Is additive manufacturing duurzaam?

Geplaatst door Maartje Henket

Duurzaamheid staat bovenaan de agenda bij bedrijven en consumenten. En additive manufacturing (AM), ook bekend als 3D-printen, wint terrein als duurzaam alternatief voor traditionele productietechnieken voor bijvoorbeeld rapid prototyping, productie van reserveonderdelen en ‘mass customization’. Maar zijn we ons volledig bewust van de impact die AM kan hebben op de maatschappij, en hoe duurzaam is het?

Tags:
stuk bot met een 3d geprin hulpstuk
Door operaties voorspelbaarder te maken, kunnen chirurgen procedures in één keer goed uitvoeren, waardoor het aantal behandelingen en de duur ervan kunnen worden beperkt. Dit komt ook de maatschappij en het milieu ten goede door minder reizen en ziekenhuisverblijf en maakt waardevolle middelen voor de gezondheidszorg vrij.

Tekst en beeld: Materialise

Materialise organiseerde een gesprek met Sherri Monroe, executive director van de Additive Manufacturer Green Trade Association (AMGTA), en Leen Kuijken, hoofd Sustainability and Corporate PMO bij Materialise. De AMGTA is opgericht om de milieuvoordelen van additive manufacturing te bevorderen. Het Belgische Materialise, opgericht in 1990, is een van de pioniers op het gebied van 3D-printen in al zijn facetten.

Waarom is duurzaamheid zo belangrijk in AM?

“Nou, duurzaamheid is om een paar redenen belangrijk”, begint Monroe. “Bij elk type productie komt het gesprek vanzelf op gang. Ofwel zijn bepaalde bedrijven persoonlijk gemotiveerd, ofwel zullen hun klanten en werknemers de vraag stimuleren. Bedenk wel dat hoewel AM het potentieel heeft om op verschillende manieren duurzaam te zijn, het niet per definitie duurzamer is.

“Een voordeel voor ons om meer duurzame praktijken toe te passen in AM is dat, hoewel AM al een tijdje bestaat, ons denkproces over hoe we met AM werken vrij nieuw is. Het is niet zo dat we dingen al 30 jaar op een bepaalde manier doen; het terrein is onrustig, dus er is geen kans op traagheid. We hebben het potentieel om de dingen op de juiste manier te gaan doen – een duurzame manier. We kunnen behouden wat zinvol is en tegelijkertijd valkuilen vermijden, zoals de reeds bestaande infrastructuur, die in de traditionele productie duidelijk aanwezig is. Naarmate meer en meer bedrijven deze mentaliteit aannemen en vooruitgang boeken, zal duurzaamheid een belangrijk onderdeel van deze vooruitgang zijn en bedrijven een ongelooflijke kans bieden om te gedijen.

Kuijken is het daarmee eens: “Ik onderschrijf deze punten volledig. Ik denk ook dat het ongelooflijk belangrijk is dat, aangezien deze ‘mindset’ nieuw is, wij – de industrie – deze gelegenheid moeten aangrijpen om te blijven investeren in onderzoek en data. Omdat het ons aan zoveel gegevens ontbreekt, zijn er veel voorbeelden waarbij we niet weten hoe duurzaam een bepaald product of proces is – en dat is cruciaal, want duurzaamheid is belangrijk in alle lagen van de bevolking en in alle sectoren. We moeten voortdurend investeren in levenscyclusanalyses (LCA’s – red.), partnerschappen opzetten en onderhouden om meer inzicht te krijgen, en uitzoeken hoe we elkaar kunnen ondersteunen om belangrijke uitdagingen aan te pakken. Hoe kunnen we bijvoorbeeld energie besparen, duurzamere materialen zoals gerecycled poeder gebruiken en in welke alternatieve materialen kunnen we in de toekomst investeren of onderzoek doen?”

Monroe vult aan: “Precies, en om voort te bouwen op Leen’s idee over data, we – de AMGTA – hebben verschillende soorten publiek; het AM-publiek dat nieuw is in duurzaamheid en de duurzaamheidsorganisaties die zich niet bewust zijn van AM in het algemeen. We willen een dialoog creëren met beide groepen, omdat beiden elkaars potentieel zien, maar niet weten hoe ze hun respectievelijke kwaliteiten kunnen benutten. Daarom kunnen we samen uitbreiden door samen te werken. Maar beide groepen hebben het vertrouwen nodig dat de mogelijkheden van de ander echt de moeite waard zijn, en onafhankelijke gegevens, beoordelingen en LCA’s kunnen daar alleen maar toe bijdragen. Ongeacht of het resultaat positief of negatief is, de informatie kan worden geanalyseerd en overgedragen aan andere projecten. Als bedrijven en organisaties honderdduizenden of misschien wel miljoenen dollars of euro’s gaan uitgeven aan AM en duurzaamheid, willen ze enige zekerheid dat er hier echt potentieel is.”

