지속 가능한 제조를 위한 자재 고려사항

Izzy de la Guardia, 수석 설계 및 개발 엔지니어, Kathleen Bollito, 고객 애플리케이션 엔지니어

지속 가능한 부품 생산을 향한 여정은 지속 가능한 설계 또는 공급망 관행으로 끝나지 않습니다. 일부 재료는 다른 재료보다 더 친환경적이므로 신중한 재료 선택은 제조를 보다 지속 가능하게 만드는 데 큰 도움이 될 수 있습니다. 회사의 환경적 영향을 줄이는 것 외에도 지속 가능한 재료를 사용하면 친환경 비즈니스로서의 명성을 구축하는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 소비자들은 환경적으로 책임 있는 기업을 지원하고자 하는 의지가 더 높습니다.

많은 금속이 품질을 잃지 않고 반복적으로 재활용될 수 있지만 플라스틱의 경우에는 그렇지 않습니다. 플라스틱의 91%는 재활용되지 않으며 대부분은 매립지에 버려집니다. 개선의 여지가 많으므로 지속 가능한 제조 시리즈의 첫 번째 파트에서는 ​​플라스틱을 사용한 지속 가능한 제조를 위한 재료 고려 사항에 중점을 둘 것입니다. 소싱, 사용 및 폐기와 관련된 환경 비용이 낮은 재료를 선택할 수 있는 기회가 있습니다.

지속 가능한 재료 조달

부품을 보다 지속 가능하게 만들려는 경우 재료의 출처를 찾는 것이 좋은 출발점입니다. 먼저 재생 가능한 자원과 재생 불가능한 자원 중 하나를 선택해야 합니다.

재생 가능한 자원 대 재생 불가능한 자원

재생 가능한 자원은 고갈 된 양을 보충하기 위해 보충 할 수있는 천연 자원입니다. 때때로 이 보충은 자연 생산을 통해 이루어지지만 다른 경우에는 약간의 노력이 필요할 수 있습니다. 예를 들어, 나무는 재생 가능한 천연 자원입니다. 그러나 한 지역에서 나무가 다시 자랄 수 있는 것보다 더 빨리 벌채되면 새로운 씨앗과 묘목을 심어야 합니다.

재생 불가능한 자원은 유한합니다. 일단 사라지면 사라집니다. 재생 불가능한 많은 자원의 공급이 줄어들고 있으며 많은 자원이 곧 고갈될 것입니다. 예를 들어, 대부분의 추정치는 우리가 현재의 석유 추출 속도를 계속한다면 40~50년 안에 세계 석유 공급이 고갈될 것이라고 예측합니다.

천연 자원의 고갈을 줄이기 위해 가능한 한 재생 가능한 자원을 사용하십시오. 플라스틱 세계에서 이것은 석유 플라스틱보다 바이오 플라스틱을 사용하는 것을 의미합니다. 석유 플라스틱은 재생 불가능한 원유에서 생산되는 반면, 바이오 플라스틱은 부분적으로 또는 전체적으로 재생 가능한 바이오매스 재료 또는 천연 부산물에서 파생되며 화석 연료 기반 제품보다 더 친환경적입니다. 바이오 플라스틱의 일반적인 재료에는 짚, 톱밥, 옥수수 전분, 우드칩, 식물성 기름과 지방이 있습니다.

바이오 기반 플라스틱이 생분해성이라고 가정할 수 있지만 항상 그런 것은 아닙니다. 예를 들어, 바이오 PET와 같은 "드롭인 바이오플라스틱"은 바이오매스에서 파생된 화석 연료 버전과 화학적으로 동일하므로 생분해되지 않고 재활용만 가능합니다. 재생 가능한 자원 기반 플라스틱을 선택하든 재생 불가능 자원 기반 플라스틱을 선택하든 재활용 함량이 더 높은 플라스틱을 사용하면 천연 재료의 필요성을 더욱 줄이고 생산을 보다 지속 가능하게 만들 수 있습니다.

재활용 재료

재활용 재료로 제조하면 원래 재료의 수명이 연장되므로 원시 재료를 많이 조달할 필요가 없습니다. 이를 통해 재료 비용을 절감하고 제품의 전반적인 지속 가능성을 개선하는 데 큰 도움이 될 수 있습니다. 결국, 버진 플라스틱 대신 재활용 플라스틱을 사용하여 1톤의 제품을 생산하면 1.6톤의 이산화탄소 배출량이 대기로 유입되는 것을 방지하고 5배럴의 석유를 절약할 수 있습니다.

금속은 재활용할 때 열화되지 않지만 많은 플라스틱은 쉽게 재활용되지 않거나 물리적 특성이 크게 영향을 받기 전에 몇 번만 재활용할 수 있습니다. 많은 경우 사람들은 허용 가능한 재료 특성을 유지하기 위해 재활용 플라스틱과 버진 플라스틱을 혼합하여 사용합니다. 제조에 사용되는 재활용 재료를 포함하는 가장 일반적인 플라스틱에는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)이 있습니다.

