הדפסת תלת־ממד בדרך בת־קיימה

למה להמשיך בתהליכי ייצור שמבזבזים חומרי גלם ואנרגיה, כשאפשר לייצר באופן מדויק יותר עם הרבה פחות פסולת? הדפסת תלת־ממד, או ייצור תוספתי, היא חלופה שמאפשרת לצמצם חומרי גלם, לקצר שרשראות אספקה ולהפחית פליטות. הנציבות האירופית מעריכה שעד 2050 ייצור תוספתי עשוי לצמצם את צריכת חומרי הגלם ב־90% - פוטנציאל רב מבחינת השפעה סביבתית. אבל לצד היתרונות יש גם אתגרים: צריכת אנרגיה, פליטות מזהמים ואיכות חומרים.

התרומה הסביבתית המובהקת ביותר של הדפסת תלת־ממד היא צמצום פסולת. בייצור תוספתי כמות החומר קרובה מאוד למוצר הסופי, ולכן כמות הפסולת עשויה להיות נמוכה ב־70% עד 90% משיטות אחרות.

הסיפור הסביבתי של הדפסת תלת־ממד לא מסתיים בתהליך - הוא תלוי מאוד בחומרי הגלם. פלסטיק הוא החומר הנפוץ ביותר, ויש כמה סוגים עיקריים. פולילקטיד (PLA) הוא חומר תרמו־פלסטי ביולוגי שמופק מעמילן תירס או מקנה סוכר. הוא מתכלה בתנאים תעשייתיים מתאימים ונחשב פתרון "ירוק" יחסית, אם כי נדרש מערך קומפוסטציה תעשייתי כדי שיתפרק באמת. לעומתו ABS הוא פלסטיק מבוסס נפט - עמיד וחזק אך קשה למיחזור, ותהליך הייצור שלו עתיר אנרגיה ופליטות.

מעבר לחומרים פלסטיים, יש הדפסת מתכת - בטיטניום, נירוסטה, אלומיניום ועוד. כאן מתקבלים חלקים חזקים ועמידים מאוד, אך המחיר הוא צריכת אנרגיה גבוהה מאוד להתכת אבקות המתכת. התקדמות בשיטות המיחזור מאפשרת היום לאסוף אבקת מתכת עודפת ולהחזיר אותה למעגל הייצור, אך עדיין נדרשת אנרגיה בכמות גדולה.

בענף הבנייה נכנסת לבמה הדפסת בטון: היא מאפשרת כוונון מדויק של מבנה הקיר, הפחתה בחומר ושימוש בחומרים ממוחזרים - מבטון גרוס ועד תוצרי לוואי תעשייתיים. בכך מצטמצמת הכרייה של חומרי גלם חדשים.

יתרונות סביבתיים לעומת ייצור רגיל

כשמשווים הדפסת תלת־ממד לשיטות ייצור מסורתיות כגון הזרקת פלסטיק או עיבוד שבבי ב־CNC, היתרון הברור הוא פחות בזבוז חומר ואפשרות לייצור מקומי ומותאם. ב־CNC, לדוגמה, חלק גדול מהגוש המקורי נהפך לשבבים. בהזרקה נדרשות תבניות יקרות, ולכן נוטים לייצור המוני ולעיתים מוגזם. הדפסת תלת־ממד מאפשרת לייצר גם יחידה יחידה באופן כלכלי ולהתאים את הגיאומטריה כך שתהיה קלה ויעילה. הדבר מפחית משקל, חוסך חומר וחוסך אנרגיה בשימוש (למשל במטוסים או מכוניות). כאשר מוסיפים לכך את האפשרות לייצר קרוב ללקוח ולצמצם במידה ניכרת שינוע ואריזה, נוצר מודל שמפחית פליטות לאורך כל מחזור החיים של המוצר.

אלא שהדפסת תלת־ממד לא ידידותית לסביבה באופן טבעי. במקרים רבים, בייחוד בהדפסת מתכת או הדפסות פלסטיק איכותיות ואיטיות, צריכת האנרגיה ליחידת חומר גבוהה בהרבה מהייצור המסורתי, לעיתים פי 50 עד 100. האנרגיה נצרכת בשלושה שלבים עיקריים: חימום פלטפורמה וחומר, תהליך ההדפסה עצמו (עשוי להימשך שעות או ימים) וקירור מבוקר של החלק. אם החשמל מגיע ממקורות פוסיליים, טביעת הרגל הפחמנית עלולה להיות גבוהה, גם אם הפסולת מעטה.

קיים גם נושא הפליטות במהלך ההדפסה. חלק מהמדפסות משחררות תרכובות אורגניות נדיפות (VOCs) וחלקיקים זעירים שעשויים להשפיע על איכות האוויר בחלל סגור. הדפסות במהירות גבוהה ובטמפרטורות גבוהות מגבירות את הפליטות האלה. שימוש בשרפים מסוימים ובכימיקלים לתהליכי גימור (ליטוש, שטיפה, ציפוי) יוצר פסולת כימית שחייבים לטפל בה בזהירות. גם כמות מסוימת של פסולת פיזית נשארת: הדפסות כושלות, תמיכות שלא משתמשים בהן או חלקים שמסיימים את חייהם במזבלה אם לא תוכננו למיחזור.

המגמות העתידיות בתחום זה ברורות: חומרים מתכלים ומבוססים על חומרים טבעיים, מדפסות חסכוניות באנרגיה, שימוש נרחב באנרגיה סולרית ופתרונות מקומיים. חוקרים מפתחים דורות חדשים של ביו־פלסטיק שמתפרק ללא חלקי מיקרו־פלסטיק, ואבקות על בסיס חומרים ביולוגיים לענפים תעופה ורפואה. היצרניות משפרות את יעילות המדפסות, מערכות כגון הדפסה אקולוגית מדגימות הדפסה סולרית, וייצור ישיר מגרגרים או פתיתים במקום חומר הדפסה סטנדרטי חוסך שלבים אנרגטיים בדרך.

לסיכום, הדפסת תלת־ממד אינה פתרון קסם, אך יש בה פוטנציאל עצום לייצור יעיל, מקומי וקשוב יותר לסביבה. אם נבחר בחומרים הנכונים, נטמיע אנרגיה מתחדשת, נמחזר פסולת ונימנע מייצור יתר, הדפסת תלת־ממד עשויה להיות אחת מאבני היסוד של תעשייה נקייה וחכמה יותר בעשורים הקרובים.

לפרטים נוספים