3Dプリントが持続可能で環境に優しい製造を推進する方法

より環境意識の高い製造の時代に入り、新技術が逆行させているのではないかという懸念が数多く存在します。3Dプリントへの懸念は、プラスチックの大量使用と電力消費に集中することが多く、時としてそれらの指摘は妥当です。しかし、業界関係者はこうした不満を解消する有効な解決策を模索し続けています。多くの設計者が、新技術、材料、サプライチェーンの変革を通じて3Dプリントをより持続可能で環境に優しいものにしようとしています。主な取り組みをいくつかご紹介します。

フィラメントのリサイクル

フィラメントのリサイクルは環境に優しいだけでなく、自社のワークショップやビジネスで実践すべき良い習慣でもあります。造形失敗品、不良品、作業スペースの雑然としたものなど、古いプリント品やアイテムをリサイクルすることは有益です。一部の企業はフィラメントリサイクルキットなどでこの市場の隙間を埋めており、さらに産業用プラスチックを大規模に洗浄・再利用する企業も現れています。

より野心的な取り組みとして、Clean Currentsのような企業は海洋プラスチックと完全に互換性のある特殊な3Dプリンターを提供し、ユーザーがプリントしながら環境浄化に貢献できるようにしています。Trimatis LLCのような企業もプラスチック廃棄物をフィラメントに変換しています。この可能性は非常に有望視されており、米軍でさえ廃棄予定の部品からリサイクルプラスチックを3Dプリントし、輸送コストの削減と効率化を図ろうとしています。

同様に、3devoのような企業はフィラメントシュレッダーとスプール製造技術を提供し、ユーザーが古いプラスチックを捨てるのではなく再利用できるようにしています。古いプラスチックからペレットを作っているユーザーにとっては、さらに容易な作業となります。

しかし、材料面での取り組みはリサイクル可能なフィラメントやペレットだけにとどまりません。

持続可能な材料と建設

3Dプリントで最も一般的に使用される材料の一つであるPLA（ポリ乳酸）は生分解性ですが、他のすべての追加製造用熱可塑性プラスチックが生分解性であるわけではありません。では、なぜ非生分解性プラスチック製のフィラメントが存在し続けるのでしょうか？研究者たちは、こうした環境に優しくない選択肢を完全に排除しつつ、新しい材料特性を提供する複数の代替案を提示しています。

新技術により、独自の目的で使用できる多様な材料が3Dプリントで利用可能になっています。その一つがMITによって開発された抗菌性3Dプリントセルロースフィラメントです。これは医療用途での強力な選択肢となり得て、FDA承認材料を容易に作成でき、廃棄時の持続可能な廃棄物処理の懸念を軽減します。また機械的特性においてもかなり強靭で、安価に製造可能です。

注目に値するもう一つの潜在的技術は、企業が開発しているバイオプラスチックヘンプフィラメントです。3D4MAKERSはそのようなフィラメントを製造する企業の一つで、層間接着性に優れています。

フィラメント以外でも、3Dプリント建設の世界には、将来の建築プロジェクトにとって非常に魅力的な選択肢となり得る有望な材料が数多く存在します。様々なプロジェクトが、セメント部門が世界で第3位の産業エネルギー消費者、第2位の産業CO2排出源となっているコンクリートの持続可能な製造方法を模索しています。そのため、FICEP S3のような企業は、MJFやSLSなどのプロセスで3Dプリントと後処理から出る廃棄物を再利用し、新しいハイブリッドコンクリートを作るシステムを開発しました。Project BCNは、廃棄物をより持続可能な混合コンクリートに変えることを目指しており、従来の製造材料に伴う様々な問題を軽減できる可能性があります。

同様に、有機化合物も3Dプリント住宅に使用されています。これらの化合物は単なる環境に優しい好奇心の対象ではなく、構造物の高速プリントを可能にするソリューションを提供するものもあります。エストニア生命科学大学とタルツ大学は、湿地環境で形成される分解植物からなる天然素材「ピート」を用いた実験を行っています。地球上で最も効率的な炭素吸収源の一つであるピートは炭素化合物を貯蔵できるため、この取り組みに特に有用です。世界の特定地域では1世紀以上にわたり重要な燃料源として利用されてきましたが、科学者たちはそれを環境負荷を減らす有機住宅素材に変える方法を見出しました。このプロセスは廃棄物も活用し、リサイクルを支援します。

他の研究者たちは、月面レゴリスの変換プロジェクトなど、土壌3Dプリントに取り組んでいます。これらの実験は、より豊富な代替材料を使用し、古い要素をリサイクルして新しい構造物を作る方向へと私たちを近づけています。

太陽光発電3Dプリントシステム

3Dプリンターがより広範な産業で普及するにつれ、大量のエネルギーを消費するようになります。しかし、そのエネルギーが従来の手段から供給されなければならないというわけではありません。太陽光発電は依然として発展途上ですが、代替エネルギーの聖杯とされ、多くの企業が3Dプリンターで太陽電池を開発したり、直接太陽エネルギーを追加製造デバイスに活用したりしています。

3Dプリント太陽電池には明確な利点があります。これらはより軽量で安価であり、場合によってはプリントにより廃棄物を大幅に削減できます。MJFのような手法はしばらく前から3Dプリント太陽光システムに使用されてきました。Nano Dimensionはこの点で特に注目されており、イスラエルのスタートアップ企業と提携してこうした持続可能なエネルギーソリューションを生み出しています。一部の企業は柔軟な太陽電池の開発さえ進めており、これは従来の製造では不可能な展望です。

3Dプリントは太陽電池の効率向上にも貢献しています。例えばT3DPは、Daniel Clarkの指導の下2013年に開始された3Dプリント研究プロジェクトで、特許取得済みの体積3Dプリントを用いて現在の太陽電池の変換効率を倍増させることを目指しています。要するに、T3DPは手頃で実用的な3Dプリント太陽電池の創造を目指しています。彼らの研究は、太陽電池用ペロブスカイト材料の化学化合物に関する先行研究を活用しており、より強力で安定した太陽電池構築材料を提供できます。

一方で、太陽エネルギーで動作する3Dプリンターを開発している企業もあります。このようなコンセプトは長年オープンソース技術として利用可能でした。環境メリットに加え、このようなプリンターは電力のない遠隔地でのプリントを可能にするという利点もあります。これがre:3DのGigabotでの取り組みの動機となっています。Gigabotはオフグリッド3Dプリントデバイスで、太陽の力を活用して電力のない地域に追加製造をもたらす可能性を秘めています。