제품의 수명 종료 이해

재료 소스를 고려하는 것 외에도 제품 수명이 끝나면 어떤 일이 일어날지 생각하고 싶을 것입니다. 재료는 화학적 구성에 따라 생분해성, 퇴비화 가능, 재활용 가능 또는 이 세 가지의 조합(또는 전혀 사용하지 않음)이 될 수 있으므로 재료를 평가할 때 차이점을 이해하는 것이 중요합니다.

생분해성 플라스틱 대 퇴비화 플라스틱

종종 혼용되어 사용되지만 퇴비화 가능성과 생분해성은 동일하지 않습니다. 모든 퇴비화 가능한 플라스틱은 생분해성이지만 모든 생분해성 플라스틱이 퇴비화 가능한 것은 아닙니다. 열가소성 전분 기반 플라스틱(TPS), 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS) 또는 폴리카프로락톤(PCL)과 같은 퇴비화 가능한 플라스틱은 토양을 비옥하게 하는 유기 성분과 영양분으로 분해될 수 있습니다. 생분해성 플라스틱은 환경에 해를 끼치지 않고 자연적으로 부패하지만 반드시 유기 요소로 분해되지는 않습니다.

생분해성 플라스틱은 옥소 생분해성(산화를 통해 분해되는 플라스틱)과 수생분해성(가수분해를 통해 분해되는 플라스틱)의 두 그룹으로 나뉩니다. 수산화 생분해성 플라스틱은 옥소 생분해성 플라스틱보다 빨리 분해되는 경향이 있지만 일반적으로 산업적으로 퇴비화되어야 합니다. 수산화 생분해성 플라스틱에 비해 옥소 생분해성 플라스틱은 가격이 저렴하고 가공이 쉬우며 기계적 특성이 우수합니다.

모든 퇴비화 가능한 제품이 똑같이 만들어지는 것은 아닙니다. 가정에서 퇴비화할 수 있는 제품은 일반적인 가정이나 뒤뜰에 퇴비 더미의 조건과 온도에서 생분해됩니다. 그러나 산업용 퇴비화 가능한 플라스틱은 일반적으로 지속적인 온도, 탄소 및 질소가 풍부한 물질의 존재 또는 합리적인 시간 내에 분해되는 더 많은 공기가 필요합니다.

예를 들어, 폴리락트산(PLA)은 136도 이상의 온도에서만 분해되기 때문에 산업용 퇴비화가 필요합니다. 그러나 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)는 가정에서 분해될 수 있습니다. 따라서 PHA는 더 비싸고 생산하는 데 더 많은 에너지가 필요하지만 최종 사용자의 폐기에 의존하지 않고 올바른 퇴비화 시설에 도달하기 때문에 퇴비화될 가능성이 더 높습니다. 상업적으로 퇴비화 가능한 플라스틱을 선택하는 경우 적절한 폐기를 촉진할 수 있는 방법을 고려하는 것이 중요합니다. 명확한 라벨링 또는 회수 프로그램을 고려하십시오.

재활용 재료

생분해성 옵션을 구할 수 없다면 그 다음으로 좋은 것은 재활용 가능한 플라스틱입니다. 일반적으로 열가소성 플라스틱은 계속해서 녹고 개질될 수 있기 때문에 열경화성 수지보다 재활용하기가 훨씬 쉽습니다.

가장 일반적으로 재활용되는 플라스틱에는 소비자에게 플라스틱의 유형과 재활용 가능성을 알려주는 재활용 번호가 할당되어 있습니다. 숫자가 낮은 플라스틱은 숫자가 높은 플라스틱보다 재활용하기 쉽습니다. 일반적으로 재활용되는 플라스틱은 다음과 같습니다.

1. PET 또는 PETE — 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)는 재활용이 용이하고 포장, 물병, 의류, 섬유 충전재 및 로프에 자주 사용되는 경량 플라스틱입니다.
2. HDPE — 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)은 내화학성이 있고 쉽게 재활용할 수 있는 플라스틱입니다.
3. PVC 또는 V — 폴리염화비닐(PVC)은 재활용이 가능한 경질 열가소성 수지입니다.
4. LDPE — 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)은 적당히 재활용할 수 있습니다.
5. PP — 폴리프로필렌(PP)은 질기고 내화학성이 있으며 재활용이 가능합니다.
6. 추신 — 폴리스티렌(PS)은 적당히 재활용할 수 있습니다.
7. 기타 — #7 플라스틱은 재활용할 수 없습니다.

제품에 적절한 재활용 번호로 라벨을 붙이면 최종 사용자가 재활용할 수 있는 플라스틱과 제품 폐기 방법을 이해하도록 도울 수 있습니다. 제품 자체에 제품의 재활용 번호를 포함하거나(예:CNC 가공 또는 제품에 텍스트를 레이저 조각) 다른 방식으로(예:태그 또는 사용 설명서에) 정보를 소비자에게 전달해야 합니다. . 대부분의 도로변 재활용 프로그램은 더 낮은 수를 허용하지만 일부 도시에서는 더 높은 수를 허용하지 않을 수 있으므로 이러한 플라스틱은 특별 프로그램을 통해 재활용해야 합니다.

