可持续制造的材料注意事项
高级设计和开发工程师 Izzy de la Guardia 和客户应用工程师 Kathleen Bollito
生产可持续零件的旅程并不止于可持续设计或供应链实践。由于某些材料比其他材料更环保，因此做出深思熟虑的材料选择可以大大提高制造业的可持续性。除了减少贵公司对环境的影响外，使用可持续材料还有助于建立您作为绿色企业的声誉。此外，消费者更愿意支持对环境负责的公司。
虽然许多金属可以反复回收而不会降低质量，但塑料却不能这样说。 91% 的塑料没有被回收，其中大部分最终进入了我们的垃圾填埋场。有很大的改进空间，所以在我们可持续制造系列的第一部分中，我们将重点关注塑料可持续制造的材料考虑。有机会选择与采购、使用和处置相关的环境成本较低的材料。
材料的可持续采购
如果您想使零件更具可持续性，那么查看您的材料来源是一个很好的起点。首先，您需要在使用来自可再生资源或不可再生资源的材料之间做出选择。
可再生资源与不可再生资源
可再生资源是可以补充以替代枯竭量的自然资源。有时，这种补充是通过自然生产完成的，但有时，我们可能需要付出一点努力。例如，树木是一种天然的可再生资源。但是，当我们在一个地区砍伐树木的速度超过了它们的再生速度时，我们就需要种植新的种子和树苗。
不可再生资源是有限的——一旦它们消失了，它们就消失了。我们的许多不可再生资源的供应正在减少，许多资源很快就会用完。例如，大多数估计预测，如果我们继续目前的石油开采速度，我们将在 40 或 50 年内耗尽世界的石油供应。
为了减少自然资源的消耗，尽可能使用可再生资源。在塑料世界中，这意味着使用生物塑料而不是石油塑料。石油塑料由不可再生原油生产，而生物塑料部分或全部来自可再生生物质材料或天然副产品，比基于化石燃料的同类产品更环保。生物塑料中常见的材料包括稻草、锯末、玉米淀粉、木片和植物油脂。
尽管您可能认为生物基塑料是可生物降解的，但情况并非总是如此。例如，像 bio-PET 这样的“嵌入式生物塑料”在化学上与化石燃料版本相同，只是来自生物质，因此它们不可生物降解，只能回收利用。无论您选择可再生还是不可再生资源基塑料，您都可以通过使用具有更高回收含量的塑料进一步减少对原始材料的需求，并使生产更具可持续性。
回收材料
使用回收材料制造可延长原始材料的使用寿命，因此您不必采购尽可能多的原始材料。这可以帮助您降低材料成本，并大大提高产品的整体可持续性。毕竟，使用再生塑料而不是原生塑料生产一吨产品可以防止 1.6 吨二氧化碳排放到大气中，并节省 5 桶石油。
虽然金属在回收时不会降解，但许多塑料不易回收或只能回收几次后其物理性能受到显着影响。在许多情况下，人们使用再生塑料和原始塑料的混合物来保持可接受的材料特性。用于制造的最常见的含有回收成分的塑料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 和高密度聚乙烯 (HDPE)。
了解产品的使用寿命
除了考虑材料来源之外，您还需要考虑产品生命周期结束时会发生什么。材料可以是可生物降解的、可堆肥的、可回收的，也可以是这三者的某种组合（或没有！），这取决于它们的化学成分，因此在评估材料时了解它们之间的差异很重要。
可生物降解塑料与可堆肥塑料
尽管它们经常互换使用，但可堆肥性和生物降解性并不相同。每种可堆肥塑料都是可生物降解的，但并非每种可生物降解塑料都是可堆肥的。可堆肥塑料，例如热塑性淀粉基塑料 (TPS)、聚丁二酸丁二醇酯 (PBS) 或聚己内酯 (PCL)，可以分解成有机元素和养分，从而丰富土壤。可生物降解的塑料会自然腐烂，不会对环境造成危害，但不一定会分解成有机元素。
可生物降解的塑料分为两类——可生物降解的（通过氧化分解的塑料）和可水生物降解的（通过水解分解的塑料）。水合生物降解塑料的分解速度往往比氧生物降解塑料快，但通常必须进行工业堆肥。与水基生物降解塑料相比，氧代生物降解塑料成本更低，更易于加工，并且具有更好的机械性能。
并非所有可堆肥产品都是一样的。家庭可堆肥产品将在典型家庭或后院堆肥堆的条件和温度下生物降解。然而，工业可堆肥塑料通常需要持续的温度、富含碳和氮的材料的存在或更多的空气才能在合理的时间范围内分解。
例如，聚乳酸 (PLA) 需要工业堆肥，因为它只会在 136 度以上的温度下降解。但是，聚羟基链烷酸酯 (PHA) 可以在家中分解。因此，虽然 PHA 更昂贵并且需要更多的能源来生产，但它堆肥的可能性更高，因为它不依赖最终用户的处置来最终进入正确的堆肥设施。如果您选择商业可堆肥塑料，重要的是要考虑如何促进适当的处置。考虑清晰的标签或回收计划。