Kuijken kan dit beamen: “Daar ben ik het mee eens. Gelukkig neemt de AM-business duurzaamheid nu serieuzer. In het verleden werd beweerd dat AM ‘groen’ was, en dit werd gezien als een synoniem voor duurzaamheid. AM maakt on-site productie mogelijk, dus minder transportemissies. En het maakt lichte structuren mogelijk, waardoor het gewicht van voertuigen en vliegtuigen vermindert – wat weer leidt tot lagere emissies. Hoewel het een gemakkelijke conclusie is, is het ook een onjuiste. Onderzoeksgegevens en onafhankelijke analyses, zoals LCA’s, tonen aan of een proces duurzaam is. Het is essentieel dat de industrie haar verantwoordelijkheid neemt en dapper genoeg is om aan te tonen wanneer een methode succesvol is met betrekking tot duurzamere productie, of wanneer alternatieven beter zijn, en deze resultaten publiceert. De samenleving wacht erop dat bedrijven en de industrie hun verantwoordelijkheid nemen, aangeven waar we kunnen verbeteren en de volgende grote stap voorwaarts zetten.”

Hoe serieus neemt de AM-industrie duurzaamheid?

“De AM-industrie wordt steeds duurzamer, vooral sinds organisaties zoals Materialise zeggen dat een proces als 3D-printen niet alleen op zich duurzaam is; je moet het op de juiste manier gebruiken en jezelf duurzaam inrichten”, legt Kuijken uit. “Het is bijvoorbeeld geen geheim dat AM-processen zeer energie-intensief zijn. Emissies bij AM productie komen van de productie van het poeder en de elektriciteit die gebruikt wordt bij het printproces. Het is belangrijk dat we deze factoren onderzoeken en dat we er transparant over zijn. Eens je de grootste factoren kent, kan je de juiste acties ondernemen om je uitstoot te verminderen – bijvoorbeeld door poeder vaker te hergebruiken en over te schakelen op hernieuwbare elektriciteit.”

Monroe: “Daar ben ik het mee eens. Ik heb een conferentie in München bijgewoond en in elke paneldiscussie werd duurzaamheid genoemd, ook al was dat niet het onderwerp. Iedereen probeert uit te zoeken hoe duurzaamheid in zijn bedrijfsmodel past en waar de kansen liggen. Persoonlijk vind ik dat bemoedigend. Ik denk echter niet dat bedrijven een keuze zullen hebben. Klanten, werknemers en de maatschappij eisen dit op dit moment in toenemende mate. De pandemie en andere wereldwijde gebeurtenissen van de afgelopen jaren hebben dit bij de mensen op de voorgrond geplaatst, terwijl dat drie of vier jaar geleden misschien nog niet het geval was.”

Wat duurzaamheid voor het milieu betreft, hebben bedrijven en organisaties het meestal over CO2 en het terugdringen van de uitstoot van broeikasgassen. Hoe belangrijk is dit? Zijn er andere aspecten die ze ook zouden moeten aanpakken?

“Hoewel ik eerder CO2 noemde, is duurzaamheid veel meer dan dat”, weet Kuijken. “Dat is een punt dat we keer op keer moeten maken en blijven maken. Naast CO2 heeft duurzaamheid ook milieuaspecten, zoals het onderzoeken van de toxiciteit van producten en materialen, en er is ook sociale duurzaamheid. Hoe gaan we om met mensen in de toeleveringsketen, waar en hoe worden de materialen geproduceerd, en hebben onze leveranciers een beleid om mensen te beschermen, bijvoorbeeld tegen slavernij en conflictmijnbouw? Dit zijn slechts enkele onderwerpen die raken aan totaal verschillende onderdelen van duurzaamheid, en het is belangrijk dit te benadrukken.

