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持続可能な製造のための材料の考慮事項

Izzy de la Guardia 氏、シニア デザインおよび開発エンジニア、Kathleen Bollito 氏、カスタマー アプリケーション エンジニア

持続可能な部品を生産するための旅は、持続可能な設計やサプライ チェーンの実践にとどまりません。一部の素材は他の素材よりも環境に優しいため、慎重に素材を選択することで、製造をより持続可能なものにすることができます。持続可能な素材を使用することで、会社の環境への影響を減らすだけでなく、グリーン ビジネスとしての評判を築くことができます。さらに、消費者は環境に配慮した企業をより積極的にサポートします。

多くの金属は品質を損なうことなく繰り返しリサイクルできますが、プラスチックについては同じことは言えません。プラスチックの 91% はリサイクルされておらず、その多くは埋め立て地に捨てられています。改善の余地はたくさんあるので、持続可能な製造シリーズのこの第 1 部では、プラスチックを使用した持続可能な製造のための材料の考慮事項に焦点を当てます。調達、使用、廃棄に関連する環境コストが低い材料を選択する機会があります。

素材の持続可能な調達

部品をより持続可能なものにしようとしている場合は、材料の調達元を確認することから始めるのが最適です。まず、再生可能な資源または再生不可能な資源から調達された素材を使用するかを選択する必要があります。

再生可能な資源と再生不可能な資源

再生可能資源は、枯渇した量を補充するために補充できる天然資源です。時々、この補充は自然の生産によって達成されますが、それ以外の場合は、少し努力する必要があるかもしれません.たとえば、樹木は再生可能な天然資源です。しかし、再成長するよりも早く地域の木を伐採すると、新しい種や苗木を植える必要があります。

再生不可能な資源には限りがあります。多くの再生不可能な資源の供給は減少しており、多くは間もなく枯渇します。たとえば、ほとんどの見積もりでは、現在の石油採掘率を維持した場合、40 年または 50 年で世界の石油供給が枯渇すると予測されています。

天然資源の枯渇を減らすために、可能な限り再生可能な資源を使用してください。プラスチックの世界では、これは石油プラスチックよりもバイオプラスチックを使用することを意味します。石油プラスチックは再生不可能な原油から生産されますが、バイオプラスチックは再生可能なバイオマス材料または天然副産物から部分的または完全に得られ、化石燃料ベースの対応物よりも環境に優しいです。バイオプラスチックの一般的な材料には、わら、おがくず、コーンスターチ、ウッドチップ、植物油脂が含まれます。

バイオベースのプラスチックは生分解性であると考えるかもしれませんが、必ずしもそうとは限りません。たとえば、バイオ PET のような「ドロップイン バイオプラスチック」は化石燃料バージョンと化学的に同一であり、バイオマスに由来するだけであるため、生分解性ではなく、リサイクルのみ可能です。再生可能または再生不可能な資源ベースのプラスチックを選択するかどうかにかかわらず、未使用の材料の必要性をさらに減らし、リサイクル含有量の多いプラスチックを使用することで生産をより持続可能なものにすることができます.

リサイクル素材

リサイクル素材を使用して製造することで、元の素材の寿命が延びるため、未使用の素材をそれほど多く調達する必要はありません。これにより、材料費を削減し、製品の全体的な持続可能性を向上させることができます。結局、バージン プラスチックの代わりにリサイクル プラスチックを使用して 1 トンの製品を生産することで、1.6 トンの二酸化炭素排出が大気中に入るのを防ぎ、5 バレルの石油を節約できます。

金属はリサイクルしても劣化しませんが、多くのプラスチックは簡単にリサイクルできないか、物理的特性に大きな影響を与える前に数回しかリサイクルできません。多くの場合、許容できる材料特性を維持するために、リサイクル プラスチックとバージン プラスチックの混合物が使用されます。製造に使用されるリサイクル コンテンツを含む最も一般的なプラスチックには、ポリエチレン テレフタレート (PET) と高密度ポリエチレン (HDPE) があります。