回收材料
如果您无法获得可生物降解的选择，那么下一个最好的选择是可回收塑料。一般来说，热塑性塑料比热固性塑料更容易回收，因为它们可以不断熔化和重整。
最常见的回收塑料都有一个指定的回收编号，告诉消费者塑料的类型和可回收性。数量较少的塑料比数量较多的塑料更容易回收。常见的再生塑料包括：
- PET 或 PETE — 聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 是一种轻质塑料，易于回收利用，通常用于包装、水瓶、服装、纤维填充物和绳索。
- 高密度聚乙烯—— 高密度聚乙烯 (HDPE) 是一种耐化学腐蚀且易于回收的塑料。
- PVC 或 V — 聚氯乙烯 (PVC) 是一种刚性热塑性塑料，可适度回收。
- 低密度聚乙烯—— 低密度聚乙烯 (LDPE) 可适度回收。
- PP—— 聚丙烯 (PP) 坚韧、耐化学腐蚀且可回收利用。
- PS—— 聚苯乙烯 (PS) 可适度回收。
- 杂项—— #7 塑料不可回收。
通过使用适当的回收编号标记您的产品，您可以帮助最终用户了解哪些塑料是可回收的，以及他们应该如何处理他们的产品。您需要在产品本身上包含产品的回收编号（例如，CNC 加工或将文本激光雕刻到产品上）或以其他方式将信息传递给您的消费者（例如，在标签或说明手册中） .大多数路边回收计划都接受较低的数字，但有些城市可能不会接受较高的数字，因此这些塑料需要通过特殊计划进行回收。
除了清楚地标记您的产品外，您还可以制定回收计划以帮助延长您的材料寿命。考虑提供邮寄回收计划、以旧换新计划或组织免费收集网站。
增材制造的可持续性
如果您希望采用更可持续的 3D 打印材料，可以考虑几个选项。在使用熔融沉积成型 (FDM) 技术时，您可以探索由回收塑料或生物基塑料制成的长丝（如牡蛎和小麦基 Francofil 长丝）或可直接熔化碎塑料碎片的基于颗粒的挤出机。
此外，HP Multi Jet Fusion 等生产系统正在努力减少其占地面积，方法是在未来的项目中将大部分多余的粉末与一定比例的原始粉末混合后重复使用。他们还回收未回收的粉末和废旧零件来制造注塑成型原料，就像这些生产的福特零件一样。
在增材制造的可持续性方面，我们还有很长的路要走，但许多公司正在采取措施创新和提高可持续性。新的可持续材料也在不断开发中，例如基于藻类和海藻的长丝以及基于大豆的 FilaSoy。 Forrust 使用废木屑和生物基木质素来 3D 打印木材。值得研究哪些商业可用选项可能适用于您的应用，并咨询您的材料供应商以了解他们在可持续性方面取得了哪些进展。
注塑成型和浇注聚氨酯的可持续性
在注塑成型和聚氨酯铸造中，流行的节省浪费的选择包括使用具有可回收成分的材料或重新研磨（将注塑成型过程中的废料送回自身）。此外，如果您选择的塑料有生物基替代品，例如由甘蔗制成的生物 PET 或 PE 或由玉米制成的生物 PC，则值得研究。您还可以选择可持续的填充材料，例如大麻、椰子壳、稻壳和藻类，但请注意确保它们不会对零件的可回收性产生负面影响。
使用绿色材料的主要挑战
绿色材料对环境更好，但使用它们可能具有挑战性。以再生塑料为例。它们通常具有比原始塑料更弱的分子结构，并且更容易破损。它们对化学品、冲击和极端温度的抵抗力也可能较差，因此与购买由原生塑料制成的产品相比，消费者需要更快地购买替代品。在许多情况下，可持续替代品（例如普通塑料的生物基版本）可能比普通的石油基同类产品更昂贵。此外，商业上可用的可持续选择通常较少，因此继续推动该领域的创新并向材料供应商施加压力以开发和提供危害较小的材料非常重要。
选择具有快速半径的可持续材料
在为您的下一个项目选择材料时，需要考虑很多事情，尤其是在可持续性方面。如今，制造中使用了大量可持续材料，但要确定您是否需要可生物降解、可堆肥、可回收或完全不同的材料可能具有挑战性。有经验的制造商可以提供帮助。
当您与 Fast Radius 合作时，我们的专家团队可以指导您选择材料，帮助您为项目做出最佳决策。立即联系我们开始使用，并密切关注我们 Fast Radius 团队的更多可持续发展最佳实践。
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