De uitdagingen van het recyclen van 3D-printafval
Hoe mooi innovaties ook kunnen zijn, ze brengen ook nieuwe uitdagingen met zich mee. Hoewel 3D-printen bekend staat om zijn potentieel op het gebied van materiaalefficiëntie, wordt er nog steeds ook afval gegenereerd. In een tijd van groeiende aandacht voor het milieu wordt het steeds relevanter om de uitdaging van het recyclen van 3D-geprint afval aan te gaan.
Dus, wat is 3D-printen?
Voor degenen die niet bekend zijn met Additive Manufacturing (AM), beter bekend als 3D-printen, een korte introductie: in tegenstelling tot traditionele productieprocessen waarbij materiaal wordt verwijderd, voegen AM-machines laag voor laag materiaal toe. Er zijn veel soorten en technologieën binnen AM, waarvoor een breed scala aan materialen gebruikt kan worden, zoals polymeren, metalen, composieten en meer. Deze keer zullen we ons richten op de FFF/FDM-printtechniek waarbij een polymeerdraad (filament) wordt verwarmd en geëxtrudeerd door een spuitmond.
Afbeelding 1, principe van FFF/FDM-printen.
3D-printen heeft pas in het afgelopen decennium een vlucht genomen. Het wint inmiddels gestaag terrein in de maakindustrie en dat terrein zal naar verwachting blijven groeien. Ongeveer 10 jaar geleden moest de kwaliteit van 3D-printen nog veel worden verbeterd en was het vooral geschikt voor hobbyisten. Een goed voorbeeld hiervan is het filament, dat vroeger moeilijk in goede kwaliteit te verkrijgen was. Destijds gebruikten sommige mensen zelfs grastrimmerdraad als 3D-printfilament met professionele AM-machines die producten van hogere kwaliteit konden produceren, maar die buiten het bereik van de gewone consument lagen. Tegenwoordig zijn de kwaliteit, toegankelijkheid en het gebruiksgemak van printers en filament aanzienlijk verbeterd. Inmiddels is AM uitgegroeid tot onmisbare technologie voor diverse industrieën en onderwijsinstellingen.
FDM-printers kunnen producten maken met een ingewikkelde geometrie en van een verscheidenheid aan polymeren en composietmaterialen, tegen slechts een lage eerste investering. Deze printers zijn niet altijd geschikt voor seriematige massaproductie, maar blinken uit in het snel maken van prototypes en ze kunnen zelfs worden gebruikt voor het produceren van functionele onderdelen in kleinere volumes.
Hoewel FDM een materiaalefficiënte techniek is, wordt er nog steeds afval geproduceerd in de vorm van mislukte onderdelen en klein afval, bestaande uit ondersteuningsstructuren en kalibratielijnen. Hoewel één printopdracht misschien maar een paar gram afval genereert, zal dit na verloop van tijd snel ophopen. Om 3D-printen duurzamer te maken, zullen bepaalde uitdagingen moeten worden aangepakt om de impact van deze opkomende technologie te verminderen.
Filamentafval en het recyclen ervan
Een van de meest populaire filamenten voor FDM-machines is Polylactic Acid (PLA), een biopolymeer gemaakt van hernieuwbare biomassa en een uitstekend alternatief voor sommige kunststoffen op fossiele basis. Er kunnen ook veel andere polymeren worden gebruikt, zoals het volledig hernieuwbare en composteerbare PHA, op fossiele brandstoffen gebaseerd ASA en PETG, composieten als nylon met glasvezel of PC met koolstofvezel, of speciale mengsels zoals glow in the dark filament. Tot slot kunnen pigmenten worden gebruikt om kleur toe te voegen aan ieder filament.
Je kunt je goed voorstellen hoe uitdagend het is om het ene filament van het andere te onderscheiden, laat staan wanneer het in een algemene afvalstroom zit. Om deze reden hebben veel polymeeronderdelen recyclingemblemen en -tekst erop, die verduidelijken waar ze van zijn gemaakt. Helaas hebben de meeste 3D-geprinte producten en vrij toegankelijke 3D-modellen op internet deze emblemen niet. Neem bijvoorbeeld PLA, dat recyclebaar en industrieel composteerbaar is; het duurzaamheidspotentieel gaat (letterlijk) in vlammen op vanwege dit gebrek aan herkenning. Hoewel het mogelijk is om emblemen toe te voegen aan modellen in CAD/CAM-software, blijft het nog steeds een handmatig en gebruikersafhankelijk proces.
Naast deze uitdaging zullen het eerder genoemde klein afval en de mislukte producten simpelweg niet herkenbaar zijn in een algemene afvalstroom. Om dit afval toch een kans te geven op recycling, zal de gebruiker dit zelf moeten scheiden en verzamelen.