製品の寿命について理解する

材料の供給源を考慮するだけでなく、製品寿命の終わりに何が起こるかを考えたいと思うでしょう.材料は、その化学組成に応じて、生分解性、堆肥化可能、リサイクル可能、または 3 つの組み合わせ (またはまったくない!) になる可能性があるため、材料を評価する際には違いを理解することが重要です。

生分解性と堆肥化可能なプラスチック

これらはしばしば同じ意味で使用されますが、堆肥化可能性と生分解性は同じではありません。堆肥化可能なプラスチックはすべて生分解性ですが、すべての生分解性プラスチックが堆肥化できるわけではありません。熱可塑性デンプンベースのプラスチック (TPS)、ポリブチレンサクシネート (PBS)、またはポリカプロラクトン (PCL) などの堆肥化可能なプラスチックは、土壌を豊かにする有機要素と栄養素に分解できます。生分解性プラスチックは、環境に害を与えることなく自然に崩壊しますが、必ずしも有機要素に分解されるとは限りません.

生分解性プラスチックは、オキソ生分解性 (酸化によって分解するプラスチック) と水生分解性 (加水分解によって分解するプラスチック) の 2 つのグループに分類されます。ハイドロ生分解性プラスチックは、オキソ生分解性プラスチックよりも速く分解する傾向がありますが、通常は工業的に堆肥化する必要があります。ハイドロ生分解性プラスチックと比較して、オキソ生分解性プラスチックは安価で、加工が容易で、機械的特性が優れています。

堆肥化可能なすべての製品が同じように作られているわけではありません。家庭用堆肥化可能な製品は、典型的な家庭や裏庭の堆肥の山での条件と温度で生分解します.ただし、工業用の堆肥化可能なプラスチックは通常、適切な時間枠内で分解するために、持続的な温度、炭素と窒素が豊富な材料の存在、またはより多くの空気を必要とします。

たとえば、ポリ乳酸 (PLA) は 136 度以上の温度でしか分解しないため、産業用堆肥化が必要です。ただし、ポリヒドロキシアルカノエート (PHA) は家庭で分解される可能性があります。そのため、PHA はより高価で、生成するためにより多くのエネルギーを必要としますが、適切な堆肥化施設で最終的にエンド ユーザーの処分に依存しないため、堆肥化する可能性が高くなります。市販の堆肥化可能なプラスチックを選択した場合は、適切な廃棄を促進する方法を検討することが重要です。明確なラベル表示または回収プログラムを検討してください。

リサイクル素材

生分解性の選択肢を調達できない場合、次善の策はリサイクル可能なプラスチックです。一般に、熱可塑性樹脂は熱硬化性樹脂よりもリサイクルがはるかに容易です。これは、熱可塑性樹脂が継続的に溶融および再形成されるためです。

最も一般的にリサイクルされるプラスチックには、消費者にプラスチックの種類とリサイクル可能性を知らせるリサイクル番号が割り当てられています。数値が小さいプラスチックは、数値が大きいプラスチックよりもリサイクルが容易です。一般的にリサイクルされたプラスチックには以下が含まれます:

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  • PET または PETE — ポリエチレン テレフタレート (PET) は、リサイクルが容易な軽量のプラスチックで、パッケージ、水筒、衣類、ファイバーフィル、ロープによく使用されます。
  • HDPE — 高密度ポリエチレン (HDPE) は、化学的に耐性があり、簡単にリサイクルできるプラスチックです。
  • PVC または V — ポリ塩化ビニル (PVC) は、適度にリサイクル可能な硬質の熱可塑性樹脂です。
  • LDPE — 低密度ポリエチレン (LDPE) は適度にリサイクル可能です。
  • PP — ポリプロピレン (PP) は丈夫で耐薬品性があり、リサイクル可能です。
  • 追記 — ポリスチレン (PS) は適度にリサイクル可能です。
  • その他 — #7 プラスチックはリサイクルできません。
  • 製品に適切なリサイクル番号をラベル付けすることで、エンド ユーザーがリサイクル可能なプラスチックと製品の廃棄方法を理解するのに役立ちます。製品のリサイクル番号を製品自体に含めるか (CNC 機械加工または製品へのレーザー彫刻など)、別の方法 (タグや取扱説明書など) で消費者に情報を伝える必要があります。 .ほとんどの街頭リサイクル プログラムは、それより少ない数を受け入れますが、一部の都市では、より多い数を受け入れない可能性があるため、これらのプラスチックは特別なプログラムを通じてリサイクルする必要があります.

