundição de uretano, as opções populares de economia de resíduos incluem o uso de um material com conteúdo reciclado ou remoagem (alimentando a sucata do processo de moldagem por injeção de volta para si). Além disso, vale a pena pesquisar se existe uma alternativa de base biológica para o plástico de sua escolha, como bio-PET ou PE feito de cana-de-açúcar ou bio-PC feito de milho. Você também pode optar por materiais de enchimento sustentáveis, como cânhamo, casca de coco, casca de arroz e algas, mas tome cuidado para garantir que eles não afetem negativamente a reciclabilidade de sua peça.

Os principais desafios do uso de materiais verdes

Materiais verdes são melhores para o meio ambiente, mas usá-los pode ser um desafio. Veja os plásticos reciclados, por exemplo. Eles geralmente têm estruturas moleculares mais fracas do que os plásticos virgens e serão mais propensos a quebrar. Eles também podem ser menos resistentes a produtos químicos, impactos e temperaturas extremas, então os consumidores precisarão comprar um substituto mais cedo do que se tivessem comprado um produto feito de plástico virgem. Em muitos casos, alternativas sustentáveis, como a versão de base biológica de plásticos comuns, podem ser mais caras do que suas contrapartes comuns baseadas em petróleo. Além disso, geralmente há menos opções sustentáveis ​​comercialmente disponíveis, por isso é importante continuar a impulsionar a inovação nesse campo e pressionar os fornecedores de materiais a desenvolver e oferecer materiais menos nocivos.

Escolhendo materiais sustentáveis ​​com Fast Radius

Há muito o que pensar ao escolher um material para o seu próximo projeto, especialmente quando se trata de sustentabilidade. Atualmente, há muitos materiais sustentáveis ​​usados ​​na fabricação, mas pode ser um desafio determinar se você precisa de algo biodegradável, compostável, reciclável ou completamente diferente. Um fabricante experiente pode ajudar.

Quando você faz parceria com a Fast Radius, nossa equipe de especialistas pode orientá-lo na seleção do material, ajudando você a tomar a melhor decisão para o seu projeto. Entre em contato conosco hoje para começar e fique de olho em mais práticas recomendadas de sustentabilidade de nossa equipe Fast Radius.