Negli ultimi dieci anni la stampa 3D ha catturato l'immaginazione del grande pubblico, ingegneri e visionari ambientali. È stato salutato sia come una rivoluzione nella produzione che come un'opportunità per un notevole miglioramento ambientale.

La stampa 3D ha due attributi chiave che portano gli appassionati a definirla una tecnologia "verde". Primo, molti sistemi di stampa 3D generano pochissimi rifiuti, a differenza delle tecniche di produzione convenzionali come lo stampaggio a iniezione, colata, stampaggio e taglio. Secondo, stampanti 3D nelle case, negozi e centri comunitari possono utilizzare progetti digitali per realizzare prodotti in loco, riducendo la necessità di trasportare i prodotti agli utenti finali.

Però, esiste un'analisi quantitativa limitata delle prestazioni ambientali della stampa 3D. Gran parte di esso si concentra solo sull'energia utilizzata durante la produzione, piuttosto che includere gli impatti della produzione di materie prime, utilizzo del prodotto stesso, o la gestione dei rifiuti. Per colmare questa lacuna, abbiamo organizzato un numero speciale del Journal of Industrial Ecology della Yale University. Abbiamo scoperto che l'entusiasmo per le possibilità di notevoli miglioramenti ambientali deve essere moderato con una comprensione della tecnologia, come sarebbe attuato, e il suo attuale stato di sviluppo.

Principalmente per l'industria

La maggior parte dei consumatori che hanno visto le stampanti 3D le conosce come piccole, macchine squadrate simili alle stampanti a getto d'inchiostro. Questi sistemi possono realizzare prodotti semplici come fermaporte, apribottiglie e manici per borse della spesa, tipicamente da un unico materiale.

La stampa 3D è infatti una famiglia di tecnologie utilizzate principalmente nell'industria, dove si chiama produzione additiva. Questi sistemi producono oggetti, sulla base di informazioni digitali, aggiungendo strati successivi di materiali. Questi articoli vengono quindi ulteriormente elaborati e assemblati in prodotti come componenti di motori a reazione, apparecchi acustici, impianti medici e numerosi diversi tipi di parti complesse per apparecchiature industriali. La produzione additiva è quindi un complemento ai processi di produzione convenzionali, non un sostituto per loro.

L'industria ha utilizzato la produzione additiva per diversi decenni per creare prototipi da utilizzare nella progettazione del prodotto e nella pianificazione della produzione. Ora le tecnologie stanno diventando più sofisticate, e vengono utilizzati per realizzare parti e prodotti per uso finale.

La produzione additiva è particolarmente utile per realizzare parti personalizzate e piccoli lotti di oggetti complessi a un costo inferiore rispetto alla produzione convenzionale, che spesso richiede una preparazione lunga e costosa delle attrezzature di produzione.

Spazzatura su richiesta?

La nostra revisione della ricerca emergente indica che la produzione additiva non è automaticamente un bene per l'ambiente. Le parti prodotte in questo modo spesso richiedono un'ulteriore elaborazione per conferire loro le dimensioni o l'aspetto corretti. Ciò può consumare risorse o generare ulteriori impatti ambientali.

Gran parte della ricerca che abbiamo esaminato suggerisce che considerazioni apparentemente banali, come il modo in cui sono configurate le apparecchiature di produzione additiva, l'assetto operativo, e scelte sull'elaborazione dei dettagli, ad esempio lo spessore degli strati aggiunti – hanno un grande impatto sulle prestazioni ambientali complessive. Gli scienziati stanno anche iniziando a studiare l'esposizione alle emissioni di minuscole particelle di plastica e i rischi per la sicurezza durante l'uso di macchinari per la produzione additiva.

È importante sottolineare che la produzione additiva non è un processo intrinsecamente privo di sprechi. Per esempio, alcune tecnologie richiedono l'uso di strutture di supporto temporanee durante la produzione per evitare che gli oggetti si deformino o collassino durante la formazione. Questi supporti non possono sempre essere rilavorati in materie prime. È anche importante considerare se la plastica, i metalli o i materiali misti utilizzati nelle parti realizzate con la produzione additiva possono essere riciclati.

Un'altra preoccupazione è che la produzione su richiesta e la personalizzazione senza fine potrebbero portare a un aumento drammatico dei prodotti di consumo usa e getta, o "crapjects, " come li chiamano alcuni commentatori. Produrre scarpe, bigiotteria o articoli per la casa in vari colori o disegni su richiesta potrebbero portare il "fast fashion" a un livello completamente nuovo.

Realizzare benefici ambientali

Allo stesso tempo, decentralizzato, la produzione personalizzata è un'interessante opportunità ambientale. Nasce da una visione di produrre oggetti nelle fabbriche locali, o anche a casa, e realizzare solo il prodotto specifico che si desidera, piuttosto che fare un intero lotto in una posizione lontana, quindi la spedizione e lo stoccaggio degli articoli in grandi quantità.

Attualmente, però, la maggior parte dei prodotti che potrebbero essere realizzati in questo modo deve essere abbastanza semplice da produrre su stampanti 3D entry-level, solitamente da un unico materiale. Ma ancora più importante, la lavorazione delle materie prime per la produzione additiva può consumare più energia rispetto alla produzione con la tecnologia di produzione convenzionale e alla spedizione del prodotto finale agli utenti finali.

Realizzare pezzi di ricambio attraverso la produzione additiva ha un reale potenziale per prolungare la durata dei prodotti, anche se potrebbe anche rimanere più vecchio, apparecchiature meno efficienti dal punto di vista energetico in uso più a lungo. Per rendere questa un'opzione comune, alcune parti dovranno essere progettate specificamente per essere prodotte attraverso la produzione additiva.

Qui, anche se, le questioni relative alla proprietà intellettuale potrebbero porre grandi sfide. Gli utenti di stampanti 3D potrebbero non avere il diritto legale di produrre parti e prodotti da progetti creati dai produttori originali. E quei produttori potrebbero non trovare nel loro interesse economico consentire l'uso del design. Gli utenti di stampanti 3D potrebbero voler realizzare pezzi di ricambio per, dire, un'auto più vecchia, ma il produttore dell'auto potrebbe non voler condividere i progetti per quelle parti.

La produzione additiva ha potenti capacità per produrre oggetti con forme e spazi interni molto complicati, ad esempio parti specializzate per aeromobili che possono ridurre il peso, riducendo così il consumo di carburante e le emissioni di gas serra. Molti ricercatori pensano che la capacità di realizzare parti così complicate, e conseguenti guadagni in termini di efficienza energetica, possono offrire i maggiori benefici ambientali dalla produzione additiva.

Opportunità in vista

La produzione additiva è molto efficace per la produzione di un numero limitato di parti o prodotti specializzati. I suoi potenziali vantaggi ambientali risiedono attualmente nella produzione di pezzi di ricambio su richiesta, e soprattutto nella creazione di parti specializzate che riducono il consumo energetico dei prodotti durante l'uso. Altri vantaggi possono essere realizzati man mano che le tecnologie continuano ad avanzare.

Nonostante le affermazioni sui benefici ambientali di questa tecnologia, è importante rendersi conto che questi sistemi non sono stati progettati pensando all'efficienza ambientale. Sebbene alcune applicazioni di stampa 3D potrebbero non essere desiderabili dal punto di vista ambientale, ci sono molte opportunità di miglioramento che non sono ancora state perseguite. Il primo passo è una maggiore ricerca sugli impatti ambientali della produzione di materiali utilizzati nella stampa 3D, come vengono utilizzati i prodotti 3D, e i rifiuti che generano.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.