제품에 라벨을 명확하게 지정하는 것 외에도 자재 수명을 연장하는 데 도움이 되는 회수 프로그램을 수립할 수 있습니다. 우편 재활용 프로그램, 보상 판매 프로그램 제공 또는 무료 수거 장소 조직을 고려하십시오.

적층 제조의 지속 가능성

보다 지속 가능한 3D 프린팅 재료를 통합하려는 경우 고려해야 할 몇 가지 옵션이 있습니다. FDM(Fused Deposition Modeling) 기술을 사용하는 동안 재활용 플라스틱 또는 바이오 기반 플라스틱(굴 및 밀 기반 Francofil 필라멘트 등)으로 만든 필라멘트 또는 분쇄된 플라스틱 칩을 직접 녹일 수 있는 펠릿 기반 압출기를 탐색할 수 있습니다.

또한 HP Multi Jet Fusion과 같은 생산 시스템은 일정 비율의 처녀 분말과 혼합될 때 빌드에서 대부분의 초과 분말을 향후 프로젝트에서 재사용할 수 있도록 하여 공간을 최소화하기 위해 노력하고 있습니다. 또한 이러한 Ford 생산 부품과 마찬가지로 재생되지 않은 분말 및 스크랩 부품을 재활용하여 사출 성형 스톡을 만듭니다.

적층 제조의 지속 가능성에 관해서는 아직 갈 길이 멀지만 많은 기업이 지속 가능성을 혁신하고 개선하기 위한 조치를 취하고 있습니다. 해조류 및 해조류 기반 필라멘트 및 대두 기반 FilaSoy와 같은 새로운 지속 가능한 소재도 지속적으로 개발되고 있습니다. Forust는 폐기물 톱밥과 바이오 기반 리그닌을 사용하여 목재를 3D 인쇄합니다. 상업적으로 이용 가능한 옵션이 귀하의 응용 프로그램에 효과가 있는지 조사하고 재료 제공업체에 문의하여 지속 가능성에서 어떤 발전을 이루고 있는지 알아보는 것이 좋습니다.

사출 성형 및 캐스트 우레탄의 지속 가능성

사출 성형 및 우레탄 주조에서 널리 사용되는 폐기물 절약 옵션에는 재활용 내용물이 포함된 재료 사용 또는 재연삭(사출 성형 공정의 스크랩을 자체로 다시 공급)이 포함됩니다. 또한, 사탕수수로 만든 bio-PET 또는 PE 또는 옥수수로 만든 bio-PC와 같이 플라스틱을 대체할 바이오 기반 대안이 있는지 조사할 가치가 있습니다. 대마, 코코넛 껍질, 왕겨, 조류와 같은 지속 가능한 충전재를 선택할 수도 있지만 부품의 재활용 가능성에 부정적인 영향을 미치지 않도록 주의하십시오.

친환경 재료 사용의 주요 과제

친환경 소재는 환경에 더 좋지만 이를 사용하는 것은 어려울 수 있습니다. 재활용 플라스틱을 예로 들어 보겠습니다. 그들은 종종 버진 플라스틱보다 분자 구조가 더 약하고 파손되기 쉽습니다. 또한 화학 물질, 충격 및 극한 온도에 대한 내성이 낮을 수 있으므로 소비자는 천연 플라스틱으로 만든 제품을 구입하는 것보다 더 빨리 교체품을 구입해야 합니다. 많은 경우 일반 플라스틱의 바이오 기반 버전과 같은 지속 가능한 대안은 일반적인 석유 기반 제품보다 더 비쌀 수 있습니다. 또한 일반적으로 상업적으로 이용 가능한 지속 가능한 옵션이 더 적기 때문에 이 분야에서 계속해서 혁신을 추진하고 재료 공급자가 덜 유해한 재료를 개발하고 제공하도록 압력을 가하는 것이 중요합니다.

Fast Radius로 지속 가능한 재료 선택

특히 지속 가능성과 관련하여 다음 프로젝트의 재료를 선택할 때 생각할 것이 많습니다. 오늘날 제조에 사용되는 지속 가능한 재료가 많이 있지만 생분해성, 퇴비화 가능, 재활용 가능 또는 완전히 다른 것이 필요한지 결정하는 것이 어려울 수 있습니다. 숙련된 제조업체가 도와드릴 수 있습니다.

Fast Radius와 파트너 관계를 맺으면 전문가 팀이 재료 선택을 안내하여 프로젝트에 가장 적합한 결정을 내릴 수 있도록 도와드립니다. 지금 바로 연락하여 시작하고 Fast Radius 팀의 지속 가능성 모범 사례를 계속 주시하십시오.