    製品に明確なラベルを付けることに加えて、回収プログラムを確立して、材料の寿命を延ばすことができます。メールバック リサイクル プログラム、下取りプログラムの提供、または無料の回収サイトの運営を検討してください。

    アディティブ マニュファクチャリングにおける持続可能性

    より持続可能な 3D プリント材料を組み込むことを検討している場合は、考慮すべきオプションがいくつかあります。溶融堆積モデリング (FDM) 技術を使用しながら、リサイクルまたはバイオベースのプラスチック (カキや小麦をベースにしたフランコフィル フィラメントなど) で作られたフィラメントや、粉砕されたプラスチック チップを直接溶かすことができるペレット ベースの押出機を調べることができます。

    さらに、HP マルチ ジェット フュージョンのような生産システムは、バージン パウダーのパーセンテージと混合したときに、ビルドからの余分なパウダーのほとんどを将来のプロジェクトで再利用できるようにすることで、設置面積を最小限に抑えるように取り組んでいます。また、未回収の粉末やスクラップ部品をリサイクルして、フォードの生産部品と同様に射出成形用のストックを作成しています。

    アディティブ マニュファクチャリングの持続可能性に関しては、まだ長い道のりがありますが、多くの企業が革新と持続可能性を改善するための措置を講じています。藻類や海藻をベースにしたフィラメントや大豆をベースにした FilaSoy など、新しい持続可能な素材も常に開発されています。 Forust は、廃おがくずとバイオベースのリグニンを使用して木材を 3D プリントします。用途に適した市販のオプションを調査し、素材プロバイダーに問い合わせて、持続可能性においてどのような進歩を遂げているかを確認することは価値があります。

    射出成形とキャスト ウレタンの持続可能性

    射出成形とウレタン キャスティングでは、廃棄物を節約するための一般的なオプションとして、リサイクル コンテンツを含む材料の使用や再研磨 (射出成形プロセスからのスクラップを元の状態に戻す) が含まれます。さらに、サトウキビから作られたバイオ PET や PE、トウモロコシから作られたバイオ PC など、選択したプラスチックに代わるバイオベースの代替品があるかどうかを調べる価値があります。ヘンプ、ココナッツの殻、もみ殻、藻類などの持続可能なフィラー素材を選択することもできますが、部品のリサイクル可能性に悪影響を与えないように注意してください.

    環境に配慮した素材を使用する上での主な課題

    環境に優しい素材は環境により良いですが、それらを使用するのは難しい場合があります.たとえば、再生プラスチックを考えてみましょう。多くの場合、バージン プラスチックよりも分子構造が弱く、破損しやすくなります。また、化学薬品、衝撃、極端な温度に対する耐性が低い可能性があるため、消費者はバージン プラスチック製の製品を購入した場合よりも早く交換品を購入する必要があります。多くの場合、一般的なプラスチックのバイオベースバージョンのような持続可能な代替品は、一般的な石油ベースの対応物よりも高価になる可能性があります.さらに、市販されている持続可能な選択肢は一般的に少ないため、この分野でイノベーションを推進し続け、材料提供者に圧力をかけて、有害性の低い材料を開発して提供することが重要です。

    Fast Radius で持続可能な素材を選ぶ

    次のプロジェクトの素材を選ぶとき、特に持続可能性に関しては、考えなければならないことがたくさんあります。最近では、製造に使用される持続可能な材料がたくさんありますが、生分解性、堆肥化可能、リサイクル可能、またはまったく異なるものが必要かどうかを判断するのは難しい場合があります.経験豊富なメーカーがお手伝いします。

    Fast Radius と提携すると、当社の専門家チームが材料の選択をガイドし、プロジェクトに最適な決定を下すのに役立ちます。開始するには今すぐお問い合わせください。Fast Radius チームによるサステナビリティのベスト プラクティスにも注目してください。


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