Monroe valt haar gespekspartner bij: “Leen maakt een uitstekend punt omdat duurzaamheid veel groter is dan alleen het gebruikelijke CO2– en GHG-argument (GHG – Green House Gas). De sociale impact ervan is enorm – we moeten ons richten op het verzachten van de negatieve effecten en het versterken van de positieve. Als je bijvoorbeeld kijkt naar de medische toepassingen van 3D-printen, waarbij op maat gemaakte implantaten of prothesen worden gemaakt in plaats van een ‘one-size-fits-all’ aanpak, hoe schat je dat dan in? En het is net zo belangrijk om te kijken naar andere gebieden die in aanmerking komen voor duurzaamheid voor het milieu, zoals hernieuwbare energie, het productieproces, enzovoort. Veel factoren zijn moeilijk te kwantificeren en financieel te waarderen, maar voor de betrokken mensen is het belangrijk.”

Wat zijn enkele veel voorkomende misvattingen over de duurzaamheid van AM, en hoe kunnen bedrijven die vermijden?

“Eén misvatting is dat printen minder energie vraagt of gebruikt”, stelt Monroe. “Dit is niet noodzakelijk waar. Als je het poederproductieproces bekijkt, is het zeer energie-intensief, vooral om een levensvatbaar poeder te produceren – bepaalde aspecten zoals dat moeten worden meegerekend. Voor een LCA die we net hebben afgerond en binnenkort zullen publiceren, ontdekten we dat het moeilijk was om te bepalen of het AM-proces duurzaam was tijdens de productiefase. Er is echter veel meer te beoordelen dan alleen de eigenlijke productiefase. Het idee dat AM duurzaam is gewoon omdat er minder afvalmateriaal is in vergelijking met subtractieve productie is niet het geval: het hangt af van wat je doet. Dit wordt steeds beter begrepen, en bedrijven beseffen nu dat er meer aan de hand is dan dat AM automatisch duurzaam betekent.”

Kuijken: “Het aanvankelijke optimisme of standpunt dat ‘AM moet wel duurzaam zijn’ is nu voorbij. Slechts een bepaald percentage van de kilo’s poeder wordt uiteindelijk gebruikt in het eindproduct. Dit is belangrijke informatie die mensen niet tegenkomen. Mensen gingen ervan uit (en sommigen doen dat nog steeds) dat het gewoon magisch gebeurt, en dat je print wat je nodig hebt. Veel mensen hebben een gat in de technische details, en dat is een makkelijke misvatting. Maar dat is aan het veranderen met meer metingen en gegevens.”

AM wordt normaal geassocieerd met ontwerpvrijheid, maar hoe kan AM design, en AM in het algemeen, duurzaamheid beïnvloeden?

“Het klassieke voorbeeld is dat AM lichtgewicht en zuinigere onderdelen produceert”, volgens Kuijken. “Maar zoals Sherri al zei, biedt AM functionaliteit en personalisatie die geschikt zijn voor bepaalde industrieën en toepassingen. Je kunt verschillende functionaliteiten in één stuk combineren om de prestaties van een onderdeel te verbeteren.”

“Vergeet niet, ontwerpvrijheid gaat over het wegnemen van beperkingen”, verklaart Monroe. “Dat kan het ontwerpaspect zijn, bijvoorbeeld onderdelen lichter maken; maar ontwerpvrijheid heeft ook te maken met hoe het geproduceerd wordt. Kan het geproduceerd worden met andere energiemethoden, zoals hernieuwbare energie? Of kunnen we het energieverbruik compenseren door het te assembleren onderdeel te verschepen? We gaan er altijd van uit dat elk onderdeel in hetzelfde gebied moet worden geproduceerd, maar misschien kunnen we een beroep doen op meer mobiele productie. Dit soort kritisch denken kan worden toegepast op gebieden als het gekozen materiaal, waar het vandaan komt, de levensduur van een product, enzovoort. Een open geest houden voor dingen die we kunnen verbeteren en het uitvoeren van LCA’s voeden het streven naar nieuwe manieren van werken.”

Materialise en AMGTA hebben beide recent LCA’s uitgevoerd om aan te geven hoe duurzaam AM is in vergelijking met andere productieprocessen. Hoe belangrijk is transparantie in de industrie, en maken deze studies deel uit van jullie langetermijnstrategie om de duurzaamheid van AM te evalueren?