Afbeelding 2, ons eigen ingezamelde PLA-afval bij FIP om later te worden gerecycled.
De oplossingen?
Helaas is er niet één specifieke oplossing voor dit probleem, maar we hebben een paar ideeën. In plaats van het afval uit een grote stroom te filteren, zou de gebruiker het afval rechtstreeks aan filamentproducenten kunnen aanbieden voor recycling. Of filament kan worden gerecycled, hangt af van het filamenttype, de specifieke samenstelling ervan en de materiaalkwaliteit na recycling. Op deze manier komt het afval terecht bij het bedrijf met de juiste expertise, en wordt de noodzaak minder groot om dit specifieke afval uit de grote hoop te herkennen. Waarom doen we dit dan nog niet?
Beschermde informatie over de samenstelling van filament, vervuiling zoals lijm of andersoortige types plastic in het aangeboden afval, en het verzamelen van voldoende hoeveelheid afval om een recyclingproces te starten, zijn voorbeelden van uitdagingen waarmee de industrie wordt geconfronteerd. Er zijn weliswaar filamentinname-services beschikbaar, maar die zijn schaars en moeilijk te vinden. Om filamentrecycling tot een gangbare praktijk te maken, moet het proces worden gestroomlijnd voordat dit als haalbaar wordt voor gezien door meerdere filamentproducenten. Het lijkt onhaalbaar om helemaal géén afval te genereren, en dus is het belangrijk om bewustzijn te creëren rond de implicaties van kunststoffen en microplastics in afvalstromen. Maar hoe doen we dat?
Onderwijs stimuleren en wetgeving verbeteren
Het informeren en opleiden van gebruikers is essentieel om de impact van polymeren op ons milieu te verminderen. Momenteel gebruiken sommige filamentverkopers vage termen als “bio-based” of “composteerbaar”, die ruimte laten voor interpretatie. Bovendien wordt de term “composteerbaar” gebruikt als een product industrieel composteerbaar is, of wanneer dit ook in de composthoop thuis kan. Echter zit er tussen deze twee soorten composteren een groot verschil, en zou het noodzakelijk moeten zijn om hier consequent aparte termen voor te gebruiken, aangezien 3D-printen een groeiende markt is en (beginnende) gebruikers vaak niet op de hoogte zijn van de specifieke materiaaleigenschappen. Duidelijke informatie en passende wetgeving zullen daarom nodig zijn om consumenten niet te misleiden. De EU heeft weliswaar adviezen en enkele normen over wanneer polymeren als biopolymeren of composteerbare polymeren kunnen worden aangemerkt, maar ze zijn niet allemaal wettelijk bindend. (bron: https://environment.ec.europa.eu/topics/plastics/biobased-biodegradable-and-compostable-plastics_en#law). Dit biedt filamentfabrikanten de mogelijkheid om aan ‘greenwashing’ te doen. Een bedrijf kan dan beweren dat hun product duurzamer is dan dat het in werkelijkheid is. Dit leidt ertoe dat consumenten denken dat ze duurzame aankopen doen, terwijl ze in werkelijkheid bijdragen aan schade aan het milieu, net als elk ander filament.
Samenvatting
Samenvattend brengt het recyclen van 3D-geprint afval meerdere uitdagingen met zich mee. Herkenning van afval in een grote stroom, het verzamelen en aanbieden van vooraf gesorteerd afval aan filamentfabrikanten, het recyclen van filament zelf, en het onderwijs, de wetgeving en de omgeving eromheen. Hoewel 3D-printafval momenteel als insignificant kan worden beschouwd in vergelijking met andere afvalstromen, zal deze markt een aanzienlijke groei zien. Om de milieu-impact nu en in de toekomst te minimaliseren, moet er zo snel mogelijk onderzoek worden gedaan en moeten verbeteringen worden geïntroduceerd als we de impact van kunststoffen uit een groeiende markt willen verminderen.
Als je deze blog interessant vond en graag meer wil lezen over dit specifieke probleem, of meer over FIP-AM@UT zelf, wil ik graag een van onze projecten in de schijnwerpers zetten. FIP-AM@UT heeft bijgedragen aan het project Waste2Print (https://fip.utwente.nl/nl/project/waste2print/). Samen met de bedrijven Riwald Recycling en 3devo richtten we ons op het omzetten van polymeerafval in 3D-printerfilament, waar nieuwe producten mee kunnen worden gemaakt die ook weer recyclebaar zijn. Bovendien zijn we altijd op zoek naar nieuwe projectpartners om aan huidige of toekomstige productie-uitdagingen te werken. Als u meer wilt weten over hoe we u van dienst kunnen zijn, neem dan contact met ons op via onze website.
Bedankt voor het lezen van deze blog.