“Transparantie stelt ons bloot aan kritiek en maakt ons kwetsbaar”, vertelt Monroe. “Maar het is belangrijk voor een paar redenen. De eerste is dat het geloofwaardigheid geeft aan wat we doen. En de tweede is dat als je alles laat zien, het goede en het slechte, je waardevolle lessen geeft die je onderweg hebt geleerd. De lessen van de ene LCA kunnen worden toegepast op andere scenario’s en toepassingen in andere sectoren, zodat de informatie op grotere schaal bruikbaar is.

“Wij hebben aan meerdere LCA’s gewerkt  – vier zijn in uitvoering en twee zijn bijna voltooid. Een daarvan gaat over een vliegtuigsteun, en de andere kijkt naar ‘binder jetting’, voornamelijk van onderdelen die in aircocompressoren worden gebruikt. De ‘binder’ LCA hebben we in twee fasen aangepakt. Fase één analyseert de reproductie van het onderdeel met behulp van binder jetting, en fase twee kijkt naar het herontwerpen van hetzelfde onderdeel om verbeteringen toe te voegen zoals het lichter maken. Een andere LCA waar we enthousiast over zijn, vooral voor een AM-publiek, is ‘poly jetting’ op stof voor de mode-industrie. De mode-industrie is berucht voor het produceren van afvalmateriaal op stortplaatsen, en de milieu-impact is verschrikkelijk, dus we zien een enorm potentieel in dit scenario.

“We kijken voortdurend naar manieren om met onze leden samen te werken aan gezamenlijke LCA’s of om hun LCA’s onafhankelijk te laten beoordelen. Er zitten geweldige mogelijkheden en projecten in de pijplijn. We blijven zoeken naar manieren om onze leden te betrekken en hen aan te moedigen meer onderzoek te doen, of dat nu is door zelf meer onderzoek te doen of door gegevens voor onderzoek te verstrekken.

Kuijken: “Naast onze LCA met BASF over de duurzaamheid van AM-processen met betrekking tot de productie van tussenzolen in een sportschoen, werken we volgend jaar ook met een adviesbureau aan een nieuwe LCA. Die zal kijken naar de gepersonaliseerde inlegzolen die we op de markt brengen en de 3D-printmethoden vergelijken met de traditionele schuimmethode. We printen in Bluesint, oftewel gerecycled poeder, maar is het duurzamer om te printen in vergelijking met de traditionele methode? Het is spannend onderzoek, maar we tonen ook onze kwetsbaarheid. En hoewel LCA’s niet onze kernactiviteit zijn, komt de samenwerking met anderen met expertise op dit gebied, transparantie en een beetje kwetsbaarheid door informatie te verspreiden – met gebreken en al – de industrie alleen maar ten goede.”

Tot slot, jullie zijn allebei vrouwen in hoge functies bij bedrijven/organisaties die de AM-industrie vormgeven. Welk advies zouden jullie geven aan de volgende generatie en aan vrouwen die de AM-industrie duurzamer willen maken?

“Mijn advies voor vrouwen en mannen die AM steeds duurzamer willen maken is om het goede voorbeeld te geven en je bedrijf het goede voorbeeld te laten geven”, stelt Kuijken. “Laat zien dat het onderwerp je na aan het hart ligt en neem het initiatief. Zoek gelijkgestemde collega’s, stel duurzaamheid ter discussie en laat je stem horen. En voor leiders: duurzaamheid wordt snel uiterst belangrijk voor alle jonge (en volwassen) mensen, in welke positie ze ook komen in uw organisatie, dus let op.”

”Precies. En ik wil benadrukken dat het essentieel is voor jonge mensen om te gaan werken in sectoren als productie en techniek, vooral voor vrouwen, want die zijn ondervertegenwoordigd”, benadrukt Monroe. “Nu is er een prachtige kans, want dit is onontgonnen terrein klaar om gekoesterd te worden. Dit is allemaal nieuw en er is zoveel ruimte om te bloeien en te innoveren. Bedrijven zouden een grote verscheidenheid aan mensen in dienst moeten hebben, ongeacht leeftijd en geslacht.

“Deze mensen brengen frisse ideeën en ervaringen mee. Honderd jaar geleden wisten we niet wat de volgende berg zou zijn. Nu weten we dat duurzaamheid onze berg is, en we hebben alle ideeën nodig die we kunnen krijgen. En die ideeën en meningen zullen niet altijd op één lijn liggen, en dat is okay. Eigenlijk is het cruciaal, want door meer diversiteit zullen we oplossingen vinden die ons helpen deze enorme uitdaging te overwinnen.”

Dit artikel komt uit Constructeur 1 – 2023

Tags:

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *